中國常規(guī)水電與抽水蓄能技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展

張宗亮，劉 彪，王富強(qiáng)，喻葭臨，嚴(yán) 磊

(1.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院，北京 100120；2.清華大學(xué)水利水電工程系，北京 100084；3.中國電力建設(shè)集團(tuán)，北京 100048)

0 引 言

氣候變化是全球共同面臨的挑戰(zhàn)，中國積極履行大國責(zé)任，以習(xí)近平同志為核心的黨中央作出了“中國2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的莊嚴(yán)承諾。當(dāng)前，中國正在進(jìn)行一場深刻的能源革命，著力構(gòu)建清潔低碳、安全高效的新型能源體系。電力行業(yè)是中國碳減排的“主戰(zhàn)場”，電源結(jié)構(gòu)清潔化轉(zhuǎn)型是關(guān)鍵[1-2]。

中國水、風(fēng)、光等可再生能源資源豐富，發(fā)展清潔能源，加快構(gòu)建新型能源體系，是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)、應(yīng)對氣候變化的重要途徑。在新型能源體系中，常規(guī)水電的電量和容量支撐作用凸顯，“水風(fēng)光一體化”也為水電提供了新機(jī)遇。此外，在諸多調(diào)節(jié)電源和儲能品種之中，抽水蓄能技術(shù)成熟，規(guī)模大，壽命期長，綠色環(huán)保。新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源和儲能主要依靠抽水蓄能。

本文系統(tǒng)總結(jié)了我國常規(guī)水電和抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展歷程與成就，包括資源總量、開發(fā)階段和開發(fā)現(xiàn)狀等；介紹了常規(guī)水電工程和抽水蓄能電站的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展；系統(tǒng)闡述了我國常規(guī)水電工程和抽水蓄能電站在“雙碳”目標(biāo)和構(gòu)建新型能源體系背景下的發(fā)展機(jī)遇、新定位與新使命。

1 發(fā)展歷程成就

1.1 常規(guī)水電

(1)資源總量。我國水力資源技術(shù)可開發(fā)量6.87億kW[3-4]，居世界首位。西南地區(qū)技術(shù)可開發(fā)量4.76億kW，占比69.3%。長江、黃河、金沙江、雅礱江、瀾滄江等主要河流裝機(jī)規(guī)模3.75億kW，占全國總資源量的54.5%。

(2)發(fā)展階段。我國水力資源開發(fā)大致可分為4個(gè)階段：第一階段，艱苦奮斗建基業(yè)(1949年～1978年)。這一時(shí)期新安江、劉家峽等建成投產(chǎn)，水電裝機(jī)容量從36萬kW躍升至1 576萬kW。第二階段，改革開放謀發(fā)展(1979年～2000年)。這一時(shí)期魯布革、五朵金花建成投產(chǎn)，三峽開工建設(shè)，裝機(jī)容量躍居世界第一。第三階段，繼往開來展宏圖(2001年～2011年)。水電規(guī)?？焖佘S升，裝機(jī)容量穩(wěn)居世界第一。第四階段，科學(xué)發(fā)展繪新篇(2012年至今)。我國水電發(fā)展實(shí)現(xiàn)了新跨越，截至2022年，常規(guī)水電裝機(jī)規(guī)模已突破4億kW大關(guān)。

(3)開發(fā)現(xiàn)狀。目前，我國常規(guī)水電技術(shù)開發(fā)程度超過58%，截至2022年底，已建裝機(jī)規(guī)模3.68億kW，在建規(guī)模約2700萬kW?，F(xiàn)已擘畫十四大水電基地發(fā)展藍(lán)圖，除雅江和怒江外，其余十二大水電基地基本建成。

1.2 抽水蓄能

(1)資源總量。我國抽水蓄能站點(diǎn)資源豐富，數(shù)量達(dá)1 500余座，總裝機(jī)規(guī)模達(dá)16億kW。從地域分布來看，南方、西北、華中、華東等區(qū)域分布相對較多。至2022年底，已納入《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃》的站點(diǎn)資源總量約8.23億kW，其中1.67億kW已經(jīng)實(shí)施；重點(diǎn)實(shí)施項(xiàng)目共計(jì)4.21億kW，規(guī)劃儲備項(xiàng)目共計(jì)3.03億kW[3-4]。

(2)發(fā)展階段。我國抽水蓄能發(fā)展主要經(jīng)歷5個(gè)階段。1968年，以河北崗南混蓄投運(yùn)為標(biāo)志拉開序幕，隨后歷經(jīng)探索發(fā)展期、完善發(fā)展期和蓬勃發(fā)展期，至2020年底，在運(yùn)、在建規(guī)模均居世界第一。2021年《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃》印發(fā)實(shí)施，進(jìn)入新發(fā)展期。

(3)開發(fā)現(xiàn)狀。十四五期間，我國抽水蓄能電站項(xiàng)目已核準(zhǔn)9 399萬kW。截至2022年底，我國投產(chǎn)在運(yùn)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到4 579萬kW，同比增長25.8%，在建總裝機(jī)規(guī)模為1.21億kW。2022年，新投產(chǎn)裝機(jī)規(guī)模880萬kW，核準(zhǔn)項(xiàng)目48個(gè)，核準(zhǔn)總裝機(jī)規(guī)模6 890萬kW。歷經(jīng)50多年的探索，基本形成涵蓋標(biāo)準(zhǔn)制定、規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、裝備制造、運(yùn)營維護(hù)的全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展體系和專業(yè)化發(fā)展模式。

(4)造價(jià)水平。我國抽水蓄能電站工程建設(shè)條件個(gè)體差異明顯，造價(jià)水平與工程建設(shè)條件和裝機(jī)規(guī)模密切相關(guān)。電站單位造價(jià)一般隨裝機(jī)規(guī)模增加而顯著降低。全國各區(qū)域抽水蓄能電站單位千瓦靜態(tài)投資中位數(shù)如表1所示。從表1可以看出，2022年開展前期工作的抽水蓄能電站單位千瓦靜態(tài)總投資中位數(shù)為5 756元/kW；分區(qū)域看，西北、華北區(qū)域造價(jià)最高，南方、華東區(qū)域造價(jià)最低。抽蓄電站工程造價(jià)各部分投資占比如表2所示。從表2可以看出，目前機(jī)電設(shè)備及安裝工程投資占比最高，建筑工程投資占比次之，抽水蓄能電站的投資占比前三位為：機(jī)電設(shè)備及安裝工程占26%，建筑工程占25%，建設(shè)期利息占14%。

表1 全國各區(qū)域抽水蓄能電站單位千瓦靜態(tài)投資中位數(shù) 元

表2 抽蓄電站工程造價(jià)各部分投資占比 %

(5)機(jī)組制造水平。我國抽水蓄能機(jī)組裝備制造核心技術(shù)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”、“并跑”到“領(lǐng)跑”的跨越式發(fā)展。國內(nèi)現(xiàn)有大中型水電機(jī)組生產(chǎn)企業(yè)十余家。東電、哈電大型抽水蓄能機(jī)組的制造、交付、安裝服務(wù)能力領(lǐng)跑。上海福伊特、通用電氣(中國)和東芝水電設(shè)備(杭州)均具備大型抽水蓄能機(jī)組的設(shè)計(jì)制造能力。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 高壩工程技術(shù)

目前，我國已建成小灣、錦屏一級、糯扎渡、兩河口、白鶴灘、黃登、猴子巖等巨型水電站工程[5]，獲國家獎(jiǎng)9項(xiàng)，國際里程碑工程14座，標(biāo)志著我國在300 m級高混凝土拱壩、200 m級混凝土重力壩、300 m級高土心墻堆石壩、250 m級高混凝土面板堆石壩等高壩工程技術(shù)居世界領(lǐng)先，實(shí)現(xiàn)了跟跑、并跑、領(lǐng)跑。

(1)300 m級特高拱壩關(guān)鍵技術(shù)體系[6]。通過特高拱壩體形結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高邊坡及壩基處理、混凝土溫控防裂和高拱壩抗震安全及運(yùn)行安全評價(jià)等創(chuàng)新，現(xiàn)已形成300 m級特高拱壩關(guān)鍵技術(shù)體系。世界已建最高的10座混凝土拱壩中，中國占5座，見表3。

表3 世界已建最高的10座混凝土拱壩

(2)200 m級混凝土重力壩關(guān)鍵技術(shù)體系[7]。通過碾壓混凝土特性分析和制備、壩體防滲、全壩全過程智能溫控與防裂和基于BIM的精細(xì)化智能化管控等創(chuàng)新，現(xiàn)已形成200 m級混凝土重力壩關(guān)鍵技術(shù)體系。世界已建最高的10座混凝土重力壩，中國占5座，見表4。

表4 世界已建最高的10座混凝土重力壩

(3)300 m級特高心墻壩關(guān)鍵技術(shù)體系[8]。通過筑壩材料試驗(yàn)與改性、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則及安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、施工質(zhì)量數(shù)字化監(jiān)控及快速檢測等創(chuàng)新，形成了300 m級特高心墻壩關(guān)鍵技術(shù)體系。世界已建最高的10座心墻堆石壩，中國占3座，見表5。

表5 世界已建最高的10座心墻堆石壩

(4)250 m級高面板堆石壩建設(shè)技術(shù)體系[9]。通過壩體分區(qū)準(zhǔn)則優(yōu)化、滲控設(shè)施研發(fā)和變形協(xié)調(diào)控制等創(chuàng)新，形成了面板堆石壩科研、設(shè)計(jì)和施工成套技術(shù)，編制了相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工規(guī)范，構(gòu)建了250 m級高面板堆石壩關(guān)鍵技術(shù)體系。世界已建最高的10座心墻堆石壩，中國占3座，見表6。

表6 世界已建最高的10座面板堆石壩

(5)堰塞壩“應(yīng)急搶險(xiǎn)—后續(xù)處置—開發(fā)利用”一體化技術(shù)體系[10]。通過堰塞湖風(fēng)險(xiǎn)評估與應(yīng)急搶險(xiǎn)、安全評估與處置、改良加固施工專用技術(shù)、材料與裝備等創(chuàng)新，首創(chuàng)堰塞壩“應(yīng)急搶險(xiǎn)—后續(xù)處置—開發(fā)利用”一體化技術(shù)體系，并應(yīng)用于裝機(jī)20.1萬kW、壩高103 m的紅石巖堰塞壩水利樞紐工程。

2.2 地下工程技術(shù)

我國水利水電地下工程核心技術(shù)主要包括以下2個(gè)方面[11]：

(1)超深埋特大引水隧洞發(fā)電工程關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國已經(jīng)解決水電工程的成洞理論方法、強(qiáng)巖爆、強(qiáng)突涌水、特大規(guī)模水力調(diào)控、長距離巡檢技術(shù)等世界級難題。錦屏二級水電站引水隧洞單洞長達(dá)16.7 km，洞徑14.6 m，最大埋深達(dá)2 525 m。

(2)大規(guī)模地下洞室設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)。我國現(xiàn)已突破復(fù)雜地質(zhì)條件下大跨度地下洞室開挖支護(hù)、混凝土施工等關(guān)鍵技術(shù)，并成功應(yīng)用于小灣、錦屏一級、白鶴灘等水電站。其中，白鶴灘水電站地下主廠房洞室群規(guī)模目前為世界第一，單座主廠房長400余m，寬34 m，高88.7 m。

2.3 泄洪消能技術(shù)

(1)超高水頭、超大流量拱壩壩身泄洪消能技術(shù)。我國現(xiàn)已研發(fā)了特高拱壩“壩身多層孔口、出流水舌碰撞、水墊塘消能”模式，解決了拱壩大規(guī)模壩身泄洪消能問題。在當(dāng)前已建或在建的水電工程中，溪洛渡水電站最大泄流量為52 300 m3/s，最大落差達(dá)197.5 m，最大泄洪功率近10萬MW，最大流速約50 m/s；小灣水電站最大泄流量為20 680 m3/s，最大落差達(dá)212 m，最大泄洪功率為4.6萬MW，最大流速約52 m/s；白鶴灘水電站最大泄流量為42 358 m3/s，最大落差約200 m，最大泄洪功率為9萬MW，最大流速50 m/s。

(2)超大規(guī)模土石壩岸邊式溢洪道關(guān)鍵技術(shù)。目前，我國已形成泄槽底板摻氣、消力池“護(hù)岸不護(hù)底”、大尺寸閘門設(shè)計(jì)制造安裝、泄洪霧化調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù)體系，解決了岸邊溢洪道泄洪安全問題。糯扎渡水電站岸邊溢洪道最大泄流量為31 318 m3/s，最大泄洪功率為5.6萬MW，最大流速約52 m/s；水布埡水電站岸邊溢洪道最大泄流量為18 320 m3/s，最大泄洪功率為3.1萬MW。

此外，我國還成功研發(fā)并應(yīng)用了重力壩多股多層跌坎底流消能技術(shù)，能夠大幅降低重力壩下游消力池臨底流速和脈動(dòng)壓力，解決了消力池底板破壞問題，在向家壩水電站得以應(yīng)用，泄洪量達(dá)49 800 m3/s，臨底流速45 m/s。研發(fā)并應(yīng)用了高水頭、大流量豎井旋流泄洪消能技術(shù)，在高山峽谷地區(qū)避免了大規(guī)模岸邊溢洪道開挖，使泄洪洞與導(dǎo)流洞結(jié)合更易布置，雙江口水電站的豎井旋流泄量達(dá)1 200 m3/s，豎井段落差為167 m。

2.4 邊坡工程技術(shù)

我國現(xiàn)已構(gòu)建700 m級特高工程邊坡開挖支護(hù)及安全評價(jià)體系，形成了高邊坡設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)。白鶴灘和小灣水電工程的高陡邊坡均為700 m級。

2.5 施工技術(shù)與裝備

(1)大壩智能建設(shè)。我國水利水電工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)了碾壓機(jī)群在壩體填筑施工中無人值守、實(shí)時(shí)監(jiān)控的高質(zhì)高效管理，是大規(guī)模填筑智能建設(shè)的典范[12-13]。

(2)超深基礎(chǔ)處理技術(shù)與施工裝備。在基礎(chǔ)處理技術(shù)與施工裝備方面，主要包括以下3項(xiàng)技術(shù)：①200 m級覆蓋層防滲墻施工技術(shù)，已建的西藏旁多瀝青混凝土心墻沙礫石壩壩址防滲墻達(dá)158 m，在建的新疆大河沿瀝青混凝土心墻壩防滲墻達(dá)186 m。②振沖碎石樁基礎(chǔ)加固技術(shù)，目前試樁深度達(dá)90 m，金沙江上游拉哇水電站圍堰基礎(chǔ)系統(tǒng)加固深度已達(dá)72 m。③高水頭、動(dòng)水條件下150 m深厚覆蓋層鉆孔灌漿成套技術(shù)，并成功應(yīng)用于瀘定大壩基礎(chǔ)帷幕灌漿加固工程。

(3)大壩混凝土智能溫控和智能灌漿裝備?，F(xiàn)已研發(fā)前端快速感知、全周期全域?qū)崟r(shí)分析、全過程精確控制的智能溫控技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)溫控到智能溫控的轉(zhuǎn)變；研發(fā)了全自動(dòng)控制智能灌漿系統(tǒng)[14]。

2.6 機(jī)電設(shè)備制造與安裝技術(shù)

(1)水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造。在水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造方面，實(shí)現(xiàn)了百萬千瓦水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)制造，單機(jī)容量世界第一。

(2)抽水蓄能機(jī)組設(shè)計(jì)制造。歷經(jīng)依賴進(jìn)口、技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新4個(gè)階段，研發(fā)了涵蓋400 MW超大容量抽水蓄能機(jī)組，800 m級超高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量機(jī)組和交流勵(lì)磁變速機(jī)組的設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試成套關(guān)鍵技術(shù)。

2.7 抽水蓄能建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

抽水蓄能電站相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾點(diǎn)：

(1)創(chuàng)新研發(fā)了抽水蓄能智慧化規(guī)劃成套技術(shù)，包括基于智能空間分析的自動(dòng)選址、新型電力系統(tǒng)運(yùn)行模擬、“風(fēng)光水火儲”多能互補(bǔ)一體化規(guī)劃等方面，實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效布局，切實(shí)發(fā)揮規(guī)劃引領(lǐng)作用。

(2)針對水庫地形不整齊、巖體風(fēng)化深厚、巖性復(fù)雜、陡斜坡河谷等復(fù)雜地形地質(zhì)條件，研發(fā)了精細(xì)定制化筑壩成庫成套關(guān)鍵技術(shù)，包括就地取材混合料筑壩、陡縱坡溝谷地基筑壩、土石壩壩身泄洪、小流量泄放控制等。目前，我國現(xiàn)已建成的抽水蓄能電站最高混凝土面板壩為溧陽抽水蓄能電站上水庫大壩，壩高165 m；我國現(xiàn)已建成的抽水蓄能電站最高瀝青混凝土面板壩為西龍池抽水蓄能電站下水庫大壩，壩高97.4 m；我國現(xiàn)已建成的抽水蓄能電站最高碾壓混凝土第一高壩為西龍池抽水蓄能電站下水庫大壩，壩高108 m。

(3)針對上庫位于高山之巔、地下水位低、巖體透水性強(qiáng)等地形地質(zhì)特點(diǎn)，庫盆防滲問題突出，研發(fā)了庫盆防滲成套關(guān)鍵技術(shù)，包括深厚回填庫盆防滲、不同表面防滲結(jié)構(gòu)連接、惡劣氣候防滲板耐久性定量設(shè)計(jì)等。

(4)針對破碎、軟弱、巖溶等復(fù)雜地質(zhì)條件，研發(fā)了大型地下廠房洞室群成套關(guān)鍵建設(shè)技術(shù)，包括預(yù)固結(jié)灌漿加固、頂拱柔性“板”支護(hù)體系、高邊墻錨貼固壁墻組合支護(hù)體系、巖溶地區(qū)的防護(hù)穿越、跨越等。豐寧抽水蓄能電站地下廠房單體總長達(dá)414 m，高度達(dá)54.5 m，跨度達(dá)25 m。

(5)針對雙向水流、水力過渡過程復(fù)雜、壓力管道水頭高和圍巖軟弱破碎等難點(diǎn)，研發(fā)了高壓輸水管道設(shè)計(jì)及制造成套關(guān)鍵技術(shù)，包括大HD值高壓隧洞設(shè)計(jì)施工、大HD值壓力鋼管設(shè)計(jì)建造、復(fù)雜流道調(diào)節(jié)保證設(shè)計(jì)、復(fù)雜條件進(jìn)/出水口體形設(shè)計(jì)等。長龍山抽水蓄能電站額定水頭710 m，發(fā)電最高水頭達(dá)756 m，是目前世界上已建抽水蓄能電站的最高發(fā)電水頭；長龍山抽水蓄能電站的高壓岔管水壓試驗(yàn)中，HD值達(dá)到4 800，也為目前世界第一。

(6)針對電站地下洞室數(shù)量多、規(guī)模大，施工難度大、工期長，勞動(dòng)力缺口大、成本高等難題，研發(fā)了快速施工成套關(guān)鍵技術(shù)，包括TBM施工、礦山正井法施工、反井鉆施工、智慧工地、智能建造等。

2.8 工程安全

(1)現(xiàn)已構(gòu)建全國流域水電應(yīng)急大數(shù)據(jù)平臺，顯著提升流域水電應(yīng)急管理在監(jiān)測預(yù)警、應(yīng)急處置、災(zāi)損分析等方面的能力和水平。

(2)研發(fā)了高壩大庫聯(lián)合調(diào)度控制技術(shù)，提高流域的發(fā)電量，為電力保供作出重要貢獻(xiàn)；并且提升了流域防洪抗旱能力，降低了洪澇和水旱災(zāi)害的損失。

2.9 數(shù)字化技術(shù)

數(shù)字化轉(zhuǎn)型是必然趨勢，我國水利水電行業(yè)充分融入現(xiàn)代信息技術(shù)，大力推進(jìn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了從工程數(shù)字化到全面數(shù)字化的轉(zhuǎn)變，正在向智能建設(shè)和智慧工程邁進(jìn)。

(1)數(shù)字化基礎(chǔ)能力。目前，我國水電行業(yè)已經(jīng)建立了一系列數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)體系，包括《水電工程信息模型設(shè)計(jì)交付規(guī)范》《水利水電工程信息模型分類和編碼標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程設(shè)計(jì)信息模型交付標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程信息模型存儲標(biāo)準(zhǔn)》《水利水電工程信息模型設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》等。此外，中華人民共和國水利部和國家能源局分別修訂了“工程可行性研究報(bào)告編制規(guī)程”，增補(bǔ)工程信息化數(shù)字化篇章，實(shí)現(xiàn)了水利水電工程數(shù)字化頂層設(shè)計(jì)和有序發(fā)展。

(2)數(shù)字化設(shè)計(jì)。為了提高水利水電工程的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，水利水電工程參建各方單位在實(shí)踐中不斷創(chuàng)新工程設(shè)計(jì)理論和技術(shù)，研發(fā)了三維設(shè)計(jì)、協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，如：水利水電工程全生命周期HydroBIM[15]管控平臺、糯扎渡水電站BIM模型、白鶴灘水電站BIM模型、豐寧抽水蓄能電站BIM模型等，實(shí)現(xiàn)了工程數(shù)字化、協(xié)同化設(shè)計(jì)。

(3)智能化建設(shè)。為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化智能化施工，推進(jìn)水利水電工程建設(shè)提質(zhì)、降本、增效，水利水電工程參建各方單位逐步構(gòu)建了工程智能化建設(shè)技術(shù)體系，包括智能碾壓、智能澆筑、智能溫控、智能灌漿等技術(shù)、裝備與管控平臺等，如：數(shù)字黃登大壩施工管理信息化系統(tǒng)、溪洛渡數(shù)字大壩管理系統(tǒng)、葉巴灘智能建設(shè)管理平臺、楊房溝設(shè)計(jì)施工BIM管理系統(tǒng)等。

(4)智慧化運(yùn)營。為推進(jìn)工程和流域安全運(yùn)行的精細(xì)管理和精準(zhǔn)決策，水利水電工程參建各方單位逐步建立集監(jiān)測預(yù)警、綜合調(diào)度、安全評價(jià)與輔助決策于一體的智慧化運(yùn)營技術(shù)體系，研發(fā)了系列智慧化運(yùn)營平臺，如：瀾滄江大壩安全監(jiān)控平臺、瀾滄江數(shù)字流域綜合管理平臺、錢塘江數(shù)字孿生流域防洪建在管理平臺等。

3 發(fā)展機(jī)遇

黨的二十大報(bào)告明確提出，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系，可再生能源發(fā)展機(jī)遇前所未有，將迎來大規(guī)模、高比例、市場化和高質(zhì)量發(fā)展。

對于常規(guī)水電而言，“雙碳”目標(biāo)注入了新動(dòng)能，水電電量和容量支撐作用凸顯；“水風(fēng)光一體化”是可再生能源重要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展方向，也為水電提供新機(jī)遇；實(shí)施大規(guī)模水電工程開發(fā)為行業(yè)發(fā)展提供新引擎。

對于抽水蓄能電站而言，為解決風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源的間歇性、波動(dòng)性和分散性問題，電力系統(tǒng)對調(diào)節(jié)電源的需求更加迫切。在諸多調(diào)節(jié)電源和儲能品種之中，抽水蓄能技術(shù)最成熟，且規(guī)模大，壽命期長，綠色環(huán)保。電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源和儲能主要依靠抽水蓄能。此外，抽水蓄能電站也是推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展和促進(jìn)鄉(xiāng)村振興的重要手段。因此，抽水蓄能發(fā)展迎來重大機(jī)遇。

4 新定位與新使命

4.1 新定位

常規(guī)水利水電工程的定位由傳統(tǒng)的“電量供應(yīng)為主”向“電量供應(yīng)與靈活調(diào)節(jié)并重”轉(zhuǎn)變，一方面提供大量清潔電量，助力節(jié)能減排；另一方面發(fā)揮靈活調(diào)節(jié)和長時(shí)儲能作用，支撐新能源大規(guī)模接入和高效消納。

抽水蓄能電站的定位由傳統(tǒng)“保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行”向“能源電力、經(jīng)濟(jì)社會(huì)多領(lǐng)域綜合效益發(fā)揮”轉(zhuǎn)變。抽水蓄能電站對于支撐新型電力系統(tǒng)建設(shè)、流域“水風(fēng)光儲”一體化清潔能源基地和“沙戈荒”風(fēng)光蓄大型基地、規(guī)?；瓌?dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和促進(jìn)鄉(xiāng)村振興等方面發(fā)揮著重要作用。

4.2 發(fā)展新思路及攻關(guān)任務(wù)

4.2.1 常規(guī)水利水電工程

對于常規(guī)水利水電工程而言，未來的發(fā)展新思路重點(diǎn)為以下3點(diǎn)：

(1)做大增量，積極推動(dòng)流域龍頭水庫和戰(zhàn)略性工程建設(shè)?！褒堫^水庫”能夠提升流域梯級電站和水庫發(fā)電、防洪、供水等綜合效益。應(yīng)積極推動(dòng)大型骨干工程前期工作，完善大型水電基地，推動(dòng)流域整體效益盡早發(fā)揮。此外，還應(yīng)積極推進(jìn)雅魯藏布江下游水電開發(fā)。

(2)用好存量，統(tǒng)籌考慮水文、地質(zhì)條件、水利動(dòng)能、上下游梯級流量匹配等因素，進(jìn)行梯級水電擴(kuò)機(jī)，以及機(jī)組增容改造；結(jié)合外部需求和自身建設(shè)條件，研究增設(shè)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，建設(shè)混合式抽水蓄能電站；在確保工程安全的前提下，考慮既有工程承擔(dān)任務(wù)，結(jié)合新形勢需要，增加壩高、調(diào)整特征水位等方式，增加水庫調(diào)節(jié)庫容。

(3)創(chuàng)新發(fā)展，依托水電靈活調(diào)節(jié)能力，推動(dòng)“水風(fēng)光儲”一體化綜合開發(fā)。利用水風(fēng)光電源出力特性互補(bǔ)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)水電、新能源、輸電通道“1+1+1>3”。目前，多個(gè)流域正按照最大化開發(fā)流域風(fēng)電、光伏的原則，優(yōu)化水風(fēng)光組合運(yùn)行方式，規(guī)劃一體化綜合開發(fā)基地。其中，雅礱江流域水風(fēng)光一體化綜合規(guī)劃已獲批復(fù)。

未來水利水電工程建設(shè)具有“五高”(高寒、高海拔、高地應(yīng)力、高地震烈度、高水頭)，“四大”(大埋深、大落差、大保護(hù)、大溫差)，“三長”(長冬歇、長隧洞、長周期)等特點(diǎn)。常規(guī)水利水電工程建設(shè)應(yīng)重點(diǎn)攻關(guān)深厚覆蓋層勘察與基礎(chǔ)處理關(guān)鍵技術(shù)、深厚覆蓋層筑壩理論與關(guān)鍵技術(shù)、大規(guī)模地下輸水發(fā)電工程設(shè)計(jì)理論和方法、水電工程綠色智能建造技術(shù)與裝備研發(fā)、水電工程群智慧運(yùn)營技術(shù)與裝備研發(fā)等。此外，針對流域“水風(fēng)光儲”和“沙戈荒”風(fēng)光蓄基地開發(fā)的規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)度需求，還需重點(diǎn)研究流域梯級水風(fēng)光儲一體化典型模式、水風(fēng)光儲多能互補(bǔ)容量配置和優(yōu)化技術(shù)等。

4.2.2 抽水蓄能

大力發(fā)展抽水蓄能電站，未來需要大幅提升建設(shè)和投產(chǎn)規(guī)模，實(shí)現(xiàn)更加廣泛場景應(yīng)用，推動(dòng)形成多元化發(fā)展格局，建設(shè)更加完善產(chǎn)業(yè)體系。在特殊場景地區(qū)，需要?jiǎng)?chuàng)新發(fā)展新型特殊抽水蓄能形式，包括因地制宜開展中小抽水蓄能建設(shè)、探索與分布式發(fā)電等結(jié)合的小微型抽水蓄能技術(shù)與示范、依托常規(guī)水電站建設(shè)混合式抽水蓄能、探索海水抽水蓄能技術(shù)與示范、探索推進(jìn)水電梯級融合改造、探索結(jié)合礦坑治理建設(shè)抽水蓄能電站和開展水氣耦合抽水蓄能技術(shù)研究等。

在設(shè)計(jì)建造方面，工程設(shè)計(jì)在惡劣環(huán)境下水庫庫盆防滲、大壩變形穩(wěn)定、高壓水道襯砌、洞室圍巖穩(wěn)定、廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面進(jìn)一步開展攻關(guān)。工程施工在復(fù)雜地質(zhì)條件、高水頭、深埋隧洞、大斷面豎井、斜井以及大跨度高邊墻地下廠房等方面進(jìn)一步開展攻關(guān)，持續(xù)推進(jìn)少人化、機(jī)械化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化施工。工程投資針對建設(shè)過程涉及面廣，一次性投資大，建設(shè)周期長、風(fēng)險(xiǎn)因素多等挑戰(zhàn)。在壓縮建設(shè)周期、投資風(fēng)險(xiǎn)防控和優(yōu)化工程造價(jià)等方面進(jìn)一步開展攻關(guān)。

在設(shè)備制造方面，大型機(jī)組設(shè)計(jì)制造繼續(xù)朝著高水頭、大容量、高可靠性、可變速機(jī)組等方向快速發(fā)展，在運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性分析、輸水系統(tǒng)過渡過程分析、變速抽水蓄能機(jī)組工程應(yīng)用等方面進(jìn)一步集中攻關(guān)。面對抽水蓄能大規(guī)模加快發(fā)展趨勢，應(yīng)該在降低大型蓄能機(jī)組生產(chǎn)周期和提高產(chǎn)能規(guī)模等方面繼續(xù)努力。

在建設(shè)管理方面，目前投資主體多元化，可能存在管理、技術(shù)和協(xié)調(diào)能力不足問題，應(yīng)該加強(qiáng)推進(jìn)勘測設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量管控、建設(shè)管理規(guī)范化和安全風(fēng)險(xiǎn)防控。

4.2.3 能源數(shù)字化智能化

未來常規(guī)水利水電工程、新能源和抽水蓄能電站的能源數(shù)字化智能化發(fā)展應(yīng)以實(shí)現(xiàn)數(shù)字驅(qū)動(dòng)下的行業(yè)“投、建、營”一體化融合發(fā)展為目標(biāo)，重點(diǎn)攻關(guān)智能傳感與智能量測技術(shù)，特種智能機(jī)器人技術(shù)，人工智能與區(qū)塊鏈技術(shù)，能源大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)，能源物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等基礎(chǔ)共性技術(shù)以及“投建營”平臺研發(fā)，水電數(shù)字化智能化技術(shù)，風(fēng)電機(jī)組與風(fēng)電場數(shù)字化智能化技術(shù)，光伏發(fā)電數(shù)字化智能化技術(shù)，區(qū)域綜合智慧能源關(guān)鍵技術(shù)等行業(yè)智能升級技術(shù)。

5 結(jié) 論

黨的二十大報(bào)告指出：積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。我們應(yīng)立足我國能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，有計(jì)劃分步驟實(shí)施碳達(dá)峰行動(dòng)。

水電、抽水蓄能和新能源融合發(fā)展是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的重要途徑。新時(shí)代、新征程、新使命，水電已站在新的歷史方位，抽水蓄能行至新的戰(zhàn)略起點(diǎn)，必將擔(dān)起新的光榮使命。

水利水電工程從業(yè)者應(yīng)該全面貫徹習(xí)近平新時(shí)代中國特色社會(huì)主義思想，牢記建設(shè)能源強(qiáng)國的重大責(zé)任和使命，踔厲奮發(fā)、勇毅前行，搶抓科技發(fā)展先機(jī)，勇攀能源科技高峰，為推動(dòng)能源科技自立自強(qiáng)、保障國家能源安全、建設(shè)世界科技強(qiáng)國和能源強(qiáng)國作出新貢獻(xiàn)。