中國儲能網(wǎng)訊：在政策和市場的雙因素刺激下，抽蓄電站獲得快速發(fā)展，但目前仍存在諸多問題與挑戰(zhàn)。
文 | 胡 暢
國能大渡河大崗山發(fā)電有限公司
凌世河
國能大渡河流域生產(chǎn)指揮中心
在“雙碳”目標和加快建設新型能源體系的背景下，抽水蓄能伴隨大量新能源的需求迎來蓬勃發(fā)展，2022年以來，抽水蓄能已被納入國務院加快推進重大投資項目清單。2022年底，我國抽水蓄能總裝機4519萬千瓦，較2021年增長24.18%，居世界首位。
規(guī)劃到2025年裝機容量將達到6200萬千瓦，到2030年達到12000萬千瓦左右。自2021年初至2023年5月，全國累計已核準抽水蓄能電站68個項目，裝機規(guī)模9370萬千瓦；“十四五”期間將要核準219個項目，裝機規(guī)模2.7億千瓦，總投資約1.6萬億元，涉及28個?。▍^(qū)、市）和新疆生產(chǎn)建設兵團。
在政策和市場諸多利好的刺激下，眾多能源電力企業(yè)紛紛投資開發(fā)抽水蓄能賽道，抽水蓄能行業(yè)在進入發(fā)展快車道的進程中也面臨著諸多新挑戰(zhàn)和新問題。
生態(tài)保護紅線、環(huán)境質(zhì)量底線、資源利用上線和生態(tài)環(huán)境準入清單，是推進生態(tài)環(huán)境保護精細化管理、強化國土空間環(huán)境管控、推進綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的重要準則?！叭€一單”、一級公益林、文物和壓覆礦等限制因素增多，導致部分抽蓄項目前期工作難度增大，甚至因生態(tài)紅線等制約因素不再具備開發(fā)條件，需要在前期工作中加以充分論證，規(guī)避生態(tài)紅線等環(huán)境敏感性因素。受地質(zhì)、地形、環(huán)保、水保等因素影響，有的省區(qū)抽水蓄能選點工作難度大，與新能源發(fā)展需求不協(xié)調(diào)等問題。如：寧夏北部的賀蘭山和南部六盤山均為國家級自然保護區(qū)，受生態(tài)環(huán)保因素制約，致使其站點資源難以開發(fā)。
建設成本管控難度大
由于抽水蓄能站點論證、建設周期長，一般6至10年，在投資主體多元化進程中，各投資主體均面臨著較多風險和諸多不確定性。
一是因為抽水蓄能資源項目獲取競爭異常激烈，少數(shù)地方政府訴求增多，要求產(chǎn)業(yè)捆綁、繳納相應費用等附加條件變相增加投資成本。
二是與其配套電力外送通道可能存在建設滯后、外送容量不足導致項目不能按時投產(chǎn)和正常發(fā)揮效益。
三是受地質(zhì)、地形、環(huán)保、水保等因素影響，或存在重大地質(zhì)缺陷問題，或建設征地移民諸多不確定性導致投資增加等問題 ，對項目經(jīng)濟性和發(fā)展造成一定影響。
主設備制造能力面臨嚴重供不應求的局面
“十四五”期間將要核準抽水蓄能項目219個，將在200個市、縣陸續(xù)開工建設200個以上的抽水蓄能項目。國內(nèi)現(xiàn)有大中型水電機組生產(chǎn)企業(yè)十余家，但具備大型抽水蓄能機組產(chǎn)能的廠家不多，哈爾濱電氣、東方電氣為生產(chǎn)大型抽水蓄能機組能力和業(yè)績最好的企業(yè)，各占國內(nèi)市場份額分別為42.9%、38%。
目前，在建規(guī)模將躍升超8000萬千瓦，還有超過2億kW的抽水蓄能項目正在開展前期勘測設計工作，而哈爾濱電氣、東方電氣分別具備年產(chǎn)約30臺套、約25臺套至30臺套的大型抽水蓄能機組的制造、交付、安裝服務能力，而2024年、2025年、2026年、2027年、2028年全國分別至少需陸續(xù)累計交付抽蓄機組156臺套、207臺套、310臺套、396臺套、516臺套，國內(nèi)抽水蓄能主設備制造產(chǎn)能面臨嚴重的供不應求的局面。
大型變速機組國內(nèi)仍處于研發(fā)試驗階段
目前國內(nèi)抽水蓄能定速機組已實現(xiàn)國產(chǎn)化，但2萬千瓦及以上的抽水蓄能變速機組仍需國外進口，河北豐寧抽水蓄能電站2臺單機30萬千瓦變速機組進口奧地利Andritz產(chǎn)品，國內(nèi)廠商仍然處于關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)試驗階段，特別是變速發(fā)電電動機的研制和試驗相對滯后，在大型變速水泵水輪機、變速發(fā)電電動機、大功率變頻裝置等多學科融合研發(fā)應用進展緩慢。
目前來看面臨以下挑戰(zhàn)：一是大型可變速抽水蓄能機組由于采用雙饋電機機型，轉(zhuǎn)動部分與定子部分具有一樣的鐵心和繞組。這樣的結(jié)構(gòu)對小型電機不存在太大問題，但對于大型抽水蓄能機組這種大尺寸、高線速度下的轉(zhuǎn)動鐵心和繞組，其動態(tài)穩(wěn)定設計是國際公認的難題。從轉(zhuǎn)動部分關(guān)鍵部件的材料選擇，到電磁性能、力學性能及傳熱性能的設計都存在亟待攻克的難點，需要電機方面科研技術(shù)人員的努力。
二是大型變速抽水蓄能機組需具備快速準確協(xié)助電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻調(diào)相的能力，開發(fā)出適用于發(fā)電和抽水兩種工況并且有功和無功控制高度解耦的大型可變速抽水蓄能機組的勵磁控制裝置和控制策略是當前亟待解決的問題，與此相應還需要進一步提升勵磁、調(diào)速器、變頻裝置等輔機設備的國產(chǎn)化水平。
三是提高大型可變速抽水蓄能機組工藝水平，降低工程造價，確保工程安全和質(zhì)量等方面還面臨挑戰(zhàn)。
四是需要進一步利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，推動大型可變速抽水蓄能機組設計、建造和管理的數(shù)字化、智能化。
項目前期工作管理有待進一步規(guī)范
根據(jù)水電行業(yè)管理，抽水蓄能項目勘測設計工作主要包括預可行性研究和可行性研究兩個階段，一般以可行性研究報告作為項目申請報告編制的基礎(chǔ)?，F(xiàn)階段，有些開發(fā)業(yè)主為了搶進度，在預可行性研究完成后，就跨階段進行項目申報核準，可能為后續(xù)的項目開工、工程建設和運營帶來較大的不確定性。
資源與需求不平衡，“胡煥庸線”以西的抽蓄建設難度相對較大、造價相對較高
我國抽水蓄能站點資源比較豐富，但存在著較為突出的抽水蓄能站點分布情況與電力系統(tǒng)的需求并不完全匹配，且分布較為密集，資源總量雖然較多，但分布不均勻不平衡的問題較為突出。
目前，投產(chǎn)和在建的抽水蓄能電站，主要集中在“胡煥庸線”以東，集中在廣東、浙江、安徽、河北等經(jīng)濟發(fā)達、用電負荷集中地區(qū)。內(nèi)蒙、寧夏、甘肅、青海、新疆等西北地區(qū)，風光資源豐富，當?shù)仉娏ο{空間不足，存在大規(guī)模遠距離送電需求。在“胡煥庸線”以西的抽水蓄能項目海拔高、交通環(huán)境一般、氣候和地質(zhì)條件相對較差，冰雪霜凍時間較長，抽蓄建設難度相對較大、造價相對較高。
抽水蓄能電站綜合評價水平存在局限性
目前，抽水蓄能電站項目評價主要是對其選址、樞紐布局、工程建設質(zhì)量、在電網(wǎng)功能和企業(yè)投資回報等方面進行評價分析，涵蓋范圍不充分，研究方法與指標體系也不完善，如市場需求必要性評價等，沒有形成系統(tǒng)的研究體系和理論框架，且評價研究對象主要是大型抽水蓄能項目。
海水抽水蓄能發(fā)展尚在起步階段，前進之路充滿挑戰(zhàn)
海水抽水蓄能電站雖具有很多優(yōu)點，但海水抽水蓄能電站運行工況復雜，海洋環(huán)境復雜多變、十分特殊，海水抽水蓄能電站同時也面臨著海水腐蝕、生物污損、海浪侵襲等問題。海水抽水蓄能電站材料的腐蝕是影響電站穩(wěn)定運行的關(guān)鍵問題之一，各種環(huán)境因素和材料本身的組成和結(jié)構(gòu)都會對材料腐蝕造成影響。正因為受關(guān)鍵材料、防海水腐蝕技術(shù)制約和環(huán)評的影響，海水抽蓄規(guī)劃站點較少。海水抽蓄的建設成本與陸地抽蓄相比，綜合成本偏高。
2、相關(guān)戰(zhàn)略思考和措施建議
作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的重要調(diào)節(jié)器和穩(wěn)定器，抽水蓄能對優(yōu)化電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu)、緩解電網(wǎng)調(diào)節(jié)壓力、提高各地“風光”新能源消納具有重要作用。當前和未來較長時期，隨著新型電力系統(tǒng)構(gòu)建和高比例新能源快速發(fā)展，抽水蓄能具有廣闊的發(fā)展空間。針對抽水蓄能項目快速發(fā)展進程中存在的上述諸多問題和挑戰(zhàn)，現(xiàn)提出相關(guān)戰(zhàn)略思考和相關(guān)措施建議。
進一步創(chuàng)新生態(tài)環(huán)保評估工作
據(jù)悉目前社會資本推進的部分抽水蓄能項目不同程度涉及生態(tài)環(huán)保、文物和壓覆礦等限制因素，有的甚至因生態(tài)紅線等因素難以開發(fā)，相關(guān)縣市人民政府也積極地將本地生態(tài)保護調(diào)整規(guī)劃報告通過本省國土局上報國土資源主管部門，但因種種原因大多數(shù)難以批復。
鑒于抽水蓄能占地面積較小、庫容較常規(guī)水電小得多、大壩高度一般均低于100米、沒有環(huán)境污染等特點，只要不影響當?shù)鼐G色低碳高質(zhì)量發(fā)展，建議及時批復地方政府上報的生態(tài)保護調(diào)整規(guī)劃報告，積極推動解決抽水蓄能建設面臨的用地、用海問題，適當放寬海水抽水蓄能項目環(huán)評條件，同時開發(fā)業(yè)主需多措并舉，優(yōu)化站點，努力規(guī)避生態(tài)環(huán)保紅線等問題，否則難以滿足碳達峰碳中和的發(fā)展進程。
著力提升裝備制造能力以及關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)應用
國家層面引領(lǐng)和支持相關(guān)企業(yè)加快提升抽水蓄能產(chǎn)業(yè)的裝備制造能力，統(tǒng)籌考慮抽水蓄能產(chǎn)業(yè)鏈能力。建議在政策層面給予大力支持，投入一定的國有資本金，緩解哈電和東電等裝備制造企業(yè)資金壓力，大力支持哈電和東電等裝備升級改造和提高抽水蓄能機組設備制造產(chǎn)能，滿足當前及未來抽水蓄能大規(guī)模開工建設需要。
進一步規(guī)范抽水蓄能產(chǎn)業(yè)市場秩序，建議國家出臺相關(guān)政策，引導實力強、業(yè)績好、技術(shù)優(yōu)的企業(yè)開展良性市場競爭。加大關(guān)鍵材料和配套部件自主化研制力度。支持企業(yè)加大科研攻關(guān)力度，加快突破關(guān)鍵技術(shù)難題，從整條產(chǎn)業(yè)鏈深度推進，加大關(guān)鍵核心部件國產(chǎn)化力度，確保項目建設整體可控。
立項開展關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與標準制定，國家層面充分利用抽水蓄能發(fā)展的良好時機，建立重大科技項目與標準化工作聯(lián)動機制，增強國際標準話語權(quán)，加快制定或完善水電行業(yè)國際標準以及國內(nèi)標準國際化，大力推進中外標準互認，引領(lǐng)抽水蓄能乃至整個水電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
加快抽水蓄能變速機組國產(chǎn)化的進程
在抽水蓄能總?cè)萘恐行枰渲靡欢ㄈ萘康淖兯俪樗钅軝C組，以進一步提高電力系統(tǒng)對風光新能源的調(diào)節(jié)適應能力。同時，變速抽水蓄能裝備研制及應用是國家能源戰(zhàn)略發(fā)展和關(guān)鍵技術(shù)突破的需要，采用可變速抽水蓄能機組可以實現(xiàn)發(fā)電運行和抽水運行兩種狀態(tài)的寬負荷功率調(diào)節(jié)，具有快速系統(tǒng)響應速度，使水輪機在任意水頭和負荷時始終保持在最佳轉(zhuǎn)速運行，并保持效率最優(yōu)，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行起到重要作用。
同時抽水蓄能變速機組可以解決常規(guī)定速機組在水泵工況下不能調(diào)節(jié)輸入功率的問題，更加靈活可控，能夠適應大規(guī)模新能源接入的電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)需求，能夠有效促進間歇性的風電光伏發(fā)電的消納利用。
但目前國內(nèi)抽水蓄能變速機組仍處于關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)試驗階段，為了落實習近平總書記關(guān)于核心技術(shù)必須牢牢掌握在自己手中的號召，建議國家層面牽頭，組織哈電、東電聯(lián)合國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)和相關(guān)高校等聯(lián)合加快變速機組關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、試驗，盡快實現(xiàn)30萬kW及以上的變速抽水蓄能機組國產(chǎn)化。
建議可從如下幾方面著手突破研制大型可變速抽水蓄能機組的技術(shù)瓶頸：首先，提高無取向電工鋼研制水平。大型可變速抽水蓄能機組設備對機組效率要求較高，隨著抽水蓄能快速增長，將拉動高牌號無取向電工鋼需求，需要深入研究。其次，要投入較多科研力量攻關(guān)解決轉(zhuǎn)子鐵心端伸出部分繞組的防護結(jié)構(gòu)。再次，在大型可變速抽水蓄能機組設備這種大慣量、復雜水力條件和電氣性能要求下的運行性能設計，需要集電磁、水力、電力電子、控制系統(tǒng)等多方面的技術(shù)來完成系統(tǒng)的綜合設計。
同時，在大型可變速抽水蓄能機組推廣應用上，建議國家出臺指導意見，推進示范項目和工程，立項開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與標準制定，將先進適用的科技創(chuàng)新成果融入標準，促進國產(chǎn)技術(shù)落地。進一步完善相關(guān)支持政策，支持水風光蓄一體化、核蓄一體化、風光蓄多能互補基地等新業(yè)態(tài)發(fā)展，推動大型可變速抽水蓄能機組應用。
加強項目前期工作規(guī)范管理
建議國家發(fā)改委牽頭制定抽水蓄能電站前期工作管理辦法，規(guī)范前期工作程序，規(guī)避有的業(yè)主單位為了搶進度在預可行性研究完成后，就進行項目核準。同時，重視規(guī)劃滾動調(diào)整工作，密切跟蹤各省市抽水蓄能規(guī)劃滾動調(diào)整進展，尋求調(diào)整規(guī)劃提前實施的機會，積極爭取調(diào)整開發(fā)順序，優(yōu)先安排成熟項目進入核準開發(fā)程序。
注重抽蓄項目與當?shù)匦履茉春碗娋W(wǎng)的協(xié)同發(fā)展
各省市抽水蓄能項目實施方案與該地區(qū)的光伏、風電發(fā)展實施方案直接相關(guān)，由于抽水蓄能電站從前期準備到建成需要6至8年，因此，在籌備階段就需要加強抽蓄與新能源大基地一體化融合發(fā)展、與水電梯級融合創(chuàng)新、混合式抽蓄等方面的協(xié)調(diào)、研究和應用；在項目立項階段就應加強抽蓄與其電網(wǎng)規(guī)劃建設的協(xié)同，以確保抽蓄項目與其配套的電力送出工程同步規(guī)劃、同步建設、同步投運。
積極尋求常規(guī)水電抽蓄改造潛力
我國水電資源豐富，利用已有的梯級水電天然的上下庫和水工系統(tǒng)，尋求對常規(guī)梯級水電進行改建擴建，形成混合抽水蓄能電站，混合抽水蓄能電站建設周期短、投資小，適合與新能源進行互補聯(lián)合發(fā)電，是未來抽水蓄能發(fā)展的重要方向之一。
除十三大水電流域外，中小水電星羅密布，分布在全國各地，建議加快探索對大中小常規(guī)水電站進行抽水蓄能改造，不僅可節(jié)省投資、提高現(xiàn)有輸電網(wǎng)絡利用率，而且有利于“水風光儲”一體化開發(fā)利用。特別是對其中有條件的中小水電站進行抽蓄功能的改造，將有助于未來我國分布式可再生能源的發(fā)展，且可以解決枯水季無發(fā)電功能的問題。
“水風光儲”一體化開發(fā)將成為推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要路徑
未來大型水電開發(fā)潛力主要在西藏，伴隨著新能源大規(guī)模開發(fā)，國內(nèi)外大量實踐已充分證明，“水風光儲”互補發(fā)電的優(yōu)勢明顯、水風光三種資源的發(fā)電峰值自然分布互補性較好，水庫周邊也往往具有較大空間，可布局建設“風光”項目。
同時，“水風光儲”一體化開發(fā)還可以解決僅開發(fā)抽水蓄能項目容量電價矛盾難以疏導、投資回報率極低的問題。建議將流域“水風光儲”一體化開發(fā)項目納入?yún)^(qū)域和國家整體社會經(jīng)濟和電力發(fā)展規(guī)劃，依托大電網(wǎng)，充分發(fā)揮“水風光儲”互補優(yōu)勢，大渡河流域和雅礱江流域正在推進“水風光儲”一體化開發(fā)正是踐行這一理念。
尋求與設計單位聯(lián)合開發(fā)
在抽蓄項目競配或者開發(fā)過程中，第三方設計院的作用非常大，其設計院因為前期參與編制各省抽蓄規(guī)劃方案（甚至是招標文件），充分了解各項目基本情況以及全省經(jīng)濟、電力發(fā)展情況，對項目建設時序和政府決策機制也有一定認知，其作用僅僅是技術(shù)支持、項目勘察和可行性研究等方面，在資源獲取階段就應成為重要合作伙伴，為項目順利取得開發(fā)權(quán)奠定基礎(chǔ)。
尋找地理地質(zhì)條件好、經(jīng)濟發(fā)達、對電價敏感度低的區(qū)域優(yōu)先開發(fā)
地理地質(zhì)條件是決定抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟指標的關(guān)鍵，如發(fā)電水頭、距高比、綜合效率等。由于抽水蓄能的買單對象最終仍是通過省級輸配電價傳導到市場用戶來承擔，會推高省內(nèi)用能成本，所以在項目擇優(yōu)開發(fā)中，需要在系統(tǒng)調(diào)峰能力建設和經(jīng)濟用能成本之間尋找平衡，優(yōu)先尋找經(jīng)濟發(fā)達、用電量大、對電價敏感度低的用戶區(qū)域?qū)⑹且粋€方向。
進一步提升抽水蓄能項目綜合評價水平
鑒于抽水蓄能行業(yè)面臨著巨大的發(fā)展機遇，對其進行綜合評價研究具有重要的現(xiàn)實意義，應該對不同綜合評價方法進行對比分析，根據(jù)主、客觀權(quán)重分別選擇合適的評價方法，注意對評價結(jié)果的對比；應該綜合抽水蓄能各方面的因素，廣泛收集電站數(shù)據(jù)，構(gòu)建較為合適的綜合評估模型；并結(jié)合抽水蓄能電站的預可研報告進行對比，對電站的建設、運行提出建設性意見。
同時，中小型抽水蓄能電站建設周期短、運行靈活、啟動速度快、更容易在負荷中心布局的特點，大、中、小型抽蓄電站具有不同的作用和定位，抽水蓄能電站綜合評價研究中，除了圍繞大中型水電站進行評估之外，也應該要更多地關(guān)注中小型抽水蓄能電站的評估，促進中小型抽水蓄能的規(guī)劃、建設和運營。
積極開展協(xié)同運行技術(shù)和運行方式策略的研究
加大“雙碳”目標下電網(wǎng)水、風、光、儲多源互補特性和協(xié)同運行技術(shù)研究，在保障電網(wǎng)安全前提下最大限度消納清潔能源。在注重抽水蓄能建設的同時，同步開展其運行方式策略的研究與應用，充分發(fā)揮抽水蓄能在保障電網(wǎng)安全、靈活性的調(diào)節(jié)和清潔能源消納方面的作用。
加快海水抽水蓄能電站的研發(fā)和應用
海水抽水蓄能電站與傳統(tǒng)淡水抽水蓄能電站相比，具有選址方便、不需建設下庫、水量充足、水位變化幅度小、有利于水泵水輪機穩(wěn)定運行等優(yōu)勢；同時海水抽水蓄能可以建在火電、核電、海上風電等大型電源點附近或電力需求相對較大的沿海負荷中心附近，降低了輸電成本；也可以建在遠離能源基地、淡水資源匱乏的沿海地區(qū)和島嶼上，有利于電力系統(tǒng)靈活調(diào)峰和儲能，對于能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整和實現(xiàn)雙碳目標具有重要意義。
我國擁有廣闊的海岸線（海岸線總長度3.26萬公里，其中大陸海岸線1.84萬公里，島嶼海岸線1.42萬公里），海水資源豐富，開發(fā)海水抽水蓄能項目具有戰(zhàn)略意義和較好的市場需求。
建議國家組織哈爾濱電氣、東方電氣聯(lián)合國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、國家能源集團和三峽集團等加快海水抽水蓄能機組國產(chǎn)化的進程，特別是其過流部件所需關(guān)鍵材料和防海水腐蝕技術(shù)、大型海水水泵水輪機的國產(chǎn)化進程。
建議對海水抽水蓄能電站材料腐蝕和選材的研究應注重建立可以模擬海水抽水蓄能電站真實運行工況的試驗裝置，綜合考慮各種環(huán)境因素；研究材料在海水抽水蓄能運行工況下，特別是在長期服役期間的腐蝕行為和腐蝕機理，明確各種環(huán)境因素的綜合作用；對材料的力學性能、耐蝕性能、價格、維護等方面進行綜合性評價，制定海水抽水蓄能結(jié)構(gòu)的選材原則和方法；發(fā)展適用于金屬材料在海水抽水蓄能運行工況下的防腐技術(shù)等。
