國家能源局日前印發(fā)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》，明確了“碳達峰、碳中和”目標和新型電力系統(tǒng)建設(shè)形勢下抽水蓄能中長期發(fā)展路線，為我國抽水蓄能發(fā)展按下了“快進鍵”。規(guī)劃指出，抽水蓄能是當(dāng)前技術(shù)最成熟、全生命周期碳減排效益最顯著、經(jīng)濟性最優(yōu)且最具大規(guī)模開發(fā)條件的電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)電源，加快發(fā)展抽水蓄能是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的迫切要求。
抽水蓄能在電力系統(tǒng)負荷低谷時利用系統(tǒng)富余電力將水從下水庫抽到上水庫儲存，在負荷高峰時將上水庫儲存的水放到下水庫進行發(fā)電，將上、下庫中水的勢能變化轉(zhuǎn)化為電力系統(tǒng)電能的充放和功率的調(diào)節(jié)，是電力系統(tǒng)最成熟的調(diào)節(jié)電源。
抽水蓄能在系統(tǒng)中具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用、黑啟動等“六大功能”，其功能的發(fā)揮與不同時期電力系統(tǒng)特點和調(diào)節(jié)需求息息相關(guān)。早期建設(shè)抽水蓄能電站時，電力系統(tǒng)還沒有形成大范圍聯(lián)網(wǎng)，電源以火電為主，外來電較少，裝機容量總體偏緊，系統(tǒng)調(diào)峰資源緊張，系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行面臨較大壓力。抽水蓄能在系統(tǒng)中的作用主要以調(diào)峰填谷、配合火電核電提高運行經(jīng)濟性為主，助力緩解系統(tǒng)調(diào)峰供需矛盾，支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架的大電網(wǎng)快速發(fā)展和新能源大規(guī)模并網(wǎng)，系統(tǒng)面臨安全穩(wěn)定運行的挑戰(zhàn)更大，對緊急事故支撐、新能源消納和系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)提出了新的要求。抽水蓄能依托容量大、工況多、速度快、可靠性高、經(jīng)濟性好等“五大技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢”，在電力系統(tǒng)中的作用發(fā)揮得到進一步拓展，承擔(dān)著保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行、提升新能源消納水平和改善系統(tǒng)各環(huán)節(jié)性能等重要作用，是保障大電網(wǎng)安全的忠誠衛(wèi)士，促進清潔能源消納的友好伙伴，優(yōu)化系統(tǒng)整體性能的普惠使者。
“碳達峰、碳中和”目標下，傳統(tǒng)電力系統(tǒng)將向以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)跨越升級。新型電力系統(tǒng)承載著能源轉(zhuǎn)型的歷史使命，是清潔低碳、安全高效能源體系的重要組成部分，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、智能友好、開放互動的基本特征。推動構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，新能源將逐漸成為電源主體，電力電子設(shè)備大量應(yīng)用，系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)、控制基礎(chǔ)和運行機理將發(fā)生深刻變化，面臨的復(fù)雜性和不確定性大幅提升，電力電量平衡、安全穩(wěn)定控制等將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。因此，新形勢下，以新能源供給為主體，增強系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行和可靠供電，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要解決的主要矛盾。
抽水蓄能作為電力系統(tǒng)最為優(yōu)質(zhì)的調(diào)節(jié)電源，在新型電力系統(tǒng)中，其基礎(chǔ)性、綜合性、公共性特點更為凸顯。
現(xiàn)階段，抽水蓄能、燃氣發(fā)電等靈活調(diào)節(jié)電源裝機容量占比小，火電依然發(fā)揮著基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)作用。隨著碳中和目標的加速推進，新能源裝機和電量比重持續(xù)上升，火電并網(wǎng)容量逐漸減少，以抽水蓄能為代表的調(diào)節(jié)電源規(guī)模持續(xù)擴大，將成為提供系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力的“主力軍”，在新型電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)電源中充分發(fā)揮基礎(chǔ)性作用。
在交直流混聯(lián)大電網(wǎng)中，高比例新能源會帶來系統(tǒng)供需平衡波動、安全風(fēng)險提升、慣量水平下降等一系列問題，抽水蓄能作為調(diào)節(jié)電源快速響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，作為可切除負荷保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定，同時可提供轉(zhuǎn)動慣量提高系統(tǒng)抗擾動能力，將在保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行上充分發(fā)揮綜合性作用。
新型電力系統(tǒng)源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)將發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)對調(diào)節(jié)資源的需求更加迫切，抽水蓄能運行惠及電網(wǎng)、供給側(cè)各類電源和負荷側(cè)所有用戶，將在促進新型電力系統(tǒng)“源網(wǎng)荷儲協(xié)同互動”上充分發(fā)揮公共性作用。
總體來看，抽水蓄能作為新型電力系統(tǒng)的重要組成部分，是新型電力系統(tǒng)中調(diào)節(jié)電源的主體、系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵支撐、新能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障。
構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，是一項極具挑戰(zhàn)性、開創(chuàng)性的戰(zhàn)略性工程。在新型電力系統(tǒng)中，抽水蓄能的作用發(fā)揮將更加全面和突出，主要體現(xiàn)在“六應(yīng)對、六提升”。
有效應(yīng)對高比例新能源為電力系統(tǒng)帶來的潛在安全影響，提升電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行能力。新型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)逐步形成以交直流混聯(lián)大電網(wǎng)為主干、各級電網(wǎng)相互協(xié)調(diào)的新形態(tài)，電網(wǎng)控制更為復(fù)雜，風(fēng)險防控要求更高。抽水蓄能承擔(dān)系統(tǒng)緊急備用功能，憑借快速啟停、快速功率調(diào)節(jié)特性隨時響應(yīng)突發(fā)調(diào)節(jié)需求。同時抽水蓄能負荷低谷水泵運行深入?yún)⑴c電力系統(tǒng)“三道防線”建設(shè)，在電力系統(tǒng)出現(xiàn)嚴重故障時，能以毫秒級響應(yīng)切除負荷，應(yīng)對電網(wǎng)大規(guī)模功率缺額沖擊。
有效應(yīng)對高比例新能源帶來的系統(tǒng)調(diào)峰困難，提升電力系統(tǒng)大容量調(diào)峰能力。抽水蓄能具有抽水和發(fā)電雙向調(diào)節(jié)能力，憑借雙倍調(diào)峰容量優(yōu)勢，可有效緩解因新能源出力不穩(wěn)定導(dǎo)致的高峰負荷供給問題和因低谷時段新能源大發(fā)導(dǎo)致的消納困難問題，尤其是通過中午和夜間抽水，完美匹配了新型電力系統(tǒng)午間光伏和夜間風(fēng)電大發(fā)引起的反向調(diào)峰特性。
有效應(yīng)對高比例新能源的隨機性和波動性，提升電力系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)能力。抽水蓄能可憑借出力調(diào)節(jié)速率優(yōu)勢進行負荷快速跟隨，助力電力系統(tǒng)更好地適應(yīng)因風(fēng)電、光伏的隨機性、波動性造成的系統(tǒng)頻率波動，有效緩解光伏早晚高峰出力陡增陡降造成的快速調(diào)節(jié)問題，滿足新能源“靠天吃飯”帶來的靈活調(diào)節(jié)需求。
有效應(yīng)對高比例新能源出力與電力系統(tǒng)負荷需求不匹配，提升新能源利用水平。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)生產(chǎn)模式是“源隨荷動”，強調(diào)實時供需平衡。新型電力系統(tǒng)中新能源裝機遠超實際負荷，新能源大發(fā)時，系統(tǒng)因負荷水平較低而產(chǎn)生棄電，新能源出力不足時恰逢用電高峰而出現(xiàn)電力短缺。抽水蓄能通過儲能調(diào)節(jié)，將新能源電力在不同時間進行存儲和釋放，從而實現(xiàn)新能源發(fā)電與電力負荷在時間上的解耦，提升新能源利用水平。
有效應(yīng)對高比例新能源電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量不足，提升電力系統(tǒng)抗擾動能力。在新型電力系統(tǒng)中，電源結(jié)構(gòu)由可控連續(xù)出力的煤電裝機占主導(dǎo)，向新能源發(fā)電裝機占主導(dǎo)轉(zhuǎn)變，高比例電力電子元件接入，使電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量快速降低，對系統(tǒng)穩(wěn)定帶來嚴重影響。在新型電力系統(tǒng)中火電并網(wǎng)比例下降后，相較其它儲能電源，抽水蓄能機組連續(xù)掛網(wǎng)運行可以為系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)動慣量，增強電力系統(tǒng)抗擾動能力，維持系統(tǒng)穩(wěn)定。
有效應(yīng)對高比例新能源上網(wǎng)帶來的高調(diào)節(jié)成本問題，提升電力系統(tǒng)整體經(jīng)濟性。抽水蓄能單位千瓦造價水平較低，是整體經(jīng)濟性最好的靈活調(diào)節(jié)電源。抽水蓄能通過常規(guī)電源替代，可以有力減少啟停成本，降低排放。通過與各類新型儲能和靈活調(diào)節(jié)技術(shù)配合聯(lián)動，可有力促進新能源消納，降低電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)成本，提升全系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。
加快抽水蓄能發(fā)展，恰逢其時，未來可期。
作者系國網(wǎng)新源控股有限公司運營監(jiān)測中心主任常玉紅
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