“双碳”目标下抽水蓄能电站发展的思考

0 引言

随着碳达峰、碳中和目标的提出，我国可再生能源发展步入规模化、市场化的新阶段【1】，风、光储能等新能源的大规模、高比例、快进程的并网，在助力碳减排的同时，也为电网带来了严峻挑战，其随机性、波动性和间歇性的特征使得电源的不确定性增大，对电网安全稳定运行带来较大冲击。因此，新型电力系统的构建显得极为重要，抽水蓄能电站作为技术成熟、运行灵活的可再生能源，具有调节电网、保障其稳定运行的作用，逐渐成为电力系统机构的的重要组成部分。

本文简要阐述我国抽水蓄能电站的发展历程，分析了新时期下抽水蓄能电站的功能定位，并对抽水蓄能未来发展趋势及发展形式提出了展望。

1 我国抽水蓄能电站的历史进程

我国自 20 世纪 60 年代后期了开始抽水蓄能电站的开发，其发展大体分为 4 个阶段 :起步发展阶段、开拓发展阶段、引进发展阶段、自主发展阶段。

1968 至 1983 年为我国抽水蓄能电站发展起步阶段。1968 年河北岗南水电站安装 1 台单机容量 1. 1 万 kW 的进口抽水蓄能机组；1973 年和 1975 年，北京密云水库白河水电站分别安装 2 台单机容量 1. 1 万 kW 的国产抽水蓄能机组。这两座小型混合式抽水蓄能电站代表着我国抽水蓄能电站发展的起点。【2】

1984 年至 2000 年为我国抽水蓄能电站的开拓发展阶段，以 1984 年河北潘家口抽水蓄能电站开工建设为标志，开启了我国不断积累经验、抽水蓄能电站快速建设时期，以广州抽蓄、北京十三陵、浙江天荒坪等电站为代表的一批抽水蓄能电站建成投产。截止 2000 年，我国大陆地区抽水蓄能运行容量为 552 万千万。尽管这一时期的我国抽水蓄能电站单机容量、装机规模以达到较高水平，但机组制造依然依赖进口.【3】

2001 年至 2010 年为我国抽水蓄能电站引进发展阶段，这一时期，我国抽水蓄能电站建设从学习借鉴国外技术过渡到吸收消化并自主设计制造，建设规模逐渐增大。同时管理理念提高，逐渐步入正轨化，成立专业运营公司，比如国网新源控股有限公司、南方电网旗下调峰调频发电公司。

2011 年以来为我国抽水蓄能电站自主快速发展阶段，伴随着多年的建设经验，我国抽水蓄能电站在选址规划、技术标准、设备制造方面全面实现自主化，建设建造技术上达到世界先进水平，装机规模跃居世界排名第一。在电价机制和经营模式上进一步完善。2024 年底，我国已建在运的抽水蓄能电站共计48 座，总装机容量5846.5 万千瓦。

2 新时期抽水蓄能电站的功能定位

抽水蓄能电站具有储能、调峰、调频、调相、系统备用、黑启动六大功能。早期的抽水蓄能电站作为局部地区的电力供应和保障工具，随着电力系统的发展，逐渐在区域范围内配合火电统筹电力平衡，起到电力系统调节的作用，其具备的启停迅速，升荷、卸荷速度快的特点，既能削峰填谷又可储能，能够适应电力系统负荷变化。随着新能源的大规模、跨越式发展，新型电力系统的构建主要以新能源为主体，抽水蓄能电站逐渐起到消纳新能源、平抑出力波动、保障大电网安全运行的作用。

在“碳达峰碳中和”的目标下，抽水蓄能电站其“储能”的支撑作用越发凸显，与其他储能手段相比，抽水蓄能具有大容量大、多工况、速度快、可靠性高的优点。在构建“风光蓄”大基地的能源结构中，抽水蓄能电站可以与风光类电站进行日内互补运行，在新能源大发、负荷低谷等存在弃电的情况下通过抽水来储存电能，并且在电网负荷高峰及其他不能满足送电需求时段发电，平抑新能源在时段间的大幅波动，提高电力供应稳定性，是电网理想的储能电源。

在常规电站流域中，配套一定规模的新能源发电项目和抽水蓄能电站，形成“水风光蓄”一体化流域能源基地，可以有效改变流域“靠天吃饭”的现状。随着极端气候的不断增多，建立多形态形式的能源组合显得更为重要，其相互之间协同配合，实现功能互补，改善整个流域的能源有效利用，提高整体经济性。

抽水蓄能电站带来的生态价值亦不可小觑，上下水库打造的绿水青山，在水土保持、自然环境、区域气候上必然起到良好的优化作用。条件适宜的抽水蓄能电站，甚至可以就地开发旅游资源，实现与当地经济发展的融合。

3 抽水蓄能电站的可能开发形式

随着抽水蓄能的规划选点，目前我国自然资源条件较好的抽水蓄能站址已逐步被开发，剩余的站点则面临着环境复杂、条件苛刻，成本不佳的情况。因此，考虑抽水蓄能的多元化发展，是未来抽水蓄能发展的必然趋势。

3、1 混合式抽水蓄能电站

2021 年国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划 (2021～2035 年）》，其中提出积极探索抽水蓄能发展新模式，“开展水电梯级融合改造潜力评估工作，鼓励依托常规水电站增建混合式抽水蓄能。”利用已建的常规水电站，可以提高所在流域已开发水电资源的综合利用效率，增加发电量。另外，通常混合式抽水蓄能电站大都具有较大库容，利用现有水库的调节性能，实现更长周期的调节，进行周、月、甚至是季、年的调节。可以进一步提高电网的调节能力。但是，混合式抽水蓄能电站也具有很多制约因素。由于利用已有水库，建设施工需要在水下施工，改造难度大；调度运行关系复杂，原有水库若具有防洪、灌溉、供水、航运功能，则会相互牵连，继而导致效益难以单独核算。

3、2 矿坑抽水蓄能电站

利用废弃的矿坑作为抽水蓄能电站的下水库可以充分利用现有自然条件，因地制宜改造，大大减少经济投资。但利用矿坑则涉及到库线、坝型、库盆形状均需充分适应矿坑地形地质条件和矿坑治理的要求，还可能面临矿坑开采后可能遗留的边坡失稳、地面塌陷变形等地质问题，可能增加工程改造的成本和难度，同时库盆防渗，也是矿坑抽水蓄能电站的重难点。我国目前有一批利用废弃矿坑开发建设的抽水蓄能电站，正处在前期研究建设阶段。如江苏句容石砀山抽水蓄能电站利用铜矿矿坑作为下水库；河北滦平抽水蓄能利用磁铁矿矿坑；辽宁阜新抽水蓄能电站利用海州废弃露天煤矿作为下水库。

3、3 引调水工程

我国地形复杂多样，在很多区域水资源空间分配不均，引调水工程建设通常洞穿大型山脉群，多数地区地质条件复杂，长隧洞施工技术难度高、耗时长。如国家十三五规划的重大水利工程引汉济渭工程，调引汉江水补给渭河流域，是历史上规模最大的水利工程，穿越秦岭输水隧洞全长98.3 公里，其一期工程耗时十余年。抽水蓄能可以适应高落差地形，

规避长距离深埋隧洞，如在流域间利用山势地形建设一些列不同高程的调蓄水库，将长距离隧洞分解为短距离引水隧洞，既能实现调水目的，又实现了电能的储存利用。可利用周边的风电、光伏发电项目作为流域提水电源，引水线路可以通过明渠、隧洞、管道等多种形式或结合运用。国外已有相关工程案例的实施，我国目前尚未有建设工程案例，相信不远的

将来会有此类工程探索。

图1 结合抽水蓄能的调水工程示意图

3、4 海水抽水蓄能电站

海水抽水蓄能电站是利用天然海水作为水资源的理想型抽水蓄能电站，将海洋作为下水库，依海岸建造上水库，占地面积小，经济成本低。

尽管海水水源充足的优点给海水抽水蓄能电站带来不小便利，但其特殊的环境特点也给这类抽水蓄能电站带来极大挑战。①海水的强腐蚀性对机电设备、管道、大坝、库盆防渗提出了更高的要求。②海边高湿高盐的气候条件增加了厂房通风设计的难度； ③ 海洋微生物可能会附着在坝体、库盆和机组过流部件上，对金属机构的性能提出了更高要求，还会影响发电效率。④由于海边多处在热带风暴的活动范围内，易受台风、潮汐、洋流等侵袭，导致下水库水体波动较大，从而影响机组的稳定运行。因此，海水抽水蓄能电站除了要考虑水质改良、机组及金属结构部件的改进、还要建造确保尾水相对稳定的围堰或防护结构。

日本于 1999 年建成了世界上第一座，也是目前唯一一座海水抽水蓄能试验性电站——冲绳海水抽水蓄能电站。我国起步较晚，近年来相关科研机构、设计单位陆续开展相关研究。

2017 年，南方电网储能股份有限公司牵头实施我国重点研发计划“海水抽水蓄能电站前瞻技术研究”项目，选择珠海万山岛作为代表性站点，对海水抽水蓄能电站前瞻设计的关键问题——可变速抽蓄能机组设计制造及验证、海水抽水蓄能机组腐蚀污损防护、可变速机组与海上可再生能源联合运行控制等关键技术进行了研究，取得了一批丰富的成果及数据。

广东万山岛海水抽水蓄能电站基本参数表[4]