巨型充电宝 电网稳定器

 

丰宁抽水蓄能电站部分机组。

 

张腾扬 李佳园摄影报道

 

抽水蓄能电站运行原理示意图。

 

汉 青制图(星球研究所)

 

丰宁抽水蓄能电站下水库。

 

张腾扬 李佳园摄影报道

 

京北200公里，发源于河北丰宁满族自治县的滦河，穿越连绵起伏的燕山山脉，流淌而下，蕴含巨大能量。上世纪90年代，当地便在此拦河筑坝，建设水库，蓄水发电。而今，在该水库上方的崇山峻岭中，又修建起另一个上水库。上下两个水库落差400多米。以水为介，升降间电能、势能互相转化，既消纳了张北地区输送的富余风光绿电，又维护了电网安全运行，宛如一个巨大的“充电宝”。这便是由我国自主设计建设、世界装机容量最大的抽水蓄能电站——国网新源河北丰宁抽水蓄能电站。该电站于2013年开工建设，设计建设12台30万千瓦机组，总装机容量达360万千瓦。2022年12月16日，丰宁抽水蓄能电站8号机组正式投产发电，目前电站共计7台机组投产。抽水蓄能电站如何运转、发挥怎样作用、拥有哪些优势?记者近日走访丰宁，一探究竟。

 

 

向上抽水蓄能，向下放水发电
 

驱车来到丰宁抽水蓄能电站的上水库，只见四周苍茫逶迤、群峰环抱。这里海拔超过1500米，是目之所及的最高处。“上水库所在的这片山谷就像一个天然水盆，且上下库间距和高差适中，可谓得天独厚。”国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司副总经理吴培枝说。然而，四下观察，记者心生疑问：上水库地处高处，既没有上游来水河道，也没有下游出水河道，只是孤零零的一座库盆，水从何处来，又去往何处?吴培枝指向水库下方说：“山体深处修建了6条双向水道，直径约7米，连接上下水库。上水库通过水道向上抽水，也反过来向下水库放水，如此往复，实现蓄能和发电。”驱车下山，行至一座巨大的山门。大门缓缓打开，只见一条巨大的通道向下延伸，向内行驶一段，方才豁然开朗。地下厂房长400多米、宽25米、内高50多米，建于6条双向水道上方。在厂房中央，一排白色圆顶形机组一字排开，连接地下输水系统，这正是整座抽水蓄能电站的关键——12台30万千瓦可逆式水泵水轮机发电电动机组。“抽水时用电驱动水泵，发电时则由势能推动水轮机发电，一台机组兼具抽水和发电功能。”吴培枝介绍。正在此时，在厂房顶部中控室内，电站运营部负责人接到电网调度的指令，坐在电脑前启动机组放水发电，机组附近的地板出现些许震动。“机组可以在5分钟内由满负荷抽水转变为满负荷发电。相较传统大型水电站，丰宁抽水蓄能电站水泵水轮机叶片扁平且较小，输水管道窄且流速快。”吴培枝解释。不过，管道窄，如果遇到砂石、木头等杂物，岂不是容易阻塞水道甚至损伤叶片?原来，流经下水库时，滦河河水会先被导入建设好的月牙形河谷进行沉淀。每逢枯水期，还会对沉淀的泥沙及树障进行清理。“不仅保障了蓄能系统安全运行，还改善了滦河水环境。”吴培枝说。

 

 

 

“抽水蓄能是在电力系统负荷低谷时，利用电网的富余电力将水从下水库抽到上水库储存起来;在负荷高峰时，将上水库储存的水放到下水库进行发电，从而调解供需矛盾。”国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司党委书记、董事长何一纯说，抽水蓄能具有调峰、调频、调相、储能系统备用等功能，是现代电力系统重要的稳压器、调节器和存储器。“春节期间，华北电网负荷低谷持续时间较长，在丰宁抽水蓄能电站7台已投运机组全部运行的情况下，国网华北分部调度控制中心紧急调用第八台调试机组抽水启动5次，电站总出力最高达240万千瓦，有效保障了春节期间电网安全运行。”国网新源河北丰宁抽水蓄能有限公司运行部负责人赵日升说。除此之外，有效减少弃风弃光也是丰宁抽水蓄能电站的一大本领。北京冬奥会、冬残奥会期间，张家口地区的风电、光伏电能被源源不断地输送到各个场馆。然而，风能、太阳能等新能源受到自然因素影响，呈现随机性与波动性。“冬奥会开幕式及很多赛事在夜间举行，那个时间没有阳光，风力也不稳定，需要通过放水发电，保障冬奥场馆稳定运行。等到用电负荷小、风力大的时候，又可以抽水蓄能。”何一纯介绍。作为张北柔性直流电网的重要环节，丰宁抽水蓄能电站帮助其将张家口地区的清洁电能输送到各个冬奥场馆，助力实现100%绿电供应。据统计，2022年北京冬奥会、冬残奥会期间，丰宁抽水蓄能电站投运的1号、10号机组共抽水启动107次、发电启动94次，消纳新能源1.15亿千瓦时、发电8300万千瓦时。据估计，2024年丰宁抽水蓄能电站完全建成投产后，每年将节省标煤量48万吨，减少二氧化碳排放130万吨，推动华北地区的能源清洁低碳转型。

 

 

 

随着风电、光伏发电的大规模开发，为缓解风光发电与用电负荷的不匹配、降低弃风弃光率，近年来国内不少省份在风电、光伏发电项目开发建设申报方案中，被要求“配套建设一定比例的储能设施或提供相应的调峰能力”。“特别是在远距离传输的特高压线路中，建设适当规模的抽水蓄能电站，可以充分发挥其独有的快速反应特性，有效防范故障风险，防止事故扩大和系统崩溃。”赵日升说。中国电力建设集团有限公司党委书记、董事长丁焰章表示，发展抽水蓄能，提升电力系统灵活调节能力，是构建以新能源为主体的新型电力系统的关键手段，有利于保障传统能源有序退出，实现新能源大规模安全可靠替代，推动绿色低碳发展。“相比于其他储能方式，抽水蓄能具有设备寿命长、储能规模大、转换效率高、技术成熟、清洁环保等特点，更适宜大规模开发。”何一纯说。数据显示，截至2022年底，我国抽水蓄能电站装机规模约4579万千瓦。国家能源局2021年9月发布的《抽水蓄能中长期发展规划(2021—2035年)》(以下简称《规划》)提出，到2025年，抽水蓄能投产总规模6200万千瓦以上;到2030年，投产总规模1.2亿千瓦左右。尽管发展空间巨大，但由于存在价格机制不完善、相关政策落地执行较慢等问题，未来要推动抽水蓄能的健康稳定发展，还需要进一步改革电价制度和管理体制。2021年4月发布的《国家发展改革委关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》指出，要坚持并优化抽水蓄能两部制电价政策，健全抽水蓄能电站费用分摊疏导方式，并强化抽水蓄能电站建设运行管理。《规划》也指出，要完善抽水蓄能价格机制，明确市场化调峰资源建设。“未来，随着抽水蓄能规模不断扩大、运营管理制度更加完善，将更有利于构建以新能源为主体的新型电力系统，助力‘双碳’目标实现。”何一纯说。