關于“抽水蓄能”的N個為什么

蘇更林

發展清潔能源是實現“雙碳”目標的關鍵。2021年，風力、光伏發電量占全社會用電量的比重達到11%左右。然而，風能和太陽能的異軍突起，也對電網的安全穩定運行提出了挑戰。這是因為，風能、太陽能等可再生能源具有波動性和間歇性的特點，大規模風能和太陽能接入電力系統將給并網控制、運行調度、功率預測、供電質量等帶來嚴重影響。

我國的風能資源集中分布在西部和北部地區，距中東部用電負荷中心地理跨度很大，要完成大規模的風電輸送是一個大

課題。而且，風力發電受制于風力大小，且在無風的時候無法發電，因此風力發電具有隨機性和不可控性，這樣就為風電并網帶來了難題。通常情況下，風力發電在夜間輸出功率會更大一些，而此時恰是用電負荷的低谷。從用電側來看，其電力負載水平大體上是固定的。如果把具有波動性的風電接入電網勢必會影響整個電網的穩定性，并提高電網企業的運營成本。風電的波動性還會造成電壓的偏差和波動等，進而影響到電網的電能質量。

光伏發電來源于太陽的光能，而太陽光的間歇性又決定了光伏發電屬于一種調節能力很差的能源。這種間歇性受到季節變化、晝夜交替以及氣象條件的制約，會對光伏發電的功率產生很大影響。如果沒有儲能設備進行調節，就會影響電網的安全穩定運行以及電網的供電質量。

提高電網對大規模清潔能源的消納能力，需要建設高標準的智能電網，并在大規模儲能技術方面尋求突破。說起儲能技術，我們見到最多的要數化學電池了，如智能手機、筆記本電腦中的鋰電池，雖說在技術上已經商業化、在數量上已具規模，但在電網規模上還不具備吸納清潔能源的能力。

實踐證明，抽水蓄能是一個技術成熟、經濟可行的儲能方案。建設抽水蓄能電站是促進清潔能源規?；l展的一個重要組成部分，對于大規模吸納風能、太陽能等清潔能源，提高電網運行穩定性和電能質量具有重要的戰略意義。

抽水蓄能電站也叫蓄能式水電站，作為一種特殊的水電站，它與常規的水電站不是一回事。說起水力發電，幾乎沒有人會感到陌生。水力發電的歷史極為悠久，堪稱電力工業的先驅。水電站就是利用水力進行發電的技術裝置。因此，發電是常規水電站的根本任務。雖然抽水蓄能也能把水的機械能轉化為電能，但其核心價值在于“蓄能”。其實，抽水蓄能電站就是為了解決電網負荷高峰和低谷之間的供需矛盾應運而生的?！靶钅堋钡暮x在于，用電低谷時抽水“填谷”，用電高峰時發電“削峰”。

基于這樣的功能定位，抽水蓄能電站需要建設上、下兩個水庫，并且兩個水庫中的水可以雙向可控運行，而常規的水電站一般僅有一個水庫。一般來說，電力的生產和消費是不匹配的。在一天之內，白天和前半夜的用電需求會大一些，后半夜的用電需求就會大幅度下降。同樣是一度電，在不同的時段其價值相差懸殊。抽水蓄能則在電網負荷低谷時，利用低谷電把“低位水”提升至“高位水”，等到電力負荷高峰時再用“高位水”進行發電，從而達到為電網“削峰填谷”的目的。

抽水蓄能電站不同于常規的發電站，其服務功能是基于“電力儲備庫”的基本特征進行定位的。除了“削峰填谷”之外，抽水蓄能還具有調頻、調相、緊急事故備用、系統特殊負荷、特殊用電要求以及黑啟動等功能。這些服務功能的受益主體不只是抽水蓄能電站本身，而是包括電網、發電側（如火電、核電以及新能源企業等）以及用電戶在內的一個復雜體系。

抽水蓄能的“削峰填谷”功能，有助于提升能源的品位，并把棄能變成寶貝，以確保電網運行的穩定性，提升清潔能源的利用水平。同時，利用抽水蓄能調峰，可以減輕其他電源的調峰壓力，從而提升系統的效率。

抽水蓄能的調頻、調相功能，可以提升用戶側的電能質量。抽水蓄能機組具有啟停迅速、靈活可靠的特點，能夠很好地適應系統負荷的劇烈變化，確保供電質量。

抽水蓄能作為“電力倉庫”，已經成為電力系統中最優先調用的應急電源。據悉，抽水蓄能從啟動到滿負荷只需1、2分鐘，從抽水轉到發電狀態僅需3、4分鐘。抽水蓄能的緊急事故備用功能，是指抽水蓄能在電網發生故障和負荷快速增加時，能夠快速做出負荷調整。抽水蓄能的保證特殊用電要求功能，是指保證重要用電戶的供電可靠性。

抽水蓄能同時又是一類特殊的負荷。抽水蓄能的系統特殊負荷功能，是指抽水蓄能以負荷的身份參與大功率核電和火電的負荷試驗。

為了應對大停電事故，需要在電力系統中配置一定規模的黑啟動電源，即在無外界幫助條件下能夠迅速自啟動的電源。抽水蓄能作為首選的黑啟動電源，可以為極端事故下的電力系統的快速恢復提供支持。

因此，就“抽水蓄能”的服務功能來說，屬于電力系統的一種“公共產品”。

抽水蓄能電站因具有多方面的獨特優勢而受到人們的重視。然而，從抽水蓄能電站的運行特點來講，它既是電廠又是用戶。所謂電廠，說的是它能夠利用“高位水”進行發電，并回饋給電網進行“削峰”；所謂用戶，說的是它又是電網的用電戶，即利用低谷電或風、光電的棄能進行抽水，從而把電能轉化為水的勢能而儲存起來備用。

在一個運行周期當中，抽水蓄能電站相對電網來說并沒有多貢獻出電能。抽水蓄能電站在輸水、發電和抽水過程中難免存在或多或少的能量損失，因此放水發出的電能一定會小于抽水所消耗的電能。這是一個不爭的事實！

我們一般把放水發出的電能與抽水消耗的電能的比值叫作抽水蓄能電站的綜合效率系數。這是一個小于1的效率系數，通常在0.65～0.80。問題是用“4度電換3度電”劃算嗎？這筆賬到底該如何來算？

其實，正如上文說過抽水蓄能屬于電力系統的一種“公共產品”，其受益主體不只是企業本身，而是電網相關系統。因此用發電量來衡量抽水蓄能電站的盈虧是一個誤區。

“雙碳”背景下的清潔能源轉型，需要抽水蓄能的保駕護航。在現階段抽水蓄能尚不能完全推向市場的條件下，如何回收成本就成為了抽水蓄能電站能否持續發展的關鍵點。我國目前實施的“兩部制電價”政策，就充分體現了抽水蓄能服務功能的價值所在。所謂兩部制電價，指的是電量電價和容量電價。電量電價體現的是抽水蓄能為電網提供的“削峰填谷”服務的價值。電量電價更多地以競爭性方式形成，從而體現出抽水蓄能谷電抽水、高峰發電的特性。抽水蓄能通過時空的移動，可以實現低品位能源向高品位能源的躍升。抽水蓄能電站可以通過電量電價來回收抽水和發電環節的運行成本。容量電價體現的是抽水蓄能為電網提供的調頻、調相、緊急事故備用、特殊用電要求以及黑啟動等輔助服務的價值。按照“誰受益，誰分擔”的公平原則，抽水蓄能電站可以通過容量電價來回收除抽水和發電運行成本之外的綜合性成本，并獲得合理的收益。

與常規水電站不同的是，抽水蓄能電站不一定需要沿著河流建設，但結合常規水電站新建、改建或擴建而建設的混合式抽水蓄能電站除外。

不過，不沿河而建不意味不需要水源保障。盡管抽水蓄能在運行時本身是不需要消耗水資源的，但需要借助一定庫容的水量作為能量載體來進行能量轉換和蓄能。因此在選址時應考慮抽水蓄能電站首次蓄水，以及后續水分蒸發和滲流損失補充的水源保障。

清潔能源的跨越式發展，為電網安全穩定運行提出了挑戰。2030年，我國風電、太陽能發電總裝機容量將達到12億千瓦以上。2035年，我國電力系統最大峰谷差將超過10億千瓦，維持電網安全穩定運行任務艱巨，加速發展抽水蓄能勢在必行。

對于純抽水蓄能電站來說，一般要考慮臨近用電負荷中心，同時臨近經濟可靠的電源點。這主要是為了減少受電和送電時的線路輸電損失。在未來，不但用電負荷中心要上抽水蓄能，大型能源基地等也要發展抽水蓄能。