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河北豐寧抽水蓄能電站:蓄能山水之間 為京津輸送綿綿綠電

經(jīng)濟參考報發(fā)布時間:2023-07-17 09:01:40  作者:曹國廠 馮維健

  時值盛夏,高溫天氣持續(xù)影響全國多地,帶動用電負荷顯著攀升,部分地區(qū)用電高峰提前到來。以京津冀地區(qū)為例,截至6月24日18時,華北電網(wǎng)最大負荷近2.82億千瓦,創(chuàng)今年入夏以來新高,比去年同期增加5.3%。

  此時,世界上規(guī)模最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站(下稱“豐寧抽水蓄能電站”)的工作人員正在緊張地忙碌著,努力讓京北這座抽水蓄能電站發(fā)揮出最大的效能,為京津等地輸送綿綿綠電。

  總裝機容量達360萬千瓦

  北京正北約200公里,發(fā)源于河北承德豐寧滿族自治縣的灤河,經(jīng)過連綿起伏的燕山,蜿蜒流淌,水流中蘊含著巨大能量。群山之中、灤河之畔,豐寧抽水蓄能電站赫然屹立于此。

  通常情況下,電力負荷在一天之內(nèi)是波動的,抽水蓄能電站在用電高峰期間發(fā)電,在用電低谷期間抽水,可以改善燃煤火電機組和核電機組的運行條件,減少棄風棄光棄水量,保證電網(wǎng)穩(wěn)定運行,提高電網(wǎng)綜合效益。

  “抽水蓄能電站簡單來說,就是當電力系統(tǒng)的電力富余時,電站用電力抽水到高處儲存,在電力不足時放水發(fā)電,實現(xiàn)‘儲能—發(fā)電—備用’,由此解決電能難以存儲的難題。”豐寧抽水蓄能電站運行部負責人趙日升說,抽水蓄能電站還具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能系統(tǒng)備用等功能。這也是目前技術最成熟的大容量儲能方式,是電力系統(tǒng)安全防御體系的重要組成部分,已有上百年的發(fā)展歷史。

  清潔能源產(chǎn)業(yè)具有低碳、環(huán)保、可再生等特性,是生態(tài)環(huán)境影響小、經(jīng)濟效益高的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。抽水蓄能產(chǎn)業(yè)是清潔能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,其轉(zhuǎn)換效率高、儲能量大,適宜在山區(qū)進行規(guī)模性開發(fā)。

  建設抽水蓄能電站,豐寧優(yōu)勢得天獨厚。在豐寧壩上草原地帶,分布著眾多發(fā)電風車。“這些風力電能,給抽水蓄能電站提供了豐沛的消納源。”趙日升說,抽水蓄能電站建設,需要考慮消納中心和負荷中心等多方面因素,平衡需求端和供給端,另外電站還要靠近水源,水庫需要定期補水,豐寧的母親河灤河正好為電站提供了水源。

  早在1995年,豐寧抽水蓄能電站就開始了布局規(guī)劃。由于豐寧滿族自治縣地處燕山山脈,地質(zhì)條件復雜,電站的建設勘測等前期工作,前后經(jīng)過了18年。2013年,電站正式開工建設。

  在建設上,豐寧抽水蓄能電站合理利用了當?shù)氐牡乩憝h(huán)境優(yōu)勢。“電站大多數(shù)區(qū)域依靠山體開挖山洞建設而成。”趙日升說,在電站建設高峰時期,現(xiàn)場作業(yè)人員達到4000余人,電站消耗鋼筋超過13萬噸,水泥超過80萬噸,鋼板超過4萬噸。

  建設過程中,電站首次系統(tǒng)性攻克復雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群建造關鍵技術,建成了世界第一的地下洞室群和單體地下廠房。

  據(jù)介紹,2021年12月,豐寧抽水蓄能電站首批機組投產(chǎn)發(fā)電,接入張北柔性直流電網(wǎng),有效實現(xiàn)新能源多點匯集、風光儲多能互補、時空互補、源網(wǎng)荷協(xié)同,在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動性,開創(chuàng)了抽水蓄能發(fā)展史上的“先河”,為新能源大規(guī)模開發(fā)利用提供了方案。

  作為目前世界上規(guī)模最大的抽水蓄能電站,豐寧抽水蓄能電站的裝機容量世界第一,其安裝的12臺機組,總裝機容量達360萬千瓦,為世界抽水蓄能電站之最;此外,電站的12臺機組滿發(fā)利用小時數(shù)達到10.8小時,是華北地區(qū)唯一具有周調(diào)節(jié)性能的抽蓄電站,儲能能力世界第一。

  兼具抽水和發(fā)電功能

  莽莽群山,遼闊逶迤,山巒環(huán)抱著豐寧抽水蓄能電站的上、下兩個水庫。水聲隆隆,波光蕩漾,灤河水奔騰而過,讓這里山水相連,河湖互通。

  “電站的上水庫位于山谷中央,如同一個天然水盆,通過在山體深處修建的6條直徑約7米的雙向水道,與下水庫相連。”趙日升說,上水庫通過水道向上抽水,也反過來向下水庫放水,如此往復。400多米的落差,讓水在升降間實現(xiàn)電能、勢能互相轉(zhuǎn)化,由此實現(xiàn)蓄能和發(fā)電。

  地下廠房被安置在距離山頂最高點下方500多米處,開挖出長400多米、高50多米的山體洞穴中。

  在廠房中央,一排白色圓頂機組一字排開,這正是整座抽水蓄能電站的關鍵——12臺30萬千瓦可逆式水泵水輪機發(fā)電電動機組。而形似蒙古包的只是機組機罩,整個機組設備還要向地下延伸三層,連接地下輸水系統(tǒng)。

  “抽水時用電力驅(qū)動水泵,發(fā)電時再由勢能推動水輪機發(fā)電,由此一來,這樣的一臺機組同時兼具抽水和發(fā)電功能。”趙日升說。

  “目前,豐寧抽水蓄能電站已有9臺機組投產(chǎn)運行,綿綿綠電源源不斷送往京津。”趙日升說,年內(nèi)啟用的7號機組,是二期工程最后一臺投運的定速機組。它在試運行期間,啟動發(fā)電15次、啟動抽水16次,成功率均為100%。

  經(jīng)過一年多的運行,豐寧抽水蓄能電站基本按照“兩抽兩發(fā)”的方式,每天大致分成4個時間段進行作業(yè)。其中,6點到8點,為用電早高峰,電站進行發(fā)電;9點到16點,為午間用電低谷,在這個時間段消納新能源進行抽水;17點至22點,為用電晚高峰,電站會進行發(fā)電,補充電網(wǎng);23點至次日5點,為夜間低谷,在這個時間段進行抽水。

  “抽水蓄能電站的反應速度非???,豐寧抽水蓄能電站單臺機組從停機到發(fā)電滿負荷運轉(zhuǎn),整個過程不到4分鐘。在面臨緊急情況時,電站可以迅速補充電網(wǎng)。”趙日升說。

  統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,自首批機組投產(chǎn)發(fā)電以來,豐寧抽水蓄能電站累計發(fā)電啟動2777次,發(fā)電量29.78億千瓦時;抽水啟動2774次,消納新能源電量37.4億千瓦時。

  特別是2022年北京冬奧會、冬殘奧會期間,豐寧抽水蓄能電站配合張北柔性直流電網(wǎng),將清潔電能輸送到各冬奧場館,實現(xiàn)了100%綠電供應,這在百年奧運史上是前所未有的。“張北的風點亮北京的燈”成為綠色冬奧的閃亮“名片”,為我國“綠色辦奧”提供了能源支撐。

  據(jù)統(tǒng)計,2022年北京冬奧會、冬殘奧會期間,豐寧抽水蓄能電站投運的1號、10號機組共抽水啟動107次、發(fā)電啟動94次,消納新能源1.15億千瓦時、發(fā)電8300萬千瓦時。

  提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力成關鍵

  據(jù)了解,豐寧抽水蓄能電站建設創(chuàng)造了抽水蓄能電站四項“世界第一”:裝機容量世界第一、儲能能力世界第一、地下廠房規(guī)模世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一,成為行業(yè)典范實至名歸。

  “在豐寧抽水蓄能電站,所有的定速機組全部實現(xiàn)國產(chǎn)化,只有兩臺變速機組是進口的,這在國內(nèi)也是首次應用。”趙日升介紹,特別是在遠距離傳輸?shù)奶馗邏壕€路中,建設適當規(guī)模的抽水蓄能電站,可以充分發(fā)揮其獨有的快速反應特性,有效防范故障風險,防止事故擴大和系統(tǒng)崩潰。

  業(yè)內(nèi)專家指出,發(fā)展抽水蓄能產(chǎn)業(yè),提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力,是構建新型電力系統(tǒng)的關鍵手段,有利于保障傳統(tǒng)能源有序退出,實現(xiàn)新能源大規(guī)模安全可靠替代,推動綠色低碳發(fā)展。

  國家能源局2021年9月發(fā)布的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中提出,到2025年,抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬千瓦以上;到2030年,投產(chǎn)總規(guī)模1.2億千瓦左右。

  隨著相關政策的出臺,越來越多的企業(yè)加入抽水蓄能行業(yè)。目前,全國抽水蓄能電站正在多點開花,在全世界范圍內(nèi),我國的單個抽水蓄能電站裝機容量以及全國裝機總量均位居首位。

  數(shù)據(jù)顯示,截至2022年底,我國抽水蓄能電站裝機規(guī)模約4579萬千瓦。豐寧抽水蓄能電站是我國大力發(fā)展清潔能源產(chǎn)業(yè)的一個縮影。作為河北承德第一座建成投產(chǎn)的抽水蓄能電站,其示范帶動意義明顯。2022年12月,總投資82億元的承德灤平抽水蓄能電站核準完成并正式開工建設。

  “承德是華北地區(qū)綠電進京的必經(jīng)通道。如今,豐寧抽水蓄能電站9臺機組并網(wǎng)發(fā)電,灤平抽水蓄能電站開工,隆化抽水蓄能電站完成核準。承德抽水蓄能項目的在建、核準和新謀劃規(guī)模均位居全省第一。”承德市發(fā)展改革委黨組書記、主任何元武說。

  據(jù)了解,承德市將力爭到2027年全市投產(chǎn)及開工建設抽水蓄能項目規(guī)模達1000萬千瓦以上,抽水蓄能集群城市建設初具規(guī)模。通過綿綿綠電供應京津,助力區(qū)域協(xié)同發(fā)展。

  何元武表示,截至目前,承德重點實施及新謀劃爭列國家規(guī)劃抽水蓄能項目12個、總規(guī)模1680萬千瓦。其中,在建項目4個、規(guī)模760萬千瓦,成功上報國家申請納規(guī)項目8個、規(guī)模920萬千瓦。

  “豐寧抽水蓄能電站一年可以節(jié)約48萬噸標準煤,減少二氧化碳排放120萬噸,相當于造林24萬畝,有力推動京津冀地區(qū)的能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。”趙日升說,明年電站12臺機組將全部投產(chǎn)發(fā)電,年發(fā)電量將達到66億千瓦時,這個發(fā)電量可以滿足260萬戶家庭一年的用電。

  來源:經(jīng)濟參考報 記者 曹國廠 馮維健


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