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摘要：本文詳細探討了抽水蓄能電站五大特點，即抽水蓄能是特殊水電、功能很全面、建設(shè)耗時間、收益很穩(wěn)健、美麗風景線。旨在通過五大特點，全面解析抽水蓄能電站在能源電力領(lǐng)域的重要性，充分挖掘其在社會經(jīng)濟發(fā)展中的獨特價值。
關(guān)鍵詞：抽水蓄能、水電、電網(wǎng)、周期、收益、風景
引言
抽水蓄能電站迄今已有上百年，作為歷史最悠久、體量最龐大、技術(shù)最成熟、轉(zhuǎn)化最高效的儲能方式，具有經(jīng)濟可靠、生態(tài)環(huán)保的特點，備受電網(wǎng)調(diào)度青睞，為保障社會用電安全，促進電力能源消納，替代化石能源消費，起到了積極促進作用。當前，我國正在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，構(gòu)建新能源為主體的能源供應體系，推動“雙碳”目標實現(xiàn)，抽水蓄能電站作為最成熟的儲能方式，將在新型電力系統(tǒng)中扮演著不可或缺的角色。本文將從五個方面詳細探討抽水蓄能電站的特點，包括其水電屬性、電網(wǎng)對其依賴度高、較長建設(shè)周期、穩(wěn)定的資本金收益率以及其作為風景線的美學價值。
一、抽蓄是特殊水電
抽水蓄能電站基本原理，是在電力需求低谷時利用多余電能將水從下水庫抽到上水庫，在電力需求高峰時釋放水能發(fā)電，從而實現(xiàn)電能的儲存和調(diào)節(jié)，其用于發(fā)電的介質(zhì)是水。根據(jù)《水電工程可行性研究報告編制規(guī)程》規(guī)定，水電工程是以水力發(fā)電為主要任務(wù)的水電站工程和以調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等為主要任務(wù)的抽水蓄能電站工程。由此可見水電工程包括傳統(tǒng)水電站及抽水蓄能電站。在實際建設(shè)過程中，抽水蓄能電站的基本建設(shè)程序、采用的設(shè)計和施工規(guī)范與傳統(tǒng)水電項目高度一致。
首先，抽水蓄能電站建設(shè)需遵循嚴格的水電工程設(shè)計規(guī)范，如預可研、可研及招標階段勘測設(shè)計工作的具體內(nèi)容及深度要求應符合現(xiàn)行行業(yè)標準《水電工程預可行性研究報告編制規(guī)程》《水電工程可行性研究報告編制規(guī)程》和《水電工程招標設(shè)計報告編制規(guī)程》有關(guān)要求。包括水庫、大壩、水道、廠房、發(fā)電機組等基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計和施工。
其次，抽水蓄能電站的基本建設(shè)程序與傳統(tǒng)水電項目相似，包括前期勘察、設(shè)計、施工、調(diào)試和運行等階段，均應按國家和行業(yè)有關(guān)要求開展相應專題研究。每個階段都需要經(jīng)過嚴格的審批和驗收，如可行性研究階段均需編制正常蓄水位選擇、樞紐格局總布置、施工總布置規(guī)劃等專題報告并通過相應行政管理部門或?qū)彶閱挝慌鷱秃蛯彶椤?/span>
此外，抽水蓄能電站水電屬性還體現(xiàn)在其運行機制上，利用水能進行發(fā)電，但其獨特之處在于其兼有水輪機和水泵的功能，以水為能量轉(zhuǎn)換的載體，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的儲存和調(diào)節(jié)，能夠有效應對電力需求的波動和變化，提高了電力系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。
二、抽蓄功能很全面
抽水蓄能電站一旦投產(chǎn)，電網(wǎng)對其依賴度極高，幾乎每天都需要使用。2024年，南方區(qū)域抽水蓄能累積調(diào)節(jié)電量264億千瓦時，34臺機組調(diào)用次數(shù)41108次，平均每臺機組每天調(diào)用超過3.3次。這種高依賴度源于抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的重要作用，備受電網(wǎng)喜愛。
首先，抽水蓄能電站響應速度和啟動時間都是分鐘級，能夠快速響應電網(wǎng)的調(diào)頻需求，提供即時的電力調(diào)節(jié)服務(wù)。這種快速響應能力使得電網(wǎng)在面臨突發(fā)電力需求變化時能夠保持穩(wěn)定運行，避免電力短缺或過剩。如2020年某月，北方地區(qū)某電網(wǎng)負荷驟增，同時受到風電出力波動影響，電網(wǎng)頻率出現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢，某抽水蓄能電站立即啟動緊急調(diào)頻措施，快速調(diào)整出力。在短時間內(nèi)，電站從發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)為抽水狀態(tài)，吸收電網(wǎng)中過剩電能，隨后又根據(jù)電網(wǎng)需求迅速恢復發(fā)電。通過這種靈活的調(diào)節(jié)方式，該電站有效平抑了電網(wǎng)頻率波動，確保了該地區(qū)電力供應的穩(wěn)定可靠。
其次，抽水蓄能電站能夠有效平衡電力系統(tǒng)的供需關(guān)系。在電力需求低谷時，抽水蓄能電站利用多余電能將水抽到上水庫，儲存電能；在電力需求高峰時，釋放水能發(fā)電，補充電網(wǎng)電力供應。這種平衡作用使得電網(wǎng)能夠更加高效地利用各種能源資源，減少能源浪費。以湖北電網(wǎng)為例，日負荷特性一般呈現(xiàn)“雙峰雙谷”，夏季午高峰一般出現(xiàn)在14:00左右，晚高峰一般出現(xiàn)在20:00～22:00，午高峰負荷一般為晚高峰的95%左右；負荷最低谷一般出現(xiàn)在凌晨4:00～6:00，次低谷一般出現(xiàn)在18:00～19:00，最低谷一般為晚高峰的65%-70%，次低谷一般為晚高峰的80%-85%。風電出力夜間最大，光伏出力午間最大，具有顯著的反調(diào)峰效應。風光占比越高、負荷峰谷差越大，抽水蓄能調(diào)峰作用發(fā)揮得越明顯。
最后，抽水蓄能電站的高依賴度還體現(xiàn)在其對電網(wǎng)安全性的保障作用上。在電網(wǎng)發(fā)生故障或突發(fā)事故時，抽水蓄能電站能夠迅速提供備用電力，確保電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。2023年11月底，海南瓊中抽水蓄能電站成功開展全廠3臺機組黑啟動試驗，有效檢驗了電站在極端條件下快速給電網(wǎng)系統(tǒng)注入電力、迅速恢復電網(wǎng)供電的能力。這種保障作用使得抽水蓄能電站成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的重要組成部分。
三、抽蓄建設(shè)要時間
抽水蓄能電站的建設(shè)周期通常較長，一般需要6到8年。這種較長的建設(shè)周期主要源于以下幾個方面的原因。
首先，抽水蓄能電站的建設(shè)需要進行詳細的前期勘察和設(shè)計工作，需要開展預可行性研究、可行性研究及評估核準等勘察設(shè)計及審批工作，這些工作包括地形地貌的勘察、水文及工程地質(zhì)的調(diào)查、敏感因素排查、環(huán)境影響評估、建設(shè)征地及移民安置規(guī)劃等，以確保電站的選址和設(shè)計方案的合理性和可行性。這些前期工作需要耗費大量時間和精力，如豐寧抽蓄一期，2005年啟動勘察設(shè)計工作，2007年完成可行性研究，2010年獲得核準，耗時約5年；張河灣抽蓄，1998年啟動勘察設(shè)計工作，1999年完成可行性研究，2002年獲得核準，耗時約4年；天荒坪抽蓄，1992年啟動勘察設(shè)計工作，1994年完成可行性研究，1997年獲得核準，耗時約5年。
其次，抽水蓄能電站施工過程復雜且耗時。電站建設(shè)涉及水庫、大壩、水道、廠房、發(fā)電機組等多個水工建筑物的施工及機電設(shè)備的安裝，涉及到籌建期、準備期、主體工程施工期及完建期。每個環(huán)節(jié)都需要嚴格按照設(shè)計及施工規(guī)范進行，確保工程質(zhì)量和安全。如豐寧抽蓄一期，2013年正式開工，2021年首臺機組投產(chǎn)，總工期約8年；張河灣抽蓄，2003年正式開工，2008年首臺機組投產(chǎn)，總工期約5年；天荒坪抽蓄，1998年正式開工，2002年首臺機組投產(chǎn)，總工期約5年。
此外，抽水蓄能電站的建設(shè)還需要考慮環(huán)境保護和生態(tài)平衡，采取相應的環(huán)保及生態(tài)措施，減少對周邊環(huán)境及當?shù)厣鷳B(tài)的影響。這些措施的實施也需要額外的時間和資源。
最后，抽水蓄能電站建成投產(chǎn)后，將由建設(shè)期轉(zhuǎn)入運行期，是電站投產(chǎn)前的關(guān)鍵階段，電站的調(diào)試和試運行也需要一定的時間。在電站建成后，為確保各個系統(tǒng)的正常運行和協(xié)調(diào)配合，需要進行全面的調(diào)試和試運行，調(diào)試過程中可能發(fā)現(xiàn)一些問題，需要進行調(diào)整和優(yōu)化，這也會延長建設(shè)周期。如豐寧抽蓄一期，調(diào)試和試運行周期約6個月；張河灣抽蓄，調(diào)試和試運行周期約6個月；天荒坪抽蓄，調(diào)試和試運行周期約1年。
四、抽蓄收益很穩(wěn)健
根據(jù)國家發(fā)改委2021年633號文的規(guī)定，抽水蓄能電站應堅持并優(yōu)化抽水蓄能兩部制電價政策。其中，電量電價以競爭性方式形成，體現(xiàn)抽水蓄能電站提供調(diào)峰服務(wù)的價值，抽水蓄能電站通過電量電價回收抽水、發(fā)電的運行成本；容量電價體現(xiàn)抽水蓄能電站提供調(diào)頻、調(diào)壓、系統(tǒng)備用和黑啟動等輔助服務(wù)的價值，抽水蓄能電站通過容量電價回收抽發(fā)運行成本外的其他成本并獲得合理收益。
抽水蓄能電量電價主要目的為回收運行成本，定價機制導致其獲取收益難度較高，即使有收益，規(guī)模也不大。容量電價是抽水蓄能電站獲取收益的主要來源。容量電價核定機制規(guī)定，經(jīng)營期內(nèi)資本金內(nèi)部收益率按6.5%核定，是抽水蓄能電站賺小錢的主要依據(jù)。
抽蓄難以通過市場化機制賺大錢主要受到以下幾個方面因素的影響。
首先，抽水蓄能電站的建設(shè)成本較高。2022年到2024年核準的抽蓄電站年平均單位動態(tài)投資分別為6683元/千瓦、7035元/千瓦、5977元/千瓦，單個項目投資金額高達數(shù)十億、一百多億元。電站的建設(shè)涉及多個基礎(chǔ)設(shè)施的施工，包括水庫、大壩、發(fā)電機組、輸水管道等，這些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需要大量的資金投入。此外，抽水蓄能電站的建設(shè)還需要考慮環(huán)境保護和生態(tài)平衡，采取相應的環(huán)保措施，這些環(huán)保措施的實施也需要額外的資金投入。
其次，抽水蓄能電站的運營成本較高。電站的運營需要大量的維護和管理工作，包括設(shè)備的定期檢修、水庫的清理和管理、發(fā)電機組和輸水管道的維護等。這些維護和管理工作需要耗費大量的人力和物力資源，增加了電站的運營成本。一座120萬千瓦的抽水蓄能電站，每年運行維護費用約為1.6億~2億元。
最后，抽水蓄能電站電力銷售和輔助服務(wù)收益有限。市場化的電力的銷售價格受到市場供需關(guān)系影響波動較大，難以保證穩(wěn)定收益。輔助服務(wù)的價格也受到市場競爭和政策調(diào)控的影響，收益有限?？傮w來說，為了實現(xiàn)抽水蓄能合理布局、積極有序發(fā)展的目標，必須堅持整體規(guī)劃和穩(wěn)定的電價政策不動搖。
五、抽蓄美麗風景線
每一座抽水蓄能電站建好后，都成為當?shù)匾坏漓n麗的風景線。這種美學價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
首先，抽水蓄能電站通常選址在風景優(yōu)美的山區(qū)或湖泊附近，周邊環(huán)境自然景觀優(yōu)美。電站的建設(shè)不僅充分利用了自然地形和水資源，還與周邊環(huán)境融為一體，形成獨特的景觀。
其次，抽水蓄能電站的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計注重美學和環(huán)保。水庫、大壩、發(fā)電機組等基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計不僅考慮了功能性和安全性，還注重美學效果。例如，大壩的設(shè)計可以采用流線型或曲線型，增加美感；水庫的周邊可以進行綠化和景觀設(shè)計，提升環(huán)境質(zhì)量。
最后，抽水蓄能電站的建設(shè)和運營過程中注重環(huán)境保護和生態(tài)平衡。電站的建設(shè)采取了一系列環(huán)保措施，減少對周邊環(huán)境的影響。例如，施工過程中采取降塵、降噪措施，減少對周邊居民和生態(tài)環(huán)境的影響；運營過程中進行水庫的清理和管理，保持水質(zhì)的清潔和生態(tài)的平衡。這些環(huán)保措施不僅提升了電站的環(huán)境質(zhì)量，還增加了其美學價值。
六、結(jié)論
綜上所述，抽水蓄能電站具有五大特點：水電屬性、電網(wǎng)青睞、建設(shè)耗時、收益穩(wěn)定以及作為風景線的美學價值。這些特點全面解析了抽水蓄能電站在能源領(lǐng)域及社會經(jīng)濟發(fā)展中的重要性。盡管抽水蓄能電站建設(shè)周期長、資本金收益率不高，但其80%左右的轉(zhuǎn)化效率和上百年的使用壽命，性價比遠超其他儲能方式，使其成為現(xiàn)代能源體系中不可或缺的組成部分。未來，隨著能源需求的增長和新型能源系統(tǒng)的進一步發(fā)展，抽水蓄能電站將繼續(xù)發(fā)揮其重要作用，為能源的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻，同時我們也需要認真研究它的特點，解決抽蓄開發(fā)建設(shè)中的痛點、難點問題，放大其美學價值，推動抽蓄與產(chǎn)業(yè)融合，發(fā)揮其更大社會價值。
（作者系中國葛洲壩集團抽水蓄能與新能源事業(yè)部總經(jīng)理）
