新形勢下吉林省抽水蓄能電站規(guī)劃回顧與開發(fā)潛能分析

瞿英蕾，陳全寶，劉震震

（中水東北勘測設計研究有限責任公司，吉林省長春市 130021）

0 引言

2021年3月，十三屆全國人大四次會議通過的《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》，《綱要》指出構建現(xiàn)代能源體系，推進能源革命，建設清潔低碳、安全高效的能源體系，提高電力系統(tǒng)互補互濟和智能調節(jié)能力，加強源網(wǎng)荷儲銜接，提升清潔能源消納和存儲能力，加快抽水蓄能電站建設和新型儲能技術規(guī)?；瘧肹1]。2021年9月，國家能源局最新發(fā)布的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃》（2021～2035年）指出，實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)[2]?！兑?guī)劃》指出，當前我國正處于能源綠色低碳轉型發(fā)展的關鍵時期，風電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展，對調節(jié)電源的需求更加迫切，構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)對抽水蓄能發(fā)展提出更高要求。按照能核盡核、能開盡開的原則，在規(guī)劃重點實施項目庫內(nèi)核準建設抽水蓄能電站。到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十三五”翻一番，達到6200萬kW以上；到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”再翻一番，達到1.2億kW左右；到2035年，形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求的，技術先進、管理優(yōu)質、國際競爭力強的抽水蓄能現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企業(yè)。

“十四五”期間，大力發(fā)展可再生能源將成為東北地區(qū)電源發(fā)展的主旋律。抽水蓄能電站具備發(fā)電工況和抽水工況，調節(jié)手段靈活，在大負荷期間發(fā)電、小負荷期間抽水，能夠減小負荷曲線峰谷差，實現(xiàn)“削峰填谷”，間接增加了風電和光伏發(fā)電的全額消納空間，減少其電量[3]。抽水蓄能電站綠色環(huán)保、高效安全，符合新能源的概念[4]。

因此，建設抽水蓄能電站是降低能源消耗，有效節(jié)省燃煤費用，降低發(fā)電成本，減少燃煤造成的大氣污染，提高可再生能源消納能力的有效手段。

1 吉林省開發(fā)建設抽水蓄能電站的必要性

1.1 電網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的問題

東北電網(wǎng)是以火電為主、水電為輔的電網(wǎng)，已覆蓋東北全區(qū)。按地理位置分北部電網(wǎng)、中部電網(wǎng)和南部電網(wǎng)三部分。吉林省電網(wǎng)位于東北電網(wǎng)的中部，北與黑龍江電網(wǎng)相連，南與遼寧省電網(wǎng)相連，西與內(nèi)蒙古地區(qū)通遼市、興安盟電網(wǎng)相連，已經(jīng)覆蓋長春、吉林、延邊等9個地區(qū)。

根據(jù)2014年底數(shù)據(jù)，吉林省電網(wǎng)水電裝機容量為3771.9 MW，雖然水電裝機比重較大，但因承擔東北電網(wǎng)調峰及備用任務，由東北電網(wǎng)統(tǒng)一調度，分配到省內(nèi)的水電容量僅占東北電網(wǎng)統(tǒng)調水電的1/5，只利用了省內(nèi)水電裝機容量的30%。因此水電比重僅占系統(tǒng)統(tǒng)調裝機的10.9%，吉林省電網(wǎng)調峰問題僅僅靠常規(guī)水電無法從根本上解決，不得不靠火電機組進行調峰[5]。

隨著近年來吉林省電網(wǎng)中風電裝機比重的增加，逐漸取代火電成為電網(wǎng)第二大電源。而在火電裝機中熱電機組比重增大，200MW 及以上可用來調峰的火電機組十分有限，電網(wǎng)冬季調峰十分困難；風電的發(fā)電容量增加和運行，其不確定性又進一步加劇了調峰難度。

因此如果東北地區(qū)的主力調峰水電電源仍保持目前管理和分配方式的格局，無論是從調峰能力方面還是從經(jīng)濟運行方面考慮，吉林省電網(wǎng)均缺乏調峰容量，電網(wǎng)調峰問題是十分突出的。從吉林省資源發(fā)展情況來看，可開發(fā)的調峰電源十分有限，電網(wǎng)棄風嚴重，火電比重偏大，無法靈活調峰，而抽水蓄能是最直接可行的可開發(fā)能源。為保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行，建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站勢在必行。

1.2 建設抽水蓄能電站的必要性

吉林省水力資源匱乏但開發(fā)程度較高，目前全省已開發(fā)的水力資源近80%，以往的電源建設以大容量燃煤火電機組為主，抽水蓄能電站作為主要調峰電源。從電網(wǎng)調峰需要和經(jīng)濟運行角度分析，吉林省電網(wǎng)在2015年及2020年都不同程度地缺乏調峰容量，結合吉林省電網(wǎng)今后的電源建設及構成，解決電網(wǎng)調峰的有效途徑就是興建一批一定規(guī)模的抽水蓄能電站。

抽水蓄能電站不僅是良好的調峰電源，還能夠承擔電網(wǎng)調頻、調相、旋轉及緊急事故備用等任務，給電網(wǎng)帶來可觀的動態(tài)效益，有效地改善火電和其他類型機組的運行條件，延長火電機組的使用壽命，減少電網(wǎng)的燃料消耗，提高電網(wǎng)的供電質量和運行安全[6]。抽水蓄能電站屬于環(huán)保電源，本身不消耗燃料，不排放有害物質，可通過替代火電機組容量、改善火電機組運行條件來降低電網(wǎng)燃料消耗，相應減少有害氣體的排放量，對改善大氣環(huán)境具有一定的作用。

從吉林省內(nèi)自然條件看，山地占土地面積62.0%，河流眾多。既有一定的落差，又有足夠的水源，具備建設抽水蓄能電站的地形條件和水源條件，通過歷次普查規(guī)劃，省內(nèi)可供開發(fā)的站址較多，以抽水蓄能電站作為今后吉林省網(wǎng)的主要調峰電源是合適的。已經(jīng)建成的白山（30萬kW，2005年）、敦化（一臺機投產(chǎn)，35萬kW，2021年），正在建設的蛟河（120萬kW）、敦化（105萬kW）等站址開發(fā)條件優(yōu)越，各有特色，規(guī)劃總裝機容量達2900MW，滿足了東北電網(wǎng)和吉林省電網(wǎng)一定時期內(nèi)對抽水蓄能電站的需求。但由于電網(wǎng)的電源結構不盡合理，興建抽水蓄能電站不僅是東北電網(wǎng)的需要，同時也是吉林省電網(wǎng)自身發(fā)展的需要，經(jīng)對東北電網(wǎng)電源優(yōu)化配置分析計算，到2020年東北電網(wǎng)至少分別需配置6000MW及8000MW的抽水蓄能容量，吉林省2020年需要配置1200MW的抽水蓄能容量，才能保證電網(wǎng)經(jīng)濟、安全、穩(wěn)定運行。即使在白山抽水蓄能電站、蒲石河、桓仁和荒溝抽水蓄能電站投產(chǎn)后，東北電網(wǎng)還需新建4500MW左右的抽水蓄能容量。考慮到東北電網(wǎng)電源建設布局，特別是吉林省網(wǎng)處在“北電南送”通道的咽喉和橋梁位置，在白山、蒲石河、桓仁和荒溝抽水蓄能電站投入之后，結合東北電網(wǎng)和吉林省電網(wǎng)的需要，在吉林省合理選擇、安排抽水蓄能電站建設，是電網(wǎng)平衡發(fā)展、電源合理布局、適應地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的需要。

2 吉林省抽水蓄能電站規(guī)劃發(fā)展歷程回顧

2.1 吉林省抽水蓄能站址普查初期

吉林省抽水蓄能電站普查工作起步于20世紀90年代初期。初期陸續(xù)完成普查工作的有4個站址。

（1）紅石站址。1992年9月原東北電管局委托中水東北公司首次在紅石水庫庫區(qū)沿岸，利用1/5萬地形圖進行抽水蓄能電站的普查工作。這次普查初查了15個上水庫壩址，并對其中的14個進行了現(xiàn)場踏勘。經(jīng)過篩選、比較，初選了7處站址，對其進行了初步比較，于1993年3月編制了《紅石水電站庫區(qū)抽水蓄能電站站址普查報告》，推薦向陽坡（320MW）、二昆子（士）溝（800MW）、車庫溝（1000MW）、興隆屯（900MW）等四個站址開展規(guī)劃工作。

1997年10月東北電管局與日本國際協(xié)力事業(yè)集團（JICA）共同對紅石庫區(qū)抽水蓄能站址進行了補充普查，在初選的7個站址的基礎上增加了紅石站址，在這8個站址中推薦了紅石站點，并進行了較深入的勘測設計研究工作。

（2）雙溝站址。1997年吉林省電力建設總公司委托中水東北公司，開始進行增設雙溝抽水蓄能機組的預可行性研究工作，1998年3月完成了可行性研究報告。1998年6月水電水利規(guī)劃設計總院會同吉林省計委審查通過。1998年10月國家電力公司批復了審查意見。2004年2月吉林省電力公司松江河發(fā)電廠委托中水東北公司進行可行性研究設計，并于2004年9月完成了《松江河梯級水電站工程增設雙溝抽水蓄能機組可行性研究報告》。

（3）白山站址。白山抽水蓄能電站工程于1999年5月開工，該工程利用白山水庫和紅石水庫作為其上、下水庫，利用水頭約106m，裝機容量300MW，2005年已經(jīng)建成投產(chǎn)。

（4）豐滿站址。2004年7月受豐滿電廠委托，中水東北公司以豐滿水庫為下水庫，在豐滿庫區(qū)周邊4～5km范圍內(nèi)，研究建設抽水蓄能電站的可能性。普查采用1/5萬的地形圖，初選出16個站點，根據(jù)各方面指標綜合分析，篩選出豐滿東山、東塔子、荒山咀、大嘎河等4個站址進行現(xiàn)場踏勘。2005年2月完成《豐滿庫區(qū)抽水蓄能電站普查報告》，推薦豐滿東山、荒山咀、東塔子3個站點開展規(guī)劃階段的工作。

2.2 吉林省抽水蓄能選點規(guī)劃初步選擇

2005年7月中水東北公司受東北電網(wǎng)有限公司委托，結合全國抽水蓄能站點資源普查和吉林省核電建設長遠規(guī)劃，對吉林省全境進行抽水蓄能電站選點規(guī)劃工作，目的是通過全面普查、規(guī)劃，提出吉林省抽水蓄能電站資源分布情況和工程開發(fā)推薦意見，為今后吉林省和東北地區(qū)抽水蓄能電站的建設打下良好的工作基礎，同時，也為投資和決策者提供依據(jù)。

根據(jù)對吉林省的地質地形條件初查，抽水蓄能電站主要分布在東部圖們江流域、鴨綠江流域以及中部的松花江流域的山地和丘陵區(qū)，結合上述地區(qū)具體的地形、地貌，在全省的1/5萬地形圖上，全面查找適合建設抽水蓄能電站的有利地形及站址。在吉林省1/20萬地質圖上選擇巖性較好、地質構造較為有利的站址。通過大量的內(nèi)業(yè)普查選點工作，加上原豐滿庫區(qū)、紅石庫區(qū)的較好站點，共初步查出42個抽水蓄能站點。

進一步對每個站點的地理位置、裝機容量、水頭、水源條件、距高比（L/H）、工程地質、水工及施工布置條件、對外交通條件、水庫淹沒及環(huán)境影響等因素進行分析，初步篩選出豐滿（原豐滿東山）、蛟河、紅石（原炸藥庫）、敦化、通化、平崗等21個條件較好的站點。

通過現(xiàn)場踏勘，全面分析每個踏勘站點的工程建設條件及外部影響因素，選擇綜合條件較好的站址作為初選站址，對因不同程度的存在地質問題或因水頭低、規(guī)模小，或因同一地區(qū)已有代表性站點的予以剔除，選擇綜合條件較好的豐滿、蛟河、紅石、敦化、通化、平崗等9個站點，另加雙溝蓄能站點共計10個，進一步開展設計工作，以期推薦規(guī)劃站址。

2.3 吉林省抽水蓄能選點規(guī)劃主要站點

（1）距高比小于6.0的站點。距高比小于6.0的站點即豐滿抽水蓄能電站。該站水頭適中，電站淹沒小，下水庫為豐滿水庫，水量充沛。地理位置較為優(yōu)越，上、下水庫庫區(qū)地質條件相對較好，水工布置較為方便。距離省內(nèi)第二個負荷中心吉林市很近，對外交通、接入系統(tǒng)等都較方便；另外豐滿水電站及永慶水庫的設施如生活區(qū)、砂石料場等可以利用，對蓄能電站的建設和管理有利。雖然庫盆地形條件較差、庫容小、裝機容量較小，但可以滿足近期電網(wǎng)的需求。因此，推薦豐滿抽水蓄能電站作為遠景后備站點，暫未列入這次規(guī)劃。

（2）距高比為6.0～8.0的站點。站點中距高比為6.0～8.0的站點有4個，分別為雙溝、蛟河、敦化、平崗抽水蓄能電站。

1） 雙溝抽水蓄能電站。上水庫利用雙溝水庫，下水庫為石龍水庫。裝機容量500MW，額定水頭97m。利用兩電站間河流彎道的有利地形，可節(jié)省水庫部分投資，水源十分充足。雙溝常規(guī)電站接入系統(tǒng)時距離較遠，但對外、對內(nèi)交通可完全利用既有電站的道路和轉運站；電站建設的施工條件優(yōu)越，結合蓄能電站和500kV線路的建設，加強了松江河梯級水電在系統(tǒng)中的作用及其與吉林省網(wǎng)及東北電網(wǎng)的聯(lián)系，為水電基地（目前均為220kV線路）的電量送出提供可靠的保證。

2） 蛟河抽水蓄能電站。蛟河抽水蓄能電站規(guī)模為大（1）型，工程等別為一等。裝機容量1200MW，額定水頭409m，水頭較適宜。站址距離白山水電站、紅石水電站和豐滿水電站較近，地理位置適中，上下水庫建壩成庫條件、施工及對外交通條件較好；結合庫內(nèi)料場開挖，減少占地面積、縮短運距和相應的水保費用。

3） 敦化抽水蓄能電站。敦化抽水蓄能電站規(guī)模為大（1）型，工程等別為一等。裝機容量1200MW，額定水頭677.5m，是這次規(guī)劃中水頭最高的站點。上、下水庫工程地質條件較好，上水庫可能存在水庫滲漏問題，下水庫庫區(qū)均為林地，電站的淹沒較??；地理位置略偏，但可就近接入敦化變電站，接入系統(tǒng)方便。

4） 平崗抽水蓄能電站。平崗抽水蓄能電站規(guī)模為大（1）型，工程等別為一等。裝機容量2400MW，額定水頭467m。上、下水庫庫區(qū)可能存在透水因素，需做防滲措施。該站址位于吉林龍灣群國家級自然保護區(qū)實驗區(qū)內(nèi)，環(huán)境影響比較復雜，平崗抽水蓄能電站作為遠景后備站點，暫不列入本次規(guī)劃范圍。

（3）距高比為8.0～12.0的站點。站點中距高比在8.0～12.0的站點有5個，分別為分別為紅石、木箕河、旱龍灣、東塔子、通化抽水蓄能電站。

1）紅石抽水蓄能電站。紅石抽水蓄能電站規(guī)模為大（1）型，工程等別為一等。裝機容量1200MW，額定水頭269m。電站下水庫利用已建的紅石水庫，地理位置適宜，距白山電廠不足3km，對電站的建設及運行管理十分有利；對外及對內(nèi)交通較好，施工方便，上水庫分水嶺較寬厚，庫區(qū)地質條件一般，引水隧洞工程地質條件較好，淹沒很小。

2）木箕河、旱龍灣、東塔子抽水蓄能電站。木箕河（裝機容量1800MW，額定水頭432.5m）、旱龍灣（裝機容量2100MW，額定水頭397.5m）抽水蓄能電站距負荷中心相對較遠；東塔子（裝機容量2700MW，額定水頭503.5m）抽水蓄能電站淹沒影響較大，這三個站點，地形等建壩成庫條件較好、水頭高、規(guī)模大，但因地理位置較偏、或上（下）水庫地質條件較差、或外部環(huán)境因素影響復雜等，暫不納入這次規(guī)劃范圍。

3）通化抽水蓄能電站。通化抽水蓄能電站規(guī)模為大（2）型，工程等別為二等。裝機容量為800MW，額定水頭170.8m。下水庫利用已建的龍崗水庫改建后抬高正常蓄水位而成。站址距通化市很近，非常便于施工和管理，地方建設積極性很高。上水庫工程地質條件較好，但存在壩基及繞壩滲漏問題。上、下水庫施工條件和交通條件較好。

綜上所述，經(jīng)過對10個站點的綜合比較與分析，經(jīng)與東北電網(wǎng)有限公司協(xié)商后，選擇蛟河、雙溝、紅石、敦化、通化抽水蓄能電站作為規(guī)劃階段的推薦站點。

3 吉林省抽水蓄能電站蓄能站點建設條件

蛟河、紅石、敦化、通化和雙溝等抽水蓄能電站均無環(huán)境制約因素。其中蛟河站點水頭較高、規(guī)模較大，地理位置適宜，外部條件簡單，無論是自然條件、工程技術條件、電站規(guī)模、經(jīng)濟指標還是外部環(huán)境，均為最佳。2019年1月8日，蛟河抽水蓄能電站工程開工，計劃于2026年全部投產(chǎn)發(fā)電。

敦化抽水蓄能電站于2013年開工建設，是吉林省“十二五” 規(guī)劃建設的重點項目，也是目前東北地區(qū)最大、吉林省首座純抽水蓄能電站，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了700m級超高水頭、高轉速、大容量抽水蓄能機組的完全自主研發(fā)、設計和制造[7]。2021年6月4日，1號機組正式投產(chǎn)發(fā)電，計劃當年投產(chǎn)兩臺機組，2022年4臺機組全部投產(chǎn)。

通化抽水蓄能電站利用已建的龍崗水庫作為下水庫，對外交通條件較好，水源有保障，建壩成庫條件較好，無環(huán)境制約因素，目前已被列入抽水蓄能規(guī)劃“十四五”重點實施項目。

紅石抽水蓄能電站對外及廠內(nèi)交通條件都較好，有白山水庫的調節(jié)，其水源有保障，建壩成庫條件優(yōu)良；雙溝抽水蓄能電站，單位經(jīng)濟指標相對較高，這兩個電站規(guī)模適宜，前期工作充足，結合常規(guī)電站一并開發(fā)建設，便于施工和運行、管理，建設周期短，可以作為未來開發(fā)的抽水蓄能站點。

4 結束語

通過對吉林省抽水蓄能電站規(guī)劃選點工作的回顧與總結，將吉林省內(nèi)可作為抽水蓄能電站的站址梳理歸納，評估蓄能站點的建設條件，加快抽水蓄能電站項目投運，從而進一步優(yōu)化吉林省電網(wǎng)內(nèi)火電機組運行條件，配合吉林省風電、光伏發(fā)電運行，促進富余風電、光伏發(fā)電消納，可有效緩解棄風、棄光問題。

抽水蓄能電站建成后將承擔調峰、填谷、調頻、調相及緊急事故備用等任務，適時儲能，促進資源有效利用，可有效緩解吉林省電力供需矛盾、解決調峰難題以及促進新能源消納，為東北電網(wǎng)提供網(wǎng)間優(yōu)勢互補，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行、提高供電質量發(fā)揮重要作用。作為清潔能源，抽水蓄能電站建成運行后，每年還可減少原煤消耗，減排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染。將促進吉林地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化調整，改善地區(qū)基礎設施條件，對帶動和促進地方經(jīng)濟社會發(fā)展也具有重要意義。

綜上所述，改善吉林省電網(wǎng)電源結構，提高供電質量，為省間輸送電提供穩(wěn)定的電源保障，在電力行業(yè)加快實現(xiàn)化石能源替代，完成國家新型能源戰(zhàn)略轉型[8]，建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站意義重大。