人物簡介:我國水工結構工程專家,中國工程院院士,全國工程勘察設計大師。在水利水電工程(含抽水蓄能)、新能源工程和數(shù)字工程等方面作出創(chuàng)新性貢獻,獲國家科技進步二等獎6項,省部級科技進步特等獎4項、一等獎7項。獲光華工程科技獎、何梁何利科學與技術創(chuàng)新獎、杰出工程師獎和云南省杰出貢獻獎,高壩研發(fā)團隊獲中央企業(yè)優(yōu)秀創(chuàng)新團隊;主持和組織設計建成糯扎渡、小灣、天生橋一級、紅石巖、觀音巖、黃登等25座大型水利水電工程;主持國家和省部級重點研發(fā)計劃6項;主編行業(yè)標準5項;獲發(fā)明專利18項;享有軟著31項;發(fā)表論文110篇、專著15部。
“抽水蓄能與新能源融合發(fā)展是實現(xiàn)‘雙碳’目標的重要途徑。新時代、新定位、新使命,挑戰(zhàn)與機遇并存,抽水蓄能行至新的戰(zhàn)略起點。”在云南省能源局、南方電網(wǎng)云南電網(wǎng)公司8月初舉辦的2023年新型電力系統(tǒng)發(fā)展論壇上,中國工程院院士張宗亮指出。
與常規(guī)水電站不同,抽水蓄能電站既是電源又是負荷,是一個系統(tǒng)服務工程。抽蓄電站是電力系統(tǒng)中的“巨型電池”,在用電低谷時從電網(wǎng)“充電”,在用電高峰時向電網(wǎng)“放電”,具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用、黑啟動六大功能,是電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”“平衡器”,能夠保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
張宗亮指出,“雙碳”目標下,在現(xiàn)代能源體系中,抽水蓄能有了新定位。“抽水蓄能是服務新能源開發(fā)的大容量儲能‘倉庫’、服務電力系統(tǒng)的‘靈活調(diào)節(jié)電源’和新型電力系統(tǒng)的‘最后一根火柴’,起到穩(wěn)電、調(diào)電、保電的作用。”
質(zhì)量實現(xiàn)飛躍發(fā)展
抽水蓄能在世界上已有上百年的發(fā)展歷史,從全球電力系統(tǒng)儲能市場發(fā)展來看,抽水蓄能裝機規(guī)模占據(jù)絕對主導地位。據(jù)張宗亮統(tǒng)計,截至2022年底,全球已投運電力儲能項目累計裝機規(guī)模2.37億千瓦,其中抽水蓄能1.88億千瓦,規(guī)模占比79.5%。截至2020年底,我國在運、在建抽水蓄能規(guī)模均居世界第一。
我國地域遼闊,建設抽水蓄能電站的站點資源比較豐富。張宗亮指出,中國抽水蓄能資源站點1500余座,總裝機規(guī)模達16億千瓦,南方、西北、華中、華東等區(qū)域分布相對較多。截至2022年底,已納入《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃》的站點資源總量約8.23億千瓦,重點實施項目4.21億千瓦,規(guī)劃儲備項目3.03億千瓦。
“截至2022年底,中國已建抽水蓄能總裝機4579萬千瓦,占全球總裝機的24.4%;在建抽水蓄能總裝機為1.21億千瓦;新投產(chǎn)抽水蓄能裝機規(guī)模880萬千瓦,核準總裝機規(guī)模6890萬千瓦。”張宗亮說。
據(jù)國家能源局消息,2022年全國新核準抽水蓄能項目48個,裝機6890萬千瓦,超過“十三五”時期全部的核準規(guī)模,全年新投產(chǎn)880萬千瓦,創(chuàng)歷史新高。近日發(fā)布的《抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告2022》顯示,目前我國已納入規(guī)劃的抽水蓄能站點資源總量約8.23億千瓦,已建、核準在建裝機規(guī)模達到1.7億千瓦。
同時,我國抽水蓄能關鍵技術實現(xiàn)突破,質(zhì)與量雙雙飛躍。張宗亮表示,我國抽水蓄能機組裝備制造核心技術實現(xiàn)了從“跟跑”“并跑”到“領跑”的跨越式發(fā)展,基本形成涵蓋全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展體系和專業(yè)化發(fā)展模式。
張宗亮進一步指出,我國創(chuàng)新研發(fā)了抽水蓄能智慧化規(guī)劃成套技術,實現(xiàn)科學高效布局,切實發(fā)揮規(guī)劃引領作用;針對水庫地形不整齊、巖體風化深厚、巖性復雜、陡斜坡河谷等復雜地形地質(zhì)條件,研發(fā)了精細定制化筑壩成庫成套關鍵技術;針對上庫位于高山之巔、地下水位低、巖體透水性強等地形地質(zhì)特點,庫盆防滲問題突出,研發(fā)了庫盆防滲成套關鍵技術;針對破碎、軟弱、巖溶等復雜地質(zhì)條件,研發(fā)了大型地下廠房洞室群成套關鍵建設技術;針對雙向水流、水力過渡過程復雜、壓力管道水頭高和圍巖軟弱破碎等難點,研發(fā)了高壓輸水管道設計及制造成套關鍵技術;針對電站地下洞室數(shù)量多等難題,研發(fā)了快速施工成套關鍵技術;歷經(jīng)依賴進口、技術引進、消化吸收、自主創(chuàng)新四個階段,研發(fā)了涵蓋40萬千瓦超大容量抽水蓄能機組,800米級超高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量機組和交流勵磁變速機組的設計、制造、安裝和調(diào)試成套關鍵技術。
云南省水利資源豐富,擁有發(fā)展抽水蓄能得天獨厚的地理條件。張宗亮表示,“十四五”時期,云南省重點實施項目包括富民、瀘西、祿豐、宣威、西疇5座常規(guī)抽蓄電站和梨園阿?;旌鲜匠樾铍娬?,共800萬千瓦,正在開展可研設計。其中,富民、瀘西、祿豐抽蓄電站計劃于2023年底核準開工。“十五五”和“十六五”期間,重點實施項目11個,共計1270萬千瓦。
新機遇下的“新定位”
當前,中國正在著力構建清潔低碳、安全高效的新型能源體系,風電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展。張宗亮指出,建設新型電力系統(tǒng),抽水蓄能與風電、太陽能發(fā)電、核電等聯(lián)合運行效果好。
在張宗亮看來,抽水蓄能發(fā)展將迎來新機遇。“實現(xiàn)‘雙碳’目標,構建新型電力系統(tǒng),是破解經(jīng)濟社會發(fā)展過程中能源、資源與環(huán)境制約的關鍵舉措。為解決風電、光伏發(fā)電等新能源的間歇性、波動性和分散性問題,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,抽水蓄能技術成熟,壽命期長,綠色環(huán)保。”
在此背景下,抽水蓄能有了“新定位”——新能源的超級“充電寶”。
張宗亮表示,其一,抽水蓄能由傳統(tǒng)“保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行”向能源電力、經(jīng)濟社會多領域綜合效益發(fā)揮轉(zhuǎn)變。抽水蓄能電站是新型電力系統(tǒng)的關鍵支撐。抽水蓄能綜合優(yōu)勢顯著,在提升常規(guī)電源開發(fā)利用效率,促進分布式發(fā)電有效并網(wǎng),系統(tǒng)維穩(wěn)控制,保證系統(tǒng)低碳經(jīng)濟性、系統(tǒng)平衡支撐,改善用戶側(cè)供電質(zhì)量等方面將發(fā)揮重要作用。
其二,抽水蓄能電站是開發(fā)構建流域“水風光儲”一體化清潔能源基地和“沙戈荒”新能源基地的儲能支撐。“國家發(fā)改委、國家能源局相關文件指出,梳理分析流域抽水蓄能潛力,作為流域水電調(diào)節(jié)能力的重要組成;大力推進以沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)為重點的大型風電光伏基地建設,大幅增加抽水蓄能等調(diào)峰電源;鼓勵抽水蓄能電站與大型風電光伏基地聯(lián)營。”張宗亮說。
其三,抽水蓄能電站將在規(guī)模化拉動經(jīng)濟發(fā)展和促進鄉(xiāng)村振興等方面發(fā)揮重要作用。2022年《政府工作報告》指出,要加強抽水蓄能電站建設。抽水蓄能是清潔能源基地的重要電源支撐和能源基礎設施,符合國家投資方向。預計抽水蓄能“十四五”直接靜態(tài)投資約1.7萬億元,經(jīng)濟拉動效應明顯,是當前擴大有效投資、保持經(jīng)濟平穩(wěn)健康增長的重要手段。張宗亮表示,電站建成后可打造旅游風景區(qū),帶動經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結構升級,實現(xiàn)與地方經(jīng)濟社會發(fā)展深度融合,促進鄉(xiāng)村振興。
張宗亮預測,在“雙碳”目標下,電源轉(zhuǎn)型路徑整體呈現(xiàn)出清潔化發(fā)展的態(tài)勢,抽水蓄能電站裝機穩(wěn)步提升。“預計2030年總裝機達到40億千瓦,可再生能源裝機占比近60%,其中儲能2~3億千瓦,抽水蓄能1.15億千瓦;2060年總裝機達到71億千瓦,可再生能源裝機提升至82%,其中儲能近8億千瓦,抽水蓄能近6億千瓦。”
推動形成多元化發(fā)展格局
歷經(jīng)五十多年的探索,中國抽水蓄能裝機規(guī)模顯著增長,技術水平顯著提高。
自“十三五”以來,中國抽水蓄能電站單位造價水平相對平穩(wěn)。2022年,開展前期工作的抽水蓄能電站單位千瓦靜態(tài)總投資的中位數(shù)為5756元/千瓦。抽水蓄能電站工程建設條件個體差異明顯,造價水平與工程建設條件和裝機規(guī)模密切相關,電站單位造價一般隨裝機規(guī)模增加而顯著降低。分區(qū)域看,西北、華北區(qū)域造價最高,南方、華東區(qū)域造價最低。抽水蓄能電站的投資占比前三位為:機電設備及安裝工程26%、建筑工程25%、建設期利息14%。
為促進抽水蓄能電站加快發(fā)展,國家發(fā)改委、國家能源局等部委近期陸續(xù)頒布了一系列的支撐性文件,鼓勵投資主體多元化,鼓勵市場化開發(fā),鼓勵社會資本參與電力生產(chǎn)、交易。為深化電力體制改革,完善抽水蓄能價格形成機制,促進抽水蓄能行業(yè)健康發(fā)展,2023年5月,國家發(fā)改委發(fā)布《關于抽水蓄能電站容量電價及有關事項的通知》(發(fā)改價格〔2023〕 533號),對電價形成機制、電價疏導機制等各方關切的問題都進行了規(guī)定。
張宗亮指出,抽水蓄能發(fā)展還有不少有待攻關任務。設備制造方面,現(xiàn)有大中型水電機組生產(chǎn)企業(yè)十余家,但具備大型抽水蓄能機組產(chǎn)能的廠家較少;工程設計方面,在復雜環(huán)境下水庫庫盆防滲、大壩安全評價、輸水系統(tǒng)襯砌、大型地下洞室穩(wěn)定、廠房結構優(yōu)化等方面須進一步開展攻關;工程施工方面,在復雜地質(zhì)條件下高水頭輸水隧洞、大斷面豎井、斜井以及大型地下洞室等方面須進一步開展攻關,持續(xù)推進標準化、機械化、智能化施工;工程投資方面,針對建設過程涉及面廣,一次性投資大,建設周期長、風險因素多等挑戰(zhàn),在壓縮建設周期、投資風險防控和優(yōu)化工程造價等方面須進一步開展攻關。
張宗亮建議,在總體布局方面,大力發(fā)展抽水蓄能電站,未來要大幅提升建設和投產(chǎn)規(guī)模,實現(xiàn)更加廣泛的場景應用,推動形成多元化發(fā)展格局,建設更加完善的產(chǎn)業(yè)體系。
本文刊載于《中國電力企業(yè)管理》2023年09期,作者系本刊記者
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