“双碳”背景下抽水蓄能电站的发展与展望

引言

我国明确提出了“双碳”目标，这对我国能源结构调整和可持续发展提出了极高要求。抽水蓄能作为电力系统调节资源的主要技术方向之一，其发展的重要性、必要性和紧迫性已成为行业广泛共识。伴随系统调节需求加速演变，项目开发规模快速增长，电站投资主体快速扩容，行业具备了高质量发展基础。

1 抽水蓄能电站概述

抽水蓄能电站的工作原理基于能量的转换与存储。在电力负荷低谷期，利用系统中过剩的电能驱动水泵，将下水库的水抽到上水库，此时电能转化为水的势能储存起来；在电力负荷高峰期，上水库的水通过管道流下，驱动水轮机带动发电机发电，水的势能又转化为电能重新输入电网。通过这种“抽水蓄能-放水发电”的循环过程，抽水蓄能电站实现了对电能的灵活存储与调节，就像一个巨型的“充电宝”，为电力系统提供了重要的储能支撑。抽水蓄能电站的原理如图 1 所示。

功能作用如下：（1）调峰填谷：有效平衡电力系统的峰谷差。在用电高峰时发电，满足高负荷需求；在用电低谷时抽水，存储电能，避免能源浪费，提高电力系统的整体运行效率。（2）储能调频：快速响应电力系统频率变化，通过调节发电或抽水功率，使系统频率保持稳定，确保各类电力设备的正常运行，提升电能质量。（3）备用与黑启动：作为紧急备用电源，在电网出现故障或突发停电时，能迅速启动发电，保障关键用户的电力供应，恢复电网运行；同时具备黑启动能力，在电网全停的极端情况下，独立启动并带动其他机组，实现电网的逐步恢复。（4）促进清洁能源消纳：与风电、光伏等新能源协同运行，吸纳新能源发电的多余电量进行存储，在新能源发电不足时释放，缓解新能源发电的间歇性和波动性问题，提高清洁能源在电力系统中的消纳比例。

2 “双碳”背景下抽水蓄能电站发展现状

2.1 政策支持

2024 年以来，国内多项决策、政策部署指明了抽水蓄能的发展形势，即合理布局、积极有序开发建设抽水蓄能电站。中央政治局第十二次集体学习时强调我国能源发展仍面临一系列挑战，应对挑战的出路就是发展新能源。要适应能源转型需要，进一步建设好新能源基础设施网络，推进电网基础设施智能化改造和智能微电网建设，提高电网对清洁能源的接纳、配置和调控能力。《中共中央 国务院关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》指出要坚决控制化石能源消费，“十四五”期间严格合理地控制煤炭消费增长，接下来 5 年逐步减少。科学布局抽水蓄能、新型储能、光热发电，提升电力系统安全运行和综合调节能力。2030 年抽水蓄能规模超过1.2 亿kW。《中华人民共和国能源法》第三十二条明确了国家合理布局、积极有序开发建设抽水蓄能电站，推进新型储能高质量发展，发挥各类储能在电力系统中的调节作用。

2.2 多元格局基本形成，应用场景逐步丰富

投资主体多元化，由原电网企业扩展到电力企业、地方国企、民企等，为抽水蓄能行业发展注入新活力。应用场景更加广泛，雅砻江水风光一体化基地批复，抽水蓄能电站是其中重要组成部分；西北地区也正在积极探索由抽水蓄能电站支撑的清洁能源基地；新技术、新产品运用更加快捷，产业体系更加完善，产业链格局初步显现。

2.3 技术进展

我国在抽水蓄能机组制造方面取得了显著突破，实现了国产化和大型化发展。哈尔滨电机厂自主研发的 400MW 级可逆式机组效率达 80.7% ，较进口设备成本降低 30% ；东方电气推出的变速抽水蓄能机组，响应时间缩短至 2 秒，满足了新能源高比例接入需求。目前，我国正在积极研发 600MW级超大容量机组，部分技术已进入示范阶段，预计 2030 年可实现商业化应用。

数字化技术在抽水蓄能电站建设和运行管理中得到深度应用。国网新源建设的“数字孪生电站”，通过建立与实体电站完全对应的虚拟模型，实现了对电站设备的实时监测、故障诊断和远程运维。同时，数字化技术还应用于电站的规划设计、施工建设等环节，提高了工程建设质量和效率。

2.4 产业体系

经过多年发展，我国已形成了较为完备的抽水蓄能电站产业体系。从规划设计、设备制造、工程建设到运行管理，各环节均具备较强的技术实力和产业竞争力。在规划设计方面，拥有一批专业的设计院所，能够根据不同地区的地理条件和电力需求，制定科学合理的电站规划方案；在工程建设方面，中国电建、中国能建等企业具备丰富的施工经验和强大的施工能力，能够高质量完成抽水蓄能电站建设任务；在运行管理方面，各抽水蓄能电站运营企业不断优化管理模式，提高运营效率，保障电站安全稳定运行。

3 抽水蓄能电站发展展望

3.1 构建新型电力系统应积极开发建设抽水蓄能

构建新型电力系统、规划建设新型能源体系、实现“双碳”目标，迫切需要建设大规模的新能源基础设施。与火电灵活性改造等传统的调峰手段相比，抽水蓄能具有双向调节能力，可以显著提升电力系统对新能源的消纳能力。与新型储能相比，抽水蓄能是技术最成熟、经济性最优、最具大规模开发条件的绿色低碳安全的调节储能设施，抽水蓄能长期积极有序发展仍是主基调。

3.2 技术创新推动产业升级

继续推进抽水蓄能机组的大型化、高效化、智能化发展。研发更高容量等级的机组，如 600MW 级超大容量机组，提高机组效率和可靠性。利用北斗导航、物联网传感器与实时数据分析技术等，实现施工的精准化与自动化管理。如新疆哈密抽水蓄能电站大坝主体工程启用无人智能碾压系统，通过北斗卫星定位技术实时监控碾压轨迹与遍数，自动调节压实振动参数，提高工程质量和施工效率，降低成本。加强对海水抽水蓄能等前沿技术的研究，拓展抽水蓄能电站的建设范围，使其能够适应更多复杂的地理环境。推广应用高强度混凝土、耐腐蚀涂层等新材料，提高抽水蓄能电站水工建筑物的耐久性，降低全生命周期成本。深化数字孪生、人工智能、大数据等技术在抽水蓄能电站全生命周期的应用。通过数字孪生技术实现电站设备的精准运维，利用人工智能算法优化电站运行调度策略，借助大数据分析提升电站管理决策水平，全面提高抽水蓄能电站的智能化水平和运营效率。

3.3“抽水蓄能+”模式创新发展

大力推广“抽水蓄能+光伏”“抽水蓄能+风电”等一体化开发模式，形成稳定的电源供应体。抽水蓄能电站作为虚拟电厂的重要组成部分，参与电力系统的优化调度和需求响应。随着碳交易市场的不断完善，抽水蓄能电站可通过碳减排量交易获取额外收益。单电站年碳资产收益有望突破千万元，进一步提升电站的经济效益和环境效益。

结论

在“双碳”目标的引领下，抽水蓄能电站作为电力系统的重要调节电源和储能设施，在促进清洁能源消纳、保障电网安全稳定运行等方面发挥着不可替代的作用。为实现“双碳”目标，应进一步加强政策引导，完善市场机制，加大技术研发投入，强化生态环境保护，推动抽水蓄能电站高质量发展，为构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供坚实支撑。

参考文献

[1]马程,陈泓宇,郑静.抽水蓄能和新型储能协同发展分析[J].水电与抽水蓄能,2024,10(05):93-99.

[2]李泓泽,李栩萌.新型电力系统下抽水蓄能电站高质量发展探究[J].华北电力大学学报(社会科学版),2024,(04):51-59.

[3]蔡颖倩.风电并网环境下抽水蓄能电站优化控制策略研究[J].电气技术与经济,2024,(08):27-29.