豐寧抽水蓄能電站部分機組。

 

張騰揚 李佳園攝影報道

 

抽水蓄能電站運行原理示意圖。

 

漢 青制圖(星球研究所)

 

豐寧抽水蓄能電站下水庫。

 

張騰揚 李佳園攝影報道

 

京北200公里，發(fā)源于河北豐寧滿族自治縣的灤河，穿越連綿起伏的燕山山脈，流淌而下，蘊含巨大能量。上世紀(jì)90年代，當(dāng)?shù)乇阍诖藬r河筑壩，建設(shè)水庫，蓄水發(fā)電。而今，在該水庫上方的崇山峻嶺中，又修建起另一個上水庫。上下兩個水庫落差400多米。以水為介，升降間電能、勢能互相轉(zhuǎn)化，既消納了張北地區(qū)輸送的富余風(fēng)光綠電，又維護了電網(wǎng)安全運行，宛如一個巨大的“充電寶”。這便是由我國自主設(shè)計建設(shè)、世界裝機容量最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站。該電站于2013年開工建設(shè)，設(shè)計建設(shè)12臺30萬千瓦機組，總裝機容量達360萬千瓦。2022年12月16日，豐寧抽水蓄能電站8號機組正式投產(chǎn)發(fā)電，目前電站共計7臺機組投產(chǎn)。抽水蓄能電站如何運轉(zhuǎn)、發(fā)揮怎樣作用、擁有哪些優(yōu)勢?記者近日走訪豐寧，一探究竟。

 

 

向上抽水蓄能，向下放水發(fā)電
 

驅(qū)車來到豐寧抽水蓄能電站的上水庫，只見四周蒼茫逶迤、群峰環(huán)抱。這里海拔超過1500米，是目之所及的最高處。“上水庫所在的這片山谷就像一個天然水盆，且上下庫間距和高差適中，可謂得天獨厚。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳培枝說。然而，四下觀察，記者心生疑問：上水庫地處高處，既沒有上游來水河道，也沒有下游出水河道，只是孤零零的一座庫盆，水從何處來，又去往何處?吳培枝指向水庫下方說：“山體深處修建了6條雙向水道，直徑約7米，連接上下水庫。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(fù)，實現(xiàn)蓄能和發(fā)電。”驅(qū)車下山，行至一座巨大的山門。大門緩緩打開，只見一條巨大的通道向下延伸，向內(nèi)行駛一段，方才豁然開朗。地下廠房長400多米、寬25米、內(nèi)高50多米，建于6條雙向水道上方。在廠房中央，一排白色圓頂形機組一字排開，連接地下輸水系統(tǒng)，這正是整座抽水蓄能電站的關(guān)鍵——12臺30萬千瓦可逆式水泵水輪機發(fā)電電動機組。“抽水時用電驅(qū)動水泵，發(fā)電時則由勢能推動水輪機發(fā)電，一臺機組兼具抽水和發(fā)電功能。”吳培枝介紹。正在此時，在廠房頂部中控室內(nèi)，電站運營部負(fù)責(zé)人接到電網(wǎng)調(diào)度的指令，坐在電腦前啟動機組放水發(fā)電，機組附近的地板出現(xiàn)些許震動。“機組可以在5分鐘內(nèi)由滿負(fù)荷抽水轉(zhuǎn)變?yōu)闈M負(fù)荷發(fā)電。相較傳統(tǒng)大型水電站，豐寧抽水蓄能電站水泵水輪機葉片扁平且較小，輸水管道窄且流速快。”吳培枝解釋。不過，管道窄，如果遇到砂石、木頭等雜物，豈不是容易阻塞水道甚至損傷葉片?原來，流經(jīng)下水庫時，灤河河水會先被導(dǎo)入建設(shè)好的月牙形河谷進行沉淀。每逢枯水期，還會對沉淀的泥沙及樹障進行清理。“不僅保障了蓄能系統(tǒng)安全運行，還改善了灤河水環(huán)境。”吳培枝說。

 

 

 

“抽水蓄能是在電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時，利用電網(wǎng)的富余電力將水從下水庫抽到上水庫儲存起來;在負(fù)荷高峰時，將上水庫儲存的水放到下水庫進行發(fā)電，從而調(diào)解供需矛盾。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司黨委書記、董事長何一純說，抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能系統(tǒng)備用等功能，是現(xiàn)代電力系統(tǒng)重要的穩(wěn)壓器、調(diào)節(jié)器和存儲器。“春節(jié)期間，華北電網(wǎng)負(fù)荷低谷持續(xù)時間較長，在豐寧抽水蓄能電站7臺已投運機組全部運行的情況下，國網(wǎng)華北分部調(diào)度控制中心緊急調(diào)用第八臺調(diào)試機組抽水啟動5次，電站總出力最高達240萬千瓦，有效保障了春節(jié)期間電網(wǎng)安全運行。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司運行部負(fù)責(zé)人趙日升說。除此之外，有效減少棄風(fēng)棄光也是豐寧抽水蓄能電站的一大本領(lǐng)。北京冬奧會、冬殘奧會期間，張家口地區(qū)的風(fēng)電、光伏電能被源源不斷地輸送到各個場館。然而，風(fēng)能、太陽能等新能源受到自然因素影響，呈現(xiàn)隨機性與波動性。“冬奧會開幕式及很多賽事在夜間舉行，那個時間沒有陽光，風(fēng)力也不穩(wěn)定，需要通過放水發(fā)電，保障冬奧場館穩(wěn)定運行。等到用電負(fù)荷小、風(fēng)力大的時候，又可以抽水蓄能。”何一純介紹。作為張北柔性直流電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，豐寧抽水蓄能電站幫助其將張家口地區(qū)的清潔電能輸送到各個冬奧場館，助力實現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。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。據(jù)估計，2024年豐寧抽水蓄能電站完全建成投產(chǎn)后，每年將節(jié)省標(biāo)煤量48萬噸，減少二氧化碳排放130萬噸，推動華北地區(qū)的能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。

 

 

 

隨著風(fēng)電、光伏發(fā)電的大規(guī)模開發(fā)，為緩解風(fēng)光發(fā)電與用電負(fù)荷的不匹配、降低棄風(fēng)棄光率，近年來國內(nèi)不少省份在風(fēng)電、光伏發(fā)電項目開發(fā)建設(shè)申報方案中，被要求“配套建設(shè)一定比例的儲能設(shè)施或提供相應(yīng)的調(diào)峰能力”。“特別是在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶馗邏壕€路中，建設(shè)適當(dāng)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(yīng)特性，有效防范故障風(fēng)險，防止事故擴大和系統(tǒng)崩潰。”趙日升說。中國電力建設(shè)集團有限公司黨委書記、董事長丁焰章表示，發(fā)展抽水蓄能，提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)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。“相比于其他儲能方式，抽水蓄能具有設(shè)備壽命長、儲能規(guī)模大、轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟、清潔環(huán)保等特點，更適宜大規(guī)模開發(fā)。”何一純說。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。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)》(以下簡稱《規(guī)劃》)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。盡管發(fā)展空間巨大，但由于存在價格機制不完善、相關(guān)政策落地執(zhí)行較慢等問題，未來要推動抽水蓄能的健康穩(wěn)定發(fā)展，還需要進一步改革電價制度和管理體制。2021年4月發(fā)布的《國家發(fā)展改革委關(guān)于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》指出，要堅持并優(yōu)化抽水蓄能兩部制電價政策，健全抽水蓄能電站費用分?jǐn)偸鑼?dǎo)方式，并強化抽水蓄能電站建設(shè)運行管理?！兑?guī)劃》也指出，要完善抽水蓄能價格機制，明確市場化調(diào)峰資源建設(shè)。“未來，隨著抽水蓄能規(guī)模不斷擴大、運營管理制度更加完善，將更有利于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，助力‘雙碳’目標(biāo)實現(xiàn)。”何一純說。