抽水蓄能發展與技術應用綜述

林銘山

（國網新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

抽水蓄能電站作為堅強智能電網的重要組成部分，主要承擔調峰填谷、調頻調相、事故備用和黑啟動等輔助服務功能。抽水蓄能技術自誕生以來，經過130多年的發展，已成為現代電力系統內技術成熟、使用經濟、清潔高效的優質調節手段。目前，全球抽水蓄能裝機容量約1.5億kW，中國、日本和美國裝機規模位于前三位，擁有全球50%以上的市場份額。伴隨全球能源結構轉型和能源消費革命，抽水蓄能電站在保障大電網安全、提供系統靈活調節和促進新能源發展方面發揮越來越重要的作用。

1 我國抽水蓄能發展歷程

我國抽水蓄能電站建設起步較晚，伴隨經濟社會發展不同階段，電站功能不斷拓展和完善。抽水蓄能產業用50年的時間實現了從起步、完善到蓬勃發展的歷史性跨越。

產業起步期（1968～1983年）：1968年，河北省崗南混合式抽水蓄能電站在華北電網投入商業運營，承擔電網調峰和儲能調節功能，拉開了我國抽水蓄能電站建設的序幕。

探索發展期（1984～2003年）：20世紀80年代中后期，我國經濟社會快速發展，電力供需和電網調峰矛盾突出。以1984年潘家口電站開工建設為標志，我國抽水蓄能建設進入探索發展期，也是抽水蓄能發展第一個建設高峰期。到2003年底，潘家口、廣州、十三陵和天荒坪等4座大型抽水蓄能電站建成投運，泰山、瑯琊山和宜興等5座電站開工建設，抽水蓄能發展理論探索逐漸深入，工程建設實踐經驗不斷豐富，奠定了我國抽水蓄能完善發展的基礎。

完善發展期（2004～2014年）：以2004年明確電網企業為主的建設管理體制為標志，我國抽水蓄能建設進入完善發展期。經過10年的發展，到2014年底，我國抽水蓄能產業規模躍居世界第三，發展規劃、產業政策和技術標準基本完善，設備制造實現完全國產化，抽水蓄能產業呈現健康有序發展的良好局面。

蓬勃發展期（2015年以來）：2015年以來，以國家完善抽水蓄能投資體制、建設目標和“十三五”重點建設項目規劃為標志，我國抽水蓄能建設進入蓬勃發展期。2015～2017年，全國新開工22座抽水蓄能電站，開工容量3085萬kW，建成投產抽水蓄能機組22臺，共658萬kW。“十三五”后期和“十四五”期間，抽水蓄能發展仍然面臨剛性需求。

截至2017年底，全國抽水蓄能運行裝機容量2869萬kW、在建容量3835萬kW，運行和在建規模均居世界第一。抽水蓄能發展適應了我國大電網安全穩定和新能源發展的需要，同時也為世界抽水蓄能行業發展提供了良好的借鑒。

2 新源公司積極推動抽水蓄能發展與技術應用

新源公司是國家電網公司控股管理的調峰調頻電源專業運營公司，主要負責開發建設和經營管理國家電網公司經營區域內的抽水蓄能電站和常規水電站。按照國家電網公司決策部署，新源公司堅持安全健康發展理念，與抽水蓄能規劃設計、工程建設、設備制造和調度運行等單位一道，積極探索抽水蓄能電站的價值和定位，配合國家開展抽水蓄能發展規劃和政策研究，積極推進行業標準建設和設備國產化應用，一起促進了抽水蓄能產業健康有序發展。

2.1 開展產業規劃和發展政策研究，探索電站運營規律，共同推進抽水蓄能有序發展

2.1.1 推動產業規劃出臺

按照國家能源局統一部署，從2008年開始，新源公司推動開展抽水蓄能選點規劃工作，積極配合水規總院和地方政府開展站點普查和論證。截至2014年底，22個省（市、自治區）抽水蓄能選點規劃得到國家批復，為抽水蓄能行業發展提供了充足的資源儲備。2016年，國家啟動部分省份規劃調整工作，新源公司認真組織研究各區域抽水蓄能合理需求、建設時序和資源條件，全力配合規劃調整，取得了積極進展。

2.1.2 深化抽水蓄能規劃理論研究

結合我國電力系統規模大、新能源發展快、特高壓遠距離輸電、強直弱交等新特征，認真配合開展抽水蓄能功能定位、抽水蓄能柔性技術、混合式開發、核（新能源）蓄聯合開發、變速機組應用、海水抽水蓄能和新型儲能技術等課題研究，配合國調開展電網調峰調頻與抽水蓄能布局優化專題研究，不斷豐富和發展抽水蓄能規劃理論，主動適應我國電力發展新形勢、新要求。

2.1.3 推動產業政策完善

新源公司積極配合國家發展改革委能源研究所、中咨公司、水規總院和有關高校，深入研究抽水蓄能開發建設、價格機制和調度運營規律，積極建言獻策，為國家出臺抽水蓄能投資體制、價格機制和運行監管等政策提供理論和實踐支撐，推動抽水蓄能行業政策持續完善，發展環境持續優化。

2.2 推進先進技術應用，適應大規模建設需要

2.2.1 創新基建管控模式，提升業主管理能力

近年來，新源公司建設規模逐年增大，基建管控面臨挑戰。統籌規劃設計、工程施工和設備制造標準，不斷探索建立了安全、質量、進度、技經、技術和綜合管理“5+1”基建專業管控模式。加強對主機設備安裝、洞室開挖、混凝土施工、電纜橋架等施工質量關鍵環節（工藝）控制，組織制訂72項標準施工工藝、9項細部工藝和3項二次工藝標準；積極開展抽水蓄能EPC總承包試點；構建以基建管理信息系統（MIS）和“五系統一中心”為基礎、安全質量移動巡檢APP等18個模塊為核心的基建智能管控系統。經過不斷探索和實踐，形成了以基建管理綱要為總則、工程建設總體策劃為引領、基建管控一體化管理手冊為手段、工程建設技術標準為支撐、基建組織體系、隊伍體系和監督體系為保證的基建管控體系。

2.2.2 加大先進施工技術應用，打造精品工程

組織工程設計和施工單位，充分利用抽水蓄能專業化管理平臺，推動先進施工技術應用。先后在斜井施工中，成功應用定向鉆先導孔施工技術、大口徑反井鉆機斜井施工技術；在大壩填筑中應用無人駕駛振動碾施工技術；在巖石邊坡開挖中采用無爆破切割技術；在輸水系統壓力鋼管安裝過程中采用自動焊接技術，將數字化控制與焊接技術結合，實現遠程控制與調節等，這些先進施工技術應用，促進了抽水蓄能工程建設安全防控水平提升，打造了高質量精品建設工程。

新源公司成立以來，先后開工建設26座抽水蓄能電站，累計建設容量3625萬kW，建成投產13座電站，新投產機組容量1450萬kW，泰山等3座電站獲得中國建設工程魯班獎，響水澗等4座電站獲得國家優質工程獎，仙游電站在抽水蓄能行業首次獲得國家優質工程金獎，宜興電站獲得國家改革開放35年百項經典工程。

2.3 推進運維管理創新，挖掘機組市場價值

截至2017年底，新源公司運行抽水蓄能電站20家，裝機容量1907萬kW，占全國抽水蓄能容量66%。運行電站分布在全國14個省（市），運檢技術人員平均不足0.5人/萬kW，為此，新源公司積極推進運維管理創新，探索了一條適合抽水蓄能電站特點的運檢模式。

2.3.1 開發水電（抽水蓄能）生產管理系統

結合水電（抽水蓄能）設備特點和運行檢修需求，推廣機組標準化檢修，研究制定1078個公司級日常運維標項、1483個技術監督標項和201條重點反措要點，編制檢修“兩冊一書”規范和驗收大綱，通過開發生產管理系統，規范固化電站值守、操作、運維、檢修和技術監督等流程；通過電站生產信息橫向集成、專業管理縱向貫通、運維技術共通共享，實現對電站風險、隱患和反措等生產管理的有效管控。

2.3.2 推行電站運維一體化管理

結合抽水蓄能設備自動控制水平和技術人員狀況，打破傳統運行和維護人員業務分離模式，探索建立了電站生產組織機構、運檢業務體系、業務運轉方式、安全風險管控、崗位培訓和班組建設的運維一體化管控體系。實施運維人員定期業務輪換，培養具備全能資質運維人員。運維一體化管理首先在瑯琊山電站試點實施，現已推廣至所有抽水蓄能電站。通過創新電站生產管理，提升運維人員綜合業務能力，拓寬運維人員職業發展通道，提高設備運行檢修管理水平，企業安全生產局面保持穩定。

2.3.3 充分挖掘蓄能機組市場價值

通過電站運維一體化、檢修作業標準化、狀態評價專業化和運檢管理精益化的生產管控體系建設，積極配合電網調度開展頻率緊急協調控制系統新功能試驗，機組服務能力不斷提升。2016年和2017年，新源公司抽水蓄能機組發電啟動59795次，發電啟動成功率99.83%，頂峰發電486億kWh時，機組抽水啟動43853次，抽水啟動成功率99.61%，先后承擔各類重要保電任務350余次，各電站積極響應新能源消納、系統電壓調節和支援系統事故處理等需求，發揮保障電網安全穩定、促進清潔能源消納和系統經濟運行的重要作用，行業市場價值逐步彰顯。

2.4 推動關鍵領域技術研究，完善產業技術標準，支撐抽水蓄能行業健康發展

2.4.1 推動設備國產化

按照國家有關部委部署，新源公司會同哈電、東電、南瑞和相關設計單位聯合攻關，歷時十年，大型抽水蓄能機組關鍵技術取得突破，以安徽響水澗、福建仙游和浙江仙居電站投產為標志，我國完全具備了大型抽水蓄能發電設備自主設計、自主制造和自主安裝調試運營能力，有力支撐了抽水蓄能產業快速發展。

2.4.2 推動工程建設“三通一標”

新源公司在行業內首次制定抽水蓄能電站通用設計（11個分冊）、通用設備（8個分冊）、通用造價和標準施工工藝示范手冊，組織制定72項工程建設一體化管理手冊，規范工程建設準備、安全和質量等管理流程，更好地支撐抽水蓄能工程建設。開展“數字化智能型”電站頂層設計，制定并出臺《數字化智能型抽水蓄能電站建設規劃（2018～2030）》，積極推進抽水蓄能電站融入大數據、信息通信和人工智能等現代技術發展。

2.4.3 完善行業技術標準

注重抽水蓄能規劃建設和運行檢修技術總結，及時制定技術標準體系，并定期更新和升級。新源公司聯合有關單位制定修訂抽水蓄能國家標準20項、電力行業標準39項、國網公司企業技術標準35項、新源公司企業技術標準88項，基本實現了抽水蓄能業務全覆蓋。2017年4月，中電聯抽水蓄能標準化技術委員會成立，標志著抽水蓄能標準化建設邁出新步伐，將對推動抽水蓄能產業技術標準發展方面發揮重要作用。

3 把握我國抽水蓄能發展新形勢，攜手推動抽水蓄能產業新發展

我國社會發展邁入新時代，社會主要矛盾發生變化，經濟增長由高速度向高質量發展轉變，能源結構調整加速，特別是風電、太陽能大規模接入電網，系統對抽水蓄能等靈活性調節需求愈加突顯。目前，我國抽水蓄能發展需求已由單純總量不足向總量不足與布局優化并存轉變。抽水蓄能發展新環境，需要及時分析發展新形勢，積極推動產業技術創新，共同營造良好發展環境。

3.1 深化抽水蓄能電站功能定位研究

電站功能定位是抽水蓄能產業發展的核心，也是完善投資體制、價格機制和運營監管等政策的前提。抽水蓄能技術誕生在西方發達國家，最初功能主要是為系統提供調峰填谷和安全保障服務，后來逐漸參與電力市場化運營。

經過50年發展，抽水蓄能功能仍然主要定位于為系統提供調峰填谷、調頻調相、事故備用和黑啟動等傳統功能。隨著我國電力系統規模擴大、電力供需矛盾轉化、新能源快速發展、跨區電能交換規模增加和電力市場逐漸完善，需要及時深化研究新形勢下抽水蓄能電站功能定位。特別是對電網之間供需平衡、電源結構、負荷特征和網間電能交換等系統性差異，需要進行系統和綜合評判，不斷完善抽水蓄能發展理論。

3.2 深入研究抽水蓄能規劃優化

隨著特高壓和各級電網建設不斷加快，抽水蓄能電站已成為全國大電網的有機組成部分，抽水蓄能規模快速增加，在更大范圍內靈活調劑成為必然，為此，需要突破局部利益藩籬，合理確定電站服務范圍。其次，從系統整體需求出發，科學分析系統內現有調峰資源技術經濟和環保特點，比較不同資源組合對系統綜合影響，尋求規劃期內各階段調峰電源建設和運營優化方案。同時，結合電力市場化改革，抽蓄規劃在考慮選址位置、水源條件、地形地質條件、水頭和距高比等傳統技術因素基礎上，加強投資收益途徑、地區經濟承受能力和環境承載容量約束分析，確保項目建設協調發展。

3.3 深化抽水蓄能投資收益機制完善研究

隨著電力市場化改革的推進，形成以市場起決定性作用的抽水蓄能電站運營機制是大勢所趨。在抽水蓄能電站大規模建設、多方投資參與發展態勢下，投資收益將逐步成為關注的焦點。按照“鼓勵正常投資行為、抑制投機投資行為和市場公平”為基礎、遵循“誰受益、誰負擔”的原則，統籌推進抽水蓄能功能定位、規劃規模、建設節奏和投資收益理論研究，完善抽水蓄能發展新階段產業政策和措施，更好地服務電力系統安全和清潔能源發展。

4 結束語

黨的十九大做出了推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系的重大部署，抽水蓄能電站作為我國能源體系的重要組成部分，在服務清潔能源發展、推進堅強智能電網建設、保障系統安全穩定運行、促進系統節能減排等方面承擔著重要使命。

面向未來，新源公司將以習近平新時代中國特色社會主義思想為指引，貫徹國家電網公司黨組決策部署，圍繞服務堅強智能電網和“能源互聯網企業”建設，緊緊抓住我國抽水蓄能發展戰略機遇，秉承安全健康發展理念，以建設“美麗電站、幸福新源”為愿景，堅持“兩型兩化”（數字化智能型電站、信息化智慧型企業）的戰略總路徑，積極推進互聯網、人工智能、現代通信技術與抽水蓄能電站深度融合，推動傳統電站向智能型電站、傳統企業向智慧型企業轉型升級，著力建設國際一流的調峰調頻電源專業運營公司，為建設堅強智能電網，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，服務地方經濟社會發展做出應有的貢獻。

林銘山（1963—），男，教授級高級工程師，現任國網新源控股有限公司董事長、黨委書記，長期從事抽水蓄能電站開發建設、生產運行和經營管理等管理和研究工作。