科普｜抽水蓄能電站“綠”在哪兒？

２０２４年８月１１日，中共中央、國務(wù)院《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》發(fā)布，明確提出“科學(xué)布局抽水蓄能、新型儲(chǔ)能、光熱發(fā)電，提升電力系統(tǒng)安全運(yùn)行和綜合調(diào)節(jié)能力”“到２０３０年，抽水蓄能裝機(jī)容量超過１．２億千瓦”。

２０２４年８月３０日，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院聯(lián)合中國水力發(fā)電工程學(xué)會(huì)抽水蓄能行業(yè)分會(huì)共同發(fā)布了《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告２０２３年度》，披露“截至２０２４年６月底，全國抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)５４３９萬千瓦。抽水蓄能投資增勢(shì)加快，上半年投資增速較去年同期增加３０．４個(gè)百分點(diǎn)”。

碳中和時(shí)鐘作響，可再生能源發(fā)展不斷實(shí)現(xiàn)新突破，抽水蓄能電站在電網(wǎng)負(fù)荷平衡中充當(dāng)“調(diào)節(jié)器”“充電寶”和“穩(wěn)定器”的作用日益凸顯。

文｜康華

這個(gè)夏天，我們經(jīng)歷的極端天氣令人瞠目結(jié)舌。

貴州、云南、廣西多個(gè)景區(qū)，游客一覺醒來，洪水淹上民宿，侵入帳篷，老板收拾行李準(zhǔn)備“搬家”；廣東梅州發(fā)生百年罕見暴雨，６萬人被迫離開家園，１６萬人生活受到影響；山東菏澤出現(xiàn)１３級(jí)龍卷風(fēng)，推翻車輛、拔倒樹木，２８２０間房屋受損，６萬畝農(nóng)田受災(zāi)；河南在５月經(jīng)歷極端干旱，７月又迎來嚴(yán)重暴雨，２９座水庫被迫泄洪，玉米等剛收獲的糧食泡在水里……

中國氣象局表示，由于全球持續(xù)變暖加劇了氣候系統(tǒng)的不確定性，中國的極端高溫和極端強(qiáng)降水事件正在趨多趨強(qiáng)。

自工業(yè)革命以來，由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的溫室氣體驅(qū)動(dòng)了全球異常的高溫，海平面上漲，暴雨、洪水、干旱等極端天氣以更高密度、更高頻率在不同地區(qū)出現(xiàn)。

世界衛(wèi)生組織指出，全球氣溫上升和過度燃燒化石燃料已成為對(duì)人類健康的最大威脅之一。不只是中暑、熱射病、心血管疾病的威脅，氣候變化可能導(dǎo)致５０％以上的已知人類病原體惡化。

氣候變化是當(dāng)今時(shí)代人類面臨的重大挑戰(zhàn)。作為溫室氣體排放大國，中國在２０２０年公布“碳達(dá)峰·碳中和”目標(biāo)，對(duì)國際社會(huì)作出莊嚴(yán)承諾，展現(xiàn)大國責(zé)任和擔(dān)當(dāng)，也體現(xiàn)國家推動(dòng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，促進(jìn)人與自然和諧共生的迫切需要。

電力系統(tǒng)的動(dòng)蕩挑戰(zhàn)

能源領(lǐng)域是落實(shí)“雙碳”備受矚目的戰(zhàn)場(chǎng)。

全球平均氣溫每升高１攝氏度，煤炭貢獻(xiàn)超過０．３攝氏度。深入推進(jìn)能源革命，需要控制化石能源消費(fèi)，加快建設(shè)新型能源體系。２０２２－２０２３年，中國出臺(tái)“雙碳”有關(guān)政策超過１２０項(xiàng)，尤其強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)支持可再生能源的開發(fā)利用。

在政策的大力推動(dòng)下，中國已經(jīng)成為世界利用新能源和可再生能源第一大國。國家能源局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，２０２４年上半年，全國可再生能源發(fā)電新增裝機(jī)１．３４億千瓦，占新增電力裝機(jī)的８８％；可再生能源發(fā)電量１．５６萬億千瓦時(shí)，約占全部發(fā)電量的３５％。

更多的風(fēng)電、光伏被納入電網(wǎng)，為人們生產(chǎn)生活帶來更清潔的綠色電力，但也挑戰(zhàn)著電網(wǎng)傳統(tǒng)的運(yùn)行模式。

傳統(tǒng)電網(wǎng)供電模式是即時(shí)的、計(jì)劃性的，當(dāng)你打開電源，意味著有人已提前算準(zhǔn)了你的需要，在某處同時(shí)為你發(fā)電。電廠的發(fā)電曲線、輸電通道的送電曲線，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)提前計(jì)劃好，即使用電需求量突然大增，也可以通過啟動(dòng)備用火電機(jī)組及時(shí)滿足需要，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

然而，隨著大批風(fēng)電、光伏引入，何時(shí)能發(fā)電、能發(fā)多少電，全由天氣說了算，很難計(jì)劃。天氣條件好時(shí)，新能源機(jī)組開足馬力運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生大量的綠電，但若需求沒有增加，這些電力便無法上網(wǎng)；用電需求旺盛時(shí)，偏偏遇到陰雨連天，風(fēng)機(jī)不轉(zhuǎn)，光伏板不熱，缺電停電問題就發(fā)生了。

此前，甘肅、新疆等新能源大省出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象，就與地區(qū)季節(jié)性用電不足、電網(wǎng)無法及時(shí)消納相關(guān)。清潔能源的不可控性，為電網(wǎng)調(diào)度帶來挑戰(zhàn)，增加了電力系統(tǒng)的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，在人們高度依賴穩(wěn)定電力供應(yīng)生產(chǎn)生活的今天，任何發(fā)電和用電的不匹配都將帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響。

新能源裝機(jī)容量與實(shí)際發(fā)電量之間存在一定差異，用戶需求電量與電廠發(fā)出電量之間無法做到“源隨荷動(dòng)”“動(dòng)態(tài)平衡”?！靶迈r”發(fā)的電，要么及時(shí)用掉，要么儲(chǔ)存起來，這是井井有條的電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，除了通過精確分析天氣、歷史發(fā)電量數(shù)據(jù)等構(gòu)建精準(zhǔn)的清潔能源預(yù)測(cè)模型，還需要通過儲(chǔ)能系統(tǒng)、虛擬電廠等工具增加電力系統(tǒng)調(diào)度的靈活性。國家強(qiáng)調(diào)“加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”，儲(chǔ)能是其中必不可少的技術(shù)。

新型能源體系中的“綠色銀行”

能源革命之下，抽水蓄能電站的重要角色日益凸顯。這項(xiàng)誕生于１９世紀(jì)末的技術(shù)，最初建設(shè)目的是為調(diào)節(jié)河流季節(jié)性水資源來發(fā)電，在工業(yè)化加速、核電站建設(shè)背景下快速發(fā)展起來，逐漸走向成熟。

它的原理非常簡(jiǎn)單，在山上、山下建設(shè)兩個(gè)水庫，當(dāng)夜晚或周末來臨，電力需求下降，用這些廉價(jià)、富余的電抽水到上游水庫；用電高峰時(shí)，再放水發(fā)電，使電能在時(shí)間、空間上得以重新調(diào)節(jié)分配。

抽水蓄能作為具有百年歷史的儲(chǔ)能技術(shù)，在“雙碳”進(jìn)程中，被賦予了新的重任。當(dāng)光伏、風(fēng)電等發(fā)電能力強(qiáng)、用戶用電需要減少時(shí)，抽水蓄能可以將過剩的電力儲(chǔ)存起來，當(dāng)用電需求上漲時(shí)，釋放這些電能，幫助電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)供需平衡。

它靈活可靠、啟?？欤瑥膯?dòng)到滿負(fù)荷發(fā)電不到４分鐘，若電網(wǎng)發(fā)生大面積事故，抽水蓄能可以快速啟動(dòng)，恢復(fù)電網(wǎng)供電，被視為點(diǎn)亮全黑電網(wǎng)的最后一根“火柴”。

作為技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的儲(chǔ)能技術(shù)之一，抽水蓄能是目前全球最大的“電池”，占全球儲(chǔ)能裝機(jī)容量的８６％以上。相較于電化學(xué)儲(chǔ)能、氫儲(chǔ)能等新型儲(chǔ)能，抽水蓄能具有技術(shù)穩(wěn)定、成本較低、容量大等優(yōu)勢(shì)。

一座抽水蓄能電站有４０年的設(shè)計(jì)使用壽命，每天可以工作５～７個(gè)小時(shí)持續(xù)放電，而且以水為“燃料”，運(yùn)維成本低，不受鋰、鈉、釩等原材料價(jià)格波動(dòng)影響，它的經(jīng)濟(jì)效益、服務(wù)能力對(duì)降低綠電成本、減少電網(wǎng)碳排放至關(guān)重要。

２０２４年７月，我國首份省級(jí)抽水蓄能參與電力市場(chǎng)實(shí)施方案在廣東正式印發(fā)。抽水蓄能電站將以“報(bào)量報(bào)價(jià)”的新方式現(xiàn)貨交易全部電量，在電力市場(chǎng)中高效靈活地“抽水存電”和“放水取電”，扮演存取新能源“綠電銀行”的新角色，開辟獲得市場(chǎng)化收益的新路徑。

“我們將科學(xué)制定報(bào)價(jià)策略，積極參與電量交易，提高機(jī)組綜合效率，在促進(jìn)新能源消納比重提高的同時(shí)，努力爭(zhēng)取獲得電量電費(fèi)的激勵(lì)收益?！蹦暇W(wǎng)儲(chǔ)能計(jì)劃與財(cái)務(wù)部副總經(jīng)理王備表示。

成熟的技術(shù)、巨大的容量、靈活的存取、持久的輸出、全生命周期較低的成本以及日益完善的市場(chǎng)化機(jī)制，使抽水蓄能成為能源革命進(jìn)程中最具經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性的“多面手”，發(fā)揮著促進(jìn)可再生能源有效利用，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵作用。

存在爭(zhēng)議的大工程

在國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和新能源快速發(fā)展的背景下，抽水蓄能電站迎來建設(shè)熱潮。２０２４年上半年，全國抽水蓄能累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)５４３９萬千瓦，投資增速較去年同期增加３０．４個(gè)百分點(diǎn)，未來十年我國抽水蓄能投資空間接近萬億。

２０２４年８月，中共中央、國務(wù)院《關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》發(fā)布，到２０３０年，抽水蓄能電站裝機(jī)容量超過１．２億千瓦。

機(jī)遇到來的同時(shí)，也造成投資過熱的問題。抽水蓄能電站的建設(shè)是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)而復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及納規(guī)、前期和核準(zhǔn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。在投資熱潮下，一些地方政府和業(yè)主方往往忽視選點(diǎn)的科學(xué)性和容量的飽和性，過度追求項(xiàng)目開發(fā)的速度和規(guī)模，帶來一系列負(fù)面影響。

抽水蓄能電站選址需考慮地質(zhì)條件、地理位置（距離負(fù)荷中心近、靠近能源基地）、生態(tài)紅線、水頭落差、征地移民等多種因素，規(guī)劃布局不合理，會(huì)導(dǎo)致電站建設(shè)脫離電網(wǎng)實(shí)際需要或無法使用，不僅建設(shè)成本和運(yùn)行成本一時(shí)難以消化，甚至在建設(shè)中出現(xiàn)侵占生態(tài)紅線等問題；建成后技術(shù)和運(yùn)維水平不過關(guān)，更會(huì)引起安全風(fēng)險(xiǎn)。

“仍然存在部分項(xiàng)目選點(diǎn)不合理的情況。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司基建部副總經(jīng)理雷興春說，“抽水蓄能電站的本質(zhì)是服務(wù)電網(wǎng)需要、保障新能源上網(wǎng)，需根據(jù)電源分布特點(diǎn)、電網(wǎng)運(yùn)行特性、用電負(fù)荷分布、電力結(jié)構(gòu)等確定抽水蓄能電站選址和容量?！?/p>

“項(xiàng)目工程規(guī)模大，前期投入多，更需加強(qiáng)與自然資源、生態(tài)環(huán)境、林草、水利等部門溝通協(xié)調(diào)，做好與生態(tài)保護(hù)紅線及相關(guān)規(guī)劃的銜接。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司規(guī)劃部主管江淑文補(bǔ)充說。

耗資幾十億甚至上百億的建設(shè)投入、水庫建設(shè)數(shù)百公頃的占地面積、耗時(shí)５～７年的建設(shè)工期，也是不少人詬病抽水蓄能相比其他儲(chǔ)能不夠“經(jīng)濟(jì)、環(huán)?！钡脑?。

但事實(shí)上，相比目前化學(xué)儲(chǔ)能有限的放電次數(shù)、１０年左右的運(yùn)行壽命，抽水蓄能電站實(shí)際使用壽命可達(dá)５０年甚至更久，大容量的儲(chǔ)能功效，不受限的抽水發(fā)電頻次，更加低廉的度電成本，其經(jīng)濟(jì)性仍高出其他儲(chǔ)能不少。

水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院高級(jí)工程師鄭靜做過一項(xiàng)研究：“對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性分析，抽水蓄能電站平準(zhǔn)化度電成本為０．２０７元／ｋＷｈ。電化學(xué)儲(chǔ)能平準(zhǔn)化度電成本為０．５６３元／ｋＷｈ，是抽水蓄能電站的２．７倍。”

“電化學(xué)儲(chǔ)能在近年規(guī)模增長(zhǎng)迅速，但是存在各方面隱患，需要不斷延長(zhǎng)生命周期、降低單位造價(jià)，并且在保障安全的角度下提高電站規(guī)模、配置調(diào)相功能，才具有和抽水蓄能電站的可比性?！编嶌o指出。

建一座電站，美一方水土

南網(wǎng)儲(chǔ)能數(shù)據(jù)顯示，２０２４年上半年，南方區(qū)域抽水蓄能電站累計(jì)發(fā)電量近６０億千瓦時(shí)，相當(dāng)于５５０萬居民用戶半年的用電需求，同比增長(zhǎng)１．３％；機(jī)組發(fā)電啟動(dòng)次數(shù)累計(jì)超２萬次，同比增長(zhǎng)２０．９％。平均每座電站每臺(tái)機(jī)組每天頂峰發(fā)電超過３次，為清潔能源穩(wěn)定接入電網(wǎng)，做出了重要貢獻(xiàn)。

在幫助電網(wǎng)提升調(diào)峰儲(chǔ)能能力，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供清潔電力的基礎(chǔ)上，南網(wǎng)儲(chǔ)能致力于美麗電站建設(shè)，為當(dāng)?shù)厝罕娞峁熬G色、開放、共享”生態(tài)環(huán)境產(chǎn)品。

每到春天，滿山櫻花開遍，騎行者和徒步者紛紛前往深圳鹽田區(qū)打卡，映著湖光山色，漫步櫻花海，仿佛置身世外桃源。這里是深圳抽水蓄能電站上水庫，是全國首個(gè)建在城市中心的抽水蓄能電站，是游客口中的“山海公園”。

深圳抽水蓄能電站在規(guī)劃之初就融入綠色生態(tài)理念，環(huán)保、水保設(shè)施設(shè)備與工程同步設(shè)計(jì)、建設(shè)和投運(yùn)，項(xiàng)目先后獲得了“國家優(yōu)質(zhì)工程”“國家水土保持示范工程”等獎(jiǎng)項(xiàng)。電站投產(chǎn)后，南網(wǎng)儲(chǔ)能以生態(tài)公園標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上水庫區(qū)進(jìn)行“去工業(yè)化”景觀升級(jí)，配合鹽田區(qū)政府在上水庫庫周種植櫻花，打造了“山海花城”鹽田名片。

對(duì)生態(tài)保護(hù)的重視，并非深圳抽水蓄能電站的特例。南網(wǎng)儲(chǔ)能制定了嚴(yán)格的綠色施工管理制度和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，貫穿項(xiàng)目建設(shè)全過程；每一個(gè)項(xiàng)目結(jié)合周邊自然環(huán)境、人文特點(diǎn)及當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)規(guī)劃，在環(huán)保預(yù)算中設(shè)置了生態(tài)環(huán)境修復(fù)治理和環(huán)境提升的專項(xiàng)費(fèi)用，保證項(xiàng)目的工業(yè)景觀與周邊生態(tài)環(huán)境和諧共融。

“抽水蓄能電站對(duì)選址要求比較高，在避開生態(tài)紅線基礎(chǔ)上，若在施工區(qū)域存在珍稀保護(hù)植物或古木名樹等，需要提前與林業(yè)部門溝通，在林業(yè)部門指導(dǎo)下采取保護(hù)措施，進(jìn)行就地保護(hù)或遷移保護(hù)?！苯缥恼f。

在南網(wǎng)儲(chǔ)能的每個(gè)抽水蓄能電站，都能看到巨大的電子顯示屏，實(shí)時(shí)公布環(huán)境的負(fù)離子含量、空氣質(zhì)量、紫外線、溫度、濕度等數(shù)據(jù)?！斑@是我們自己要求監(jiān)測(cè)的，讓利益相關(guān)方清楚看到電站的環(huán)境質(zhì)量。”江淑文說，“陽江、梅州抽水蓄能電站建成后，被稱為‘環(huán)境監(jiān)測(cè)鳥’的白鷺就成群結(jié)對(duì)前來?xiàng)?，是?duì)電站區(qū)域空氣、水庫水質(zhì)等生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最直觀的認(rèn)可。”

自１９９３年在廣州建成國內(nèi)首座大型抽水蓄能電站，對(duì)于如何貫徹全生命周期綠色工程，南網(wǎng)儲(chǔ)能已積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)。２０２３年，公司推出《抽蓄電站綠色施工管理辦法和評(píng)價(jià)指標(biāo)》，明確項(xiàng)目各參建單位在建設(shè)過程中的綠色施工的職責(zé)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，有切實(shí)可行的目標(biāo)和落地抓手，對(duì)指引行業(yè)落實(shí)生態(tài)保護(hù)有重要意義。

抽水蓄能電站從無到有，很多技術(shù)、管理沒有先例可循，靠的是南網(wǎng)儲(chǔ)能這樣的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，帶動(dòng)上下游產(chǎn)業(yè)鏈不斷地創(chuàng)新、探索、驗(yàn)證，一步步推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。生態(tài)保護(hù)也是抽水蓄能行業(yè)可持續(xù)發(fā)展必不可少的一環(huán)，不僅代表了公司的責(zé)任，更凸顯出這項(xiàng)綠色儲(chǔ)能工程“綠”色的價(jià)值和含金量。

碳中和時(shí)鐘作響，可再生能源發(fā)展不斷實(shí)現(xiàn)新突破，抽水蓄能電站在電網(wǎng)負(fù)荷平衡中充當(dāng)“調(diào)節(jié)器”“充電寶”和“穩(wěn)定器”的作用日益凸顯。

“未來，我們將依托自身的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)、龐大的資源調(diào)配能力，做好建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù)等環(huán)節(jié)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作，同時(shí)輸出管理和技術(shù)服務(wù)，支持建設(shè)運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)不足的企業(yè)，與大家一起努力，更好地服務(wù)‘雙碳’，促進(jìn)新型電力系統(tǒng)建設(shè)?！崩着d春說。

（本文轉(zhuǎn)自 南方周末 微信公眾號(hào)，文章內(nèi)容由記者康華到南網(wǎng)儲(chǔ)能公司采訪所作）