新時代下水電企業如何助力 “雙碳”目標實現

陳志剛 陳乙嘉

摘要：“碳達峰、碳中和”目標與愿景是我國為扭轉全球氣候變化嚴峻形勢、改變我國單一能源結構、保障國家能源安全所提出的戰略決策。水電企業作為傳統的清潔能源大戶，應大力發展節能技術、清潔能源技術、可再生能源技術，優化產業結構，構建多能互補體系[1]，建設一系列源網荷儲、風光水儲工程，充分發揮常規水電站的調節性能，增強區域電網的新能源消納能力。本文將從水電企業在實現“雙碳”愿景中的意義、基于水電的多能互補的積極探索和水電企業助力“雙碳”目標實現的有效措施等三個方面進行研究探討，為水電企業助力“雙碳”目標實現提供參考。

關鍵詞：碳達峰;碳中和;水電企業;多能互補

2020年9月22日，習近平總書記在聯合國大會一般性辯論上代表中國做出了碳達峰、碳中和的莊重承諾，中國切實履行氣候變化、生物多樣性等環境相關條約義務，秉持人類命運共同體理念，承擔與中國發展水平相稱的國際責任[2]。

第一章 水電企業在實現“雙碳”愿景中的意義

1.1各清潔能源的發展前景

現階段我國發展的清潔能源主要包括核電、光伏、風電和抽蓄等，其中核電有著單機容量大、運行成本低等優勢，在進一步改善運行工況、探索安全運行下核電參與電網二次調頻的同時，核電有部分取代火電的發展趨勢;光伏則由于取之不盡、可利用量巨大的特點成為人類解決常規能源匱乏、枯竭的最有效途徑;風電因功率輸出的不穩定，目前還不具備成為獨立能源的條件;抽蓄作為目前技術最為成熟的靈活性電源，加快抽蓄發展是可再生能源大規模并網和構建以新能源為主體的新型電力系統的迫切需求。

1.2水電是高比重可再生能源電網的關鍵

在“碳達峰、碳中和”的背景下，大規模新能源并網迫切需要大量調節電源提供優質的輔助服務。已有多項研究表明，水電所具有的調頻容量大、調頻能力強等優點，是保證含高比重可再生能源電網安全穩定運行的關鍵。現階段，我國電力系統的主力調頻電廠逐漸由上世紀單一的火力發電廠加入了由一定調節能力的水力發電廠，并配合新建的抽水蓄能等儲能設施以增強電網的調頻能力和新能源消納能力。

第二章 積極探索基于水電的多能互補

2.1基于水電的多能互補的意義

再電氣化是實現“雙碳”愿景的有效途徑，即建設“清潔替代”、“電能替代”的高效能源體系。由于高比例新能源、電力電子裝備廣泛接入，降低了電力系統的轉動慣量等，對電力系統的安全控制、生產模式等都產生了根本性的影響。在工程應用領域應重點攻關高效率低成本的新能源發電、虛擬電廠、源網荷儲和多能互補協調運營、綜合能源系統等技術

基于水電的多能互補是指利用現有水電機組，統籌風、光、抽蓄等各類新能源規劃、設計、建設，并合理配置儲能，增加本地電源支撐，調動負荷響應能力，以強化電源側的靈活調節作用、優化能源結構，降低對大電網的調節支撐需求并確保電源基地持續送電的可靠性。基于水電的多能互補，在合理配置儲能的基礎上可以充分發揮常規水電站的調節性能，通過增強新能源消納，有利于加快能源轉型，促進能源領域與生態環境協調可持續發展。

2.2基于水電的多能互補建設

充分依托梯級水電站出色的調峰、調頻作用，圍繞風光水一體化、風光水蓄儲一體化和區域多能互補等方面開展以水電為中心的多能互補建設工作，打捆各水電流域周邊的光伏及風電，統籌匯集送端新能源電力，優化配套儲能規模，在努力實現新能源就地互補、減輕電力系統調峰壓力的基礎上，依托現有110kV、220kV線路在一定區域內實現新能源互補。

其中綜合技術、成本和效益等各方面考量，現階段對于水電企業來說光水蓄儲一體化較為容易實現，即利用水電站有效的調節能力平滑光伏發電出力的隨機性特征，配套抽蓄或者儲能，使光伏能夠安全并網消納，減少棄光。

2.2.1基于水電的多能互補（光伏）

光伏方面可以利用各水電企業的大壩壩頂、廠房屋頂和建筑屋頂配置配置分布式光伏系統或利用閑置土地建設大型并網光伏電站。綜合考慮采用不蓄電并網光伏發電系統或蓄電并網光伏發電系統，其中蓄電并網光伏發電系統有獨立工作和并網工作兩種模式，當電網斷電時，仍可在短時間內向重要負載輸送電力。該系統具有更大的靈活性，適應性較強，但是其造價和運行成本較高[3]。

并網方面，逆變器采用最大功率跟蹤（MPPT）技術最大限度將直流電（DC）轉變成交流電（AC），輸出符合電網要求的交流電能，經過交流升壓、配電設備與電網連接[4]。根據光伏項目方案和當地脫硫煤電價，考慮采用380V低壓并網、就地消納或10kV甚至110kV全額上網。

2.2.1基于水電的多能互補（儲能）

儲能對于新能源消納具有重要意義，新能源+儲能已成為發展趨勢，可著重考慮抽水蓄能和電化學儲能相結合。至2020年底，電化學儲能的裝機規模達3.28GW，占已投運儲能裝機的9.2%。各水電企業應開展水光儲聯調的相關研究，研究“光伏+電化學”儲能對常規水電機組參與電網調頻的積極影響，利用電化學儲能出眾的能量轉化效率及電力電子逆變技術響應的瞬時性，改善光伏發電出力的隨機性對常規水電機組造成的調頻負擔，避免因光伏、風電就地并網造成常規水電機組響應電網調頻需求增加、轉動部分振擺度增大、導槳葉頻繁開關，影響機組的使用壽命。

在抽水蓄能方面，由于低流量、高水頭是抽水蓄能電站的基本要求，各水電企業可以勘察常規水電沿江流域的地理條件，以各常規水電站流域庫區作為抽水蓄能電站下庫，尋找合適地點（水頭達600m至700m左右）作為抽水蓄能電站的上庫，建設300MW*4裝機的大型抽水蓄能電站或150MW*2裝機的小型抽水蓄能電站，該方案由于不需要建設抽水蓄能電站下庫，不但能大大減小投資成本，還能通過水情預測、合理調度，配合常規水電以達到充分節水增發的目的。

水電企業在投資、建設、運營抽水蓄能項目方面有很大的先天優勢，抽水蓄能電站機組使用的混流式水泵水輪機與大多數常規水電機組類似，對現有的常規水電運行、檢修人員稍加培訓即可上崗工作。在常規水電汛期滿發期間對抽水蓄能電站機組進行A、B修及各項電氣高壓試驗，已達到現有水電檢修人員的合理利用。

2.2.1基于水電的多能互補（風電）

由于風電對水電企業來說存在一定的技術壁壘，應重點考慮以參股的方式打捆各水電站沿江流域及當地周邊的風電，通過配套的儲能建設，對庫區流域周邊現有的新能源實現就地互補，推動電源端清潔替代，提升區域清潔能源多能互補水平，減輕送受端系統的調峰壓力。

第三章 水電企業助力“雙碳”目標實現的有效措施

3.1發揮人才隊伍優勢是助力“雙碳”目標的重要基石

水電企業助力“雙碳”實現應充分發揮水電運行、檢修和集控調度的人才隊伍優勢。一是要員工深刻認識我國“碳達峰、碳中和”戰略目標的重要意義和作用，高度重視、提高站位，積極投身于水電多能互補、源網荷儲等項目的研究與建設之中;二是要積極引導員工拓展學習人工智能、大數據和物聯網等新興技術，鼓勵員工開展基于水電的虛擬電廠、多能互補協調運營方面的研究;三是要健全工作項目激勵機制，通過對項目推進程度、日常工作態度和協調溝通難度進行考核，充分發揮員工的主觀能動性。

3.2鼓勵先進技術創新是助力“雙碳”目標的首要途徑

通過先進技術創新，構建適應大規模新能源并網的電力系統，推進源網荷儲的深度融合，攻關大容量高安全儲能、高效率新能源發電材料、寬禁帶電力電子元件，是助力“雙碳”目標實現的首要途徑。水電企業應將基于常規水電的多能互補作為方向，努力開展多能互補集控平臺、多能互補生產云APP建設和水光儲數據價值挖掘，利用數字化技術，打通風光水儲項目中各不同環節的信息壁壘，在一定范圍內聚合可調節資源的海量信息，使整個基于水電的多能互補系統“可感、可知、可控” 。

3.3推動企業轉型升級是助力“雙碳”目標的必經之路

在“雙碳”目標的背景下，進行轉型升級是水電企業的必經之路，也是水電企業實現改革發展的重要機遇。水電企業應把握新型電力系統發展的歷史機遇，參與投資建設小型抽蓄、光伏和風電等多種電源，將單一的水電企業發展成為集風、水、光、儲和抽蓄為一體的新型電力企業，提升區域內新能源的消納水平并改善地區的能源結構，以助力“雙碳”目標的實現。

結語

水電作為我國能源產業結構中的重要一環，在“雙碳”的大背景下，水電企業應以增強新能源消納能力、保障電網安全穩定運行為取向，積極探索適合水電的多能互補策略，發揮人才隊伍優勢、鼓勵工程技術創新。水電企業應不畏艱難、勇往直前，推動企業轉型升級的同時，摸索以水電為主體的區域新型電力系統建設，為實現“雙碳”愿景貢獻屬于水電企業的強大力量。

參考文獻

[1]程云鶴，董洪光.中部地區崛起的能源需求及碳達峰路徑研究[J].中國工程科學，2021，23（01）：68-78.

[2]劉衛東.“中國碳達峰研究”專欄序言 [J].資源科學，2021，43（04）：637-638.

[3]劉滔.貴港供電局光伏建筑一體化項目優化設計研究 [J].能源與節能，2014，（07）：79-81.

[4]蔣凡.新街光伏電站電氣設計的研究和應用[D].昆明理工大學，2015，（04）.