全球多個地區的抽水蓄能規劃

[英國]　P.雷諾茲

?

戰略與規劃

全球多個地區的抽水蓄能規劃

[英國]P.雷諾茲

摘要：全球很多地區正在采取多種策略以實現其抽水蓄能的愿景。挪威正在開展“電力電量平衡研究”，澳大利亞正在積極推動基茲頓抽水蓄能項目，希臘和保加利亞的兩個抽水蓄能項目得到歐洲委員會的大力支持，烏克蘭的一個抽水蓄能項目也受到銀行青睞。實踐證明，相關政策對抽水蓄能的發展至關重要。

關鍵詞：抽水蓄能電站；抽水蓄能政策；挪威；希臘；保加利亞；烏克蘭；澳大利亞

1現狀

成熟的經濟體正在推動風能和太陽能等間歇式可再生能源的發展，這也給新的抽水蓄能項目帶來了發展機遇。

對這些項目的設想多種多樣，并處于不同階段，上至戰略和政策，下至技術和環境措施，均需深入細致的研究。

為首創性地解決抽水蓄能電站的利用問題，挪威正在加緊研究電池技術。該方案基于宏觀尺度，利用抽水蓄能的“綠色電池”功能來支持德國及歐洲大陸在未來幾十年中采取一種全新的且更利于可再生能源產能的發電組合方式。

在挪威南部相互聯系的流域之間將水電站與抽水蓄能電站聯網的研究已開展數年，最近，其眾多研究方向中的“電力電量平衡”方向取得了成果，并為此舉辦了相關會議。

使用大規模的抽水蓄能方法來平衡電力系統是否比其他技術方案更具經濟性，這是關鍵的研究課題之一。但是，在對各種極具競爭力的備選方案進行分析研究的過程中，“電力電量平衡”研究者們也承認該宏觀系統絕對不能脫離良好的環境績效，包括對水庫水位變化的影響進行檢查。

正當挪威和德國從宏觀角度開展研究之時，歐洲東南部的國家正努力提升當地的抽水蓄能裝機容量，并得到了歐洲委員會(EC)及開發銀行的支持。

與此同時，澳大利亞正通過一家投資商，即Genex能源公司來推進一個抽水蓄能電站項目，該項目計劃將昆士蘭基茲頓(Kidston)的某廢棄礦井改造為裝機330 MW的抽水蓄能電站。

雖然抽水蓄能電站是一種高效的能源儲存手段，并可對電網的穩定提供快速服務，但是相關的科學技術手段還不夠成熟。市場必須提供良好的投資環境，否則這一切將停滯不前。

雖然很多項目都在向前推進，但繁雜的審批程序嚴重阻礙并拖延了一些項目的發展進程。與此同時，以美國為例，市場改革步伐緩慢也是一大障礙。

2挪威的“電力電量平衡”研究

最近，“電力電量平衡”進展研究相關會議涉及了多個研究領域，包括能源平衡的需求與存儲(WP2)以及運營產生的環境影響(WP4)。

2.1能源平衡的需求及存儲(WP2)

挪威的水庫都是天然湖泊，其容蓄總能量可達到84 TW·h。其中，最大的湖泊是布拉斯焦(Blasjo)湖，其容蓄能量為8 TW·h。

預計到2020年，完全利用現有水庫，能平衡電力系統的容量，其容量將在現今29 GW的基礎上提高30 GW(其中20 GW源于抽水蓄能電站的興建，10 GW源于更大規模隧洞和發電機組)。另外，需增強其配套輸電能力。

著眼于平衡分析的經濟性，WP2研究中只考慮了成本，將市場運營轉化為荷載系數來幫助評估短期成本效益靈活性最高的項目。WP2的數據來源始于2030年的未來10 a的預測數據，場景選擇基于國際能源署(IEA)的世界經濟展望(WEO)，并且通過英國政府得到了行業間的對比數據，即燃氣輪機及其相關成本。抽水蓄能電站的數據是挪威的本土數據。

從WP2分析發現，總體上，挪威抽水蓄能電站的平準化電力成本(LCOE)相對較低。數據曲線表明，在負荷系數5%時，LCOE為110 ～170歐元/MW·h，而在負荷系數超過30%時，則迅速降低至40～80歐元/MW·h。

這樣的LCOE水平僅僅是其他產能系統的一半，比如聯合循環燃氣輪機(CCGT)(即便這一差距因為評估中加入了電力交換線路(歐洲大陸電網和海底光纖連接)的成本而幾乎不存在)。挪威的抽水蓄能電站在負荷系數大于10%時，其優勢便開始呈現并會一直存在。

WP2研究也著眼于一個新提出的標準，即平準化峰值電力成本(LCPG)，這個概念描述的是當波動性大的其他可再生能源和缺乏靈活性的熱電站不能滿足(固定的)需求時的供電成本。

WP2主要研究成果可概述為：

(1) 在LCPG分析中，峰值時刻是指1 a中非靈活性資源不足以滿足所有用電需求的時刻。

(2) 著手在已有水庫中開發新型的可逆式抽水蓄能電站，將比在歐洲供電體系中開發更多的熱電裝機更經濟，即便考慮了電力交換線路的成本，結果依然如此。

綜上所述，WP2強調，為了最優化地利用歐洲“最具經濟可行性的資源存儲形式”及“最具靈活性的電能”，電力交換線路需要通向所有的市場。

2.2新型運營管理體制帶來的環境影響(WP4)

這一“工作包”正在對流域環境影響進行研究以建立一個目前的基線，然后模擬在預測的運營管理體制下潛在的水動力變化，接著探索可行方案以減輕對生態的負面影響。

魚類研究是這方面工作的研究重點，這是因為魚類處于食物鏈上層，是生態系統健康度的主要生態指標。

關鍵的潛在環境影響包括水庫水位的快速變化，因為水體越來越頻繁地用于儲存能量并進行循環發電，即使其規模受到了一定的約束與限制。必須對事物誘發的變化有深刻認識，建立已有運營模式與自然形態學(面積、海拔、形狀)及循環(氣候、季節)之間的相關關系，并且要考慮到包括不斷增加的魚類生態指標在內的各種變量。

研究通過流域的諸多特征來表現對環境的潛在影響，包括海岸線、水質、氣溫、冰蓋、生物生產力、物種組成，以及魚食、其生長及產量情況。

最近的研究都將重點放在特定的魚類和對生態系統的認識上。基于早期針對宏觀上的研究以及湖泊與水庫的對比，這種集中化與本地化的研究是可行的。研究強調，為了將水電工程的影響和自然變量的影響分離開來，大尺度及本地化的研究都是至關重要的。

3澳大利亞基茲頓抽水蓄能計劃

Genex能源公司正在著手推進其澳大利亞昆士蘭北部廢舊礦井的改造計劃， Entura公司和中國水電公司組成的合資公司共同負責其初期設計研究工作。

IPP對基茲頓抽水蓄能電站的總體設計框架是利用坐落在喬治縣附近的兩個廢棄的金礦坑，并通過隧洞和一座地下廠房將它們聯通起來。該項目的銘牌裝機容量將會達到330 MW，并且地下廠房洞室將安裝3臺水泵水輪機組(3×110 MW)。

據Entura公司介紹，廢棄的礦井包含了兩個巨大的相鄰礦坑，剛好可用作上下庫。Genex公司表示，電站發電量可以直接上網產生經濟效益。據保守估計，基茲頓電站1個發電周期的發電量可達到1 650 GW·h。

Entura公司在2015年8月上旬公布了該合約，并表示客戶正在尋求銀行可以接受的可行性研究方案。Genex公司已明確了其最初設計方案需要完善的各個方面。

基茲頓項目中，銀行可接受的可行性方案于2016年6月完成。Entura公司和中國水電公司在這個項目中的伙伴關系是兩個公司之間諒解備忘錄(MoU)的一部分，于2014年年底簽署，旨在與能源及水資源領域共同合作，尋求發展。

在基茲頓項目中，Entura公司表示其自信來源于其是公用事業集團——塔斯馬尼亞水電(Hydro Tasmania)的下屬公司，而該集團視野開闊，并擁有豐富的當地經驗、運營管理技能以及一流的建設能力。除此之外，Entura公司會開展一些分支研究，比如地質勘探與水深勘探普查。

兩家公司將以合資的關系開展工作。此外，公司正在這一地區尋求更多的合資機遇。

4歐洲東部抽水蓄能項目

歐洲委員會EC鼓勵對位于希臘和保加利亞的兩個抽水蓄能項目進行投資，這是“歐洲聯通設施”(CEF)能源框架下的“利益共同體項目”(PCI)中的一部分。

在EC支持其CER能源工程的同時，歐洲的融資也將直接用于已有的兩個位于烏克蘭的項目——基輔(Kyiv)抽水蓄能電站和擬建的卡尼夫(Kaniv)抽水蓄能電站。

4.1EC支持

希臘阿姆菲洛希亞(Amfilochia)抽水蓄能電站與保加利亞柴拉(Chaira)抽水蓄能電站及其配套的輸電聯網項目，已被EC確定為鞏固歐洲電網的重要戰略項目。

在“跨歐電網”的推動下，EC正在基礎設施建設領域展開全方位投資。

4.2希臘阿姆菲洛希亞抽水蓄能電站

在CEF能源項目框架下，裝機590 MW的希臘阿姆菲洛希亞抽水蓄能電站計劃得到EC的大力支持。

該項目計劃利用當地的3座水庫，將其中2座(阿焦斯喬基爾斯(Agios Georgios)水庫和皮爾戈斯(Pyrgos)水庫)作為兩座獨立的上庫，第3座水庫(卡斯特拉蒂(Kastraki)湖)作為下庫。

在水輪機模式下，阿焦斯喬基爾斯水庫上所建電站(配4臺可逆機組)的裝機可以達到370 MW，而在抽水模式下，能達到403 MW。

皮爾戈斯水庫上所建電站(配4臺可逆機組)的裝機可達220 MW，抽水模式下可達231 MW。

EC表示將對現有設施進行升級改造，并且近期投資將從多個方面幫助減輕環境影響，其中還論證了無需開發第4座水庫充當下庫。

EC為該項目兩座上庫及相關基建設施投資接近490萬歐元(幾乎占開發設計階段預計的一半)，并提供了招標書。設計開發階段時間跨度為2014～2016年。

4.3保加利亞柴拉抽水蓄能電站的升級改造

該項目是保加利亞柴拉抽水蓄能電站的升級項目，也基于CEF的能源項目框架。EC將對電站升級的規劃設計工作提供支持。

該抽水蓄能電站裝機容量864 MW，建于20世紀90年代，是歐洲東南部最大的抽水蓄能電站。

該項目有1座巨大的上庫(貝爾梅肯(Belmeken) 壩)，但下庫(柴拉壩)很小。貝爾梅肯水庫也是貝爾梅肯-塞斯特里莫(Sestrimo)水電梯級的主要蓄水水庫。

柴拉升級改造項目以增加輸出功率為重點，工程包括新建1座壩作為下庫，即亞代尼察(Yadenitsa)水庫，以及1座與柴拉水庫連接的隧道。

EC已在該項目上投入320萬歐元，占開發設計階段預算的一半，該項開發項目時間跨度為2014～2017年。

5開發銀行支持

歐洲復興開發銀行(EBRD)將為烏克蘭國家電力公司，即烏克蘭水電(UkrHyroEnergo)所屬的基輔抽水蓄能電站提供資金支持。該公司計劃對大壩安全設施的采購及安裝進行招標。

歐洲投資銀行(EIB)是烏克蘭中部卡尼夫抽水蓄能電站的投資者之一，該電站計劃裝機容量為1 000 MW。該銀行擬為該項目融資4億歐元，約占整個項目預計投資的30%。

EIB表示該項目意義重大，因為卡尼夫抽水蓄能項目將提升發電效率，降低碳排放，減少維護成本，支持電網穩定性，以有助于提升烏克蘭供電的安全性。

6抽水蓄能政策

許多人認為，盡管抽水蓄能項目眾多，有巨大的優勢，但市場失靈是阻礙其發展的一塊頑石。

在美國，華盛頓州的公用事業和交通委員會(UTC)認為市場問題是抽水蓄能開發的最大阻礙。人們并未充分認識到蓄能的價值。

技術認可是一回事，而商務以及隨之而來的政治和法律事務則是另一回事。UTC表示，當人們對蓄能項目有更充分的認可并采取相應措施時，蓄能項目便會得到快速發展。其相關報告指出，和州公共事業部門及其他利益相關者進行廣泛討論的時機已經成熟。

UTC認為，可以采用公司和產業的產值近似法對蓄能資源的完整價值進行衡量，其中包括對大量附屬服務價值進行估測，以促進公共事業的規劃。UTC表示，這一舉措將在華盛頓州有序的市場內外促進性價比高的蓄能項目取得更大發展。

建立合理的法律體系、運營體系以及市場框架，完善能源交易及平衡機制等舉措都面臨著諸多的挑戰，并且這些挑戰都具有地域性。這與能源市場的開發及發展有共性。雖然世界主要經濟體正在推動更多低碳可再生能源的發展，促進更多整合和提高效率并加大投資，但其創新性仍然是一大問題。

目前看來，道路依然是曲折的。

以英國首個抽水蓄能項目為例，許多年前就提議建設的庫爾格拉斯(Coire Glass)項目，最初的設想是建在蘇格蘭的深山中。

在英國，很長一段時間內抽水蓄能項目發展一直止步不前。盡管庫爾格拉斯項目計劃裝機可能達到600 MW，但相關的公共事業部門，即蘇格蘭及南部能源(SSE)在過去的幾年中一直指出，只有成熟的市場框架及市場條件才會支持融資活動。該抽水蓄能工程計劃建于奧古斯都堡(Fort Augustus)附近，利用洛希湖(Loch Lochy)作為下庫并興建一座全新的上庫，同時配套大量地下工程。

該項目如何作為一個商業資產在市場中運作一直受到質疑。盡管SSE已經強調了改變政策和市場條件的必要性，但這還不足以使項目順利通過融資以完成設計及建設工作。諸多原因導致項目未能在預計時間內動工。

SSE表示，由于現有的政策和市場信號不支持投資新的抽水蓄能電站項目，SSE正在繼續探索新的投資條件以尋求進展。

以前，庫爾格拉斯項目被認為是一個蓬勃發展的項目，而現在卻得不到重視，但SSE仍然沒有放棄其可行性研究。

這表明，僅僅通過良好的基礎設施來推動大型蓄能項目是遠遠不夠的，盡管現今抽水蓄能的意義重大。和所有新生項目一樣，最終都要歸結到具體細節上，其中包括該領域的條件是否成熟，政府是否有所考慮等等。

Entura公司基礎電力工程領域的首席咨詢師在其“電網如何在分配式發電與蓄能中幸存”一文中指出，一系列挑戰都將幫助人們在當前狀態(電網越來越不能用分配式發電與蓄能滿足對消費者的需求)與未來愿景(在發電端與載荷端之間建立一個市場，并通過高效電網無縫銜接)之間架起一座橋梁。這些變革的中心在于技術標準化以及開放動態網絡的定價及規劃。他還指出，配電與蓄能的競爭性與日俱增，能否及時適應成為電力行業以及支撐經濟長期穩定發展的關鍵。

7抽水蓄能發展前景

引進并整合多種可再生能源，特別是那些間歇性的且自然的發電能源存在巨大的驅動力，并且這一趨勢預期將變得越來越明顯。

抽水蓄能電力系統是高碳發電產業已有的提案之一，2015年12月，在巴黎就世界氣候進行的全球談判中，對這些系統進行了重點討論。

要大規模發展該類發電系統，必須有足夠的支持，而在一些大型論壇中鮮有提及。

抽水蓄能在蓄能領域一直少有關注，但這并未改變其廣泛應用的潛力及迅速發展的勢頭。

每個國家和地區的政策法規都應支持投資。因此，為了做好項目前期的準備工作并催化能源市場，政策調整尤為必要。

程暉譯

(編輯：朱曉紅)

收稿日期：2016-02-26

文章編號：1006-0081(2016)06-0001-04

中圖法分類號：TV743

文獻標志碼：A