中國工程院院士張宗亮： 中國抽水蓄能電站有了“新定位”

　　人物簡介：我國水工結構工程專家，中國工程院院士，全國工程勘察設計大師。在水利水電工程(含抽水蓄能)、新能源工程和數(shù)字工程等方面作出創(chuàng)新性貢獻，獲國家科技進步二等獎6項，省部級科技進步特等獎4項、一等獎7項。獲光華工程科技獎、何梁何利科學與技術創(chuàng)新獎、杰出工程師獎和云南省杰出貢獻獎，高壩研發(fā)團隊獲中央企業(yè)優(yōu)秀創(chuàng)新團隊;主持和組織設計建成糯扎渡、小灣、天生橋一級、紅石巖、觀音巖、黃登等25座大型水利水電工程;主持國家和省部級重點研發(fā)計劃6項;主編行業(yè)標準5項;獲發(fā)明專利18項;享有軟著31項;發(fā)表論文110篇、專著15部。

　　“抽水蓄能與新能源融合發(fā)展是實現(xiàn)‘雙碳’目標的重要途徑。新時代、新定位、新使命，挑戰(zhàn)與機遇并存，抽水蓄能行至新的戰(zhàn)略起點。”在云南省能源局、南方電網(wǎng)云南電網(wǎng)公司8月初舉辦的2023年新型電力系統(tǒng)發(fā)展論壇上，中國工程院院士張宗亮指出。

　　與常規(guī)水電站不同，抽水蓄能電站既是電源又是負荷，是一個系統(tǒng)服務工程。抽蓄電站是電力系統(tǒng)中的“巨型電池”，在用電低谷時從電網(wǎng)“充電”，在用電高峰時向電網(wǎng)“放電”，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用、黑啟動六大功能，是電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”“平衡器”，能夠保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

　　張宗亮指出，“雙碳”目標下，在現(xiàn)代能源體系中，抽水蓄能有了新定位。“抽水蓄能是服務新能源開發(fā)的大容量儲能‘倉庫’、服務電力系統(tǒng)的‘靈活調(diào)節(jié)電源’和新型電力系統(tǒng)的‘最后一根火柴’，起到穩(wěn)電、調(diào)電、保電的作用。”

　　質(zhì)量實現(xiàn)飛躍發(fā)展

　　抽水蓄能在世界上已有上百年的發(fā)展歷史，從全球電力系統(tǒng)儲能市場發(fā)展來看，抽水蓄能裝機規(guī)模占據(jù)絕對主導地位。據(jù)張宗亮統(tǒng)計，截至2022年底，全球已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模2.37億千瓦，其中抽水蓄能1.88億千瓦，規(guī)模占比79.5%。截至2020年底，我國在運、在建抽水蓄能規(guī)模均居世界第一。

　　我國地域遼闊，建設抽水蓄能電站的站點資源比較豐富。張宗亮指出，中國抽水蓄能資源站點1500余座，總裝機規(guī)模達16億千瓦，南方、西北、華中、華東等區(qū)域分布相對較多。截至2022年底，已納入《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃》的站點資源總量約8.23億千瓦，重點實施項目4.21億千瓦，規(guī)劃儲備項目3.03億千瓦。

　　“截至2022年底，中國已建抽水蓄能總裝機4579萬千瓦，占全球總裝機的24.4%;在建抽水蓄能總裝機為1.21億千瓦;新投產(chǎn)抽水蓄能裝機規(guī)模880萬千瓦，核準總裝機規(guī)模6890萬千瓦。”張宗亮說。

　　據(jù)國家能源局消息，2022年全國新核準抽水蓄能項目48個，裝機6890萬千瓦，超過“十三五”時期全部的核準規(guī)模，全年新投產(chǎn)880萬千瓦，創(chuàng)歷史新高。近日發(fā)布的《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》顯示，目前我國已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點資源總量約8.23億千瓦，已建、核準在建裝機規(guī)模達到1.7億千瓦。

　　同時，我國抽水蓄能關鍵技術實現(xiàn)突破，質(zhì)與量雙雙飛躍。張宗亮表示，我國抽水蓄能機組裝備制造核心技術實現(xiàn)了從“跟跑”“并跑”到“領跑”的跨越式發(fā)展，基本形成涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展體系和專業(yè)化發(fā)展模式。

　　張宗亮進一步指出，我國創(chuàng)新研發(fā)了抽水蓄能智慧化規(guī)劃成套技術，實現(xiàn)科學高效布局，切實發(fā)揮規(guī)劃引領作用;針對水庫地形不整齊、巖體風化深厚、巖性復雜、陡斜坡河谷等復雜地形地質(zhì)條件，研發(fā)了精細定制化筑壩成庫成套關鍵技術;針對上庫位于高山之巔、地下水位低、巖體透水性強等地形地質(zhì)特點，庫盆防滲問題突出，研發(fā)了庫盆防滲成套關鍵技術;針對破碎、軟弱、巖溶等復雜地質(zhì)條件，研發(fā)了大型地下廠房洞室群成套關鍵建設技術;針對雙向水流、水力過渡過程復雜、壓力管道水頭高和圍巖軟弱破碎等難點，研發(fā)了高壓輸水管道設計及制造成套關鍵技術;針對電站地下洞室數(shù)量多等難題，研發(fā)了快速施工成套關鍵技術;歷經(jīng)依賴進口、技術引進、消化吸收、自主創(chuàng)新四個階段，研發(fā)了涵蓋40萬千瓦超大容量抽水蓄能機組，800米級超高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量機組和交流勵磁變速機組的設計、制造、安裝和調(diào)試成套關鍵技術。

　　云南省水利資源豐富，擁有發(fā)展抽水蓄能得天獨厚的地理條件。張宗亮表示，“十四五”時期，云南省重點實施項目包括富民、瀘西、祿豐、宣威、西疇5座常規(guī)抽蓄電站和梨園阿?；旌鲜匠樾铍娬?，共800萬千瓦，正在開展可研設計。其中，富民、瀘西、祿豐抽蓄電站計劃于2023年底核準開工。“十五五”和“十六五”期間，重點實施項目11個，共計1270萬千瓦。

　　新機遇下的“新定位”

　　當前，中國正在著力構建清潔低碳、安全高效的新型能源體系，風電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展。張宗亮指出，建設新型電力系統(tǒng)，抽水蓄能與風電、太陽能發(fā)電、核電等聯(lián)合運行效果好。

　　在張宗亮看來，抽水蓄能發(fā)展將迎來新機遇。“實現(xiàn)‘雙碳’目標，構建新型電力系統(tǒng)，是破解經(jīng)濟社會發(fā)展過程中能源、資源與環(huán)境制約的關鍵舉措。為解決風電、光伏發(fā)電等新能源的間歇性、波動性和分散性問題，電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)電源的需求更加迫切。在諸多調(diào)節(jié)電源和儲能品種之中，抽水蓄能技術成熟，壽命期長，綠色環(huán)保。”

　　在此背景下，抽水蓄能有了“新定位”——新能源的超級“充電寶”。

　　張宗亮表示，其一，抽水蓄能由傳統(tǒng)“保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行”向能源電力、經(jīng)濟社會多領域綜合效益發(fā)揮轉(zhuǎn)變。抽水蓄能電站是新型電力系統(tǒng)的關鍵支撐。抽水蓄能綜合優(yōu)勢顯著，在提升常規(guī)電源開發(fā)利用效率，促進分布式發(fā)電有效并網(wǎng)，系統(tǒng)維穩(wěn)控制，保證系統(tǒng)低碳經(jīng)濟性、系統(tǒng)平衡支撐，改善用戶側(cè)供電質(zhì)量等方面將發(fā)揮重要作用。

　　其二，抽水蓄能電站是開發(fā)構建流域“水風光儲”一體化清潔能源基地和“沙戈荒”新能源基地的儲能支撐。“國家發(fā)改委、國家能源局相關文件指出，梳理分析流域抽水蓄能潛力，作為流域水電調(diào)節(jié)能力的重要組成;大力推進以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風電光伏基地建設，大幅增加抽水蓄能等調(diào)峰電源;鼓勵抽水蓄能電站與大型風電光伏基地聯(lián)營。”張宗亮說。

　　其三，抽水蓄能電站將在規(guī)?；瓌咏?jīng)濟發(fā)展和促進鄉(xiāng)村振興等方面發(fā)揮重要作用。2022年《政府工作報告》指出，要加強抽水蓄能電站建設。抽水蓄能是清潔能源基地的重要電源支撐和能源基礎設施，符合國家投資方向。預計抽水蓄能“十四五”直接靜態(tài)投資約1.7萬億元，經(jīng)濟拉動效應明顯，是當前擴大有效投資、保持經(jīng)濟平穩(wěn)健康增長的重要手段。張宗亮表示，電站建成后可打造旅游風景區(qū)，帶動經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結構升級，實現(xiàn)與地方經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合，促進鄉(xiāng)村振興。

　　張宗亮預測，在“雙碳”目標下，電源轉(zhuǎn)型路徑整體呈現(xiàn)出清潔化發(fā)展的態(tài)勢，抽水蓄能電站裝機穩(wěn)步提升。“預計2030年總裝機達到40億千瓦，可再生能源裝機占比近60%，其中儲能2~3億千瓦，抽水蓄能1.15億千瓦;2060年總裝機達到71億千瓦，可再生能源裝機提升至82%，其中儲能近8億千瓦，抽水蓄能近6億千瓦。”

　　推動形成多元化發(fā)展格局

　　歷經(jīng)五十多年的探索，中國抽水蓄能裝機規(guī)模顯著增長，技術水平顯著提高。

　　自“十三五”以來，中國抽水蓄能電站單位造價水平相對平穩(wěn)。2022年，開展前期工作的抽水蓄能電站單位千瓦靜態(tài)總投資的中位數(shù)為5756元/千瓦。抽水蓄能電站工程建設條件個體差異明顯，造價水平與工程建設條件和裝機規(guī)模密切相關，電站單位造價一般隨裝機規(guī)模增加而顯著降低。分區(qū)域看，西北、華北區(qū)域造價最高，南方、華東區(qū)域造價最低。抽水蓄能電站的投資占比前三位為：機電設備及安裝工程26%、建筑工程25%、建設期利息14%。

　　為促進抽水蓄能電站加快發(fā)展，國家發(fā)改委、國家能源局等部委近期陸續(xù)頒布了一系列的支撐性文件，鼓勵投資主體多元化，鼓勵市場化開發(fā)，鼓勵社會資本參與電力生產(chǎn)、交易。為深化電力體制改革，完善抽水蓄能價格形成機制，促進抽水蓄能行業(yè)健康發(fā)展，2023年5月，國家發(fā)改委發(fā)布《關于抽水蓄能電站容量電價及有關事項的通知》(發(fā)改價格〔2023〕 533號)，對電價形成機制、電價疏導機制等各方關切的問題都進行了規(guī)定。

　　張宗亮指出，抽水蓄能發(fā)展還有不少有待攻關任務。設備制造方面，現(xiàn)有大中型水電機組生產(chǎn)企業(yè)十余家，但具備大型抽水蓄能機組產(chǎn)能的廠家較少;工程設計方面，在復雜環(huán)境下水庫庫盆防滲、大壩安全評價、輸水系統(tǒng)襯砌、大型地下洞室穩(wěn)定、廠房結構優(yōu)化等方面須進一步開展攻關;工程施工方面，在復雜地質(zhì)條件下高水頭輸水隧洞、大斷面豎井、斜井以及大型地下洞室等方面須進一步開展攻關，持續(xù)推進標準化、機械化、智能化施工;工程投資方面，針對建設過程涉及面廣，一次性投資大，建設周期長、風險因素多等挑戰(zhàn)，在壓縮建設周期、投資風險防控和優(yōu)化工程造價等方面須進一步開展攻關。

　　張宗亮建議，在總體布局方面，大力發(fā)展抽水蓄能電站，未來要大幅提升建設和投產(chǎn)規(guī)模，實現(xiàn)更加廣泛的場景應用，推動形成多元化發(fā)展格局，建設更加完善的產(chǎn)業(yè)體系。

　　本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年09期，作者系本刊記者