中國儲能網(wǎng)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(xiàn)代能源體系規(guī)劃》提出，到“十四五”末，在運(yùn)抽水蓄能裝機(jī)容量要達(dá)到6200萬千瓦以上，實(shí)現(xiàn)翻倍增長；到2030年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模較“十四五”要再翻一番，達(dá)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(shí)現(xiàn)更大發(fā)展？本刊記者采訪了國家電網(wǎng)公司抽水蓄能和新能源事業(yè)部主任劉永奇。
《國家電網(wǎng)》：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(yùn)行方面將面臨哪些挑戰(zhàn)？
劉永奇：當(dāng)前，新能源占比越來越高、電力電子設(shè)備接入越來越廣泛，交直流混聯(lián)、遠(yuǎn)距離輸電成為主要運(yùn)行方式。這些變化和特點(diǎn)將使電力系統(tǒng)的傳統(tǒng)安全問題更加突出，同時涌現(xiàn)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(jī)被電力電子設(shè)備替代，旋轉(zhuǎn)設(shè)備變?yōu)殪o止設(shè)備，由物理特性主導(dǎo)變?yōu)槿斯た刂扑惴ㄖ鲗?dǎo)，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(diào)節(jié)支撐能力不足，相同的故障擾動可能造成更嚴(yán)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(luò)線跳閘，輸送功率250萬千瓦，只占西班牙負(fù)荷的8.4%。但西班牙新能源裝機(jī)占比為36%，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量和有功調(diào)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(yuǎn)超預(yù)計值，被迫大量切除了負(fù)荷。
非傳統(tǒng)安全問題不斷涌現(xiàn)。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(xiàn)。
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(fēng)暴影響，美國得州約4000萬千瓦（燃機(jī)、風(fēng)機(jī)分別停運(yùn)約2600萬、1400萬千瓦）機(jī)組停運(yùn)，得州電力緊急啟動大規(guī)模輪流限電措施，最大限電負(fù)荷達(dá)1650萬千瓦，約450萬人受到影響。受缺電影響，實(shí)時市場電價應(yīng)聲飆漲，最高達(dá)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(yùn)在運(yùn)約1200萬千瓦核電機(jī)組，與東京電力連接的關(guān)西電網(wǎng)沒有能力提高聯(lián)絡(luò)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(jī)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(jī)狀態(tài)，抽水蓄能電站在保證電力供應(yīng)上發(fā)揮了很重要的作用。2021年美國能源運(yùn)營系統(tǒng)遭網(wǎng)絡(luò)攻擊。5月7日，美國科洛尼爾管道運(yùn)輸公司遭黑客攻擊，多個關(guān)鍵運(yùn)營系統(tǒng)被鎖死。無奈之下，該公司緊急切斷部分網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以減少損失，同時停止所有輸油管道運(yùn)營。此次網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致美國能源大動脈癱瘓，是歷史上“美國關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施遭遇的最嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)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(fēng)能、太陽能“看天吃飯”，不像煤炭、天然氣可以通過產(chǎn)能、庫存等進(jìn)行調(diào)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(zāi)害等頻發(fā)，使得保供成為一個很重要的課題。
二是平衡調(diào)節(jié)問題。電力系統(tǒng)具有連續(xù)運(yùn)行、實(shí)時動態(tài)平衡基本規(guī)律，隨機(jī)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(jī)性錯位，平衡調(diào)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(yīng)地對能源電力進(jìn)行宏觀調(diào)控的手段減少，能源價格可能大幅波動，將對經(jīng)濟(jì)社會平穩(wěn)有序運(yùn)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(shù)字化帶來的網(wǎng)絡(luò)安全等問題。
《國家電網(wǎng)》：抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)建設(shè)中的功能和作用是什么，將承擔(dān)怎樣的使命？
劉永奇：在新型電力系統(tǒng)中，抽水蓄能的調(diào)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的有力支撐。
首先是調(diào)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(cè)隨機(jī)，系統(tǒng)波動性大，系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)面臨很大困難。抽水蓄能電站具有雙向、雙倍調(diào)節(jié)以及快速的變負(fù)荷能力，可顯著提升電力系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)在可調(diào)度性、容量、速度等方面的能力，增強(qiáng)系統(tǒng)應(yīng)對波動、快速爬坡和保障平衡的能力，是調(diào)度機(jī)構(gòu)有力的管理工具，是系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)重要的“平衡節(jié)點(diǎn)”。
根據(jù)有關(guān)預(yù)測，2035年、2060年，我國新能源裝機(jī)將分別達(dá)到約25億千瓦、50億千瓦，對抽水蓄能等調(diào)節(jié)資源的需求非常大。基于此，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(biāo)，提出總裝機(jī)規(guī)模4.21億千瓦的重點(diǎn)實(shí)施項目、3.05億千瓦的規(guī)劃儲備項目和“應(yīng)核盡核、能開快開”的開發(fā)原則，明確2025年、2030年全國在運(yùn)抽水蓄能容量分別達(dá)到約6200萬千瓦、1.2億千瓦。抽水蓄能發(fā)展將進(jìn)一步提速上量，未來將是新型電力系統(tǒng)的主力調(diào)節(jié)電源。
其次是安全作用。一是提升新型電力系統(tǒng)本質(zhì)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(yùn)行的基本要求，是保障電力系統(tǒng)本質(zhì)安全的重要基礎(chǔ)。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(jī)組以常規(guī)同步電源、大型調(diào)相機(jī)等方式運(yùn)行，可有效保證電力系統(tǒng)自身內(nèi)在的“強(qiáng)度”，確保直流、新能源場站短路比等滿足要求，增強(qiáng)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(diào)節(jié)性能、切泵工況機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)等特性，抽水蓄能電站是電網(wǎng)大功率缺失情況下維持頻率穩(wěn)定、快速恢復(fù)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(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)，已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中最優(yōu)先調(diào)用的應(yīng)急電源。同時，抽水蓄能電站上庫蓄能可靠，機(jī)組啟動迅速、調(diào)節(jié)靈活，是首選的黑啟動電源。十三陵等9座電站是當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)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(fù)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(fēng)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(fù)荷將呈現(xiàn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)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(yùn)行，通過規(guī)?；瘍δ芎桶l(fā)電，可實(shí)現(xiàn)能量時移和調(diào)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(yùn)行過程中導(dǎo)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(shí)際運(yùn)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(fēng)時段進(jìn)行能量存儲已經(jīng)成為運(yùn)行常態(tài)。
《國家電網(wǎng)》：新型儲能當(dāng)前受到各方高度關(guān)注，做好新型儲能工作應(yīng)從哪些方面發(fā)力？
劉永奇：新型儲能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，國家發(fā)展改革委、國家能源局相繼印發(fā)了《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見》《“十四五”新型儲能發(fā)展實(shí)施方案》等頂層方案，對推動新型儲能高質(zhì)量發(fā)展意義重大。從新型儲能的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀來看，電化學(xué)儲能、壓縮空氣儲能等新型儲能整體上處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)、示范應(yīng)用、商業(yè)化應(yīng)用初期等發(fā)展階段。從新型儲能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展以及新型電力系統(tǒng)運(yùn)行的視角看，新型儲能發(fā)展未來應(yīng)重點(diǎn)做好以下三方面工作。
一是科學(xué)制訂實(shí)施各類新型儲能的發(fā)展策略。新型儲能技術(shù)路線多元，各類技術(shù)在成熟度和經(jīng)濟(jì)性等方面也存在較大差異。應(yīng)該結(jié)合新型電力系統(tǒng)對儲能的需求、各類新型儲能技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展階段以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征等，分類制訂發(fā)展策略，明確哪些是規(guī)模化應(yīng)用部署的，哪些是試點(diǎn)示范的，哪些是在實(shí)驗(yàn)室科技攻關(guān)的，推動新型儲能科學(xué)有序發(fā)展。
二是加強(qiáng)新型儲能的調(diào)用管理。從電力系統(tǒng)要儲能“干什么”（即用于系統(tǒng)調(diào)節(jié)還是充放運(yùn)營）的角度出發(fā)，對影響儲能功能作用發(fā)揮的技術(shù)指標(biāo)（總充放電次數(shù)、達(dá)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(wǎng)協(xié)議中。研究制訂各類型儲能設(shè)施調(diào)度運(yùn)行規(guī)程和調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)，“應(yīng)調(diào)即調(diào)、應(yīng)用即用”，避免閑置浪費(fèi)，充分發(fā)揮儲能作為靈活性資源的功能和效益。
三是加強(qiáng)投運(yùn)項目的跟蹤監(jiān)測與分析評估。新型儲能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用還較少，一些設(shè)計的關(guān)鍵核心技術(shù)指標(biāo)有待進(jìn)一步通過實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證、明確和提升，需要加強(qiáng)對投運(yùn)項目實(shí)際運(yùn)行情況的監(jiān)測、分析和評估，為新技術(shù)、新產(chǎn)品、新方案實(shí)際應(yīng)用效果提供科學(xué)數(shù)據(jù)，為各類技術(shù)“優(yōu)勝劣汰”提供科學(xué)支撐，為國家制定產(chǎn)業(yè)政策和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)。
《國家電網(wǎng)》：“十四五”是為中長期能源結(jié)構(gòu)調(diào)整夯基礎(chǔ)的關(guān)鍵時期，公司下一步在抽水蓄能開發(fā)管理方面將重點(diǎn)做好哪些工作？
劉永奇：抽水蓄能項目從前期到建設(shè)再到投運(yùn)，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(yùn)，建設(shè)周期較長，但投運(yùn)后技術(shù)優(yōu)、功能強(qiáng)、應(yīng)用好，屬于支撐性、利長遠(yuǎn)的重大能源基礎(chǔ)設(shè)施。下一步，公司在抽水蓄能開發(fā)管理方面將重點(diǎn)做好以下工作。
一是轉(zhuǎn)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(kuò)大和升級、負(fù)荷的增加，特別是能源結(jié)構(gòu)與電力生產(chǎn)方式的清潔化，抽水蓄能以其特有的技術(shù)優(yōu)勢，總能找到適應(yīng)新情況、解決新問題的定位。在20世紀(jì)60～80年代，為解決大型核電發(fā)展的調(diào)峰問題，我國匹配建設(shè)了一批抽水蓄能電站。隨著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，負(fù)荷中心峰谷差逐步拉大，為調(diào)節(jié)峰谷差和保障供電質(zhì)量，在負(fù)荷中心匹配建設(shè)了一批抽水蓄能電站。20世紀(jì)以來，全球能源電力快速向清潔化轉(zhuǎn)型，新能源快速發(fā)展，帶來巨大的調(diào)節(jié)和儲能等需求，抽水蓄能又被賦予了匹配新能源運(yùn)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(shí)“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(chǔ)上”“加快形成以儲能和調(diào)峰能力為基礎(chǔ)支撐的新增電力裝機(jī)發(fā)展機(jī)制”等要求，認(rèn)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(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，在“十四五”時期抓住時機(jī)加快發(fā)展應(yīng)用技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)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(shí)抓好三大中心任務(wù)。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(shè)六項措施部署，落實(shí)辛保安董事長提出的“大力加強(qiáng)技術(shù)成熟的抽水蓄能電站建設(shè)，力爭到2030年公司經(jīng)營區(qū)抽蓄電站裝機(jī)由目前的2630萬千瓦提高到1億千瓦”目標(biāo)，扎實(shí)推進(jìn)“抓緊新項目儲備和前期工作、加快核準(zhǔn)進(jìn)度，抓緊在建項目施工、加快投產(chǎn)進(jìn)度，抓好運(yùn)行電站運(yùn)維、充分發(fā)揮功能作用”三大中心任務(wù)，高質(zhì)高效推進(jìn)抽水蓄能開發(fā)建設(shè)，助力新型電力系統(tǒng)構(gòu)建。
