“現(xiàn)在還有不少人強(qiáng)調(diào)把重點(diǎn)放在對現(xiàn)有的煤電機(jī)組進(jìn)行靈活性改造上,從而滿足大量新能源入網(wǎng)的需求。這是誤導(dǎo)!”《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)發(fā)布不久,中國水力發(fā)電工程學(xué)會副秘書長張博庭在接受《中國科學(xué)報(bào)》采訪時再次強(qiáng)調(diào)。
他不止一次說過:“煤電靈活性改造的實(shí)際調(diào)峰作用還不及抽水蓄能的1/7,且從經(jīng)濟(jì)性上看,通過煤電靈活性改造增加調(diào)峰能力也不宜提倡?!?/p>
為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo),我國已提出將嚴(yán)控煤電項(xiàng)目,并要求“十四五”時期嚴(yán)控煤炭消費(fèi)增長、“十五五”時期逐步減少。而風(fēng)、光等新能源的高比例大規(guī)模發(fā)展成為必然,作為接納新能源發(fā)電能力最優(yōu)方式之一,抽水蓄能有了“用武之地”。
抽水蓄能調(diào)峰能力最高
在張博庭看來,人類社會實(shí)現(xiàn)零碳(碳中和)的出路在于擺脫對化石能源的依賴。從可持續(xù)發(fā)展的角度看,實(shí)現(xiàn)百分之百依靠可再生新能源,才是人類的希望所在。
為此,我國提出“到2030年,非化石能源占一次能源消費(fèi)比重將達(dá)到25%左右,風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上”的發(fā)展目標(biāo)。
風(fēng)、光等新能源具有隨機(jī)性、波動性等特點(diǎn),這是共識。新能源規(guī)?;?、高比例發(fā)展,必須伴隨儲能大發(fā)展。抽水蓄能被看作是目前最經(jīng)濟(jì)的儲能手段,同時還可以為電力系統(tǒng)提供必要的轉(zhuǎn)動慣量、保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,與現(xiàn)有其他調(diào)峰、儲能方式相比,具有較大的比較優(yōu)勢。
這一點(diǎn)得到張博庭的驗(yàn)證。他估算了幾種常用發(fā)電方式對接納新能源發(fā)電的能力,結(jié)論是調(diào)峰效率最高的為抽水蓄能(包括化學(xué)儲能),其次是水電、氣電等優(yōu)質(zhì)的常規(guī)能源,最后才是煤電。
以電力行業(yè)為例,就發(fā)展何種電源最有利于增加新能源入網(wǎng)而言,由于電力行業(yè)的主流(即煤電)有很大的發(fā)展慣性,因此,以往不僅社會宣傳上倡導(dǎo)增加煤電,實(shí)際情況也多是靠增加煤電裝機(jī)解決新能源入網(wǎng)難題。但由于國家已給出明確目標(biāo),“今后通過大量增加煤電滿足新能源入網(wǎng)的路,已經(jīng)走不通了。”張博庭說。
根據(jù)《中國可再生能源發(fā)展報(bào)告2020》,截至2020年底,我國抽水蓄能電站已建3149萬千瓦,在建5373萬千瓦,開發(fā)規(guī)模居世界首位。但考慮電力系統(tǒng)的需求,中長期我國抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模仍將大幅提升。
常規(guī)水電站改造“非常重要”
根據(jù)《規(guī)劃》,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1.2萬億千瓦左右;到2035年,滿足新能源高比例大規(guī)模發(fā)展需求。為此,除了積極推進(jìn)在建項(xiàng)目建設(shè)、加快新建項(xiàng)目開工建設(shè)外,《規(guī)劃》還要求因地制宜開展中小型抽水蓄能建設(shè)。
所謂中小型抽水蓄能電站,是指裝機(jī)容量小于30萬千瓦的抽水蓄能電站(包含混合式電站),其中小型抽水蓄能電站的裝機(jī)容量小于5萬千瓦。水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院高級工程師于倩倩等人撰文介紹,截至2020年底,我國已建中小型抽水蓄能電站裝機(jī)容量85萬千瓦,占已建抽水蓄能電站的比重不足3.0%。在建中小型抽水蓄能電站僅為安徽佛子嶺抽水蓄能電站,但已停工。
在抽水蓄能電站技術(shù)進(jìn)步和國內(nèi)工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上,規(guī)模效益明顯的大型抽水蓄能電站成為我國發(fā)展的主流。例如,截至2020年底,我國抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃的82個推薦站點(diǎn)均為大型抽水蓄能電站。
于倩倩也是《規(guī)劃》編寫組成員。她指出,目前國內(nèi)未單獨(dú)進(jìn)行系統(tǒng)性的中小型抽水蓄能電站資源普查,但我國中小型抽水蓄能電站的站點(diǎn)數(shù)量和裝機(jī)容量規(guī)模非??捎^,同時資源分布范圍較大型站點(diǎn)更為廣泛,“只是前期工作和經(jīng)濟(jì)性評估不夠深入”。
事實(shí)上,《規(guī)劃》提出鼓勵依托常規(guī)水電站增建混合式抽水蓄能“非常重要”。張博庭進(jìn)一步解釋道,傳統(tǒng)的抽水蓄能主要為煤電、核電調(diào)峰,所以功率大、作用單一的純抽水蓄能優(yōu)勢明顯。如果為新能源入網(wǎng)服務(wù),有些問題就需要注意。例如,新能源發(fā)電可能由于天氣變化,偶爾出現(xiàn)較長時間電力短缺。相比純抽水蓄能,混合式抽水蓄能是一種理想的“長時蓄能”方式。
除此之外,相比新建的抽水蓄能電站,由常規(guī)水電站改造的混合式抽水蓄能成本較低,其經(jīng)濟(jì)性和競爭力更好。
更為關(guān)鍵的是,抽蓄改造是具備條件的水、風(fēng)、光互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。
“今后具備條件的水、風(fēng)、光互補(bǔ)基地發(fā)展到一定程度后,幾乎都會提出這種要求。”張博庭說,此外,我國水能資源豐富,已開發(fā)的梯級水電站眾多。與此同時,在冬季枯水期,雖然常規(guī)水電站的發(fā)電能力普遍有所下降,但卻是發(fā)揮其抽蓄功能的大好時機(jī)。
在張博庭看來,服務(wù)于新能源發(fā)電的抽水蓄能與服務(wù)于傳統(tǒng)煤電、核電的調(diào)峰特點(diǎn)有所不同。對于前者,混合式抽水蓄能的優(yōu)勢會非常明顯。
龍頭水庫電站建設(shè)要加速
歐美國家水電的另一個重要作用是對電網(wǎng)的調(diào)蓄能力,但在我國,這一作用并未得到應(yīng)有的發(fā)揮。張博庭將這種現(xiàn)象的存在主要?dú)w于龍頭水庫電站建設(shè)滯后,有效庫容有限。
以美國為例,張博庭進(jìn)一步介紹,中美兩國的國土面積和水資源總量相近,盡管我國水庫大壩的數(shù)量居世界第一,水電裝機(jī)是美國的3倍多,但我國的水庫調(diào)蓄能力比美國小得多。目前,我國江河開發(fā)的庫容系數(shù)僅為美國的一半左右?!八畮煺{(diào)節(jié)能力的不足,不僅威脅國家水安全,也威脅著我國能源安全?!?/p>
因此,早在多年前,很多專家就呼吁加快龍頭水庫電站建設(shè)。但到目前為止,我國僅有的幾個龍頭水庫電站要么未建、要么在建。
其實(shí),這樣的現(xiàn)象不難理解。在市場化開發(fā)水電的情況下,由于龍頭水庫電站的開發(fā)回報(bào)率低,即便企業(yè)愿意優(yōu)先投資開發(fā)龍頭水電站,也無法承擔(dān)由此帶來的移民多及生態(tài)、環(huán)保問題多等負(fù)擔(dān)。
除此之外,“如果一個流域只有一個投資開發(fā)主體,開發(fā)商可以通過下游水電站所增加的補(bǔ)償效益,彌補(bǔ)龍頭水庫電站的巨大開發(fā)成本。但如果一個流域有多個開發(fā)主體,開發(fā)商就很難獲得下游水電站所增加的補(bǔ)償效益。所以,他們只能晚開發(fā)甚至不開發(fā)”。張博庭說。
就在《規(guī)劃》發(fā)布之后不久,雅礱江兩河口水電站歷經(jīng)16年正式投產(chǎn)發(fā)電,這是西南六大水電基地投產(chǎn)的第一個龍頭水庫電站。據(jù)計(jì)算,兩河口水電站平均每年發(fā)電量加上增加補(bǔ)償年發(fā)電量,相當(dāng)于減少原煤消耗1330萬噸、減少二氧化碳排放2130萬噸、減少二氧化硫排放20萬噸。也就是說,兩河口水電站投產(chǎn)發(fā)電相當(dāng)于少建4座年產(chǎn)400萬噸的大型煤礦。
值得一提的是,雅礱江流域水電開發(fā)有限公司是兩河口水電站的唯一投資開發(fā)主體。
在國際上,政府負(fù)責(zé)水利水電開發(fā)是通行做法。就我國而言,張博庭舉例說,小浪底水利樞紐的成功在于國家直接投資建設(shè);三峽大壩的成功是由于國家直接投資建設(shè),企業(yè)利用市場化方式建設(shè)和運(yùn)營電站。
“各國的能源結(jié)構(gòu)調(diào)整之所以常被稱為能源革命,就是因?yàn)槠湟欢ú粌H僅是依靠市場就能完成的?!睆埐┩パa(bǔ)充道。
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