中國儲能網訊：抽水蓄能和新型儲能是新型電力系統(tǒng)的重要組成部分。國家發(fā)展改革委、國家能源局印發(fā)的《“十四五”現代能源體系規(guī)劃》提出，到“十四五”末，在運抽水蓄能裝機容量要達到6200萬千瓦以上，實現翻倍增長；到2030年，抽水蓄能投產總規(guī)模較“十四五”要再翻一番，達到1.2億千瓦。新形勢下，抽水蓄能和新型儲能如何發(fā)揮更大作用、實現更大發(fā)展？本刊記者采訪了國家電網公司抽水蓄能和新能源事業(yè)部主任劉永奇。
《國家電網》：隨著電力系統(tǒng)不斷發(fā)展，新能源占比越來越高，電力系統(tǒng)在安全運行方面將面臨哪些挑戰(zhàn)？
劉永奇：當前，新能源占比越來越高、電力電子設備接入越來越廣泛，交直流混聯(lián)、遠距離輸電成為主要運行方式。這些變化和特點將使電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)安全問題更加突出，同時涌現出一些非傳統(tǒng)安全問題。
傳統(tǒng)安全問題更加突出。同步機被電力電子設備替代，旋轉設備變?yōu)殪o止設備，由物理特性主導變?yōu)槿斯た刂扑惴ㄖ鲗?，使得維持同步電力系統(tǒng)魯棒性的“基因”被削弱，有功和無功調節(jié)支撐能力不足，相同的故障擾動可能造成更嚴重的后果，傳統(tǒng)的功角穩(wěn)定、頻率穩(wěn)定及電壓穩(wěn)定三大穩(wěn)定問題更加突出。
比如2021年7月，法國與西班牙間一條400千伏的聯(lián)絡線跳閘，輸送功率250萬千瓦，只占西班牙負荷的8.4%。但西班牙新能源裝機占比為36%，系統(tǒng)轉動慣量和有功調節(jié)能力不足，故障發(fā)生后系統(tǒng)頻率降至48.65赫茲，跌落幅度遠超預計值，被迫大量切除了負荷。
非傳統(tǒng)安全問題不斷涌現。新型電力系統(tǒng)在一次能源供給以及發(fā)電基本組成單元等方面都將發(fā)生深刻變化，一些以前不曾碰到過的、新的安全問題不斷出現。
2021年美國得州由寒潮引發(fā)大面積限電。2月15～16日，受冬季風暴影響，美國得州約4000萬千瓦（燃機、風機分別停運約2600萬、1400萬千瓦）機組停運，得州電力緊急啟動大規(guī)模輪流限電措施，最大限電負荷達1650萬千瓦，約450萬人受到影響。受缺電影響，實時市場電價應聲飆漲，最高達到1.1萬美元/兆瓦時（通常不超100美元/兆瓦時）。2011年福島核事故引發(fā)電力短缺。福島核事故之后，東京電力不得不全部停運在運約1200萬千瓦核電機組，與東京電力連接的關西電網沒有能力提高聯(lián)絡線功率，東京電力在冬夏用電高峰不得不安排一定量的有序用電。東京電力擁有的9座抽水蓄能電站（裝機約1100萬千萬），不得不參與到日常電力平衡中。至今，東京電力核電仍全部處于停機狀態(tài)，抽水蓄能電站在保證電力供應上發(fā)揮了很重要的作用。2021年美國能源運營系統(tǒng)遭網絡攻擊。5月7日，美國科洛尼爾管道運輸公司遭黑客攻擊，多個關鍵運營系統(tǒng)被鎖死。無奈之下，該公司緊急切斷部分網絡系統(tǒng)以減少損失，同時停止所有輸油管道運營。此次網絡攻擊導致美國能源大動脈癱瘓，是歷史上“美國關鍵基礎設施遭遇的最嚴重的網絡攻擊”。
從上述這些例子來看，電力系統(tǒng)將面臨一些新的安全挑戰(zhàn)。
一是保供問題。風能、太陽能“看天吃飯”，不像煤炭、天然氣可以通過產能、庫存等進行調節(jié)，新型電力系統(tǒng)一次能源供給不確定性增加，同時極端天氣、災害等頻發(fā)，使得保供成為一個很重要的課題。
二是平衡調節(jié)問題。電力系統(tǒng)具有連續(xù)運行、實時動態(tài)平衡基本規(guī)律，隨機波動性的新能源發(fā)電巨量接入，將使電力供需常態(tài)化隨機性錯位，平衡調節(jié)面臨巨大挑戰(zhàn)。
三是價格波動問題。一次能源不可控，相應地對能源電力進行宏觀調控的手段減少，能源價格可能大幅波動，將對經濟社會平穩(wěn)有序運行造成影響。此外，還有電力系統(tǒng)電力電子化帶來的寬頻振蕩和數字化帶來的網絡安全等問題。
《國家電網》：抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)建設中的功能和作用是什么，將承擔怎樣的使命？
劉永奇：在新型電力系統(tǒng)中，抽水蓄能的調節(jié)、安全和儲能三大作用將愈加重要和突出，是新型電力系統(tǒng)的不間斷電源（UPS），是我國新能源發(fā)展和實現碳達峰碳中和目標的有力支撐。
首先是調節(jié)作用。新型電力系統(tǒng)中新能源發(fā)電占比很高，源荷雙側隨機，系統(tǒng)波動性大，系統(tǒng)平衡調節(jié)面臨很大困難。抽水蓄能電站具有雙向、雙倍調節(jié)以及快速的變負荷能力，可顯著提升電力系統(tǒng)有功調節(jié)在可調度性、容量、速度等方面的能力，增強系統(tǒng)應對波動、快速爬坡和保障平衡的能力，是調度機構有力的管理工具，是系統(tǒng)有功調節(jié)重要的“平衡節(jié)點”。
根據有關預測，2035年、2060年，我國新能源裝機將分別達到約25億千瓦、50億千瓦，對抽水蓄能等調節(jié)資源的需求非常大?；诖?，2021年國家能源局發(fā)布了《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》，明確了抽水蓄能中長期發(fā)展目標，提出總裝機規(guī)模4.21億千瓦的重點實施項目、3.05億千瓦的規(guī)劃儲備項目和“應核盡核、能開快開”的開發(fā)原則，明確2025年、2030年全國在運抽水蓄能容量分別達到約6200萬千瓦、1.2億千瓦。抽水蓄能發(fā)展將進一步提速上量，未來將是新型電力系統(tǒng)的主力調節(jié)電源。
其次是安全作用。一是提升新型電力系統(tǒng)本質安全水平。充足的系統(tǒng)慣量和動態(tài)有功/無功支撐能力是同步交流電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基本要求，是保障電力系統(tǒng)本質安全的重要基礎。在中東部直流受端、高比例受電地區(qū)，在西部新能源基地、直流送端地區(qū)，抽水蓄能機組以常規(guī)同步電源、大型調相機等方式運行，可有效保證電力系統(tǒng)自身內在的“強度”，確保直流、新能源場站短路比等滿足要求，增強系統(tǒng)的彈性和韌性。
二是提升新型電力系統(tǒng)的故障防御處置能力。憑借優(yōu)異的調節(jié)性能、切泵工況機組安全經濟等特性，抽水蓄能電站是電網大功率缺失情況下維持頻率穩(wěn)定、快速恢復頻率以及消除斷面越限的有效手段。天荒坪等13座抽水蓄能電站已接入華東、華中及東北電網系統(tǒng)保護，已經成為電力系統(tǒng)中最優(yōu)先調用的應急電源。同時，抽水蓄能電站上庫蓄能可靠，機組啟動迅速、調節(jié)靈活，是首選的黑啟動電源。十三陵等9座電站是當地電網第一黑啟動電源，為保障極端事故下的電力系統(tǒng)快速有序恢復提供了有力支撐。
再次是儲能作用。新型電力系統(tǒng)中，發(fā)電“雙峰”（夜間風電高峰、午間光伏高峰）與用電“雙峰”（早高峰、晚高峰）錯位，未來凈負荷將呈現典型的“鴨型曲線”，午間和夜間時段，系統(tǒng)儲能需求很大。同時，在沙漠、戈壁、荒漠地區(qū)進行新能源基地式開發(fā)并依靠特高壓線路送出將是我國新能源發(fā)展的一個重要模式，提高線路利用效率、保障外送曲線穩(wěn)定、提升通道新能源電量占比是一個重大課題。
抽水蓄能是目前唯一可以實現百萬千瓦級的儲能方式，電站群同新能源等聯(lián)合優(yōu)化運行，通過規(guī)?；瘍δ芎桶l(fā)電，可實現能量時移和調劑余缺，提升系統(tǒng)對電能的時空優(yōu)化配置能力，有效解決新能源在運行過程中導致的電力不穩(wěn)定和豐枯矛盾，對于提高新能源消納、保障輸電大通道送出電力穩(wěn)定等意義重大。實際運行中，華東、東北等地區(qū)依靠抽水蓄能在午間棄光、夜間棄風時段進行能量存儲已經成為運行常態(tài)。
《國家電網》：新型儲能當前受到各方高度關注，做好新型儲能工作應從哪些方面發(fā)力？
劉永奇：新型儲能是構建新型電力系統(tǒng)的重要技術和基礎裝備，國家發(fā)展改革委、國家能源局相繼印發(fā)了《關于加快推動新型儲能發(fā)展的指導意見》《“十四五”新型儲能發(fā)展實施方案》等頂層方案，對推動新型儲能高質量發(fā)展意義重大。從新型儲能的應用發(fā)展現狀來看，電化學儲能、壓縮空氣儲能等新型儲能整體上處于實驗室研發(fā)、示范應用、商業(yè)化應用初期等發(fā)展階段。從新型儲能產業(yè)化發(fā)展以及新型電力系統(tǒng)運行的視角看，新型儲能發(fā)展未來應重點做好以下三方面工作。
一是科學制訂實施各類新型儲能的發(fā)展策略。新型儲能技術路線多元，各類技術在成熟度和經濟性等方面也存在較大差異。應該結合新型電力系統(tǒng)對儲能的需求、各類新型儲能技術當前的發(fā)展階段以及技術經濟特征等，分類制訂發(fā)展策略，明確哪些是規(guī)?；瘧貌渴鸬?，哪些是試點示范的，哪些是在實驗室科技攻關的，推動新型儲能科學有序發(fā)展。
二是加強新型儲能的調用管理。從電力系統(tǒng)要儲能“干什么”（即用于系統(tǒng)調節(jié)還是充放運營）的角度出發(fā)，對影響儲能功能作用發(fā)揮的技術指標（總充放電次數、達到額定功率的能力、容量保持率、可靠性、綜合效率及爬坡速率等）要提出非常明確且較高的要求，加入到并網協(xié)議中。研究制訂各類型儲能設施調度運行規(guī)程和調用標準，“應調即調、應用即用”，避免閑置浪費，充分發(fā)揮儲能作為靈活性資源的功能和效益。
三是加強投運項目的跟蹤監(jiān)測與分析評估。新型儲能技術的實際應用還較少，一些設計的關鍵核心技術指標有待進一步通過實際運行驗證、明確和提升，需要加強對投運項目實際運行情況的監(jiān)測、分析和評估，為新技術、新產品、新方案實際應用效果提供科學數據，為各類技術“優(yōu)勝劣汰”提供科學支撐，為國家制定產業(yè)政策和技術標準提供科學依據。
《國家電網》：“十四五”是為中長期能源結構調整夯基礎的關鍵時期，公司下一步在抽水蓄能開發(fā)管理方面將重點做好哪些工作？
劉永奇：抽水蓄能項目從前期到建設再到投運，一個完整的開發(fā)周期以10年計。在“十四五”時期開工的抽水蓄能項目，要到“十五五”中后期和“十六五”時期投運，建設周期較長，但投運后技術優(yōu)、功能強、應用好，屬于支撐性、利長遠的重大能源基礎設施。下一步，公司在抽水蓄能開發(fā)管理方面將重點做好以下工作。
一是轉變思路，推動抽水蓄能躍升發(fā)展。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大和升級、負荷的增加，特別是能源結構與電力生產方式的清潔化，抽水蓄能以其特有的技術優(yōu)勢，總能找到適應新情況、解決新問題的定位。在20世紀60～80年代，為解決大型核電發(fā)展的調峰問題，我國匹配建設了一批抽水蓄能電站。隨著經濟社會發(fā)展，負荷中心峰谷差逐步拉大，為調節(jié)峰谷差和保障供電質量，在負荷中心匹配建設了一批抽水蓄能電站。20世紀以來，全球能源電力快速向清潔化轉型，新能源快速發(fā)展，帶來巨大的調節(jié)和儲能等需求，抽水蓄能又被賦予了匹配新能源運行的新使命?；谖覈哪茉促Y源稟賦條件和能源發(fā)展趨勢，我們要深刻理解并貫徹落實“傳統(tǒng)能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基礎上”“加快形成以儲能和調峰能力為基礎支撐的新增電力裝機發(fā)展機制”等要求，認識到抽水蓄能儲能這一新的功能定位，在新能源規(guī)劃的集中開發(fā)地區(qū)，考慮到抽水蓄能固有開發(fā)周期，以合理的提前時序布局建設適當規(guī)模的抽水蓄能電站，在“十四五”時期抓住時機加快發(fā)展應用技術成熟、經濟性優(yōu)的抽水蓄能，以抽水蓄能躍升發(fā)展助力和支撐新能源躍升發(fā)展。
二是抓實抓好三大中心任務。在“十四五”期間，公司抽水蓄能工作將堅決貫徹公司黨組加快抽水蓄能開發(fā)建設六項措施部署，落實辛保安董事長提出的“大力加強技術成熟的抽水蓄能電站建設，力爭到2030年公司經營區(qū)抽蓄電站裝機由目前的2630萬千瓦提高到1億千瓦”目標，扎實推進“抓緊新項目儲備和前期工作、加快核準進度，抓緊在建項目施工、加快投產進度，抓好運行電站運維、充分發(fā)揮功能作用”三大中心任務，高質高效推進抽水蓄能開發(fā)建設，助力新型電力系統(tǒng)構建。
