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國(guó)網(wǎng)浙江寧海抽水蓄能電站下水庫(kù)大壩。常國(guó)慶攝
安徽六安兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站航拍。許樊娟攝
國(guó)網(wǎng)河北豐寧抽水蓄能電站上、下水庫(kù)。陳云霞 張清華攝影報(bào)道
清晨，大別山深處，國(guó)網(wǎng)安徽金寨抽水蓄能電站上水庫(kù)波光蕩漾，水流涌動(dòng)。伴著水庫(kù)水位逐漸升高，電站機(jī)組靜靜地等候用電高峰的到來(lái)，蓄能待發(fā)。
“如果4臺(tái)機(jī)組滿抽，6個(gè)小時(shí)就能蓄滿上水庫(kù)，給金寨電站這個(gè)‘超級(jí)充電寶’充進(jìn)700多萬(wàn)度電。”國(guó)網(wǎng)安徽金寨抽水蓄能有限公司董事長(zhǎng)朱安平介紹，在用電高峰時(shí)，電站會(huì)根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令啟動(dòng)機(jī)組，從上水庫(kù)向下水庫(kù)放水發(fā)電，保障電力供應(yīng)、維護(hù)電網(wǎng)平衡。
在用電低谷時(shí)將電力儲(chǔ)存起來(lái)，等到用電高峰再釋放——大批近似于“超級(jí)充電寶”的儲(chǔ)能項(xiàng)目，正通過(guò)削峰填谷避免電力系統(tǒng)“忙閑不均”，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，支撐清潔能源大規(guī)模發(fā)展。
儲(chǔ)能作為能源轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是建設(shè)新型能源體系的重要一環(huán)。國(guó)家電網(wǎng)如何推動(dòng)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展？攻克了哪些技術(shù)難題？拓展了哪些應(yīng)用場(chǎng)景？一起去看看——
規(guī)模擴(kuò)大
儲(chǔ)能技術(shù)“百花齊放”
目前，儲(chǔ)能主要包括抽水蓄能和新型儲(chǔ)能兩類(lèi)方式。其中，抽水蓄能是目前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的儲(chǔ)能技術(shù)，適合規(guī)�；_(kāi)發(fā)建設(shè)。新型儲(chǔ)能則是指除抽水蓄能外，以電力為主要輸出形式的各類(lèi)儲(chǔ)能技術(shù)，包含鋰離子電池、壓縮空氣儲(chǔ)能、機(jī)械儲(chǔ)能等。
“新型儲(chǔ)能響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)精度高，且布局靈活、建設(shè)周期較短，但受到成本、安全性等因素制約。”中國(guó)電力科學(xué)研究院首席技術(shù)專(zhuān)家惠東介紹，抽水蓄能具有容量大、可靠性高、經(jīng)濟(jì)性好、應(yīng)用技術(shù)成熟等優(yōu)勢(shì)，在保障大電網(wǎng)安全、促進(jìn)新能源消納中發(fā)揮重要作用，但也受選址條件高、建設(shè)周期長(zhǎng)等因素限制。
不同儲(chǔ)能技術(shù)路線利弊兼有，卻不影響其“百花齊放”。隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)、建設(shè)新型能源體系的重要支撐。
前不久，河北省承德市大山深處，國(guó)網(wǎng)河北豐寧抽水蓄能電站6號(hào)機(jī)組正式投產(chǎn)發(fā)電。據(jù)介紹，該電站在裝機(jī)容量、儲(chǔ)能能力、地下廠房規(guī)模、地下洞室群規(guī)模方面創(chuàng)下4個(gè)“世界第一”，書(shū)寫(xiě)了中國(guó)抽水蓄能發(fā)展史上的多個(gè)紀(jì)錄，創(chuàng)造了抽蓄建設(shè)的奇跡。
長(zhǎng)400多米、寬25米、內(nèi)高50多米的地下廠房建于6條雙向水道上方，在廠房中央，12臺(tái)發(fā)電機(jī)組一字排開(kāi)，連接地下輸水系統(tǒng)。“抽水時(shí)用電驅(qū)動(dòng)水泵，發(fā)電時(shí)則由勢(shì)能推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，一臺(tái)機(jī)組兼具抽水和發(fā)電功能。機(jī)組可以在5分鐘內(nèi)由滿負(fù)荷抽水轉(zhuǎn)變?yōu)闈M負(fù)荷發(fā)電。”國(guó)網(wǎng)河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳培枝說(shuō)，2021年12月，電站首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，接入張北柔性直流電網(wǎng)，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動(dòng)性。這不但開(kāi)創(chuàng)了抽水蓄能發(fā)展史上的先河，也為破解新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用提供了寶貴的“中國(guó)方案”。截至目前，豐寧電站已累計(jì)投產(chǎn)機(jī)組10臺(tái)，裝機(jī)容量達(dá)300萬(wàn)千瓦。
國(guó)網(wǎng)新源集團(tuán)基建部主任張學(xué)清介紹，中國(guó)抽水蓄能在水庫(kù)防滲、高水頭壓力管道、復(fù)雜地質(zhì)地下洞室群等方面達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)或領(lǐng)先水平，機(jī)組朝著大容量、高水頭、高轉(zhuǎn)速、可變速方向發(fā)展。中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，中國(guó)抽水蓄能總裝機(jī)規(guī)模達(dá)4579萬(wàn)千瓦，是2012年底的2.2倍以上，規(guī)模居世界首位。
與此同時(shí)，新型儲(chǔ)能在示范項(xiàng)目建設(shè)、商業(yè)模式探索、政策體系構(gòu)建等方面也取得積極進(jìn)展，市場(chǎng)應(yīng)用規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大。
張北草原上，國(guó)家風(fēng)光儲(chǔ)輸示范工程是世界上規(guī)模最大的集風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)、智能輸電于一體的新能源示范電站工程。依托該示范工程，國(guó)家電網(wǎng)成功完成國(guó)內(nèi)外首個(gè)高比例新能源系統(tǒng)的涉網(wǎng)性能試驗(yàn)。在這里，無(wú)限“風(fēng)、光”化為綠色電能，源源不斷向外輸出。該工程助力北京冬奧會(huì)全部場(chǎng)館實(shí)現(xiàn)100%綠電供應(yīng)，“張北的風(fēng)點(diǎn)亮北京的燈”成為綠色冬奧的閃亮名片。
國(guó)家能源局能源節(jié)約和科技裝備司副司長(zhǎng)劉亞芳介紹，截至2022年底，全國(guó)已投運(yùn)新型儲(chǔ)能項(xiàng)目裝機(jī)規(guī)模達(dá)870萬(wàn)千瓦，平均儲(chǔ)能時(shí)長(zhǎng)約2.1小時(shí)，比2021年底增長(zhǎng)110%以上。
國(guó)網(wǎng)能源研究院能源戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所所長(zhǎng)魯剛指出，當(dāng)前正處于能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，“超級(jí)充電寶”作為儲(chǔ)能新方式，對(duì)滿足電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求、保障電力系統(tǒng)安全、促進(jìn)新能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)和消納利用有著重要意義。
攻克難題
實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)技術(shù)突破
我們常把抽水蓄能電站比作一個(gè)“超級(jí)充電寶”，但想在山水間順利地安置抽水蓄能電站這個(gè)“超級(jí)充電寶”，可不容易。除了建設(shè)難之外，機(jī)組的整體調(diào)試也面臨種種挑戰(zhàn)。下廠房、做統(tǒng)籌、盯進(jìn)度、解難題……對(duì)于眾多儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)者來(lái)說(shuō)，這早已成為“家常便飯”。
“3號(hào)主變壓器受電一次性通過(guò)！”近日，在工作人員的陣陣歡呼聲中，位于河南省南陽(yáng)市南召縣的國(guó)網(wǎng)天池抽水蓄能電站3號(hào)主變壓器順利投運(yùn)。筆者了解到，天池抽水蓄能電站主變器位于地下廠房，因主變壓器單件運(yùn)輸最重、安裝工藝要求高、安裝時(shí)受空間限制大，被認(rèn)為是整個(gè)地下廠房機(jī)電設(shè)備安裝技術(shù)難度最大的設(shè)備之一。
“必須嚴(yán)格執(zhí)行3號(hào)主變沖擊試驗(yàn)方案。”國(guó)網(wǎng)天池抽水蓄能電站運(yùn)維檢修部專(zhuān)責(zé)徐志壯說(shuō)，3號(hào)主變送電沖擊前，天池電站嚴(yán)格執(zhí)行送電沖擊試驗(yàn)作業(yè)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管控措施，抽調(diào)各方參建人員按照試驗(yàn)方案配置人員，指派中控室人員匯總信息并現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度、調(diào)試人員現(xiàn)場(chǎng)指揮，確保各區(qū)域人員做好設(shè)備檢查、保護(hù)檢測(cè)、狀態(tài)巡視等協(xié)調(diào)配合。經(jīng)過(guò)連續(xù)120分鐘的沖擊試驗(yàn)，3號(hào)主變差動(dòng)保護(hù)躲過(guò)勵(lì)磁涌流的性能最終得到驗(yàn)證。
比起抽水蓄能電站的建設(shè)，新型儲(chǔ)能項(xiàng)目的建設(shè)者則將更多精力集中在技術(shù)創(chuàng)新突破上。
在安徽省六安市全國(guó)首座兆瓦級(jí)氫能綜合利用示范站，一臺(tái)臺(tái)質(zhì)子交換膜純水制氫設(shè)備，正源源不斷地生產(chǎn)氫氣，通過(guò)管道輸送到先進(jìn)的氫燃料電池中進(jìn)行發(fā)電利用。
“研發(fā)、設(shè)計(jì)等難題一度讓我們的研究止步不前。”國(guó)網(wǎng)安徽電力氫能綜合利用示范站技術(shù)負(fù)責(zé)人滕越說(shuō)，好在這些難題都通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新得到了解決。“我們首創(chuàng)了大功率低能耗氫電轉(zhuǎn)換核心裝備技術(shù)，開(kāi)發(fā)了整站安全預(yù)警與防護(hù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氫氣泄漏的早期預(yù)警與事故預(yù)防，還在國(guó)內(nèi)首次開(kāi)創(chuàng)了兆瓦級(jí)‘制氫—儲(chǔ)氫—氫能發(fā)電’的全鏈條技術(shù)貫通和滿功率運(yùn)行。”
如今，該站突破了20余項(xiàng)技術(shù)瓶頸，年制氫可達(dá)70余萬(wàn)標(biāo)立方，氫發(fā)電70余萬(wàn)千瓦時(shí)，所制氫氣可在氫燃料電池車(chē)、氫能煉鋼、綠氫化工等領(lǐng)域應(yīng)用，真正將“零碳循環(huán)”書(shū)寫(xiě)在江淮大地上。
《中國(guó)新型儲(chǔ)能發(fā)展報(bào)告2023》顯示，目前新型儲(chǔ)能仍處于發(fā)展初期，在核心材料、系統(tǒng)集成、調(diào)度運(yùn)用、安全防護(hù)等方面還有大量技術(shù)難題有待解決。未來(lái)應(yīng)充分調(diào)動(dòng)各方積極性，加大新型儲(chǔ)能技術(shù)創(chuàng)新力度，通過(guò)打造一批原創(chuàng)性技術(shù)，帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。
“充放”自如
滿足多元應(yīng)用場(chǎng)景
因具備削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和“充放”自如等功能特征，儲(chǔ)能項(xiàng)目又被視為電網(wǎng)安全運(yùn)行的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”，在多種應(yīng)用場(chǎng)景下投入使用。
在江蘇省揚(yáng)中市新壩鎮(zhèn)電氣工業(yè)品城內(nèi)，國(guó)網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司投運(yùn)了一套光儲(chǔ)充直柔的微電網(wǎng)。“用屋頂光伏面板發(fā)的電給汽車(chē)充電，充電時(shí)間比用電網(wǎng)電快了1倍。”5月16日，市民王先生在用微電網(wǎng)給自己的電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)說(shuō)。
據(jù)了解，微電網(wǎng)分布靈活、高效應(yīng)用。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)單向接受能源的形式，其不僅能自給自足，實(shí)現(xiàn)光伏電在區(qū)域內(nèi)的自發(fā)自用，還能根據(jù)外部環(huán)境靈活調(diào)整運(yùn)行模式，以直流電向相鄰臺(tái)區(qū)進(jìn)行柔性互聯(lián)，可在“互聯(lián)”和“孤島”兩個(gè)模式中切換。
“光伏發(fā)電產(chǎn)生的電量被存儲(chǔ)在儲(chǔ)能裝置中，既可以給電動(dòng)汽車(chē)充電，也可就近向相鄰線路輸送，在臨近線路故障的情況下，它還可承擔(dān)故障線路的負(fù)荷，向用戶(hù)供電。”國(guó)網(wǎng)鎮(zhèn)江揚(yáng)中市供電公司副總經(jīng)理包磊介紹。據(jù)測(cè)算，經(jīng)過(guò)靈活切換，微電網(wǎng)內(nèi)的整體能效提升6%以上，每年可節(jié)省二氧化碳排放3.62噸。
這只是儲(chǔ)能多種應(yīng)用場(chǎng)景之一。在新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的大潮下，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅粌H有利于激發(fā)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展新動(dòng)能，對(duì)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型也有重要意義。
位于湖南省長(zhǎng)沙市的晟通科技集團(tuán)是全球規(guī)模領(lǐng)先的鋁箔、鋁膜板生產(chǎn)企業(yè)。作為中國(guó)節(jié)能減排突出貢獻(xiàn)企業(yè)，該公司在自身園區(qū)、現(xiàn)有停車(chē)位建設(shè)光儲(chǔ)充一體化項(xiàng)目，儲(chǔ)能總?cè)萘繛?6.5兆瓦/40兆瓦時(shí)。該項(xiàng)目于去年10月投產(chǎn)并網(wǎng)，首日發(fā)電量為3.4萬(wàn)千瓦時(shí)，儲(chǔ)能兩充兩放，每天最高可提供約8萬(wàn)千瓦時(shí)錯(cuò)峰電量。晟通集團(tuán)有關(guān)負(fù)責(zé)人表示：“光伏儲(chǔ)能項(xiàng)目建設(shè)后，大大削減了公司用能成本，預(yù)計(jì)未來(lái)每年可為公司節(jié)約開(kāi)支超360萬(wàn)元。”
據(jù)悉，為做好儲(chǔ)能項(xiàng)目并網(wǎng)工作，國(guó)網(wǎng)湖南電力主動(dòng)對(duì)接項(xiàng)目建設(shè)開(kāi)發(fā)主體，確保早并網(wǎng)、早投產(chǎn)。預(yù)計(jì)到6月底，湖南將新增各類(lèi)新型儲(chǔ)能裝機(jī)1000兆瓦，有效保障今夏湖南電網(wǎng)平穩(wěn)運(yùn)行。
業(yè)內(nèi)人士指出，從電力系統(tǒng)來(lái)看，儲(chǔ)能應(yīng)用可以分為電源側(cè)儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能和用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能三大場(chǎng)景。
滕越介紹，電源側(cè)儲(chǔ)能，主要配置在電源端，可以匹配風(fēng)、光等新能源，促進(jìn)新能源高效并網(wǎng)與消納；電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能，分布在電網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，可提供調(diào)峰、調(diào)頻等多種服務(wù)，提升系統(tǒng)抵御突發(fā)事件和故障后恢復(fù)能力；用戶(hù)側(cè)儲(chǔ)能，則安裝在用戶(hù)負(fù)荷端，可提升用戶(hù)靈活調(diào)節(jié)能力。
不同的儲(chǔ)能技術(shù)因其性能特點(diǎn)不同，適用不同的應(yīng)用場(chǎng)景。國(guó)網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計(jì)研究所副所長(zhǎng)黃碧斌分析，抽水蓄能電站容量效益強(qiáng)、單站規(guī)模大，適宜電網(wǎng)側(cè)大規(guī)模、系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用；新型儲(chǔ)能單站體量可大可小，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，能夠靈活部署于電源、電網(wǎng)和用戶(hù)側(cè)等各類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，可以作為抽水蓄能的有益增量補(bǔ)充。
專(zhuān)家預(yù)測(cè)，在傳統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)景基礎(chǔ)上，未來(lái)水風(fēng)光儲(chǔ)一體化、風(fēng)光儲(chǔ)一體化等應(yīng)用場(chǎng)景將不斷涌現(xiàn)，儲(chǔ)能項(xiàng)目在西南水電基地等大型新能源基地開(kāi)發(fā)中作用凸顯，中小微儲(chǔ)能項(xiàng)目的建設(shè)應(yīng)用將更加廣泛。多類(lèi)型、多場(chǎng)景的儲(chǔ)能應(yīng)用格局將逐步顯現(xiàn)。
效益顯著
惠及人民美好生活
在推動(dòng)能源綠色低碳轉(zhuǎn)型之外，許多儲(chǔ)能項(xiàng)目不忘將生態(tài)優(yōu)先融入建設(shè)，生態(tài)效益已成為蘊(yùn)含在建設(shè)過(guò)程中的重要內(nèi)核。
在國(guó)網(wǎng)浙江寧海抽水蓄能電站施工現(xiàn)場(chǎng)，目光所及，綠意盎然。“復(fù)綠可是我們建設(shè)‘超級(jí)充電寶’最重要的工作之一。”國(guó)網(wǎng)浙江寧海抽水蓄能有限公司工程部副主任夏萬(wàn)求指著周?chē)粋�(gè)又一個(gè)山頭說(shuō)道，“那邊有寬葉草、高羊茅、紫花苜蓿，這邊還有刺槐、多花木蘭、車(chē)桑子等。”
據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，工程施工開(kāi)挖出來(lái)的多是巖石面，坡度近90度。復(fù)綠時(shí)，他們要像蜘蛛人一樣，懸掛著去給巖石釘上鐵絲網(wǎng)，再一遍一遍噴上特殊配方的混凝土，既可固定植物種子，也能進(jìn)一步保土護(hù)坡固沙。2018年項(xiàng)目開(kāi)工以來(lái)，邊施工邊復(fù)綠，復(fù)綠面積已超過(guò)25萬(wàn)平方米。
“超級(jí)充電寶”建設(shè)帶來(lái)的不僅是綠水青山的重現(xiàn)，還通過(guò)拆遷安置、完善基礎(chǔ)設(shè)施等舉措惠及居民生活，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化，帶動(dòng)投資和相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
明凈的鄉(xiāng)村小道，靚麗的綠化帶，成排的兩層小樓……走進(jìn)河南省洛陽(yáng)市洛寧縣澗口鄉(xiāng)鰾池村，藍(lán)天白云掩映下的村鎮(zhèn)顯得格外秀美。然而，曾經(jīng)的鰾池村卻隱藏在熊耳山深處，多年來(lái)僅有一條羊腸小道通向外界。
隨著國(guó)網(wǎng)河南洛寧抽水蓄能電站的建設(shè)，鰾池村村民進(jìn)行了移民搬遷。工程建設(shè)中，電站建設(shè)方主動(dòng)修建周邊外延道路，吸收鰾池村村民就業(yè)，盡可能地讓搬遷群眾多得實(shí)惠。
“抽水蓄能電站項(xiàng)目給我們村帶來(lái)了翻天覆地的變化，不僅家家戶(hù)戶(hù)都住進(jìn)了新房子，村里還建起了衛(wèi)生室，老人就醫(yī)更方便了。”鰾池村黨支部書(shū)記吉軍委介紹，如今村子已成為洛寧縣新農(nóng)村建設(shè)示范和鄉(xiāng)村振興的典型。
加快發(fā)展抽水蓄能和新型儲(chǔ)能是建設(shè)新型能源體系的迫切需求，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要支撐，也是新能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障。國(guó)家電網(wǎng)公司表示，將堅(jiān)持開(kāi)放發(fā)展的理念，加強(qiáng)與社會(huì)各方合作，加快抽水蓄能電站建設(shè)，力爭(zhēng)2025年、2030年公司經(jīng)營(yíng)區(qū)抽水蓄能裝機(jī)分別達(dá)到5000萬(wàn)千瓦、1億千瓦；支持新型儲(chǔ)能規(guī)�；瘧�(yīng)用，預(yù)計(jì)2030年公司經(jīng)營(yíng)區(qū)新型儲(chǔ)能裝機(jī)達(dá)到1億千瓦。（劉樂(lè)藝 王圣嬰）
