








摘要:資源評價是資源開發的重要基礎。為了對中國抽水蓄能站點資源稟賦進行量化評價,揭示抽水蓄能站點資源分布規律,采用統計分析方法,基于452個抽水蓄能項目數據,從地理分區和行政分區兩個維度,以單位千瓦靜態投資為指標,提出了抽水蓄能站點資源稟賦分區分級量化評價方法,對站點資源稟賦進行量化評價。研究發現:一方面抽水蓄能資源稟賦與地形、地質和水源條件高度相關;另一方面以地級行政區為顆粒度對抽水蓄能資源進行分區評價,在數據方面具有代表性,在操作方面具備可行性。研究結果分級量化評價了不同區域的抽水蓄能站點資源稟賦,可用于分類指導抽水蓄能電站的選址和開發。評價方法及其成果對支撐建立健全抽水蓄能標桿容量電價,助力進一步完善兩部制電價機制,促進行業降本增效,助力電力系統的綠色低碳轉型和“雙碳”目標的實現具有重要意義。
關 鍵 詞:抽水蓄能; 資源稟賦; 分級量化評價; 標桿容量電價; 地理分區
中圖法分類號: TV743;TV212.1 文獻標志碼: A
DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2025.03.001
0 引 言
抽水蓄能是當前技術最成熟、經濟性最優、最具大規模開發條件的電力系統綠色低碳清潔靈活調節電源,與風電、太陽能發電、核電、火電等配合效果較好[1]。抽水蓄能是重要的新能源基礎設施,加快發展抽水蓄能是構建新型電力系統的迫切要求,是保障電力系統安全穩定運行的關鍵支撐,是可再生能源大規模發展的重要保障,也是實現“雙碳”目標的關鍵一環。2021年4月,國家發展改革委印發《關于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》(發改價格〔2021〕633號)[2],對電價形成機制、費用分攤疏導機制等各方關切的問題都進行了明確的規定。2021年9月,國家能源局印發《抽水蓄能中長期發展規劃(2021—2035年)》[3],提出抽水蓄能中長期發展目標、重點任務及保障措施等。電價機制和行業規劃的發布,指導中國抽水蓄能電站進入蓬勃發展的新階段。截至2023年底,中國抽水蓄能電站在運規模突破5 000萬kW/4億kWh,核準在建總規模約1.8億kW/11億kWh[4],核準在建規模與全球已建抽水蓄能規模基本相當[5]。
抽水蓄能優質站點資源條件是行業能夠高質量發展的物質基礎。抽水蓄能選址涉及多方面因素,尤其需要比較好的地形地質條件,主要包括高差適中(300~700 m)、活動構造不發育,地形、巖性、水源、交通條件好[6-11]。
本文采用統計分析方法,基于452個抽水蓄能項目樣本,從地理分區和行政分區兩個維度,以單位千瓦靜態投資為指標,構建相應的量化評價模型,開展抽水蓄能站點資源條件評價。研究結果可為量化評價不同區域的抽水蓄能站點資源提供科學依據,可用于指導抽水蓄能站點的選址和開發建立,為完善兩部制電價機制、建立區域標桿容量電價提供理論支撐,促進行業降本增效,助力實現中國電力系統綠色低碳轉型。
1 抽水蓄能資源分布特點
1.1 國際概況
在國際上,抽水蓄能電站選址的重要因素同樣是優質的地形、地質和水源條件[12-15]。以全球抽水蓄能發展較好的國家和地區為例,美國能源部評估結果顯示,美國本土的抽水蓄能電站資源多分布在落基山脈(Rocky Mountains)和阿巴拉契亞山脈(Appalachian Mountains),這些區域高差明顯,適合構建高效的抽水蓄能系統[12](圖1);水源方面,美國的抽水蓄能電站通常依靠河流和湖泊提供穩定的水源。歐洲的抽水蓄能電站主要集中在阿爾卑斯山脈和斯堪的納維亞半島等地[13-14],這些地區不僅地形落差大,而且水資源豐富,適合建設抽水蓄能電站,能夠滿足電站的運行需求。日本地處環太平洋地震帶,地形多山且地質條件復雜,其抽水蓄能電站多選址于地質穩定、落差大的山區,利用自然的地形落差和充沛的降水資源,實現高效能的發電和調峰[15]。
1.2 國內情況
中國的抽水蓄能資源分布也具有顯著的地理區域特征。東北地區資源集中于長白山、大興安嶺和小興安嶺;華北地區主要分布在燕山、太行山、陰山和泰山;華中地區則以大別山和羅霄山為主;華東地區的浙閩丘陵和江南丘陵地帶擁有豐富的資源,尤其是浙江和福建。南方地區的兩廣丘陵及云貴高原,這些省份站點資源也十分富集。西南地區(本文中的西南地區主要指四川省、重慶市、西藏自治區三地,下同)的四川省、重慶市和西藏由于地形起伏大,站點資源豐富。西北的陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆則因地形和水源條件限制,資源集中在局部區域。總體而言,各地區資源條件與地形、地質、水資源條件高度一致[6-11,16]。
1.3 主要影響因素
(1) 地形條件。抽水蓄能電站的地形條件主要體現在地形落差上。電站需要選擇具有一定高度差的地形,以便布置上、下水庫和輸水發電系統。主要包括:① 落差。理想的選址應具備顯著的地形落差,在相同的庫容條件下可以存儲更多的能量。此外,還能有效降低水輪機尺寸,提高電站經濟性。② 距高比。抽水蓄能樞紐工程中,輸水系統建設成本通常對總成本有很大的影響,在落差一致的情況下,距高比小的成本更低。③ 開挖庫容比。開挖庫容比越小,意味著形成單方調節庫容所需的開挖工程量越小,成庫條件越好,相應的投資也更低。④ 交通工程條件。交通工程占整個電站投資的15%左右,是僅次于輸水發電系統、上下水庫的分項工程,地形對交通工程投資也有較大影響。
(2) 地質條件。地質條件對抽水蓄能電站的影響主要表現在地質穩定性和巖土工程特性上。主要包括:① 地質穩定性。電站選址必須避開地質災害多發區,如斷裂帶、滑坡區和泥石流頻發區等。穩定的地質條件是電站經濟性的保證,更是建設、運行安全的基礎。② 巖土特性。巖石類型和土質特性決定了工程施工的難度和成本。區域良好的巖土特性一是有利于水庫和輸水發電系統的建設運行,反之則影響全生命周期成本與安全;二是可以降低防滲工程造價。
(3) 水源條件。水源條件是另一個至關重要的因素,關系到電站的初期蓄水和長期運行補水需求。① 水源穩定性和充足性。抽水蓄能電站需要可靠的水源來滿足初期蓄水需求,并在運行期間補充因蒸發和滲漏造成的水量損失,水源的穩定性和充足性直接影響電站的長期穩定運行。② 可獲取性。水源的權屬、使用權限及環境保護限制也是選址時必須考慮的因素。電站需要合法獲取水源,同時必須遵守相關環境保護法規,以避免對生態環境造成負面影響。
如青海省某抽水蓄能電站,裝機規模240萬kW,但單位千瓦靜態投資達到6 096元,明顯高于120萬kW抽水蓄能電站,主要是因為該電站距高比達到11.3,庫容開挖比達到93%,且上、下庫均需建設副壩、全庫盆防滲,地形地址條件相對較差。再如山東省某抽水蓄能電站,距高比1.26,遠小于大多數抽水蓄能電站,但是由于額定水頭僅有239 m,單位千瓦靜態投資也高達6 007元。河南省某抽水蓄能電站距高比為3.2,額定水頭也比較合適,為682 m,該電站單位千瓦靜態投資為5 104元,為該區域最低之一。四川省某抽水蓄能電站,距高比5.3,額定水頭378 m,但是由于上水庫地形過于陡峭,交通工程量較大,導致其交通工程單位千瓦靜態投資接近600元,是2023年所核準電站平均單位千瓦靜態投資(346元)的1.7倍以上。
地形地質條件既影響抽水蓄能站點成立與否,又影響電站經濟性。水源條件主要影響抽水蓄能站點的成立與否,其對電站的經濟性影響相對可控、并不顯著。根據《中國可再生能源工程造價管理報告2023年度》[17],中國2023年核準的49座抽水蓄能電站中,13座需單獨修建補水工程,投資額在1 400萬~2億元區間,多數在5 000萬元左右。影響補水系統投資的主要因素是抽水蓄能項目與水源之間的距離及水源集水方式。如某抽水蓄能電站補水工程距水源12 km,需要單獨建造輸水隧洞、長距離鋪設管道及修建維護道路,同時取水口位置需筑壩集水,導致投資較高。雖然補水工程投資整體不高,但整體而言,水源條件已經成為制約西北等干旱缺水地區抽水蓄能站點成立與否的核心制約因素。
綜上所述,地理條件對抽水蓄能站點資源的影響是多方面且決定性的。通過搜集國內一定數量抽水蓄能站點資料,建立量化模型,以不同地理區域分布為基礎評估地形、地質和水源條件對抽水蓄能站點資源條件的影響。在此基礎上,根據不同行政區域內的資源稟賦,謀求推動建立區域標桿容量電價。研究成果對完善兩部制電價,促進區域優質站點資源開發和行業降本增效,鼓勵合理控制成本、提升建設管理水平、技術進步創新、充分發揮效益,發揮電價政策引導作用,推動抽水蓄能行業健康有序發展具有重要意義[18-22]。
1.4 技術可開發量
中國幅員遼闊,地形高低起伏變化明顯,山地、高原和丘陵約占陸地面積的70%,抽水蓄能電站的建設條件得天獨厚[16]。根據普查,中國抽水蓄能站點資源約為16億kW/100億kWh,相當于全國常規水電技術可開發量的2倍多,是目前世界抽水蓄能全部已建規模的近9倍;綜合考慮歷次選點規劃和中長期規劃成果,中國已納入規劃和儲備的抽水蓄能站點資源總量約8.23億kW/50億kWh[16,23]。
隨著抽水蓄能中長期發展規劃項目布局優化調整以及中小型抽水蓄能選點規劃等工作相繼啟動,抽水蓄能站點技術可開發量將隨著工作的深入得到滾動調整[4]。
1.5 資源分布特點
中國抽水蓄能資源條件與山川地形分布呈現高度一致的現象。
(1) 東北地區資源集中分布在長白山脈,以及大、小興安嶺。
(2) 華北地區集中在燕山山脈、太行山脈、狼山-陰山山脈、泰山山脈、昆崳山脈。
(3) 西北地區集中在秦嶺、大巴山、阿爾金山-祁連山、天山山脈、阿爾泰山脈和昆侖山脈。
(4) 華中地區集中在大別山區、羅霄山脈。
(5) 西南地區抽水蓄能分布在四川盆地邊緣、岡底斯山-念青唐古拉山和喜馬拉雅山之間的雅魯藏布江谷地。
(6) 華東、南方地區,浙閩、兩廣等省區抽水蓄能主要集中在浙閩丘陵和兩廣丘陵。云貴地區均以山地為主,區域內的抽水蓄能資源也十分豐富。
(7) 東北平原、華北平原、黃淮平原、兩湖平原、長江中下游平原等平原地帶受地形限制,抽水蓄能站點資源比較匱乏。
(8) 浙閩、兩廣沿海一帶地層較新、構造運動相對較弱,山地的海拔一般在1 000~1 500 m之間,組成山地丘陵的巖石70%以上是花崗巖和火山巖。丘陵區域地形地質條件好、水源條件好,造價在全國屬于較低水平。越往中國北部尤其是西北部,區域構造穩定條件相對復雜,同時降雨量也在逐步減少,電站單位建設成本呈逐漸增加的趨勢。
總體來說,中國抽水蓄能建設條件以華東、南方地區最好,華中、華北、東北次之,西南、西北地區相對一般[16]。
2 資源稟賦分級量化方法
2.1 量化依據
單位千瓦靜態投資是抽水蓄能站點資源條件最有效的表征。抽水蓄能建設取決于多方面的因素,包括地理位置,地形、地質條件,建設征地移民安置、生態環境,以及工程建設方案等,這些因素最終都會體現到工程建設成本之中,為抽水蓄能電站的開發提供決策依據。
根據NB/T 35034—2014《水電工程投資估算編制規定》[24]《水電工程費用構成及概(估)算費用標準(2013版)》(可再生定額〔2014〕54號)[25]、NB/T10968—2022《水電工程勘察設計費計算標準》[26]等規范的要求,抽水蓄能電站各階段的建設成本均可以進行量化評價,為進一步量化抽水蓄能站點資源稟賦提供了重要基礎。
2.2 研究分區
根據項目開發建設管理體系、電網運行實際、地理特征,本文以區域電網分區為主,兼顧地理分區與行政分區。其中,區域電網分為東北、華北、華中、華東、南方、西南、西北共7個區域;地理分區以大型山脈山系為主,不考慮不具備抽水蓄能建設條件的平原、盆地等,主要包括秦嶺、大興安嶺、喜馬拉雅山脈、橫斷山脈、兩廣丘陵、天山山脈等大型山脈山系;行政分區需要統籌考慮其與地理分區的代表性,顆粒度太粗則一個區域內會有多種類別的抽水蓄能站點資源稟賦,顆粒度太細則行政分區數量太多,導致單個行政分區類別內的抽水蓄能項目數據過少,不具有代表性,因此行政分區的顆粒度為地級行政區(地級市、自治州等)。
2.3 指標體系構建
根據相關規范,建設成本考慮樞紐工程建設費用、建設征地移民安置補償費、獨立費用、基本預備費、價差預備費、建設期利息6個方面的費用。其中,樞紐工程建設費用占據總體建設成本的大頭,平均占比約7成[22],也是地形地質條件、水源條件優劣的最直接體現。而且除樞紐工程建設費用和建設征地移民安置補償費外,其余費用主要以費率的方式計取,隨著上述兩項費用的變動而變動。進一步,為排除建設規模對成本的影響,采用正在開展前期工作項目的單位千瓦靜態投資作為站點資源稟賦的量化指標。
在單個站點資源稟賦的量化研究的基礎上,通過地理區域和行政區域的加權平均分別得到區域抽水蓄能站點資源稟賦量化評價指數。該指數越大,表明該區域抽水蓄能資源稟賦條件越差。
2.4 數據獲取、處理與分析
(1) 數據獲取。為保證數據的準確性、時效性、有效性,對于同一個項目,本研究數據來源優先級如下:項目可行性研究報告>預可行性研究報告>項目規劃報告。獲取的數據類型包括項目名稱、建設成本、該建設成本對應的價格水平年、項目裝機規模、項目進展、項目連續滿發利用小時數、項目開發建設任務、海拔高度、項目建設方式(純抽水蓄能或者混合式抽水蓄能)、樞紐工程主要建筑物、所屬電網、所屬地理分區、所屬行政分區等。
(2) 數據處理。為排除個別項目的特殊性對整體數據的影響,數據處理標準如下:① 為降低價格水平年的影響,暫不考慮價格水平年在2020年1月之前的數據;② 統籌考慮目前項目的規模,暫不考慮連續滿發利用小時數大于10 h的數據。
(3) 數據分析。從地理分區與行政分區兩個維度對抽水蓄能站點資源稟賦量化評價指數進行分析。
2.5 量化評價結果
部分山脈山系覆蓋范圍大,區域內地形地質、水資源條件迥異,抽水蓄能站點資源稟賦存在較大差異,以整個山脈山系為顆粒度,無法有效評價該區域抽水蓄能站點資源稟賦。因此,考慮以地級行政區為顆粒度進行資源稟賦劃分,評價結果詳見表1。
3 區域分布及資源條件分析
3.1 東北區域
(1) 地理區域分布。東北地區包括黑龍江、吉林、遼寧以及內蒙古東部。東北地區整體屬于濕潤半濕潤區,水資源充沛,確保了抽水蓄能的水源條件。該區域的主要山脈如圖2所示,有長白山、大興安嶺和小興安嶺等,構成了理想的抽水蓄能站點選址條件。長白山山脈呈西南—東北走向,貫穿東北三省,為黑龍江省和遼寧省等地提供了優質的站點資源,目前已建抽水蓄能電站3座(黑龍江省荒溝、吉林省白山、遼寧省蒲石河)、核準在建7座(黑龍江省尚志,吉林省敦化、敦化塔拉河、蛟河,遼寧省大雅河、太子河、莊河)。
大興安嶺和小興安嶺分別呈西南—東北和西北—東南走向,貫穿內蒙古和黑龍江省的部分地區,目前核準在建抽水蓄能電站1座(內蒙古芝瑞)。此外,遼寧省的燕山山脈余脈也為朝陽、葫蘆島等地提供了抽水蓄能建設的可能性,目前核準在建抽水蓄能電站2座(遼寧省朝陽龍王廟、葫蘆島興城)。
(2) 行政區域分布。東北區域抽水蓄能站點資源主要分布在黑龍江省的哈爾濱、牡丹江、七臺河、雙鴨山、伊春、鶴崗,吉林省的吉林市、延邊、白山和通化,以及遼寧省的撫順、本溪、丹東、營口、大連、朝陽、葫蘆島,內蒙古呼倫貝爾、興安盟、通遼、赤峰、錫林郭勒等地區。
(3) 區域特點。東北地區煤炭、新能源、抽水蓄能站點資源都十分豐富,具備建設大型風光水火儲清潔能源基地的條件,可供電華北區域。
3.2 華北區域
(1) 地理區域分布。華北地區包括河北省、北京市、天津市、山西省、山東省、內蒙古西部等地。華北地區除內蒙古西部地區降水量少于400 mm為半干旱區域,其余主要為溫帶季風氣候,年降水量在400~1 000 mm左右,水資源充沛。該區域的主要山脈如圖3所示,有太行山脈、燕山山脈、陰山山脈、呂梁山脈,以及魯中南丘陵和膠東丘陵等,抽水蓄能站點選址條件相對較優。太行山脈貫穿山西,西側山勢陡峭、落差大,適合抽水蓄能項目的建設,目前已建抽水蓄能電站2座(河北省張河灣,山西省西龍池),核準在建10座(河北省邢臺、靈壽、阜平、易縣,山西省垣曲、垣曲二期、絳縣、蒲縣、盂縣上社、渾源)。燕山山脈橫貫河北省、北京市、天津市部分地區,提供了豐富的抽水蓄能站點資源,目前已建抽水蓄能電站2座(北京市十三陵,河北省潘家口混合式)、核準在建6座(河北省尚義、豐寧、隆化、灤平、遷西、撫寧)。陰山山脈貫穿內蒙古西部,目前已建抽水蓄能電站1座(內蒙古呼和浩特)。山東省的抽水蓄能資源主要集中在魯中南丘陵和膠東丘陵,目前已建抽水蓄能電站3座(山東省泰安、沂蒙、文登)、核準在建3座(山東省泰安二期、山亭、濰坊)。
(2) 行政區域分布。內蒙古西部地區降水量少于400 mm,為半干旱區域,抽水蓄能項目既需要考慮山的因素,也需要考慮水的因素,主要分布在陰山山脈的巴彥淖爾、包頭、呼和浩特等地。河北省承德、張家口、秦皇島、唐山市、保定、石家莊、邢臺、邯鄲等有站點;北京房山、昌平,天津薊州亦有站點;山西省忻州、陽泉、晉中、長治、晉城條件較優,大同、朔州,呂梁山脈的太原、呂梁、臨汾、運城條件一般;山東省濟南、泰安、淄博、濰坊、棗莊、臨沂、日照、煙臺、威海等亦有站點資源。
(3) 區域特點。華北地區抽水蓄能資源較為豐富,抽水蓄能主要作用為服務區域電力保供、增強新能源消納能力,接受區外送電的安全保障。
3.3 華中區域
(1) 地理區域分布。華中地區包括河南省、湖北省、湖南省、江西省等地,屬于亞熱帶季風氣候區,具有四季分明、降水充沛的特點,尤其是夏季降水集中,通常水源條件不制約抽水蓄能站點。該區域的主要山脈如圖4所示,有太行山脈、伏牛山、桐柏山、大別山、武當山、巫山、羅霄山、武陵山、雪峰山、武夷山等,抽水蓄能站點選址條件相對較優。太行山、伏牛山、武當山依次由北至南貫穿河南西部,站點資源豐富,目前已建抽水蓄能電站3座(河南省寶泉、天池、回龍),核準在建5座(河南省林州弓上、輝縣九峰山、鞏義后寺河、洛寧、汝陽)。大別山位于鄂豫皖三省交界,站點資源較好,目前已建抽水蓄能電站2座(湖北省白蓮河、天堂),核準在建5座(河南省五岳,湖北省平坦原、黑溝、魏家沖、紫云山)。羅霄山脈目前已建抽水蓄能電站1座(湖南省黑麋峰),核準在建6座(湖南省平江、汨羅、攸縣、炎陵,江西遂川,湖北省大幕山)。雪峰山目前核準在建抽水蓄能電站3座(湖南省桃源、安化、辰溪)。此外,華中區域還有其他小山系亦分布有一定規模的站點資源。
(2) 行政區域分布。河南省安陽、鶴壁、新鄉、焦作、濟源、鄭州、許昌、洛陽、三門峽、平頂山、南陽、駐馬店、信陽均有一定規模的站點資源。湖北省黃岡、孝感、咸寧、十堰、襄陽、恩施、宜昌等地均分布有站點資源。湖南省常德、懷化、益陽、岳陽、長沙、株洲、衡陽、郴州等地站點資源豐富。江西省宜春、吉安、贛州、上饒等地站點資源豐富。
(3) 區域特點。華中區域各省抽水蓄能資源分布比較均勻,抽水蓄能主要作用為服務省內電力保供,增強新能源消納能力,接受區外送電的安全保障。
3.4 華東區域
(1) 地理區域分布。華東區域包括安徽省、江蘇省、浙江省、福建省、臺灣省,主要屬亞熱帶季風氣候區,降水充沛,水資源不制約站點資源。該區域的主要山脈如圖5所示,有江南丘陵、江淮丘陵、浙閩丘陵,以及大別山、天目山、天臺山、雁蕩山、武夷山等著名山脈山系,構成了理想的抽水蓄能站點選址條件。黃山以及天目山、四明山、仙霞嶺、天臺山、雁蕩山等群山所在的浙閩丘陵地帶站點資源豐富,目前典型已建抽水蓄能電站10余座(浙江省天荒坪、長龍山、桐柏、仙居、溪口,安徽省績溪、響水澗等,福建省仙游、周寧、永泰)、核準在建20余座(浙江省天臺、永嘉、松陽、柯城、磐安等,安徽省寧國、寧國龍潭、績溪家朋、休寧里莊等,福建省古田溪混合式、廈門、永安、仙游木蘭等)。臺灣省中央山脈地形地質條件較好,目前已建大型抽水蓄能電站2座(明湖、明潭)。
(2) 行政區域分布。安徽省六安、安慶、滁州、池州、黃山、宣城和蕪湖等地資源相對較優。江蘇省地勢較平,抽水蓄能站點資源稀少,少量分布于江淮丘陵地帶的徐州、懷安,以及江南丘陵地帶的鎮江、常州、無錫。浙江號稱“七山二水一分田”,嘉興、紹興、寧波、臺州、溫州、麗水、衢州、杭州、湖州等地抽水蓄能站點資源十分優越。福建省素有“八山一水一分田”之稱,抽水蓄能站點資源也十分優越,分布于福州、廈門、莆田、三明、泉州、漳州、南平、龍巖、寧德。臺灣省的抽水蓄能站點資源主要集中在中央山脈,資源較優。
(3) 區域特點。華東區域的抽水蓄能資源分布不均,浙江省、福建省、安徽省資源條件較好,江蘇、上海資源稀缺,宜加強區域互濟。華東區域主要作用為服務區域電力保供,增強新能源消納能力,接受區外送電的安全保障。
3.5 南方區域
(1) 地理區域分布。南方區域主要包括廣東省、廣西自治區、云南省、貴州省、海南省等地,屬于熱帶和亞熱帶季風氣候區,降水量充沛,水資源不制約站點資源。該區域的主要山脈如圖6所示,有兩廣丘陵、云貴高原各山脈、橫斷山脈、五指山脈等。其中,兩廣丘陵尤其是廣東省附近地形、水源、電力負荷條件均較好,目前典型已建抽水蓄能電站6座(廣東省廣州、惠州、清遠、深圳、梅州一期、陽江一期)、核準在建10余座(廣東省岑田、梅州二期、浪江、中洞、水源山、汕尾三江口、電白,廣西來賓、南寧、灌陽、玉林、欽州、貴港、百色)。云貴高原山脈山系眾多,雨水充沛,站點資源豐富,目前在建抽水蓄能電站4座(貴州省黔南、貴陽,云南省富民、祿豐)。五指山脈雨水充沛,地形較優,有一定站點資源,目前已建抽水蓄能電站1座(海南省瓊中)。
(2) 行政區域分布。廣東、廣西位于兩廣丘陵地帶,地形地質條件好,水源條件好。廣東省的廣州、韶關、深圳、江門、茂名、肇慶、惠州、梅州、汕尾、河源、陽江、清遠、潮州、揭陽、云浮,廣西的南寧、柳州、桂林、梧州、防城港、欽州、貴港、玉林、百色、賀州、河池、來賓、崇左等地抽水蓄能資源條件都相對較好。云南省水源豐沛、地形有利,在昆明、曲靖、玉溪、保山、昭通、麗江、臨滄、楚雄、紅河、文山、大理、怒江等地都有較好的資源條件。貴州省號稱“天無三日晴,地無三尺平”,地形地質與水源條件兼備,貴陽、六盤水、遵義、安順、畢節、銅仁、黔西南、黔東南、黔南等地的建設條件均較好。海南省站點資源主要集中在五指山脈附近的三亞以及瓊中等地。
(3) 區域特點。南方區域各省(自治區)的抽水蓄能的資源條件均較好,主要作用為服務省內電力保供,服務核電站,增強新能源消納能力,接受區外送電的安全保障。
3.6 西南區域
(1) 地理區域分布。西南區域包括四川省、重慶市、西藏三地,區域內雨水充沛,水資源不制約站點資源。該區域的主要山脈如圖7所示,主要有巫山、大巴山、邛崍山、橫斷山脈、喜馬拉雅山脈等,站點資源豐富。橫斷山脈典型在建抽水蓄能電站2座(四川省兩河口混合式、道孚)。巫山核準在建抽水蓄能電站2座(重慶市建全、菜籽壩)。喜馬拉雅山脈和岡底斯山脈區域新能資源富集,已建抽水蓄能電站1座(西藏羊卓雍措)。
(2) 行政區域分布。四川省除成都平原外,均有豐富站點資源,主要包括巴中、廣元、綿陽、德陽、成都、雅安、阿壩、甘孜。重慶市巫山山脈沿線區域站點資源豐富。西藏地處高原,區內地形高低起伏、變化明顯,水資源相對豐富,拉薩、日喀則、昌都、林芝、山南、那曲、阿里等地都有站點資源。
(3) 區域特點。西南地區常規水電、新能源、抽水蓄能站點資源都十分豐富,抽水蓄能和水電可以作為新能源基地的骨干電源,具備建設大型流域水風光一體化清潔能源基地的條件,可供電華東、華中、南方區域。
3.7 西北區域
(1) 地理區域分布。西北區域主要包括陜西省、甘肅省、青海省、寧夏、新疆等,主要屬于溫帶大陸性氣候區,干旱半干旱氣候特征顯著,水資源成為抽水蓄能站點資源的重要限制性因素。該區域的主要山脈如圖8所示,主要有秦嶺、大巴山、賀蘭山、六盤山、祁連山、阿爾金山、巴顏喀拉山脈、昆侖山脈、阿爾泰山、天山山脈等,但從地形條件而言,站點資源相對豐富。秦嶺、大巴山兼具地形與水源優勢,站點資源豐富,目前核準在建抽水蓄能電站6座(陜西省山陽、曹坪、鎮安、佛坪、沙河,甘肅省黃龍)。賀蘭山具有地形優勢,但是水源相對匱乏,目前核準在建抽水蓄能電站2座(寧夏牛首山,內蒙古烏海)。祁連山脈與賀蘭山類似,目前核準在建抽水蓄能電站5座(甘肅省黃羊、皇城、永昌、張掖、玉門)。天山也與賀蘭山類似,目前核準在建抽水蓄能電站3座(新疆阜康、哈密、和靜)。阿爾金山也與賀蘭山類似,目前核準在建抽水蓄能電站1座(新疆若羌)。阿爾泰山地形條件較優,水源充沛,目前核準在建抽水蓄能電站1座(新疆布爾津)。
(2) 行政區域分布。陜西省商洛、安康、漢中資源條件較好,渭南、寶雞也有一定的資源。寧夏資源主要分布于中衛和吳忠。甘肅省酒泉、張掖、金昌、武威、蘭州、定西、天水、隴南具備建設條件。青海省資源主要分布于海西、海南、果洛等。新疆受地形和水源條件限制,站點資源分布比較集中,主要分布于哈密、吐魯番、烏魯木齊、昌吉、阿克蘇、巴音郭楞、克孜勒蘇、柯爾克孜、喀什、和田、阿勒泰、伊犁、博爾塔拉等地的部分地區。
(3) 區域特點。西北等地新能源資源非常豐富,但抽水蓄能站點資源受地形和水資源條件限制。可以因地制宜,結合抽水蓄能站點選點布局,并建設一定規模的火電,具備布局建設沙戈荒大型風光火儲清潔能源基地的條件,可供電華北、華中、華東、南方區域。
4 結論和建議
加快發展抽水蓄能是構建新型電力系統的迫切要求,是保障電力系統安全穩定運行的關鍵支撐,是可再生能源大規模發展的重要保障,是實現“雙碳”目標的關鍵一環。抽水蓄能站點資源是抽水蓄能電站開發建設基礎條件,開展抽水蓄能站點資源稟賦條件量化評估,對推動建立健全抽水蓄能價格機制、促進優質站點資源開發、引導行業降本增效具有關鍵支撐作用,對促進抽水蓄能行業健康有序發展具有重要意義。
(1) 首次基于超過450座抽水蓄能項目數據,采用統計分析的方法,從行政分區和地理分區兩個維度,以單位千瓦靜態投資為指標,量化評估了全國的抽水蓄能資源稟賦條件。從地理分區來看,抽水蓄能站點資源與地理分區呈現高度的相關性,具有適宜地形條件以及豐富的水資源的地區,抽水蓄能站點資源條件越是優質,反之亦然。從行政分區來看,以地級行政區為顆粒度,對抽水蓄能資源進行分區評價,在數據方面具備較好代表性,在操作方面具備可行性。
(2) 從地理分區來看,整體而言,地形高陡、地質穩定且水量豐富的地區,抽水蓄能資源稟賦非常優質,單位千瓦靜態投資在5 000元/kW左右,如云貴高原、兩廣丘陵、南嶺、羅霄山脈、武夷山脈、閩浙丘陵、巫山等區域。西北部地區雖然地形地質條件好,但是由于缺乏水源,需要建設補水工程,因此抽水蓄能資源稟賦較差,單位千瓦靜態投資超過6 000元/kW,包括天山山脈、祁連山山脈等。而山東和東北、華北部分區域由于地形地質原因,資源稟賦相對較差,包括膠東丘陵、燕山山脈、長白山山脈等。另外還有部分地區由于位于高寒高海拔地區,導致建設成本增加,資源稟賦也相對較差,如橫斷山脈、念青唐古拉山脈、喜馬拉雅山脈等。其余地區抽水蓄能站點資源稟賦介于二者之間,單位千瓦靜態投資在5 000~6 000元/kW。
(3) 從行政分區來看,以地級行政區為顆粒度可以很好地區分各地區的抽水蓄能站點資源稟賦條件。最優的是福建省南平、寧德、莆田,貴州安順、黔西南,正在開展前期工作的項目單位千瓦靜態投資低于5 000元/kW;其次是廣東全省,以及浙江、廣西、貴州、福建等省份的部分地級行政區,單位千瓦靜態投資在5 000~5 500元/kW之間;再其次是重慶全市,東三省、河北省、山東省、內蒙古、安徽省、江蘇省等省份的部分地級行政區,單位千瓦靜態投資在5 500~6 000元/kW之間;第四是寧夏全區,天津全市,黑龍江省、遼寧省、山東省、山西省、新疆、青海省、甘肅省、陜西省、西藏等省份的部分地級行政區,單位千瓦靜態投資在6 000~6 500元/kW之間;資源最差的是北京全市,遼寧省、山東省、山西省、內蒙古、新疆、甘肅省、陜西省的少部分地級行政區,單位千瓦靜態投資超過6 500元/kW。
(4) 近中期應根據負荷特性、電網構架,在優化抽水蓄能項目布局的前提下,結合抽水蓄能站點資源分布特點,進一步推動抽水蓄能標桿容量電價。抽水蓄能標桿容量電價對完善兩部制電價,促進區域優質站點資源開發和行業降本增效,鼓勵合理控制成本,提升建設管理水平,技術進步創新,充分發揮效益,充分發揮電價政策激勵和傳導作用,推動抽水蓄能行業健康有序發展,助力電力系統實現綠色低碳轉型和“雙碳”目標具有重要意義。
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(編輯:鄭 毅)
Resource evaluation and distribution characteristics of pumped storage hydropower sites in China
HAN Dong1,ZHENG Jing1,ZHOU Li1,CUI Zhenghui1,HE Guojian
(China Renewable Energy Engineering Institute,Beijing 100120,China; 2.Department of Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China; 3.State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering,Beijing 100084,China)
Abstract: Resource evaluation is a critical foundation for its development.This study aims to conduct a quantitative evaluation and reveal the distribution patterns of resource of pumped storage hydropower (PSH) sites in China to promote its high-quality development.In this paper,a statistical analysis approach is employed to develop a quantitative evaluation method for assessing the resource endowment of pumped storage hydropower station sites.Using data from 452 PSH projects or sites,the analysis considers both geographical and administrative divisions,with static investment per kilowatt as the key metric.The proposed method is applied to quantitatively evaluate the resource endowment of PSH sites across China.The study finds that the resource of PSH sites is highly correlated with topographical,geological,and water conditions.Additionally,using prefecture-level administrative divisions as the granularity for regional evaluation of pumped storage resources assumes both representative and feasible.The results provide a graded and quantitative evaluation of the resource endowment of PSH sites across different regions.These findings can guide the classification and development of site selection for PSH projects,support the establishment of benchmark capacity electricity price,and contribute to refining the two-part tariff system.These findings is significant for reducing costs and increasing efficiency in the industry,promoting the high-quality development of China′s PSH sector,and advancing the green and low-carbon transition of the power system,which is crucial for achieving the nation′s carbon peak and carbon neutrality goals.
Key words: pumped storage; resource endowment; graded quantitative assessment; benchmark capacity electricity price; geographical partition
收稿日期:2024-07-09 ;接受日期:2024-10-09
基金項目:國家自然科學基金長江水科學研究聯合基金項目(U2040214);中國水力發電工程學會“青年人才托舉工程”項目(CSHE-YESS-2023018);2022年中國電建集團科技項目(DJ-ZDXM-2022-06)
作者簡介:韓 冬,男,正高級工程師,博士,主要從事水電和抽水蓄能研究。E-mail:hand02@qq.com
通信作者:周 力,男,工程師,博士,主要從事水電和抽水蓄能研究。E-mail:zhoulithu@163.com
Editorial Office of Yangtze River. This is an open access article under the CC BY-NC-ND 4.0 license.