黃河上游水電開發(fā)與水風(fēng)光互補(bǔ)技術(shù)研究

謝小平

（國家電力投資集團(tuán)有限公司，青海省西寧市 810008）

1 黃河上游青海清潔能源規(guī)劃與開發(fā)利用

1.1 黃河上游水電資源的建設(shè)成就

規(guī)劃布局引領(lǐng)資源有序發(fā)展。20世紀(jì)50年代，全國人大批準(zhǔn)了黃河上游龍羊峽—青銅峽河段綜合利用規(guī)劃，拉開了黃河上游水電建設(shè)的序幕，鹽鍋峽、青銅峽、劉家峽、龍羊峽、李家峽、公伯峽、拉西瓦、積石峽等水電站工程相繼建成投產(chǎn)。1990年國家提出搶建2000萬kW的中型水電站，龍羊峽—青銅峽河段的調(diào)整規(guī)劃增加了一批中型水電，截至2010年，原規(guī)劃的25座大中型水電站除黑山峽河段、山坪水電站外全部建成投產(chǎn)。截至2021年底，黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司班多至青銅峽河段水電站裝機(jī)容量1125.86萬kW，多年平均發(fā)電量401.45億kW·h，多年平均利用小時數(shù)3808h。龍羊峽水電站1987年投產(chǎn)時，以大壩最高、庫容最大、單機(jī)容量最大“三最”代表了我國水電站的筑壩水平和裝備制造水平。李家峽水電站1997年投產(chǎn)時以國內(nèi)最高的雙曲拱壩、雙排機(jī)組布置、蒸發(fā)冷卻技術(shù)、最大的單機(jī)容量代表了同時代的國內(nèi)裝備制造和筑壩技術(shù)水平。公伯峽水電站建設(shè)過程中的現(xiàn)場施工管理代表了時代水平，建成后囊括了國家環(huán)境友好工程獎、中國土木工程詹天佑獎、國優(yōu)金獎、新中國成立60年百項工程獎、國優(yōu)金獎設(shè)立30年經(jīng)典工程獎等全部國家級獎。拉西瓦水電站2009年投產(chǎn)發(fā)電，是我國北方地區(qū)黃河流域規(guī)模最大的水電站，也是同期國內(nèi)250米級高拱壩、單機(jī)容量最大，并稱世界三大巨型水電工程之一。

水電資源開發(fā)利用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展協(xié)調(diào)發(fā)展。高壩大庫的建設(shè)，確保了黃河安瀾。防洪、防凌、供水、發(fā)電效果顯著。大型水電站建設(shè)促進(jìn)我國電力工業(yè)和裝備制造業(yè)的發(fā)展，220kV、330kV、500kV、750kV電壓等級輸電線路及其電氣設(shè)備應(yīng)運而生，單機(jī)32萬、40萬、60萬、70萬、80萬、100萬kW水輪發(fā)電機(jī)組相繼投行。水電站筑壩水平、施工現(xiàn)場管理水平日益提高，不斷創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄，我國成為名副其實的水電強(qiáng)國。流域梯級電站的調(diào)度能力、調(diào)度現(xiàn)代化水平不斷提高，流域水情測報系統(tǒng)、洪水預(yù)報能力大幅度提升，洪水資源化利用水平不斷提高。

科技創(chuàng)新促進(jìn)水電行業(yè)健康發(fā)展。復(fù)雜地質(zhì)條件下雙曲拱壩力學(xué)計算方法的研究應(yīng)用；復(fù)雜地質(zhì)條件下灌漿材料與灌漿技術(shù)的研究應(yīng)用；巖質(zhì)高邊坡變形機(jī)理分析與研究方法在水電站工程中的應(yīng)用；高地應(yīng)力區(qū)基礎(chǔ)開挖防止基巖回彈控制技術(shù)；庫岸高速滑坡機(jī)理分析與涌浪高度分析計算方法的研究應(yīng)用；峽谷地區(qū)機(jī)組采用雙排布置形式；豎井式水平旋流消能工的應(yīng)用；混凝土面板堆石壩采用掩埋式電站進(jìn)水口形式；鑲嵌組合壩首次在百米級大壩中的應(yīng)用；壩后背管技術(shù)的應(yīng)用；雙曲薄拱壩防止壩體裂縫的綜合技術(shù)措施；混凝土面板堆石壩大壩填筑料利用開挖料筑壩的多組分軟巖筑壩的快速檢測技術(shù)應(yīng)用；反拱水墊塘技術(shù)應(yīng)用；利用梯級水電站調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)了水電站零流量截流；大噸位預(yù)應(yīng)力錨索技術(shù)應(yīng)用；250米級高落差金屬封閉氣體絕緣管道輸電線路的采用；發(fā)電機(jī)蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用；大直徑壓力鋼管整體卷制技術(shù)。

1.2 黃河上游青海境內(nèi)光伏電站發(fā)展回顧

青海的光照資源和荒漠化土地資源極為豐富，約10萬km2的荒漠化土地，太陽年平均輻照量5400～7200MJ/m2，按照目前的晶硅電池組件的轉(zhuǎn)換效率計算，可開發(fā)的裝機(jī)容量達(dá)到40億kW，年發(fā)電量約為7.2萬億kW·h。青海經(jīng)過十多年光伏電站開發(fā)建設(shè)，持續(xù)引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向，積累了豐富的建設(shè)管理經(jīng)驗。首次在全球建設(shè)了單體20萬kW的電站，將光伏電站的建設(shè)規(guī)模提高了10倍，為大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站建設(shè)提供了借鑒。首次將組串式逆變器應(yīng)用到大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站。首次提出智能光伏電站的概念，并成功將4G、電力載波、藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用到光伏子陣。首次將光伏電站建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的理念應(yīng)用到光伏電站的規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)、運行各個環(huán)節(jié)，多項技術(shù)的綜合運用顛覆了傳統(tǒng)光伏電站的設(shè)計理念。首次提出水光互補(bǔ)的理念并成功實施，實現(xiàn)了電性能之間互補(bǔ)，改變了光伏電是垃圾電的傳統(tǒng)觀念。首次提出了水風(fēng)光互補(bǔ)的多能互補(bǔ)理念并開展深入研究，規(guī)劃了青海海南、海西兩個“千萬千瓦級”多能互補(bǔ)基地，使之上升為國家的可再生能源規(guī)劃并實施，國家推廣新能源基地化建設(shè)模式。首次提出并實施了“五統(tǒng)一”基地建設(shè)模式，“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一征地、統(tǒng)一報批、基礎(chǔ)設(shè)施統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理”的基地化建設(shè)管理新模式。首次將N型雙面組件、perc雙面組件+平單軸產(chǎn)品應(yīng)用到大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站之中，這兩種產(chǎn)品+平單軸成為光伏電站的主流配置。首次提出光伏+儲能，建成20MW/16MW·h的儲能試驗實證基地，同時提出了儲能產(chǎn)品集中式、分布式、分散式布置的概念。首次提出模塊化、裝配式光伏電站的概念并開展產(chǎn)品研發(fā)，大幅度減少現(xiàn)場的安裝工作量和開挖工程量、大幅度減少了現(xiàn)場的安裝缺陷。

1.3 光伏電站開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系

青藏高原是地球第三極，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，一旦破壞難以恢復(fù)[1-3]。習(xí)近平總書記參加十二屆全國人大四次會議青海代表團(tuán)的審議時強(qiáng)調(diào)，一定要生態(tài)保護(hù)優(yōu)先，扎扎實實推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)生態(tài)環(huán)境，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境，推動形成綠色發(fā)展方式和生活方式，保護(hù)好三江源，保護(hù)好“中華水塔”，確保“一江清水向東流”。要正確處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展同生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，牢固樹立保護(hù)生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)生產(chǎn)力、改善生態(tài)環(huán)境就是發(fā)展生產(chǎn)力的理念。習(xí)近平總書記指出，進(jìn)入新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局，青海的生態(tài)安全地位、國土安全地位、資源能源安全地位顯得更加重要。要優(yōu)化國土空間開發(fā)保護(hù)格局，堅持綠色低碳發(fā)展，結(jié)合實際、揚長避短，走出一條具有地方特色的高質(zhì)量發(fā)展之路。把青海打造成為國家清潔能源產(chǎn)業(yè)高地，要貫徹落實黨中央關(guān)于新時代推進(jìn)西部大開發(fā)形成新格局、推動共建“一帶一路”高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略部署，黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展等重要論述[4-7]。

黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司從2013年開始在海南、海西光伏電站中試驗種植各種適應(yīng)性植物，分別與中科院寒旱研究所、西北水利旱區(qū)國家重點實驗室開展荒漠戈壁植物種植試驗，在共和盆地開展退化牧草地種植試驗，對大規(guī)模光伏電站影響下退化牧草地氣象因子、土壤有機(jī)質(zhì)變化連續(xù)進(jìn)行在線監(jiān)測和取樣測試，在收集大量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開展比對分析、揭示大規(guī)模光伏電站作用下對環(huán)境影響、植被恢復(fù)、生態(tài)修復(fù)的內(nèi)在規(guī)律[8-11]（見圖1）。

圖1 共和基地光伏園區(qū)電站建設(shè)前后生態(tài)環(huán)境變化趨勢分析Figure 1 Trend analysis on the change of ecological environment before and after the construction of solar PV power stations in Gonghe Solar Industrial Park，Qinghai Province

NDVI最小值出現(xiàn)在光伏電站建設(shè)初期2012年，最大值出現(xiàn)在2019年，總體呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢（見圖2）。

圖2 歸一化植被指數(shù)（NDVI）分析Figure 2 Normalized Difference Vegetation Index （NDVI） analysis

FVC最小值出現(xiàn)在光伏電站建設(shè)初期2012年，最大值出現(xiàn)在2019年，總體呈現(xiàn)逐年增加態(tài)勢（見圖3）。

圖3 植被覆蓋度（FVC）分析Figure 3 Fractional Vegetation Cover （FVC） analysis

1.4 水風(fēng)光儲多能互補(bǔ)技術(shù)研究

大規(guī)模并網(wǎng)光伏電站的安全、送出、消納問題始終伴隨著光伏電站的發(fā)展而存在，是電網(wǎng)、電源企業(yè)之間存在的根本矛盾。主要原因：一是光伏發(fā)電自身的隨機(jī)性、波動性被視為垃圾電。二是利用小時數(shù)低，我國一類資源區(qū)的保障性發(fā)電利用小時數(shù)1500h，電網(wǎng)送出工程的經(jīng)濟(jì)性差。三是光伏電站是通過光子激活電子收集電荷、逆變形成交流電升壓送入電網(wǎng)，全過程都是電力電子產(chǎn)品的靜態(tài)轉(zhuǎn)換過程，沒有轉(zhuǎn)動慣量（現(xiàn)有機(jī)構(gòu)研究虛擬轉(zhuǎn)動慣量）。

水光互補(bǔ)研究的目的就是將光伏電送入水電站，由水電站監(jiān)控系統(tǒng)測得光伏發(fā)電的出力自動調(diào)節(jié)水輪機(jī)出力的技術(shù)，光伏發(fā)電可以稱作為虛擬水電，利用原有的水電站送出線路送入電網(wǎng)，是一種改變電能質(zhì)量的技術(shù)，與目前的“光伏+”有本質(zhì)的區(qū)別，農(nóng)光互補(bǔ)、漁光互補(bǔ)等是國土空間再利用的簡單疊加。

研究水風(fēng)光儲多能互補(bǔ)是基地化開發(fā)新能源資源必須要研究的問題。由于資本的逐利性，參與新能源開發(fā)的市場主體越來越多，競爭越來越激烈，資源獲取難度越來越大。大規(guī)模的新能源開發(fā)需要強(qiáng)大電網(wǎng)支撐為前提，傳統(tǒng)電源企業(yè)為消納新能源，常規(guī)機(jī)組的利用小時數(shù)越來越低、深度調(diào)峰、靈活性改造等對常規(guī)電源提出了更高要求，這是將自身利益建立在公共服務(wù)之上的利益獲取。研究多種能源互補(bǔ)，目的在于能源開發(fā)企業(yè)必須承擔(dān)相應(yīng)的社會責(zé)任，生產(chǎn)的產(chǎn)品合格，產(chǎn)量可以預(yù)測。

基于新能源海量運行數(shù)據(jù)的分析，黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司與西北電網(wǎng)調(diào)度部門、西安理工大學(xué)、天津大學(xué)、西北勘測設(shè)計研究院等單位合作開展研究，深入分析了光伏、風(fēng)電發(fā)電特性，對光伏電站通過不同布置形式、不同支架型式、不同容配比、不同光伏儲能容量配置提出各種天氣情況下光伏電站自身補(bǔ)償設(shè)計原則，對同一地區(qū)風(fēng)電自身特性研究與風(fēng)電儲能容量配置研究，提出了光儲與風(fēng)儲互補(bǔ)后水電再參與互補(bǔ)調(diào)節(jié)的研究。該項研究由于體制的原因被迫中斷。

不同規(guī)模各類光伏出力互補(bǔ)性研究，利用其光伏自身的互補(bǔ)性合理配置其容量，提高光伏電站經(jīng)濟(jì)性，降低出力波動幅度，提高多能互補(bǔ)可行性（見圖4）。

圖4 不同類型光伏典型出力（一）Figure 4 Typical solar output of different types（No.1）

圖4 不同類型光伏典型出力（二）Figure 4 Typical solar output of different types（No.2）

風(fēng)電場出力特性研究，考慮季節(jié)特性、日出力和電量特征的風(fēng)電場日出力特性評價方法，得到24種典型風(fēng)電場日出力曲線（見圖5～圖7）。

圖5 典型天氣下各類光伏出力Figure 5 Outputs of various solar PV Systems under different typical weather conditions

圖6 不同規(guī)模各類光伏出力互補(bǔ)性研究Figure 6 Research on the complementarity of solar output with different scales and types

圖7 24種典型風(fēng)電場出力曲線Figure 7 24 typical wind farm power output curves in different seasons

區(qū)域協(xié)同控制下風(fēng)電本體互補(bǔ)研究，考慮同一區(qū)域內(nèi)風(fēng)電站群之間尾流等影響因素，通過區(qū)域協(xié)同控制，提升風(fēng)機(jī)之間的互補(bǔ)性能，實現(xiàn)同區(qū)域風(fēng)電場本體之間的互補(bǔ)運行。

光伏、風(fēng)電日出力互補(bǔ)性，黃河上游區(qū)域光伏、風(fēng)電日出力特性具備天然互補(bǔ)性。

光、風(fēng)能源互補(bǔ)容量配比，依據(jù)《光伏電站/風(fēng)電場接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，以超標(biāo)天數(shù)最少為目標(biāo)，黃河上游區(qū)域光、風(fēng)裝機(jī)容量配比接近2：1時，出力的互補(bǔ)性相對最佳（見圖8）。

圖8 風(fēng)電場出力特性研究Figure 8 Research on power output characteristics of wind farms

光伏發(fā)電、風(fēng)電年度出力互補(bǔ)性，依據(jù)月發(fā)電量過程判定，黃河上游區(qū)域風(fēng)電和光伏發(fā)電具有季節(jié)尺度的電量互補(bǔ)性（見圖9）。

圖9 區(qū)域協(xié)同控制下風(fēng)電本體互補(bǔ)研究Figure 9 Research on wind power self-complementation under regional coordinated control

水光互補(bǔ)運行研究，結(jié)合光伏出力特點，采取水位蓄放控制方式，合理調(diào)整水電站發(fā)電泄流和出力過程，實現(xiàn)水－光互補(bǔ)出力滿足電力送出要求（見圖10）。

圖10 光伏、風(fēng)電日出力互補(bǔ)性Figure 10 Solar and wind power complementarity （daily）

根據(jù)黃河上游水、光互補(bǔ)電力送出需求特征，設(shè)定了日三段線電力送出需求 （特高壓遠(yuǎn)距離送出） 和日五段線電力送出需求（就地消納）兩種情景。

水－光－風(fēng)多能互補(bǔ)系統(tǒng)容量優(yōu)化配置，按照光、風(fēng)容量2：1計算，茨哈峽—班多—羊曲梯級水電站的可行互補(bǔ)風(fēng)光裝機(jī)容量為5400MW。如配以適當(dāng)儲能容量，茨哈峽—班多—羊曲梯級水電站互補(bǔ)風(fēng)光容量可達(dá)到6000MW。

水光風(fēng)儲互補(bǔ)研究，利用儲能電池的快速調(diào)節(jié)，可以實現(xiàn)削峰填谷及跟蹤出力（見圖11～圖15，表1）。

表1 水-光-風(fēng)多能互補(bǔ)系統(tǒng)容量優(yōu)化配置Table 1 Optimal capacity configuration for hydro-solar-wind power hybrid system

圖11 風(fēng)、光能源互補(bǔ)容量配比Figure 11 Capacity ratio of wind-solar power hybrid

圖12 光伏、風(fēng)電年度出力互補(bǔ)性Figure 12 Solar and wind power complementarity（annual）

圖13 水-光互補(bǔ)特性研究Figure 13 Research on characteristics of hydro-solar power hybrid

圖14 水、風(fēng)、光互補(bǔ)Figure 14 Hydro-wind-solar hybrid

圖15 水光風(fēng)儲互補(bǔ)研究Figure 15 Study on complementarity of hydro，solar，wind and energy storage

黃河上游青海境內(nèi)水電支撐了新能源發(fā)展，2011年，青海的電力裝機(jī)容量為1328萬kW，截至2021年底，青海省電力裝機(jī)達(dá)4286萬kW（其中，水電1263萬kW、光伏1656萬kW、光熱21萬kW、風(fēng)電953萬kW、火電393萬kW），清潔能源裝機(jī)占比90.83%，新能源裝機(jī)占比61.36%。隨著新能源裝機(jī)容量的不斷增加，黃河上游水電機(jī)組運行方式發(fā)生了根本性的變化。

（1）日間出力大幅減少。中午時段總負(fù)荷65萬kW，負(fù)荷率僅為6%，其中龍羊峽、拉西瓦等水電站機(jī)組負(fù)荷最低至1萬kW運行。

（2）機(jī)組利用小時數(shù)降低。因電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)調(diào)整，黃河公司各水電站年利用小時數(shù)逐年下降，2017年龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、積石峽五站平均年利用小時數(shù)同比2014年下降27.63%。

（3）發(fā)電耗水率增加。2017年五站耗水率比2014年增加1.8%～4.6%，折合損失電量6.36億kW·h，主要原因是低負(fù)荷運行導(dǎo)致電站發(fā)電耗水率增加，造成電量損失。

（4）機(jī)組空耗損失電量增加。2016年各站機(jī)組旋轉(zhuǎn)備用不斷增加，空載損耗電量大幅上升，2017年度龍羊峽、拉西瓦、李家峽、公伯峽、積石峽五站合計空耗損失電量11.93億kW·h。較2014年增加3.21億kW·h。2011～2021年公司屬黃河干流電站空載損失電量42.94億kW·h。

（5）機(jī)組檢修投入不斷增加。機(jī)組運行負(fù)荷率的不斷下降及電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻的需要，日間調(diào)頻次數(shù)多達(dá)2000多次，機(jī)組較長時間低負(fù)荷運行或不斷穿越振動區(qū)，水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動部件損耗加大，過流部件磨蝕、轉(zhuǎn)輪裂紋逐年加劇，設(shè)備狀態(tài)趨于劣化，機(jī)組的主、輔設(shè)備損耗嚴(yán)重。2017年較2015年檢修費用增加13613萬元。

（6）提供電力系統(tǒng)必需的轉(zhuǎn)動慣量。

2 清潔能源發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

2.1 政策機(jī)遇

2014年6月13日，習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第六次會議上提出“四個革命、一個合作”能源安全新戰(zhàn)略，引領(lǐng)我國能源行業(yè)發(fā)展進(jìn)入了新時代。

2020年9月22日，習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會宣示：中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。

2021年12月12日，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國氣候雄心峰會上宣布：到2030年，中國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消費比重將達(dá)到25%左右，風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億kW以上。

2021年3月15日，習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議提出：要構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

習(xí)近平總書記2016年視察青海省時指示，“一定要把光伏產(chǎn)業(yè)做好”“使青海成為國家重要的新型能源產(chǎn)業(yè)基地”，2021年習(xí)近平總書記到青海視察時指示：進(jìn)入新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局，青海的生態(tài)安全地位、國土安全地位、資源能源安全地位顯得更加重要，要把青海打造成為“國家的清潔能源產(chǎn)業(yè)高地”。

2022年1月17日，習(xí)近平總書記在2022年世界經(jīng)濟(jì)論壇視頻會議上宣布：實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和是中國高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在要求，也是中國對國際社會的莊嚴(yán)承諾。中國已建成全球規(guī)模最大的碳市場和清潔發(fā)電體系，可再生能源裝機(jī)容量超10億kW，1億kW大型風(fēng)電光伏基地已有序開工建設(shè)。

2.1.1 大規(guī)模光伏電站運行對電力系統(tǒng)的影響，現(xiàn)行電力體制下考核辦法制約新能源電力的消納

構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)需要解決的問題：由于光伏電站的間歇性、波動性、隨機(jī)性，電力系統(tǒng)在消納時需要配置相當(dāng)容量的常規(guī)電源作為熱備用。光伏電站是電力電子設(shè)備將太陽能激活，電子收集電荷轉(zhuǎn)化為電能的過程，是靜態(tài)的。常規(guī)電源是通過旋轉(zhuǎn)設(shè)備切割磁力線產(chǎn)生電荷，是動態(tài)的。由于機(jī)械慣性的存在，對電力系統(tǒng)安全具有非常重要的作用。光伏電站配置儲能設(shè)備后，通過儲能設(shè)備的控制可以提供一定的虛擬轉(zhuǎn)動慣量。目前國家層面沒有制定針對光伏電站規(guī)模大小、利用小時數(shù)、有功功率、發(fā)電量的保證率標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，國家僅按照不同資源區(qū)規(guī)定了保障性利用小時數(shù)。由此產(chǎn)生兩個方面的問題。一是國家沒有規(guī)范光伏電站開發(fā)商的標(biāo)準(zhǔn)，使得這個行業(yè)的門檻越來越低。二是光伏電站開發(fā)商無法計算電站的年發(fā)電量和多年平均發(fā)電量，企業(yè)無法計算電站的預(yù)期收益，造成投資的盲目性。使發(fā)電企業(yè)在決策時清楚地知道產(chǎn)能、產(chǎn)量和預(yù)期收益。在電力市場發(fā)展過程中加強(qiáng)法制建設(shè)，最基本的制度、標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)盡快制定。

大電網(wǎng)涉及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的各個方面，電網(wǎng)安全從來都是非常敏感的政治問題。電網(wǎng)建設(shè)首要關(guān)心的是安全，對設(shè)備的可靠性要求非常高，特別是對涉網(wǎng)設(shè)備要求很高。目前，國家電網(wǎng)有限公司對光伏電站的要求越來越高，從設(shè)計到生產(chǎn)運行全過程進(jìn)行審查、驗收、考核。由于國家標(biāo)準(zhǔn)缺失，使得發(fā)電企業(yè)必須執(zhí)行電網(wǎng)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。因此，國家電網(wǎng)有限公司下屬各單位對光伏電站的要求已經(jīng)超出了發(fā)電企業(yè)應(yīng)該承擔(dān)的范圍，發(fā)電企業(yè)在設(shè)備配置中配置了許多應(yīng)該由電網(wǎng)企業(yè)配置的設(shè)備。例如，海南特高壓配套電源點項目，電網(wǎng)公司要求將原來光伏電站配置的SVG（靜止型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置）改為調(diào)相機(jī)，致使投資增加了9億元，是項目可行性研究報告的11倍，調(diào)相機(jī)需要長期在網(wǎng)上備用，運行費用大幅度增加，備用時還需要消耗大量的電能，21臺調(diào)相機(jī)每年僅電費一項支出接近5000萬元。

構(gòu)建以新能源為主的新型電力系統(tǒng)，必須從改變電源的電能質(zhì)量做起，筆者設(shè)想在有條件的地方將新能源為主的局部電網(wǎng)分開與公共電網(wǎng)分開，形成職責(zé)明確的兩張網(wǎng)，以新能源發(fā)電為主的電網(wǎng)承擔(dān)其應(yīng)有的安全責(zé)任和社會責(zé)任，確保上網(wǎng)電能的質(zhì)量，服從公共電網(wǎng)的調(diào)度，各司其職、各負(fù)其責(zé)。以羊曲儲能工廠為例，羊曲儲能工廠用來抽水的電量全部由局部電網(wǎng)中的一部分新能源提供，另外一部分送到羊曲電站后通過水電站水輪機(jī)的調(diào)節(jié)將光伏電轉(zhuǎn)化為水電+虛擬水電送到為用戶服務(wù)的大電網(wǎng)，以解決大規(guī)模新能源上網(wǎng)對大電網(wǎng)的沖擊來保證大電網(wǎng)的安全。局部電網(wǎng)由行業(yè)協(xié)會或者監(jiān)管部門出臺相應(yīng)的制度、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范其行為。

2.1.2 以創(chuàng)新驅(qū)動傳統(tǒng)思維方式的轉(zhuǎn)變，為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)提供支撐

技術(shù)創(chuàng)新方面，黃河上游水電開發(fā)有限責(zé)任公司從2018年開始，為了新能源電量的消納開展儲能泵技術(shù)研究，該項研究得到了青海省發(fā)展改革委的大力支持，劃撥專項研究經(jīng)費，青海省委指定省人大常委會副主任牽頭督導(dǎo)，青海省發(fā)展改革委、能源局、水利廳、國網(wǎng)青海公司派人指導(dǎo)。課題研究重點在于大泵水力開發(fā)、設(shè)計、制造、啟動方式、電價政策等方面開展研究，哈爾濱電氣公司、東方電氣公司、上海福伊特、西勘院、西安理工大學(xué)等單位開展研究。項目針對黃河上游羊曲水電站工程設(shè)計進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，已經(jīng)認(rèn)為羊曲儲能工廠功能及作用：

（1）符合“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”的要求，羊曲儲能工廠裝機(jī)容量800MW（4×200MW），機(jī)組變速范圍為±10%，功率變幅范圍為50%～100%，機(jī)組具有自適應(yīng)新能源波動特性運行的能力。

（2）配置約4000MW容量的光伏電源，通過獨立局域網(wǎng)直接向儲能泵機(jī)組供電，減少對電網(wǎng)的擾動及沖擊。

（3）將波動的新能源以水能形式儲存，提升水電機(jī)組調(diào)節(jié)能力。

（4）采用“水光互補(bǔ)”技術(shù)建立水電機(jī)組+儲能泵機(jī)組+新能源聯(lián)合調(diào)度運行方式，將未被有效利用的新能源與水電打捆送出，向電網(wǎng)輸送優(yōu)質(zhì)電能。

（5）針對未來新型電力系統(tǒng)，創(chuàng)新性提出一套新的新能源電站建設(shè)及入網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為建立和完善新型電力系統(tǒng)體制、機(jī)制提供技術(shù)依據(jù)。

（6）助力高質(zhì)量打造清潔能源產(chǎn)業(yè)高地，實現(xiàn)青海省提出的2030年全省風(fēng)電、光伏裝機(jī)達(dá)到1億kW以上的目標(biāo)，新能源裝機(jī)容量增加約7500萬kW，新能源+儲能是必經(jīng)的一條發(fā)展路徑。

（7）儲能工廠作為一種新型儲能，可有效提高靈活電源的調(diào)節(jié)比例以及對電網(wǎng)的調(diào)峰、支撐能力，形成新能源“基地化”開發(fā)的新模式。通過建設(shè)儲能工廠可規(guī)模化帶動新能源發(fā)展，以羊曲儲能工廠80萬kW的裝機(jī)容量，通過水電機(jī)組+儲能泵機(jī)組聯(lián)合調(diào)度運行方式可帶動和調(diào)節(jié)400萬kW的新能源。

（8）提高水電站的調(diào)節(jié)能力，有效緩解新能源出力受限。儲能工廠的建成，可實現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，通過與羊曲水電站的聯(lián)合調(diào)度運行，提高水電機(jī)組運行靈活性，提升水電站的短期及長期調(diào)峰、事故備用能力及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，有效緩解新能源出力受限。

（9）有效抑制青海電網(wǎng)新能源側(cè)的暫態(tài)及穩(wěn)態(tài)過電壓。羊曲儲能泵電動機(jī)功率因數(shù)為0.85～0.9，單臺機(jī)組可向系統(tǒng)提供120～150Mvar的無功調(diào)節(jié)容量，4臺機(jī)組可向系統(tǒng)提供480～600Mvar的無功調(diào)節(jié)容量，可替代10～12臺容量為50 Mvar分布式調(diào)相機(jī)。

（10）向系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動慣量與短路容量，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》中“電力系統(tǒng)應(yīng)具備基本的慣量和短路容量支持能力，在新能源并網(wǎng)發(fā)電比重較高的地區(qū)，新能源場站應(yīng)提供必要慣量與短路容量支撐。”羊曲儲能泵單臺機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量為17140～17636t·m2，運行時可向系統(tǒng)提供遠(yuǎn)大于調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量（單臺分布式調(diào)相機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為8.56～24.31t·m2），可以更好地抑制電網(wǎng)的頻率波動或者振蕩。羊曲儲能泵電動機(jī)短路比為0.68，分布式調(diào)相機(jī)短路比為1.11～1.47，儲能泵可向電網(wǎng)提供更大的短路容量，可以更好地抑制電網(wǎng)大功率負(fù)荷、無功設(shè)備投切時電壓的變化幅值，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。

（11）增加新能源消納空間，撬動新能源開發(fā)建設(shè)。羊曲儲能工廠直接消納新能源負(fù)荷的能力為1300～1500MW，利用“水光互補(bǔ)”技術(shù)可帶動2500～2700MW新能源的開發(fā)。

（12）實現(xiàn)重大裝備制造業(yè)技術(shù)突破。國內(nèi)在變速、變功率機(jī)組，交流勵磁裝置等技術(shù)處于空白，只在少數(shù)歐美發(fā)達(dá)國家應(yīng)用該項技術(shù)。開展變速、變功率儲能泵機(jī)組、交流勵磁變頻裝置的設(shè)計、制造、應(yīng)用，可形成一套完整的變速機(jī)組設(shè)計、制造標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)國產(chǎn)變速機(jī)組零的突破。

2.2 政策支持

（1）允許建立局部電網(wǎng)。

（2）允許建立清潔能源樞紐調(diào)控中心，電網(wǎng)調(diào)度對中心進(jìn)行調(diào)度。近幾年來，青海非水可再生能源裝機(jī)增速是負(fù)荷增速的8倍，本省電力消納空間有限，外送通道數(shù)量、建設(shè)進(jìn)度與巨大的能源資源開發(fā)潛力不相適應(yīng)。能源安全和新型電力系統(tǒng)對能源供應(yīng)和電網(wǎng)安全提出了新的更高要求。利用黃河上游已建擬建大型水庫，采用“常規(guī)水電+抽水蓄能+儲能泵站”三位一體化開發(fā)模式，打造清潔能源調(diào)控樞紐，形成“風(fēng)光水儲多能互補(bǔ)”向電網(wǎng)輸送平穩(wěn)電能，由電網(wǎng)對清潔能源調(diào)控樞紐進(jìn)行調(diào)度，解決大容量新能源能量儲存、搬移及電網(wǎng)調(diào)節(jié)作用，保證大電網(wǎng)安全，帶動新能源規(guī)模化發(fā)展。據(jù)測算，羊曲、龍羊峽、茨哈峽3個清潔能源調(diào)控樞紐工程可以撬動新能源總裝機(jī)近1億kW。