中國(guó)抽水蓄能技術(shù)已躋身世界一流水平

當(dāng)前，中國(guó)正著力構(gòu)建清潔低碳、安全高效的新型能源體系。隨著風(fēng)、光等新能源裝機(jī)規(guī)模和發(fā)電量比例的不斷上升，其波動(dòng)性、間歇性與電網(wǎng)安全之間的矛盾也日益凸顯。

“針對(duì)風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源間歇性、波動(dòng)性和分散性問(wèn)題，電力系統(tǒng)對(duì)調(diào)節(jié)電源的需求更加迫切。在諸多調(diào)節(jié)電源和儲(chǔ)能品種之中，抽水蓄能技術(shù)憑借成熟、壽命期長(zhǎng)、綠色環(huán)保等，迎來(lái)發(fā)展新機(jī)遇?！?月20日，在國(guó)際大壩委員會(huì)第28屆大會(huì)暨第93屆年會(huì)抽水蓄能電站發(fā)展與展望專題研討會(huì)上，中國(guó)工程院院士、中國(guó)電建首席科學(xué)家張宗亮介紹道，“作為當(dāng)前最成熟、規(guī)模效益最顯著的大規(guī)模儲(chǔ)能方式，抽水蓄能電站是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的核心支撐，對(duì)可再生能源發(fā)展發(fā)揮著重要作用。”

電力系統(tǒng)的“壓艙石”

《抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》明確，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬(wàn)千瓦以上；到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2億千瓦左右；到2035年，形成滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展的抽水蓄能現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)，全國(guó)抽水蓄能投產(chǎn)規(guī)模達(dá)到3億千瓦左右。

“從裝機(jī)容量11MW的中國(guó)首座抽水蓄能電站——崗南抽水蓄能電站，到裝機(jī)容量3600MW的全球最大抽水蓄能電站——豐寧抽水蓄能電站，中國(guó)抽水蓄能技術(shù)已躋身世界一流水平?！敝袊?guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱“北京院”）黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)朱國(guó)金說(shuō)。

朱國(guó)金表示，抽水蓄能是目前技術(shù)成熟可靠、最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)條件、經(jīng)濟(jì)高效的綠色儲(chǔ)能手段，抽蓄與風(fēng)光等新能源聯(lián)合運(yùn)行，能有效降低基地發(fā)電側(cè)的棄風(fēng)和棄光率，維持電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

從技術(shù)特性上來(lái)看，抽水蓄能、新能源與新型儲(chǔ)能之間存在多維度互補(bǔ)關(guān)系。“所謂多能互補(bǔ)本質(zhì)上是通過(guò)技術(shù)融合、模式創(chuàng)新、統(tǒng)籌優(yōu)化，構(gòu)建‘新能源+長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)基荷+短時(shí)快響應(yīng)’的立體調(diào)節(jié)體系，在技術(shù)融合方面構(gòu)建多時(shí)間尺度的調(diào)節(jié)能力：短時(shí)響應(yīng)通過(guò)飛輪、鋰電、液流等功率型新型儲(chǔ)能承擔(dān)秒級(jí)調(diào)頻，平抑風(fēng)光出力波動(dòng)：中時(shí)平衡通過(guò)抽水蓄能+壓縮空氣儲(chǔ)能聯(lián)合運(yùn)行，解決日內(nèi)負(fù)荷峰谷差；氫儲(chǔ)能或重力儲(chǔ)能具有季節(jié)性調(diào)節(jié)能力，能夠發(fā)揮一定的長(zhǎng)時(shí)保障作用?！敝袊?guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司總工程師王可解釋道。

與會(huì)專家普遍認(rèn)為，隨著新能源產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展與新型電力系統(tǒng)構(gòu)建進(jìn)程提速，儲(chǔ)能作為關(guān)鍵調(diào)節(jié)性電源迎來(lái)重大發(fā)展機(jī)遇。“抽水蓄能+新型儲(chǔ)能”協(xié)同發(fā)展模式將成為儲(chǔ)能行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。據(jù)了解，該模式通過(guò)深度挖掘兩類儲(chǔ)能技術(shù)體系的互補(bǔ)特性，系統(tǒng)性提升多能互補(bǔ)協(xié)同效能，可為構(gòu)建清潔低碳、安全可控、高效互動(dòng)的新型能源體系提供戰(zhàn)略性支撐。

“單一維度的技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)無(wú)法滿足新型電力系統(tǒng)的需求，必須建立跨領(lǐng)域的協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的交叉融合，推動(dòng)電力市場(chǎng)機(jī)制改革與工程技術(shù)創(chuàng)新的協(xié)同促進(jìn)?！敝袊?guó)電建集團(tuán)北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司黨委副書(shū)記、總經(jīng)理?xiàng)顣暂x說(shuō)，推動(dòng)抽水蓄能與新型儲(chǔ)能融合發(fā)展，是能源系統(tǒng)向低碳化轉(zhuǎn)型的必然選擇，也是重塑能源治理格局的新路徑。這一融合的本質(zhì)，在于突破傳統(tǒng)儲(chǔ)能模式的約束，通過(guò)多維度儲(chǔ)能技術(shù)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)從“單一調(diào)節(jié)”向“全譜域響應(yīng)”的躍遷。

作為電力系統(tǒng)的“壓艙石”，抽水蓄能承擔(dān)著基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性的調(diào)節(jié)任務(wù)，“抽水蓄能與新型儲(chǔ)能在新型電力系統(tǒng)中形成長(zhǎng)時(shí)+短時(shí)、集中+分布的多層次儲(chǔ)能體系，共同支撐高比例新能源的穩(wěn)定運(yùn)行和高效消納。隨著技術(shù)進(jìn)步和市場(chǎng)機(jī)制的不斷完善，兩者的協(xié)同將更加緊密?！敝靽?guó)金表示。

統(tǒng)籌技術(shù)融合與模式創(chuàng)新，是破解多能互補(bǔ)系統(tǒng)性挑戰(zhàn)的必由之路。“未來(lái)，通過(guò)深化抽蓄+新能源+新型儲(chǔ)能的立體耦合，將為新型電力系統(tǒng)提供兼具經(jīng)濟(jì)性與可靠性的解決方案?！蓖蹩烧f(shuō)。

此外，在“雙碳”目標(biāo)下，電源轉(zhuǎn)型路徑整體呈現(xiàn)出清潔化發(fā)展的態(tài)勢(shì)，“抽水蓄能由傳統(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，抽水蓄能電站將在規(guī)?；瓌?dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和促進(jìn)鄉(xiāng)村振興等方面發(fā)揮重要作用。”張宗亮說(shuō)。

朱國(guó)金同時(shí)表示，政策支持是推動(dòng)抽水蓄能產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的重要因素。當(dāng)前，行業(yè)發(fā)展亟須在電價(jià)機(jī)制、審批流程、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面獲得更有力的政策保障，從而持續(xù)營(yíng)造良好的發(fā)展環(huán)境，推動(dòng)抽水蓄能業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展。

突破“新技術(shù)”，構(gòu)建“抽水蓄能+”多元儲(chǔ)能矩陣

豐寧抽水蓄能電站裝機(jī)3600MW，是世界上最大的抽水蓄能電站，被譽(yù)為世界最大的“充電寶”和抽蓄領(lǐng)域的“百科全書(shū)”。它的單體地下廠房規(guī)模世界第一，洞室群規(guī)模世界第一。地下洞室工程地質(zhì)條件復(fù)雜，北京院通過(guò)對(duì)地下洞室群圍巖變形機(jī)理、破壞規(guī)律、巖錨梁錨桿受力特性及支護(hù)時(shí)機(jī)等進(jìn)行深入研究，提出了相應(yīng)的加固措施，系統(tǒng)性攻克了復(fù)雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群變形控制技術(shù)問(wèn)題。

遼寧清源抽水蓄能電站則聚焦嚴(yán)寒地區(qū)水庫(kù)冰情防控這一世界性難題，建立了水庫(kù)冰情數(shù)學(xué)模型，揭示了嚴(yán)寒地區(qū)水庫(kù)冰情生長(zhǎng)消融演變規(guī)律，首創(chuàng)了考慮機(jī)組運(yùn)行影響的最大冰厚和冰凍庫(kù)容計(jì)算方法，提出了水庫(kù)防冰害對(duì)策措施，研發(fā)了可壓縮型止水結(jié)構(gòu)、低溫高塑性有機(jī)硅密封填料及氟改性聚氨酯防冰拔材料，構(gòu)建了適應(yīng)嚴(yán)寒地區(qū)的鋼筋混凝土面板防滲設(shè)計(jì)體系。

“‘十四五’期間，我國(guó)新型儲(chǔ)能技術(shù)百花齊放，進(jìn)入了多元化的高速發(fā)展時(shí)期，技術(shù)路線上覆蓋了功率型、能量型、短時(shí)、長(zhǎng)時(shí)等多種技術(shù)品類?！敝靽?guó)金介紹道。

我國(guó)抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展可以追溯到20世紀(jì)60年代，從1968年我國(guó)第一座抽水蓄能電站——崗南抽水蓄能電站建設(shè)開(kāi)始，經(jīng)歷了幾十年的工程實(shí)踐與技術(shù)沉淀。

“未來(lái)5到10年，我國(guó)抽水蓄能行業(yè)將迎來(lái)規(guī)?；?、智能化和市場(chǎng)化發(fā)展的關(guān)鍵階段?！敝靽?guó)金告訴《中國(guó)報(bào)道》記者，在“雙碳”目標(biāo)和新型電力系統(tǒng)建設(shè)推動(dòng)下，裝機(jī)容量將保持年均15%以上的高速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2030年將突破1.2億千瓦。技術(shù)迭代將聚焦大容量機(jī)組、超高水頭、變速機(jī)組、智能化運(yùn)維體系構(gòu)建，數(shù)字孿生、AI調(diào)度算法等技術(shù)應(yīng)用，將提升電站綜合效率至80%以上。機(jī)組設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率可能從當(dāng)前90%提升至100%，徹底突破核心控制系統(tǒng)“卡脖子”環(huán)節(jié)。

國(guó)際水電協(xié)會(huì)副首席執(zhí)行官巴勃羅·瓦爾韋德認(rèn)為，人工智能正在推動(dòng)抽水蓄能行業(yè)從“體驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”向“數(shù)據(jù)智能”轉(zhuǎn)型，通過(guò)全過(guò)程的智能重構(gòu)，在效率、成本、安全保障等方面實(shí)現(xiàn)了全面突破，未來(lái)將進(jìn)一步向無(wú)人化、環(huán)?；⑷蚧较虬l(fā)展。

在抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中，中國(guó)電建可謂以重大工程實(shí)踐鑄就行業(yè)典范?！拔覀?cè)竿魑粚＜乙坏?，共同探索破解發(fā)展難題?！敝袊?guó)電建黨委副書(shū)記、總經(jīng)理王斌在會(huì)議致辭中表示，錨定“新定位”，強(qiáng)化抽水蓄能電站與風(fēng)光基地、特高壓通道的協(xié)同規(guī)劃，深度融入新型電力系統(tǒng)；突破“新技術(shù)”，聚焦復(fù)雜地質(zhì)、超高水頭難題和前沿領(lǐng)域攻關(guān)，以技術(shù)創(chuàng)新與模式創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展，推動(dòng)“新融合”，構(gòu)建“抽水蓄能+”多元儲(chǔ)能矩陣，助力全球能源綠色發(fā)展。

與新型儲(chǔ)能技術(shù)協(xié)同發(fā)展，支撐全球綠色能源轉(zhuǎn)型

在全球能源結(jié)構(gòu)加速向可再生能源轉(zhuǎn)型的背景下，風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模持續(xù)上升，2023年全球可再生能源新增裝機(jī)占比達(dá)到86%。國(guó)際能源署預(yù)測(cè)，到2025年抽水蓄能等儲(chǔ)能技術(shù)將承擔(dān)全球35%的電網(wǎng)調(diào)節(jié)需求，市場(chǎng)規(guī)模突破4800億元，而2050年儲(chǔ)能需求將激增至當(dāng)前數(shù)十倍。

數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)作為全球最大抽水蓄能市場(chǎng)，截至2024年底裝機(jī)容量達(dá)5869萬(wàn)千瓦，占全球總量的30%以上，連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一。國(guó)內(nèi)規(guī)劃到2030年裝機(jī)達(dá)1.2億千瓦，年均增速15%，遠(yuǎn)超全球3.7%的平均水平。

據(jù)了解，抽水蓄能憑借80%以上的能量轉(zhuǎn)化效率、50年以上超長(zhǎng)使用年限，以及單站百萬(wàn)千瓦級(jí)的調(diào)節(jié)能力，仍然是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模儲(chǔ)能方案。它的度電成本僅是電化學(xué)儲(chǔ)能的1/3至1/2，且能提供調(diào)頻調(diào)相、事故備用及黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)功能。

抽水蓄能行業(yè)是否已經(jīng)具備了“走出去”的潛力？在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，該行業(yè)有哪些機(jī)遇和壁壘？“目前，中國(guó)已掌握700米級(jí)超高水頭機(jī)組國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，并已實(shí)現(xiàn)400MW級(jí)變速抽蓄機(jī)組技術(shù)攻關(guān)，包括常規(guī)水電、抽水蓄能、新型儲(chǔ)能在內(nèi)的電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)資源和儲(chǔ)能設(shè)施，都將迎來(lái)良好的發(fā)展機(jī)遇和廣闊的增長(zhǎng)空間。”朱國(guó)金告訴《中國(guó)報(bào)道》記者，然而，抽水蓄能技術(shù)在國(guó)際化發(fā)展進(jìn)程中還是面臨很多現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

在他看來(lái)，第一，國(guó)標(biāo)與歐美標(biāo)準(zhǔn)的差異和國(guó)產(chǎn)設(shè)備國(guó)際市場(chǎng)認(rèn)可度限制，構(gòu)成了顯著的市場(chǎng)準(zhǔn)入壁壘。第二，各國(guó)不斷強(qiáng)化的本地化率要求和地緣政治動(dòng)蕩為跨國(guó)合作增添了不確定性。第三，新興市場(chǎng)抽水蓄能電價(jià)機(jī)制不健全、投資回收期較長(zhǎng)等，阻礙了抽蓄行業(yè)盈利模式的發(fā)展。第四，生態(tài)環(huán)境影響評(píng)估也逐漸成為項(xiàng)目推進(jìn)的關(guān)鍵制約因素。這些多維度的挑戰(zhàn)需要我們通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、國(guó)際合作和政策協(xié)調(diào)等方式系統(tǒng)性地突破。

“未來(lái)，抽水蓄能將從‘電力配角’升級(jí)為‘能源轉(zhuǎn)型基石’?！敝靽?guó)金說(shuō)，隨著中國(guó)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向“一帶一路”國(guó)家輸出，通過(guò)中東歐調(diào)節(jié)電源缺口、東南亞新能源配套需求、非洲電網(wǎng)升級(jí)三大增量市場(chǎng)，抽水蓄能將與新型儲(chǔ)能技術(shù)協(xié)同發(fā)展，共同支撐全球綠色能源轉(zhuǎn)型。

國(guó)際大壩委員會(huì)主席米歇爾·利諾認(rèn)為，當(dāng)前我們正處在前所未有的重要階段，不確定性加劇，同時(shí)面臨氣候變化危機(jī)，人口持續(xù)增加，生活標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，需要進(jìn)一步提高蓄水能力。應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，必須在全球范圍內(nèi)齊心協(xié)力采取前所未有的措施，向低碳經(jīng)濟(jì)和低碳生活方式轉(zhuǎn)型。應(yīng)建設(shè)新的大壩和水庫(kù)，扭轉(zhuǎn)人均蓄水量下降趨勢(shì)，并加快水電發(fā)展速度，大力發(fā)展抽水蓄能，促進(jìn)可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)。

據(jù)了解，截至目前，國(guó)際大壩委員會(huì)已發(fā)布三個(gè)世界宣言：第一個(gè)是2008年發(fā)布的《世界宣言：非洲能源與大壩可持續(xù)發(fā)展》；第二個(gè)是2012年發(fā)布的《世界宣言：儲(chǔ)水設(shè)施與可持續(xù)發(fā)展》；第三個(gè)是2019年發(fā)布的《世界宣言：大壩安全》。