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90年代，當地便在此攔河筑壩，建設水庫，蓄水發電。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、勢能互相轉化，既消納了張北地區輸送的富余風光綠電，又維護了電網安全運行，宛如一個巨大的“充電寶”。這便是由我國自主設計建設、世界裝機容量最大的抽水蓄能電站——國網新源河北豐寧抽水蓄能電站。該電站于2013年開工建設，設計建設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號機組正式投產發電，目前電站共計7臺機組投產。抽水蓄能電站如何運轉、發揮怎樣作用、擁有哪些優勢?記者近日走訪豐寧，一探究竟。

 

 

向上抽水蓄能，向下放水發電
 

驅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。”國網新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經理吳培枝說。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，實現蓄能和發電。”驅車下山，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，向內行駛一段，方才豁然開朗。地下廠房長400多米、寬25米、內高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，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電電動機組。“抽水時用電驅動水泵，發電時則由勢能推動水輪機發電，一臺機組兼具抽水和發電功能。”吳培枝介紹。正在此時，在廠房頂部中控室內，電站運營部負責人接到電網調度的指令，坐在電腦前啟動機組放水發電，機組附近的地板出現些許震動。“機組可以在5分鐘內由滿負荷抽水轉變為滿負荷發電。相較傳統大型水電站，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，流經下水庫時，灤河河水會先被導入建設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安全運行，還改善了灤河水環境。”吳培枝說。

 

 

 

“抽水蓄能是在電力系統負荷低谷時，利用電網的富余電力將水從下水庫抽到上水庫儲存起來;在負荷高峰時，將上水庫儲存的水放到下水庫進行發電，從而調解供需矛盾。”國網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，抽水蓄能具有調峰、調頻、調相、儲能系統備用等功能，是現代電力系統重要的穩壓器、調節器和存儲器。“春節期間，華北電網負荷低谷持續時間較長，在豐寧抽水蓄能電站7臺已投運機組全部運行的情況下，國網華北分部調度控制中心緊急調用第八臺調試機組抽水啟動5次，電站總出力最高達240萬千瓦，有效保障了春節期間電網安全運行。”國網新源河北豐寧抽水蓄能有限公司運行部負責人趙日升說。除此之外，有效減少棄風棄光也是豐寧抽水蓄能電站的一大本領。北京冬奧會、冬殘奧會期間，張家口地區的風電、光伏電能被源源不斷地輸送到各個場館。然而，風能、太陽能等新能源受到自然因素影響，呈現隨機性與波動性。“冬奧會開幕式及很多賽事在夜間舉行，那個時間沒有陽光，風力也不穩定，需要通過放水發電，保障冬奧場館穩定運行。等到用電負荷小、風力大的時候，又可以抽水蓄能。”何一純介紹。作為張北柔性直流電網的重要環節，豐寧抽水蓄能電站幫助其將張家口地區的清潔電能輸送到各個冬奧場館，助力實現100%綠電供應。據統計，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、發電啟動94次，消納新能源1.15億千瓦時、發電8300萬千瓦時。據估計，2024年豐寧抽水蓄能電站完全建成投產后，每年將節省標煤量48萬噸，減少二氧化碳排放130萬噸，推動華北地區的能源清潔低碳轉型。

 

 

 

隨著風電、光伏發電的大規模開發，為緩解風光發電與用電負荷的不匹配、降低棄風棄光率，近年來國內不少省份在風電、光伏發電項目開發建設申報方案中，被要求“配套建設一定比例的儲能設施或提供相應的調峰能力”。“特別是在遠距離傳輸的特高壓線路中，建設適當規模的抽水蓄能電站，可以充分發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崩潰。”趙日升說。中國電力建設集團有限公司黨委書記、董事長丁焰章表示，發展抽水蓄能，提升電力系統靈活調節能力，是構建以新能源為主體的新型電力系統的關鍵手段，有利于保障傳統能源有序退出，實現新能源大規模安全可靠替代，推動綠色低碳發展。“相比于其他儲能方式，抽水蓄能具有設備壽命長、儲能規模大、轉換效率高、技術成熟、清潔環保等特點，更適宜大規模開發。”何一純說。數據顯示，截至2022年底，我國抽水蓄能電站裝機規模約4579萬千瓦。國家能源局2021年9月發布的《抽水蓄能中長期發展規劃(2021—2035年)》(以下簡稱《規劃》)提出，到2025年，抽水蓄能投產總規模6200萬千瓦以上;到2030年，投產總規模1.2億千瓦左右。盡管發展空間巨大，但由于存在價格機制不完善、相關政策落地執行較慢等問題，未來要推動抽水蓄能的健康穩定發展，還需要進一步改革電價制度和管理體制。2021年4月發布的《國家發展改革委關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》指出，要堅持并優化抽水蓄能兩部制電價政策，健全抽水蓄能電站費用分攤疏導方式，并強化抽水蓄能電站建設運行管理。《規劃》也指出，要完善抽水蓄能價格機制，明確市場化調峰資源建設。“未來，隨著抽水蓄能規模不斷擴大、運營管理制度更加完善，將更有利于構建以新能源為主體的新型電力系統，助力‘雙碳’目標實現。”何一純說。