流域水風光多能互補清潔能源基地發(fā)展情況淺談

李雨抒 李衛(wèi)兵 鄧友漢 蔣定國 汪磊

摘 要：從源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的政策環(huán)境出發(fā)，結(jié)合我國水風光的資源分布和發(fā)電情況，分析將大型流域水電站周邊一定范圍內(nèi)的光伏、風電就近接入水電站匯集打捆送出的優(yōu)勢，梳理了流域水風光多能互補清潔能源基地的開發(fā)原則和開發(fā)模式，分析了水風光出力互補特性。以雅礱江流域水風光多能互補清潔能源基地為例，總結(jié)典型流域水風光多能互補清潔能源基地的建設運行情況。

關(guān)鍵詞：流域；多能互補；電力保障；出力互補；新能源消納

中圖分類號：TM715 文獻標志碼：A

能源是國民經(jīng)濟的命脈，我國“十一五”“十二五”

“十三五”規(guī)劃綱要分別提出構(gòu)建穩(wěn)定經(jīng)濟清潔的能源供應體系、安全穩(wěn)定經(jīng)濟清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系、清潔低碳安全高效的現(xiàn)代能源體系，“十四五”規(guī)劃綱要指出要加快現(xiàn)代能源體系的建設[1]。國家發(fā)展改革委提出以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作為新型能源體系的中心環(huán)節(jié)[2]，推動電力供應保障支撐體系、新能源高效開發(fā)利用體系、儲能規(guī)模化布局應用體系、電力系統(tǒng)智慧化運行體系四大體系建設[3]。在加速能源改革和供能方式多元化發(fā)展的大背景下，我國正在大力發(fā)展可再生能源，而多能互補具備優(yōu)化各類電源規(guī)模配比、提升可再生能源消納水平等多重優(yōu)勢，未來國家電源建設可以進一步推進多能互補清潔能源基地建設。

1 流域水風光多能互補清潔能源基地概念演進

1.1 國家政策環(huán)境

2020年8月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于開展“風光水火儲一體化”“源網(wǎng)荷儲一體化”的指導意見（征求意見稿）》，提出研究就近打捆新能源電力“一體化”實施方案。2021年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展的指導意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕280號），提出了源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補的實施路徑，對域（省）級、市（縣）級、園區(qū)（居民區(qū)）級源網(wǎng)荷儲一體化、風光儲一體化、風光水（儲）一體化、風光火（儲）一體化提出了具體要求，明確源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補項目規(guī)劃與國家和地方電力發(fā)展規(guī)劃、可再生能源規(guī)劃等的銜接，按照“試點先行，逐步推廣”原則，將具備條件的項目優(yōu)先納入國家電力發(fā)展規(guī)規(guī)劃。

為實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”目標愿景，國家發(fā)展改革委、國家能源局擬結(jié)合電力發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制工作，推動電力源網(wǎng)荷儲一體化和多能互補發(fā)展，這對于促進我國能源轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟社會發(fā)展，助力“雙碳”目標實現(xiàn)，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要意義。

2022年3月，國家能源局下發(fā)《關(guān)于開展全國主要流域可再生能源一體化規(guī)劃研究工作有關(guān)事項的通知》，第一次正式提出在長江流域、黃河流域、珠江流域、東北諸河、東南沿海諸河、西南主要河流和西北主要河流等七大流域開展水風光可再生能源一體化規(guī)劃，鼓勵依托主要流域水電開發(fā)，充分利用流域內(nèi)豐富且具備靈活調(diào)節(jié)能力的水電站，兼顧具有調(diào)節(jié)能力的火電，在合理范圍內(nèi)配套建設水風光多能互補綜合開發(fā)基地，實現(xiàn)水風光多能互補資源配置、規(guī)劃建設、調(diào)度運行和消納，提高水風光等可再生能源的開發(fā)經(jīng)濟性和外送通道能力，提升水風光等可再生能源的裝機規(guī)模、經(jīng)濟競爭力和發(fā)電質(zhì)量，進一步加快可再生能源大規(guī)模高比例發(fā)展進程，為后續(xù)建設流域水風光多能互補清潔能源基地打下基礎(chǔ)。

流域水風光多能互補清潔能源基地通過打包大型流域水電站周邊的光伏、風電、抽蓄等資源，實現(xiàn)將流域內(nèi)豐富且具備靈活調(diào)節(jié)能力的水電站與水電站周邊豐富的新能源資源打包建設發(fā)電。通過多能互補、規(guī)模化的形式實現(xiàn)水風光資源的優(yōu)勢互補，節(jié)省輸電線路投資，提高新能源的消納和存儲能力，是破解清潔能源高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，也是推動清潔能源大規(guī)模集中開發(fā)的重大創(chuàng)新，對助力新型電力系統(tǒng)建設具有重要的作用。

1.2 流域水風光多能互補清潔能源基地的開發(fā)條件

我國的水力資源較為豐富，水能資源蘊藏量大。根據(jù)2003年水力資源復查成果，全國水電資源理論蘊藏發(fā)電量6.1萬億kW·h，技術(shù)可開發(fā)裝機容量5.4億kW，年發(fā)電量2.5萬億kW·h，居世界第一。我國的水電資源主要分布在西南的四川、云南、西藏、貴州和重慶等五省區(qū)市，可開發(fā)容量占到全國總量的65%，其中四川和云南兩省分別占到全國總量的30%和27%，分列前兩位，主要集中于金沙江、雅礱江、大渡河、瀾滄江和怒江干流和雅魯藏布江等流域。水能作為清潔能源是我國未來能源開發(fā)的重點。

金沙江、瀾滄江、雅礱江、大渡河及黃河等主要流域不僅水能資源豐富，而且開發(fā)基礎(chǔ)好，具備開發(fā)大型水電站的條件，部分流域的大型水電站已建成投運。同時，一些流域周邊的風光等新能源資源也十分豐富，具備開展水風光一體化的天然優(yōu)勢。大型流域水電站在我國能源發(fā)展過程中具有重要戰(zhàn)略地位，在合理范圍內(nèi)配套建設一定規(guī)模的風電、光伏等新能源發(fā)電項目，充分利用大型流域水電站的靈活調(diào)節(jié)能力，實施流域水風光一體化發(fā)展，是加快可再生能源替代行動進程的重要措施。

2 流域水風光多能互補清潔能源基地的開發(fā)

2.1 開發(fā)原則

（1）生態(tài)優(yōu)先，綠色低碳。牢固樹立綠色發(fā)展理念，堅持生態(tài)優(yōu)先，盡可能減少棄水棄風棄光，同時提升送電質(zhì)量，提高綜合效益，促進資源優(yōu)化配置。

（2）科學規(guī)劃，合理布局。以科學規(guī)劃為指導，堅守安全底線，在資源條件較好、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力較好的區(qū)域，充分發(fā)揮協(xié)調(diào)互濟能力，優(yōu)先可再生能源開發(fā)利用，因地制宜地確定項目布局、結(jié)構(gòu)、規(guī)模，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置、合理利用。

（3）靈活調(diào)節(jié)，一體化融合。充分挖掘電力調(diào)節(jié)能力，不得加劇可再生能源消納矛盾。落實“一體化”項目的一體化匯集、一體化調(diào)度、一體化交易原則，通過多能互補項目協(xié)調(diào)運營和利益共享機制，力爭各類可再生能源綜合利用率保持在合理水平。

（4）創(chuàng)新發(fā)展，經(jīng)濟合理。堅持清潔能源大規(guī)模基地化開發(fā)路線，結(jié)合地理資源分布的具體特點，建設“水風光一體化”的創(chuàng)新型清潔能源基地，探索構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展思路。

2.2 開發(fā)模式

按照我國的水電和風光資源條件，一體化基地主要包括金沙江上游、金沙江下游和黃河幾字灣三種類型的應用模式。金沙江上游模式的主要特點是水電規(guī)模較大，同時具備大規(guī)模開發(fā)新能源的資源條件，在規(guī)劃設計階段，可充分考慮一體化開發(fā)方式，結(jié)合擴機、抽水蓄能建設新增外送通道。金沙江下游模式的主要特點是水電規(guī)模較大，具備一定的風光資源條件，充分利用現(xiàn)有通道，接入適量的風光，提高現(xiàn)有通道利用率。黃河幾字灣模式的主要特點是流域內(nèi)水電資源相對較少，但具備優(yōu)越的風光資源條件，可重點研究適量火電、配合大規(guī)模儲能、風光資源，建設新能源基地。

清潔能源基地一體化運行過程中，應強化自我調(diào)節(jié)，減輕系統(tǒng)壓力，優(yōu)化電源配比、發(fā)揮互補效應，保持界面相對清晰、調(diào)控獨立。

2.3 水風光出力互補特性

受制于降雨匯流的特點和水庫的調(diào)蓄作用，一般水電的出力特點是季節(jié)性波動大，但日波動較小；由于風資源的短期波動性，使得風電出力的短期波動性很大；光伏發(fā)電受氣候影響，日內(nèi)波動較大，且只在白天出力，夜間的出力為0。

水電、風電、光伏的自身出力存在季節(jié)上的互補性，聯(lián)合運行時風電、光伏在枯期對水電是有力的補充[4]。當水電站的水庫具有一定調(diào)節(jié)庫容時，水庫的蓄水可以平抑來水的短期波動。如果水風光能做到多能互補后發(fā)電，那么可以利用水電的快速調(diào)節(jié)能力彌補風電和光伏的短期波動，而風電、光伏可以為整個水風光多能互補系統(tǒng)提供電量保證。因此，若水電、風電、光伏能夠聯(lián)合發(fā)電，水電站在進行年調(diào)度時，依然可按照其原有的調(diào)度原則和方式運行；水電站在進行日調(diào)度時，則需要根據(jù)風光出力的日內(nèi)變化，根據(jù)水電站的調(diào)節(jié)能力進行日內(nèi)調(diào)節(jié)，以達到水風光互補的目的，保障發(fā)電曲線較為穩(wěn)定。

總的來說，水電站、風電場及光伏電站具備較好的年內(nèi)互補特性。水風光互補特性可歸納為：風光冬春補水枯，水庫調(diào)度平峰谷；互補合成優(yōu)質(zhì)電，打捆送出省線路。

2.4 典型流域水風光多能互補清潔能源基地的建設情況

以雅礱江流域水風光多能互補清潔能源基地為例，“十三五”期間，雅礱江流域水風光多能互補清潔能源基地納入了國家《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《太陽能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，以及《四川省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》和《創(chuàng)建國家清潔能源示范省實施方案》。目前，雅礱江流域水風光多能互補清潔能源基地已納入國家和四川省“十四五”規(guī)劃，是我國“十四五”重點建設的九個大型清潔能源基地之一。

雅礱江水系水量豐沛、落差巨大且集中，具有非常豐富的水能資源，技術(shù)可開發(fā)量3 926.8萬kW，其中干流為2 886.4萬kW，規(guī)劃水電容量約3 000萬kW，占全水系的73.5%[5]。雅礱江干流兩河口～江口是我國能源發(fā)展規(guī)劃的十三大水電基地之一，水能資源技術(shù)可開發(fā)量2 657.5萬kW，占雅礱江干流的92.1%。該河段規(guī)劃有兩河口、錦屏一級和二灘三座具有優(yōu)越調(diào)節(jié)性能的水庫，總調(diào)節(jié)庫容148.4億m3，建成后可實現(xiàn)該河段梯級完全年調(diào)節(jié)，成為全國電能質(zhì)量最好的梯級水電站之一。雅礱江干流上游目前正在進行規(guī)劃。雅礱江中游從兩河口至卡拉河段長268 km。規(guī)劃河段兩河口、牙根一級、牙根二級、楞古、孟底溝、楊房溝、卡拉“一庫七級”開發(fā)，裝機容量共1 166萬kW。雅礱江下游卡拉至江口河段已建成錦屏一級、錦屏二級、官地、二灘、桐子林五級開發(fā)，裝機容量共1 470萬kW[6]。

雅礱江流域水風光資源豐富，沿江抽水蓄能站點眾多，風電、光電年內(nèi)變化呈冬春季大、夏秋季小的特點，三者出力特性在季節(jié)上具有天然互補優(yōu)勢，可形成總規(guī)模超1億kW的水風光一體化示范基地。兩河口、錦屏一級、二灘三大控制性水庫擁有148億m3的調(diào)節(jié)庫容，可使雅礱江具備多年調(diào)節(jié)能力，利用水電優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能平抑風能、光能出力變化特性，進一步提高新能源消納能力[6]。

目前，雅礱江流域周邊的綠色清潔能源已投產(chǎn)裝機超2 000萬kW，每年貢獻清潔電力近1 000億kW·h。雅礱江流域水風光多能互補清潔能源基地已實現(xiàn)兩河口水電站與柯拉一期光伏電站的打捆送出。兩河口水電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河匯合口以下約2 km，電站正常蓄水位以下庫容101.54億m3，調(diào)節(jié)庫容65.6億m3，具備多年調(diào)節(jié)性能；電站裝機容量300萬kW，枯期平均出力103.4萬kW，年發(fā)電量為110.0億kW·h。兩河口水電站對下游梯級有較大的補償效益，可增加雅礱江下游11個梯級保證出力444.7萬kW，增加年發(fā)電量102.0億kW·h。柯拉一期光伏電站是雅礱江兩河口水電站水光互補一期項目，場址最高海拔4 600 m，裝機100萬kW，年平均發(fā)電量20億kW·h，每年可節(jié)約標準煤超60萬t、減少二氧化碳排放超160萬t。柯拉一期光伏電站通過500 kV輸電線路接入距離50 km、裝機300萬kW的兩河口水電站，實現(xiàn)光伏發(fā)電和水電的“打捆”送出。

隨著兩河口水電站的投產(chǎn)運行，兩河口水電站可以與二灘水電站、錦屏水電站形成三大控制性水庫，總調(diào)節(jié)庫容可達148億m3，三庫聯(lián)合運行可實現(xiàn)流域水電的多年調(diào)節(jié)，更好地調(diào)節(jié)風電、光電的波動，從而匯集打捆送出更多周邊的清潔能源，例如柯拉二期光伏電站、臘巴山風電站、剪子灣風電站等發(fā)電項目。除傳統(tǒng)的水風光資源外，雅礱江流域水風光多能互補清潔能源基地還規(guī)劃建設了兼具徑流發(fā)電和抽水蓄能功能的兩河口混合式抽水蓄能項目。當水風光發(fā)電無法達到電力負荷需求時，兩河口混合式抽水蓄能電站將會把存儲的水力勢能轉(zhuǎn)化為電能，補充電網(wǎng)的電力；當新能源的電力充足時，兩河口混合式抽水蓄能項目將會利用富裕的新能源電力把下庫的水抽上來，將電能轉(zhuǎn)化為水力勢能存儲起來，在水風光發(fā)電無法達到電力負荷需求時，繼續(xù)把存儲的水力勢能轉(zhuǎn)化為電能，為電網(wǎng)補充電力[7]。循環(huán)往復，新能源電力趨于優(yōu)質(zhì)，大大減輕了新能源消納的壓力，降低了棄風棄光率。

未來，雅礱江水風光一體化基地總規(guī)模可達到1億kW以上，其中水電裝機超過3 000萬kW，風電、光伏電站裝機超過6 000萬kW，抽水蓄能電站裝機超過1 000萬kW[8]。

3 結(jié)束語

“雙碳”背景下，流域水風光多能互補清潔能源基地是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐方式之一。利用流域水電站的靈活調(diào)節(jié)能力，打包流域水電站周邊的風電、光伏等新能源發(fā)電項目，大力發(fā)展和建設流域水風光多能互補清潔能源基地，這一舉措符合我國電力高質(zhì)量發(fā)展的要求，有利于提升新能源的消納和存儲能力，優(yōu)化電力系統(tǒng)的發(fā)電曲線，提高受端省份的電力保障能力，進一步提升系統(tǒng)的安全可靠性。

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Development of Clean Energy Base with Hydro-wind-solar Multi-energy Complementary Integration in River Basins

LI Yushu1，2，LI Weibing1，3，DENG Youhan1，2，JIANG Dingguo1，2，WANG Lei1，3

（1. Laboratory of Hydro-Wind-Solar Multi-energy Control Coordination，Wuhan 430014，China；2. Science and Technology Research Institute，China Three Gorges Corporation，Beijing 100038，China；3. China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：In view of source-network-load-storage integration and the policy environment of multi-energy complementary development，we summarize the resource distribution and power generation of water and wind resources in China. On this basis，we expound the advantages of integrating photovoltaic and wind power generated near large-scale basin hydropower stations into adjacent hydroelectric power stations to achieve bundled output. Furthermore，we examine the development principles and modes of clean energy bases with hydro-wind-solar multi-energy complementary integration in the basin，and analyze the complementary characteristics of hydro-wind-solar power output. Additionally，with the Yalong River Basin as a case study，we summarize the construction and operation of clean energy bases with hydro-wind-solar multi-energy complementary integration in typical river basins.

Key words：river basin；multi-energy complementary；electric power guarantee；complementary output；new energy consumption

基金項目：湖北省科技重點研發(fā)計劃項目（2022AAA007）

作者簡介：李雨抒，女，工程師，博士，主要從事電氣工程及其自動化、水風光多能互補、電力規(guī)劃設計等方面工作。E-mail：shucuocuo13@163.com