中小型抽水蓄能電站發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析

摘要：按照我國碳達峰、碳中和發(fā)展目標和對于構建新型電力系統(tǒng)的總體要求，電力系統(tǒng)發(fā)展迫切需要抽水蓄能電站的合理開發(fā)和建設。中小型抽水蓄能電站具有選址布置靈活、生態(tài)環(huán)境友好、建設周期較短、投資規(guī)模較小等特點，是大型電站的重要補充。本文通過分析我國中小型抽水蓄能的發(fā)展現(xiàn)狀和功能定位，展望新形勢下發(fā)展前景，提出開發(fā)思路，為中小型抽蓄項目的開發(fā)及建設提供參考。

關鍵詞：中小型抽水蓄能電站；發(fā)展

DOI：10.12433/zgkjtz.20240731

目前，積極發(fā)展風、光等可再生能源已成為世界各國有效應對氣候變化、實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的一致共識，但風電、光伏等可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)發(fā)電對電力系統(tǒng)的靈活性和調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。抽水蓄能工程技術成熟且經(jīng)濟性較優(yōu)，是電力系統(tǒng)中具有大規(guī)模建設條件的調(diào)節(jié)電源，綠色低碳，清潔靈活，具有調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、儲能和緊急事故備用等功能，加快發(fā)展抽水蓄能是新時期下高質(zhì)量開發(fā)利用可再生能源的重要保障。截至2022年底，全國抽水蓄能電站投產(chǎn)總裝機規(guī)模4679萬kW，在建裝機總規(guī)模達1.21億kW。中小型抽水蓄能電站具備水頭要求低、選址靈活、建設周期短及接入便利等優(yōu)勢，是大型抽水蓄能項目的重要補充，在當前抽水蓄能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展時期發(fā)揮著重要作用。

一、中小型抽水蓄能電站發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標準，以裝機規(guī)模劃分，中小型抽水蓄能電站是指裝機規(guī)模小于300MW的抽蓄電站（含混合式工程），其中裝機容量低于50MW的為小型抽蓄電站。早期，中小型抽水蓄能工程以試驗性建設為主，工程項目以結合已建工程居多，并通過改建或擴建方式降低單位千瓦造價。隨著電力系統(tǒng)互聯(lián)和新能源大規(guī)模開發(fā)利用，中小型蓄能項目難以滿足電力系統(tǒng)需求，規(guī)模效益更為突出的大型抽水蓄能電站成為發(fā)展主流，中小抽水蓄能電站未能實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)展。2021年8月，國家能源局印發(fā)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，《規(guī)劃》提出要因地制宜建設中小型蓄能項目，部分中小型抽水蓄能站點納入重點實施項目清單，中小型抽蓄面臨嶄新的發(fā)展機遇。截至2022年底，全國已有12座中小型抽水蓄能電站項目建成，總裝機規(guī)模85萬kW，占已建總抽水蓄能規(guī)模的1.8%。截至2023年6月底，我國在建中小型抽水蓄能電站6座，總裝機規(guī)模160.1萬kW，主要分布在湖北和浙江等省。

二、中小型抽水蓄能電站的功能定位

在電力系統(tǒng)中，中小型和大型抽水蓄能電站發(fā)揮的功能作用大致相同，主要包括調(diào)峰、填谷和儲能等靜態(tài)效益功能以及調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑啟動等動態(tài)效益功能。中小型項目因裝機容量相對較小，綜合考慮系統(tǒng)功能效益和工程開發(fā)的經(jīng)濟型，在大型電網(wǎng)中規(guī)?；l(fā)展中小型抽水蓄能電站并不具備優(yōu)勢。同時，中小抽水蓄能電站建設周期較短，能盡早滿足電力系統(tǒng)對儲能的需求，在地方電網(wǎng)、孤立電網(wǎng)、海島電網(wǎng)等局域電網(wǎng)中發(fā)揮的作用更為顯著。此外，中小型抽水蓄能電站可以配合新能源電源開發(fā)，配套分布式能源供應系統(tǒng)，建立小型骨干支撐電源，促進電力系統(tǒng)多元化發(fā)展。中小型抽水蓄能電站主要功能定位如下：

第一，提升局域電網(wǎng)運行靈活性。受自然環(huán)境、經(jīng)濟水平和產(chǎn)業(yè)布局差異的影響，各市、縣級區(qū)域電網(wǎng)日最小負荷率差別較大，220kV及以下等級電網(wǎng)日內(nèi)負荷高峰電力需求、低谷基荷發(fā)電需求需要通過更高等級電網(wǎng)統(tǒng)籌。合理有序規(guī)劃建設一定規(guī)模的中小型抽水蓄能站點可有效提高區(qū)域電網(wǎng)運行的靈活性，提升局部供電的可靠性，提高電力系統(tǒng)分層、分區(qū)的運行能力。

第二，增強集中式發(fā)電的友好性。通過爬坡抑制、功率控制等措施，配合集中式風電、太陽能發(fā)電等新能源電源布置的中小型蓄能電站可有效提升新能源發(fā)電電源的接入能力，減少電力波動。例如，進一步研判風電和光伏的發(fā)電特性和出力變化過程，配置具備日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)等功能的中小型抽水蓄能電站，進一步平滑新能源發(fā)電的出力過程，有效解決間歇性問題，進一步提升新能源電源的并網(wǎng)能力和電量利用率。

第三，提高分布式發(fā)電的穩(wěn)定性。中小型抽水蓄能電站與分布式能源有機結合布置，可有效提升分布式電源的功率控制、能量管理和運行穩(wěn)定性，解決分布式電源可靠性低、電能質(zhì)量差等問題。同時，中小型抽水蓄能電站配合微電網(wǎng)，通過新能源整和電網(wǎng)功率平衡，建立缺電地區(qū)以及島嶼的支撐電源，可有效應對電力短缺或過剩問題，進一步提升電力系統(tǒng)供電模式的多樣性。

第四，保障輸配電及用戶側用能的可靠性。通過在負荷中心附近或在建設大型抽蓄電站條件不具備的地區(qū)靈活布置中小型抽蓄電站，可解決輸電線路的容量阻塞和功率流控制問題，有效實現(xiàn)對用電側負荷及電能質(zhì)量的管理并提高動態(tài)穩(wěn)定性，從而提升輸配電質(zhì)量和供電可靠性。

三、新形勢下中小型抽水蓄能電站的發(fā)展前景

在2021年3月召開的中央財經(jīng)委員會第九次會議上，習近平總書記提出構建新型電力系統(tǒng)的理念，在新型電力系統(tǒng)中，安全高效是基本前提，清潔低碳是核心目標，清潔能源將逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿萘亢碗娏恐黧w，風電、光伏發(fā)電等新能源占比愈來愈高，源—網(wǎng)—荷端電力電子設備廣泛接入，電力系統(tǒng)展現(xiàn)出“可再生能源高占比、電力電子設備高占比”“供給側隨機性、需求側隨機性”等特征，出力控制、負荷預測、實時平衡及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行等均面臨新的挑戰(zhàn)。以高比例新能源為主要特點的新型電力系統(tǒng)中，夜間風電高峰、午間光伏高峰與用電早高峰、晚高峰錯位，凈負荷呈現(xiàn)典型的“鴨型曲線”，午間和夜間時段，系統(tǒng)對于儲能需求很大。儲能已逐步成為新型電力系統(tǒng)和新能源發(fā)展的剛性需求，而抽水蓄能電站是當前較成熟且經(jīng)濟的儲能設備。中小型抽水蓄能電站在國家儲能激勵政策引導下，結合電力發(fā)展和新能源發(fā)展需求，因地制宜布局建設，滿足局部電網(wǎng)靈活調(diào)度需求，促進新能源就近就地消納，具有較大的發(fā)展空間。

（一）中小型抽水蓄電站能是短期內(nèi)滿足電力系統(tǒng)儲能需求的必然選擇

目前，壓縮空氣儲能、飛輪儲能、電化學儲能等儲能技術仍處于規(guī)?；l(fā)展和商業(yè)化開發(fā)的初期，尚不具備大規(guī)模開發(fā)條件。大型抽水蓄能電站建設周期較長，通常為8～10年，根據(jù)目前大型抽水蓄能電站開發(fā)建設情況看，大型電站投產(chǎn)運行預計在2028～2030年，難以滿足近五年電網(wǎng)發(fā)展的需求。中小型抽蓄項目工程建設總周期相對于大型抽水蓄能項目較短，約3～5年，近期開工項目預計可于“十四五”末、“十五五”初建成投產(chǎn)，早于其他大型抽水蓄能電站投產(chǎn)年份，可盡快填補電網(wǎng)調(diào)峰缺口，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

（二）中小型抽水蓄能電站是新能源大規(guī)模發(fā)展的關鍵支撐

目前，我國已提出在2030年前風電光伏等新能源裝機容量達到12億kW及以上的發(fā)展目標，新能源大規(guī)模開發(fā)是大勢所趨，中小型抽水蓄能是新能源大規(guī)模發(fā)展的關鍵支撐。一方面，在電源側，中小型抽水蓄能電站與集中式開發(fā)的風電、光伏協(xié)同調(diào)度運行，可有效平滑風力發(fā)電、光伏發(fā)電出力，提高線路利用效率、提升出力與負荷的匹配度，支撐流域可再生能源一體化基地等新能源電源基地開發(fā)。另一方面，在電網(wǎng)側，我國積極推進分布式風電、光伏開發(fā)，隨著千家萬戶沐光行動、千鄉(xiāng)萬村馭風行動的有序推進，分布式新能源大量接入當?shù)仉娋W(wǎng)，布局一定規(guī)模的中小型抽水蓄能電站以配合分布式電源運行，可以平抑新能源電源出力的隨機波動性，促進地區(qū)可再生能源就近消納。

（三）中小型抽水蓄能電站開發(fā)是促進經(jīng)濟增長的有效途徑

近年來，穩(wěn)增長和穩(wěn)就業(yè)形勢面臨新的挑戰(zhàn)。國務院于2022年印發(fā)《關于印發(fā)扎實穩(wěn)住經(jīng)濟一攬子政策措施的通知》中提出“穩(wěn)定并擴大民間投資”“抓緊實施一批能源項目”“降低市場主體用水用電用網(wǎng)等成本”等一系列措施。中小型抽水蓄能電站靜態(tài)總投資基本在30億元以下，可適應更多開發(fā)主體投資運營，投資及運營模式更加靈活，是促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展的有效途徑。

四、中小型抽水蓄能電站開發(fā)思路

按照“需求導向、因地制宜、經(jīng)濟合理”的原則，中小型抽水蓄能電站開發(fā)需綜合站點建設條件、系統(tǒng)需求、市場承受能力等因素，根據(jù)在電力系統(tǒng)中的功能定位，經(jīng)區(qū)域內(nèi)站點技術經(jīng)濟綜合比較選擇確定。

第一，對于配合集中式新能源電站開發(fā)的中小型抽水蓄能電站，建議布置在新能源資源具備集中開發(fā)條件，土地資源優(yōu)勢較好，消納市場明確，抽水蓄能電站需求規(guī)?？臻g較大、遠距離輸送電力的區(qū)域，例如，西北地區(qū)大型抽水蓄能站點資源條件相對較差，新能源發(fā)展迅速，且大規(guī)模外送基地眾多，電力市場體量小，經(jīng)濟承受能力較低。

第二，對于保證用戶側的終端用能和保障輸配電可靠性的中小型抽水蓄能電站，各省區(qū)內(nèi)廣泛分布規(guī)模較小的獨立電網(wǎng)，可充分利用已有資源，開展技術和經(jīng)濟比較，并對其優(yōu)勢充分論證后，合理布局部分中小型抽水蓄能項目，以實現(xiàn)分層次的調(diào)度運行。

第三，對于短期內(nèi)無法與電力基礎設施有效連接，且系統(tǒng)結構具有較突出的矛盾，已嚴重影響系統(tǒng)安全運行的微電網(wǎng)、孤立電網(wǎng)或海島電網(wǎng)等的區(qū)域，可根據(jù)實際情況分析研究，合理配置中小型抽水蓄能電站。

五、結語

在“雙碳”目標引領下，在加速能源向綠色低碳轉(zhuǎn)型的新形勢下，我國電力行業(yè)進入了構建新型電力系統(tǒng)的發(fā)展階段，新能源大規(guī)模高比例發(fā)展將使電力系統(tǒng)面臨一系列新問題、新挑戰(zhàn)。抽水蓄能是目前成熟且經(jīng)濟的儲能電源，與新能源和火電等電源配合效果較好，對實現(xiàn)未來大規(guī)模、高比例新能源發(fā)展以及保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定安全經(jīng)濟運行具有不可替代的作用。對于位于負荷中心周邊但不具備開發(fā)建設大型抽水蓄能電站條件的地區(qū)、新能源資源總量不大且相對集中的地區(qū)以及邊遠孤網(wǎng)及局域網(wǎng)地區(qū)，科學有序、因地制宜規(guī)劃建設中小型抽水蓄能，對滿足電力需求、保障系統(tǒng)運行安全及促進新能源發(fā)展具有舉足輕重的作用。

參考文獻：

[1]水電水利規(guī)劃設計總院，中國水力發(fā)電工程學會抽水蓄能行業(yè)分會.抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022[M].北京：中國水利水電出版社，2023.

[2]水電水利規(guī)劃設計總院.中國可再生能源行業(yè)發(fā)展報告2022[M].北京：中國水利水電出版社，2023.

[3]吳偉杰，鄭楠炯，張伊寧，等.廣東省中小型抽水蓄能電站建設淺析[J].廣東水利水電.2023（06）：12-14+30.

[4]于倩倩，楊德權，徐玲君，等.中小型抽水蓄能電站合理發(fā)展探討[J].水力發(fā)電.2021，47（08）：94-98.

[5]張智剛，康重慶.碳中和目標下構建新型電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)與展望[J].中國電機工程學報，2022，42（08）：2806-2818.

作者簡介：喬蘇杰（1991），男，北京市人，碩士研究生，注冊咨詢工程師（投資），從事可再生能源規(guī)劃咨詢工作。