我國抽水蓄能電站的發展與規劃布局

郝榮國

安徽滁州瑯琊山之巔的抽水蓄能電站上水庫。攝影/王家國/CFP

我國抽水蓄能電站的區域規劃布局

抽水蓄能電站如何布局和規劃是一個需要全面和動態研究的問題，其在電網中的合理比重，主要取決于電網負荷水平、負荷特性、電源組成以及電力系統安全穩定運行等。

日本是目前抽水蓄能電站發展最快、裝機容量最多的國家，其抽水蓄能電站建設規模始終根據電網總體經濟最優確定，占裝機總容量的比例也一直保持在10%左右。日本學者曾用規劃論方法分析，認為抽水蓄能機組在電網中的比例在8%～14%比較合理。

國內有專家學者認為，從我國目前的電源構成和布局看，抽水蓄能電站的比重達到5%基本符合我國國情。

依據現有能源政策，根據對我國部分電網2020年及2030年電源優化配置分析，不同電網電源最優配置方案中抽水蓄能電站占全網比例見右表。

我國部分電網電源優化配置分析表

湖南長江黑麋峰抽水蓄能電站攝影/賀琛/CFP

由上表可以看出，僅從電源優化配置方面分析，在我國以火電為主的電網，抽水蓄能電站的合理規模應在電力總裝機的6%～10%之間，而水電比重較大的電網，其合理規模應在4%～7%之間。

隨著經濟社會的發展及對供電質量要求的提高，經濟發達國家抽水蓄能電站已從主要作為能量存儲的工具（調峰填谷）逐步發展成為主要用于電力系統靈活的動態管理工具。隨著我國經濟社會發展、經濟結構調整和人民生活水平的提高，用電側的要求在不斷提高；隨著風電、太陽能發電及核電的發展，電源側的調控更加復雜，因此，電力系統對抽水蓄能電站在電網中所占比重的要求會更高。

影響蓄能電站區域規劃布局的因素

抽水蓄能電站在電網中配置的比例及站址選擇的位置需要從以下幾個方面考慮：

一、電源結構我國能源資源布局不均衡，全國電網以火電為主，但不同區域電源構成有較大差異，西南水電較豐富，“三北”地區風能資源較好，東南沿海一帶核電配置較多。由于能源資源分布與電力需求市場呈逆向分布，電力資源主要集中在經濟不甚發達的西部地區，用電負荷主要集中在經濟比較發達而能源短缺的東部地區，這樣的現實決定了未來我國電力發展必須堅持“一特四大”的發展戰略，即：積極發展以特高壓電網為骨干網架的堅強電網，促進大水電、大煤電、大核電、大型可再生能源基地的建設。大型核電、水電、太陽能和風電基地的集約化開發，將帶來電網調峰和電網運行調控方面的一系列問題，因此，需要根據區域電源結構的不同，配置不同比例的抽水蓄能電站。

二、區域經濟發展我國地域廣大，各地區、各省（區）電網所在地區經濟發達程度不同，由此影響到負荷特性也有較大的差別。從目前我國已建和在建抽水蓄能電站布局分析，蓄能電站主要分布在華南、華中、華北、華東、東北等以火電為主、經濟相對發達的地區。這些地區經濟發展較快，電力負荷和峰谷差增加迅速，用電高峰時段，在短時間內負荷增加的幅度大，增加速率快，完全依靠火電機組適應這種負荷變化難度較大，也不經濟。因此，在這些地區需要建設一定比例的蓄能電站。

三、電網安全隨著特高壓電網建設和全國聯網工程的推進，電力資源優化配置的范圍將進一步加大，抽水蓄能電站已不只是在局部電網發揮作用，而是在區域電網及跨區互聯電網中發揮互補性整體作用。

電網規模越大，保證電網穩定和安全運行就愈重要，一旦出現事故，造成的損失也越大。比如2003年美國、英國、瑞典、丹麥和意大利五個經濟發達國家相繼出現的大面積停電事故，這些事故說明，除要求加強電網建設即統一調度外，都強調要保證電網有足夠的快速啟動的備用容量。抽水蓄能電站的快速反應和調頻、調相，尤其是黑啟動等功能，可以對電網的穩定和安全運行起重要作用。

四、國家智能電網建設國家電網公司2009年上半年提出了建設智能電網的計劃。智能電網是以堅強網架為基礎，以通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，包含電力系統的發電、輸電、變電、配電、用電和調度各個環節，覆蓋所有電壓等級，實現“電力流、信息流、業務流”的高度一體化融合，是堅強可靠、經濟高效、清潔環保、透明開放、友好互動的現代電網。通過其建設來實現提高電網大范圍優化配置資源能力，實現電力遠距離和大規模輸送，滿足經濟快速發展對電力的需求。

智能電網的建設目標要求電網本身具有高度的靈活性、適應性、安全性和經濟性。這樣就需要在電網中配置一定數量能夠快速響應的調節和事故備用電源，以應對電源側（核電、太陽能和風電、水電等）和用電側（用戶的隨機用電需求）的不穩定性對電網造成的沖擊。

抽水蓄能站址選擇的影響因素

影響抽水蓄能電站站址選擇的因素很多，主要包括地理位置、水頭、地形地質、環境和水庫淹沒等方面。

一、距離負荷中心的距離抽水蓄能電站主要的工作任務為削峰填谷、調頻、調相等，因此蓄能電站一般多分布在負荷中心或電源中心附近。根據對國內近90座抽水蓄能電站相關資料的統計分析，抽水蓄能電站站址距離負荷中心或電源中心67.9%不超過100km，近93%不超過200km，超過200km的不到7%。從調度、潮流和送出工程等方面來考慮，抽水蓄能電站站址距負荷中心或者電源中心一般不宜超過200km。

二、距高比距高比是指蓄能電站上、下水庫水平距離與垂直高度的比值，該比值可大致說明抽水蓄能電站引水建筑物的相對長度。我國抽水蓄能電站的距高比集中分布在2～7之間，占總數的70%。一般來說，距高比越小，電站引水系統長度和投資越小，對電站指標較有利，但是距高比值和電站投資之間關系不是很敏感，如果距高比值太小往往也會對電站布置產生不利影響。

三、水頭段我國抽水蓄能電站利用水頭主要集中在300m～600m之間，占總數的62.9%。一般來說利用水頭越高，相同出力所需的流量就越小，所需上、下水庫庫容就小，從土建工程量來看，水頭越高越有利，但對投資影響不明顯。

但若水頭過高，給機組制造帶來一定困難。從目前的蓄能機組制造技術來看，單級蓄能機組水頭在700m以下，在制造技術上基本上沒有問題。

四、主體工程投資通過對我國已經建成的11座抽水蓄能電站主體工程的統計資料分析，可以得出如下規律：

上水庫的選擇對抽水蓄能電站的經濟性影響最大，要優先選擇不需要全庫盆防滲的上水庫。要選擇地形條件有利于形成庫盆、而不是主要靠筑壩圍成上水庫。

下水庫的選擇對抽水蓄能電站的經濟性有相當影響，應選擇含沙量低，不需要筑攔沙壩的下水庫；利用已建水庫作下水庫時要重視綜合利用水庫在水量分配(包括經濟補償)及水庫調度上的協調。

水道系統的選擇，關鍵是看圍巖的工程地質條件是否允許采用鋼筋混凝土襯砌。對于補水較困難的地區，圍巖的滲漏性會影響高壓管道襯砌型式的選擇。

廠房條件只要地質條件滿足基本要求，選址時不必過多考慮。但對于地質條件比較復雜，特別是構造比較多的地下廠房，有可能會對電站投資產生一定影響。

機電設備投資對抽水蓄能電站的經濟性影響不大，但選址時泥沙對水泵水輪機磨蝕的影響，以及上、下水庫水位變幅對機組穩定性的影響等因素仍應重視。

五、環境影響抽水蓄能電站的水頭較高，上、下水庫庫容較小，輸水系統和廠房一般布置在地下，因此，其對自然環境的影響比常規水電站要小。蓄能電站在施工過程中會對環境問題產生一定的影響，但通過采取相關工程措施，可以避免或減少對環境的影響。蓄能電站建成后，通過對渣場等的治理，一般還可以提升當地的環境質量。如十三陵、天荒坪、廣蓄、泰安等抽水蓄能電站的上、下水庫均以成為旅游景點，有的渣場已經改建為公園。

由于抽水蓄能電站的位置大多靠近負荷中心和大城市，因此，在選點時應高度關注其與周圍環境等敏感區域的協調問題，應盡量避開風景名勝區、自然保護區等敏感區域。

六、建設征地和移民安置抽水蓄能電站建設征地與移民和常規水電比相對較少，根據對我國已建和在建的11座抽水蓄能電站的資料統計，電站平均征用耕地0.91畝/MW，移民0.68人/MW，此兩項指標均比較小，建設征地和移民安置工作相對易于解決。

我國蓄能電站設計和施工技術水平

通過近30年來建成的一批抽水蓄能電站的實踐，我國抽水蓄能電站的建設在設計和施工等方面積累了豐富的經驗，在技術上取得了豐碩的成果。

上、下水庫全庫盆防滲是抽水蓄能電站區別于常規水電站，最有特色的水工建筑物之一。上、下水庫型式我國已經成功實踐了多種方案，包括全庫防滲、局部防滲。全庫防滲又包括鋼筋混凝土全庫防滲，瀝青混凝土全庫防滲，鋼筋混凝土和瀝青混凝土組合防滲，鋼筋混凝土和土工膜組合防滲等多種型式。有些防滲技術處于世界先進水平。

在大型地下洞室的建設上，廣州抽水蓄能電站寬21m的大型地下廠房采用噴錨支護，其支護參數在國內外同類工程中是比較先進的。天荒坪蓄能電站地下廠房也是采用噴錨支護，并根據巖石和地質構造條件局部使用了預應力錨索，廠房支護設計和施工也是很成功的。西龍池抽水蓄能電站，利用預應力錨索，解決了在水平底層中開挖大跨度地下廠房的先例。瑯琊山成功建成了以III類圍巖為主并有大規模IV～V石變巖帶的地下廠房。工程實踐證明，我國在建設大型地下廠房方面已經有了豐富的成功經驗。

在巖壁吊車梁設計方面，廣蓄電站廠房400噸天車和天荒坪電站廠房500噸天車均采用巖壁吊車梁，利用巖壁錨桿支撐，澆筑鋼筋混凝土形成巖壁吊車梁，取代傳統的柱式支承吊車梁，既減少廠房寬度，節約投資，又縮短了工期。我國已完全掌握了巖壁吊車梁的設計理論和施工技術。

在高壓引水洞的襯砌方面，已經成功的實踐了鋼板襯砌和鋼筋混凝土襯砌方案，解決了大型鋼岔管的現場制安和混凝土岔管的施工問題。

經過幾十年的工程實踐，我們既有在零下40多度的寒冷地區的建成的工程，也有在高溫地區建成的工程；既有在水量充沛地區建成的工程，也有在缺水地區建成的工程；利用水頭段從一百多米到七百米。這些成功的經驗為我國今后抽水蓄能電站的布局選點和工程建設奠定了堅實的基礎。

結論與建議

一、社會經濟的發展需要適當增加蓄能電站的規模

隨著我國社會經濟結構的調整和人民生活水平的提高，用電側對電網的要求越來越高；隨著大容量火電機組和核電機組的投產，太陽能和風電等間歇性可再生能源的高速發展和大規模并網，電源側的不確定性和隨機性對電網的沖擊會越來越大；隨著跨區域大規模長距離高等級電力輸送規劃的逐步實施，電網的安全保障問題會越來越突出；智能電網建設的目標又要求電網具有高度的安全性、靈活性、適應性和經濟性。抽水蓄能電站的特性注定其將成為解決上述問題的有效手段之一，電網中配置合適比例的抽水蓄能電站是非常必要的。

二、國內設計施工技術水平能夠保證蓄能電站的建設發展

我國抽水蓄能電站建設雖然起步較晚，但以往大規模常規水電建設積累了一定的經驗，而近十幾年來又引進了國外的先進技術和管理經驗，使我國抽水蓄能電站有了較高起點。近30年來抽水蓄能電站的建設實踐表明，我國在蓄能電站的設計、施工和運行管理等方面積累了豐富的經驗，很多技術在世界上也是領先的，這為我們大規模開展抽水蓄能電站建設奠定了堅實的基礎。

三、對于抽水蓄能電站的爭議在于如何對其建設和運營

抽水蓄能電站產生于西方資本主義社會，歷時近百年還在蓬勃發展，這本身就說明其具有極強的生命力和在電網中有不可替代的技術經濟作用，這一點毋庸質疑。現在國內對抽水蓄能電站還存在爭論，爭論的焦點不在于其本身的作用，而在于如何建設和運營管理它。這說明我們在整個大系統中如何使用它，如何發揮它的技術和經濟作用等方面研究還不夠，相關政策還有需要完善的地方，尤其是在經濟利益的協調方面還有分歧。因此建議對抽水蓄能電站的建設體制、運行管理模式和電價政策等方面進行研究，為抽水蓄能電站的健康有序發展提供保障。

四、建議探討和研究的問題

建議探討建設“風電+蓄能”、“核電+蓄能”、“火電+蓄能”聯合電廠的可行性，以實現能量儲存、降低煤耗、節能減排等綜合效益。

建議研究“電網控股，非電源方參股”的建設體制。

建議加快推進抽水蓄能電站在電網中事故備用、調頻、調相、黑啟動和儲能作用等輔助服務的經濟補償機制，研究出臺抽水蓄能承擔調峰容量及其輔助服務的交易機制，以共同承擔電力系統輔助服務責任。