全球多個地區(qū)的抽水蓄能規(guī)劃

[英國]　P.雷諾茲

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戰(zhàn)略與規(guī)劃

全球多個地區(qū)的抽水蓄能規(guī)劃

[英國]P.雷諾茲

摘要：全球很多地區(qū)正在采取多種策略以實現(xiàn)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(guān)政策對抽水蓄能的發(fā)展至關(guān)重要。

關(guān)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(xiàn)狀

成熟的經(jīng)濟(jì)體正在推動風(fēng)能和太陽能等間歇式可再生能源的發(fā)展，這也給新的抽水蓄能項目帶來了發(fā)展機(jī)遇。

對這些項目的設(shè)想多種多樣，并處于不同階段，上至戰(zhàn)略和政策，下至技術(shù)和環(huán)境措施，均需深入細(xì)致的研究。

為首創(chuàng)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(shù)。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(chǎn)能的發(fā)電組合方式。

在挪威南部相互聯(lián)系的流域之間將水電站與抽水蓄能電站聯(lián)網(wǎng)的研究已開展數(shù)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(guān)會議。

使用大規(guī)模的抽水蓄能方法來平衡電力系統(tǒng)是否比其他技術(shù)方案更具經(jīng)濟(jì)性，這是關(guān)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(jìn)行分析研究的過程中，“電力電量平衡”研究者們也承認(rèn)該宏觀系統(tǒng)絕對不能脫離良好的環(huán)境績效，包括對水庫水位變化的影響進(jìn)行檢查。

正當(dāng)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(dāng)?shù)氐某樗钅苎b機(jī)容量，并得到了歐洲委員會(EC)及開發(fā)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(jìn)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(jī)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(wǎng)的穩(wěn)定提供快速服務(wù)，但是相關(guān)的科學(xué)技術(shù)手段還不夠成熟。市場必須提供良好的投資環(huán)境，否則這一切將停滯不前。

雖然很多項目都在向前推進(jìn)，但繁雜的審批程序嚴(yán)重阻礙并拖延了一些項目的發(fā)展進(jìn)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(jìn)展研究相關(guān)會議涉及了多個研究領(lǐng)域，包括能源平衡的需求與存儲(WP2)以及運(yùn)營產(chǎn)生的環(huán)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(dá)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(yù)計到2020年，完全利用現(xiàn)有水庫，能平衡電力系統(tǒng)的容量，其容量將在現(xiàn)今29 GW的基礎(chǔ)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(guī)模隧洞和發(fā)電機(jī)組)。另外，需增強(qiáng)其配套輸電能力。

著眼于平衡分析的經(jīng)濟(jì)性，WP2研究中只考慮了成本，將市場運(yùn)營轉(zhuǎn)化為荷載系數(shù)來幫助評估短期成本效益靈活性最高的項目。WP2的數(shù)據(jù)來源始于2030年的未來10 a的預(yù)測數(shù)據(jù)，場景選擇基于國際能源署(IEA)的世界經(jīng)濟(jì)展望(WEO)，并且通過英國政府得到了行業(yè)間的對比數(shù)據(jù)，即燃?xì)廨啓C(jī)及其相關(guān)成本。抽水蓄能電站的數(shù)據(jù)是挪威的本土數(shù)據(jù)。

從WP2分析發(fā)現(xiàn)，總體上，挪威抽水蓄能電站的平準(zhǔn)化電力成本(LCOE)相對較低。數(shù)據(jù)曲線表明，在負(fù)荷系數(shù)5%時，LCOE為110 ～170歐元/MW·h，而在負(fù)荷系數(shù)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(chǎn)能系統(tǒng)的一半，比如聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(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(wǎng)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(fù)荷系數(shù)大于10%時，其優(yōu)勢便開始呈現(xiàn)并會一直存在。

WP2研究也著眼于一個新提出的標(biāo)準(zhǔn)，即平準(zhǔn)化峰值電力成本(LCPG)，這個概念描述的是當(dāng)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(fā)新型的可逆式抽水蓄能電站，將比在歐洲供電體系中開發(fā)更多的熱電裝機(jī)更經(jīng)濟(jì)，即便考慮了電力交換線路的成本，結(jié)果依然如此。

綜上所述，WP2強(qiáng)調(diào)，為了最優(yōu)化地利用歐洲“最具經(jīng)濟(jì)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(yùn)營管理體制帶來的環(huán)境影響(WP4)

這一“工作包”正在對流域環(huán)境影響進(jìn)行研究以建立一個目前的基線，然后模擬在預(yù)測的運(yùn)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(tài)的負(fù)面影響。

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

關(guān)鍵的潛在環(huán)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(jìn)行循環(huán)發(fā)電，即使其規(guī)模受到了一定的約束與限制。必須對事物誘發(fā)的變化有深刻認(rèn)識，建立已有運(yùn)營模式與自然形態(tài)學(xué)(面積、海拔、形狀)及循環(huán)(氣候、季節(jié))之間的相關(guān)關(guān)系，并且要考慮到包括不斷增加的魚類生態(tài)指標(biāo)在內(nèi)的各種變量。

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

最近的研究都將重點(diǎn)放在特定的魚類和對生態(tài)系統(tǒng)的認(rèn)識上?；谠缙卺槍暧^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(qiáng)調(diào)，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(guān)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(jìn)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(fù)責(zé)其初期設(shè)計研究工作。

IPP對基茲頓抽水蓄能電站的總體設(shè)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(lián)通起來。該項目的銘牌裝機(jī)容量將會達(dá)到330 MW，并且地下廠房洞室將安裝3臺水泵水輪機(jī)組(3×110 MW)。

據(jù)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(fā)電量可以直接上網(wǎng)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。據(jù)保守估計，基茲頓電站1個發(fā)電周期的發(fā)電量可達(dá)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(shè)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(guān)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(lǐng)域共同合作，尋求發(fā)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(yè)集團(tuán)——塔斯馬尼亞水電(Hydro Tasmania)的下屬公司，而該集團(tuán)視野開闊，并擁有豐富的當(dāng)?shù)亟?jīng)驗、運(yùn)營管理技能以及一流的建設(shè)能力。除此之外，Entura公司會開展一些分支研究，比如地質(zhì)勘探與水深勘探普查。

兩家公司將以合資的關(guān)系開展工作。此外，公司正在這一地區(qū)尋求更多的合資機(jī)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(jìn)行投資，這是“歐洲聯(lián)通設(shè)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(lián)網(wǎng)項目，已被EC確定為鞏固歐洲電網(wǎng)的重要戰(zhàn)略項目。

在“跨歐電網(wǎng)”的推動下，EC正在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)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(jī)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(dāng)?shù)氐?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(dú)立的上庫，第3座水庫(卡斯特拉蒂(Kastraki)湖)作為下庫。

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

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

EC表示將對現(xiàn)有設(shè)施進(jìn)行升級改造，并且近期投資將從多個方面幫助減輕環(huán)境影響，其中還論證了無需開發(fā)第4座水庫充當(dāng)下庫。

EC為該項目兩座上庫及相關(guān)基建設(shè)施投資接近490萬歐元(幾乎占開發(fā)設(shè)計階段預(yù)計的一半)，并提供了招標(biāo)書。設(shè)計開發(fā)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(guī)劃設(shè)計工作提供支持。

該抽水蓄能電站裝機(jī)容量864 MW，建于20世紀(jì)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(diǎn)，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(fā)設(shè)計階段預(yù)算的一半，該項開發(fā)項目時間跨度為2014～2017年。

5開發(fā)銀行支持

歐洲復(fù)興開發(fā)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(shè)施的采購及安裝進(jìn)行招標(biāo)。

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(jī)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(yù)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(fā)電效率，降低碳排放，減少維護(hù)成本，支持電網(wǎng)穩(wěn)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(rèn)為，盡管抽水蓄能項目眾多，有巨大的優(yōu)勢，但市場失靈是阻礙其發(fā)展的一塊頑石。

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

技術(shù)認(rèn)可是一回事，而商務(wù)以及隨之而來的政治和法律事務(wù)則是另一回事。UTC表示，當(dāng)人們對蓄能項目有更充分的認(rèn)可并采取相應(yīng)措施時，蓄能項目便會得到快速發(fā)展。其相關(guān)報告指出，和州公共事業(yè)部門及其他利益相關(guān)者進(jìn)行廣泛討論的時機(jī)已經(jīng)成熟。

UTC認(rèn)為，可以采用公司和產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值近似法對蓄能資源的完整價值進(jìn)行衡量，其中包括對大量附屬服務(wù)價值進(jìn)行估測，以促進(jìn)公共事業(yè)的規(guī)劃。UTC表示，這一舉措將在華盛頓州有序的市場內(nèi)外促進(jìn)性價比高的蓄能項目取得更大發(fā)展。

建立合理的法律體系、運(yùn)營體系以及市場框架，完善能源交易及平衡機(jī)制等舉措都面臨著諸多的挑戰(zhàn)，并且這些挑戰(zhàn)都具有地域性。這與能源市場的開發(fā)及發(fā)展有共性。雖然世界主要經(jīng)濟(jì)體正在推動更多低碳可再生能源的發(fā)展，促進(jìn)更多整合和提高效率并加大投資，但其創(chuàng)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(shè)的庫爾格拉斯(Coire Glass)項目，最初的設(shè)想是建在蘇格蘭的深山中。

在英國，很長一段時間內(nèi)抽水蓄能項目發(fā)展一直止步不前。盡管庫爾格拉斯項目計劃裝機(jī)可能達(dá)到600 MW，但相關(guān)的公共事業(yè)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(yè)資產(chǎn)在市場中運(yùn)作一直受到質(zhì)疑。盡管SSE已經(jīng)強(qiáng)調(diào)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(shè)計及建設(shè)工作。諸多原因?qū)е马椖课茨茉陬A(yù)計時間內(nèi)動工。

SSE表示，由于現(xiàn)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(xù)探索新的投資條件以尋求進(jìn)展。

以前，庫爾格拉斯項目被認(rèn)為是一個蓬勃發(fā)展的項目，而現(xiàn)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(chǔ)設(shè)施來推動大型蓄能項目是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，盡管現(xiàn)今抽水蓄能的意義重大。和所有新生項目一樣，最終都要?dú)w結(jié)到具體細(xì)節(jié)上，其中包括該領(lǐng)域的條件是否成熟，政府是否有所考慮等等。

Entura公司基礎(chǔ)電力工程領(lǐng)域的首席咨詢師在其“電網(wǎng)如何在分配式發(fā)電與蓄能中幸存”一文中指出，一系列挑戰(zhàn)都將幫助人們在當(dāng)前狀態(tài)(電網(wǎng)越來越不能用分配式發(fā)電與蓄能滿足對消費(fèi)者的需求)與未來愿景(在發(fā)電端與載荷端之間建立一個市場，并通過高效電網(wǎng)無縫銜接)之間架起一座橋梁。這些變革的中心在于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化以及開放動態(tài)網(wǎng)絡(luò)的定價及規(guī)劃。他還指出，配電與蓄能的競爭性與日俱增，能否及時適應(yīng)成為電力行業(yè)以及支撐經(jīng)濟(jì)長期穩(wěn)定發(fā)展的關(guān)鍵。

7抽水蓄能發(fā)展前景

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

抽水蓄能電力系統(tǒng)是高碳發(fā)電產(chǎn)業(yè)已有的提案之一，2015年12月，在巴黎就世界氣候進(jìn)行的全球談判中，對這些系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)討論。

要大規(guī)模發(fā)展該類發(fā)電系統(tǒng)，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(lǐng)域一直少有關(guān)注，但這并未改變其廣泛應(yīng)用的潛力及迅速發(fā)展的勢頭。

每個國家和地區(qū)的政策法規(guī)都應(yīng)支持投資。因此，為了做好項目前期的準(zhǔn)備工作并催化能源市場，政策調(diào)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(xiàn)標(biāo)志碼：A