从北京驱车向北，出怀柔，进入河北省承德市丰宁满族自治县境内，连绵的群山和碧绿的河水交相辉映，使人应接不暇。在南距北京市180公里、东南距承德市170公里处，世界在建最大抽水蓄能电站——河北丰宁抽水蓄能项目建设正紧锣密鼓地推进。3月26日，丰宁抽水蓄能电站首台主进水阀顺利完成吊装就位，意味着这座历史性工程取得了新的进展。
随着我国能源转型的推进，抽水蓄能正扮演着日益重要的角色。中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司（以下简称“北京院”）党委书记、董事长，中国水电工程学会电网调峰与抽水蓄能专委会秘书长郝荣国接受记者采访时指出，抽水蓄能电站就像一个“用水做成的巨型充电宝”，在电网负荷低谷时将电能转化为水的势能储存起来，负荷高峰时再将水能转化为电能，在新型电力系统中发挥调峰、填谷、调频、调相、储能及事故备用等作用，促进大规模风电和太阳能发电的入网消纳，保障电力系统安全稳定运行，助力我国早日实现“碳达峰”“碳中和”。
最优储能路
推动区域绿色发展
随着风电和太阳能等可再生能源发电装机占比的不断提高，我国将形成以新能源为主体的新型电力系统，而新能源的随机性、波动性，决定了新能源并网规模越大，综合平衡调节的需求就越大。“研究表明，当系统新能源电量占比达到10%时，系统调节需求将随新能源占比的提高而陡增。”郝荣国表示，为了保障电力系统的安全稳定运行，需要大量的调节和储能电源。
“在所有储能方式中，抽水蓄能最成熟、最具经济性，具有大规模开发潜力。”郝荣国告诉记者，抽水蓄能电站启停时间短、调节速度快，在电力系统中可承担调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等特殊功能，调峰填谷运行具有双倍调节能力，是技术成熟、运行可靠且最经济的大规模调节电源和储能电源。因此抽水蓄能是构建以新能源为主体的新型电力系统的重要组成部分。
近年来，我国抽水蓄能建设进程大幅提速，其中，丰宁项目是一座重要的“里程碑”。据北京院副总经理严旭东介绍，丰宁抽水蓄能电站总装机容量3600MW，具有周调节性能，安装12台单机容量300MW的水泵水轮机，其中2台为交励磁变速机组，建成后将成为世界上最大的抽水蓄能电站。电站总投资约184亿元，可拉动地方GDP约552亿元～736亿元，平均每年约50亿元～66亿元。
“丰宁抽水蓄能电站的供电范围为京津及冀北电网，将和十三陵等先期建设的抽水蓄能电站及其他调峰电源一起，共同解决京津及冀北电网调峰能力不足，以及配合风电和光伏等新能源上网消纳等问题。”严旭东说。同时，根据电网需求，电站还可承担系统调频调相、负荷备用和紧急事故备用等任务，维护电网安全、稳定运行。
“丰宁抽水蓄能项目有着巨大的经济、社会和环境效益。”严旭东向记者表示，丰宁抽水蓄能电站施工期所需劳动力平均人数3600人、高峰人数4600人，将显著带动就业、投资和产业发展，并通过人口集聚拉动消费。同时，为工程建设服务，还将创造较大的交通、仓储、餐饮住宿、旅游等第三产业劳动力就业机会，提供各类就业岗位约4000余个。此外，电站建设可改善当地交通和生活基础设施，使土地升值，还将提供大量的清洁能源，减少碳排放，环境效益显著。
此外，根据初步研究成果，该电站建成并网后，可增加电网对风电、太阳能等清洁能源的消纳能力1000万千瓦以上，将有力支撑“外电入冀”战略实施，破解“三北”地区弃风、弃光困局，促进新能源产业的发展。“同时，依托上下水库形成美丽的景观资源，使当地成为旅游胜地，带动当地商业、旅游业配套发展，成为推动区域绿色发展的重要抓手。”郝荣国向记者表示。
砥砺五十载
“超级充电宝”作用凸显
作为解决新能源消纳问题的重要路径，抽水蓄能的作用在近年来获得了越来越多的重视。回溯我国抽水蓄能发展的历史，不难发现，我国对抽水蓄能的研究历程已走过半个世纪。而早在20世纪90年代，抽水蓄能的标志性项目已经为我国经济社会带来巨大效益。
公开资料显示，在20世纪90年代初，正值北京严重缺电，高峰时缺近100万千瓦，“拉闸限电”的现象时有发生。为此，时任国务院总理李鹏曾发出“拉闸限电不得人心”的感叹。面对高峰期电力的短缺，建立抽水蓄能电站的计划逐渐提上日程。
1991年春，北方依然春寒料峭。著名的北京十三陵风景区里，在时任国务院总理李鹏的见证下，十三陵抽水蓄能电站正式开工。尽管彼时，由于土建、防渗等工程经验欠缺，加上当地山势陡峭、地质条件复杂，工程建设中遇到不少技术困难，但设计和施工人员并没有放慢项目推进的步伐，从1992年3月上水库主坝填筑完成，到1995年8月3日蓄水、1996年12月发电、1998年正式竣工，不到7年时间，这座历史性工程就屹立在北京的西北郊，成为保障北京电网安全运行的“最后一根火柴”。
从20世纪90年代的“十三陵”，到在建世界第一的“丰宁”，在我国抽水蓄能发展史上的一座座里程碑的背后，始终活跃着一支为项目勘测设计默默付出的队伍——中国电建北京院。“北京院始建于1953年，是大型综合性勘测设计研究单位，也是国内最早从事抽水蓄能电站技术研究的勘测设计单位。”郝荣国介绍说。
事实上，早在20世纪60年代，该院就成功设计了我国第一座抽水蓄能电站——河北岗南混合式抽水蓄能电站。经过50多年的积累，北京院掌握了抽水蓄能规划、设计及工程总承包等一大批关键核心技术，建立了一整套技术标准体系，培养了一大批专业技术骨干人才。
郝荣国表示，迄今为止，在抽水蓄能电站规划设计方面，北京院完成了东北华北7省区多轮次抽水蓄能规划选点工作；拥有北方寒冷冰冻、多泥沙地区抽水蓄能电站勘测设计的技术经验；掌握了沥青混凝土和钢筋混凝土面板全库防渗设计以及岩溶地区水库防渗设计，竖井式进/出水口的水力设计、体型布置和大PD值高压钢岔管设计，复杂地质条件下超大地下洞室的开挖支护设计和厂房防振动设计，长斜井（深竖井）导井反井钻机施工技术；开展了700m级和高水头大容量抽水蓄能机组选型、机组稳定性和输水发电系统调节保证设计，大型交流励磁变速抽水蓄能机组的系统需求和机组关键技术，TBM技术在抽水蓄能电站地下洞室中应用的关键技术等国际先进技术的工程应用研究。近两年，还开展了利用矿洞/矿坑建设抽水蓄能的技术研究、全功率变频机组在抽水蓄能中的应用研究等并取得了突破性的成果。
与此同时，北京院还在抽水蓄能行业技术标准方面不断突破，主编完成了《抽水蓄能电站设计规范》《抽水蓄能电站经济评价规范》等行业技术标准以及《抽水蓄能电站工程技术》等专著，形成了一整套抽水蓄能电站勘测设计的核心技术标准和理论成果，代表着我国抽水蓄能电站建设的最高勘测设计水平。
郝荣国告诉记者，北京院在抽水蓄能领域创造了多个国内或世界第一：岗南抽水蓄能电站，国内首座安装抽水蓄能机组的工程；十三陵抽水蓄能电站，国内第一座上水库采用钢筋混凝土全库盆防渗；琅琊山抽水蓄能电站，第一个在岩溶地区修建非全库盆防渗上水库；张河湾抽水蓄能电站，国内首次采用沥青混凝土复式断面进行上水库全库盆衬砌；西龙池大型抽水蓄能电站，国内设计水头最高和首座在严寒地区采用改性沥青混凝土面板全库盆防渗；文登抽水蓄能电站，国内首次成功应用TBM隧洞掘进技术；丰宁抽水蓄能电站，世界装机规模最大且国内首次安装交励磁变速机组……
在北京院等一大批研究、设计、施工团队的努力下，我国抽水蓄能发展日益发挥了应急超级“充电宝”的作用，技术和规模不断取得突破。目前，我国抽水蓄能电站装机容量世界第一，未来抽水蓄能将继续加快发展。我国抽水蓄能电站建设规模持续扩大，目前在运装机3179万千瓦、在建装机5243万千瓦，是全球抽水蓄能电站规模最大的国家，已建成投产的30余座电站运行稳定，在保障电力安全、推动新能源健康发展中发挥了至关重要的作用。
助力碳中和
产业瓶颈亟须突破
虽然近年来我国抽水蓄能发展迅猛，装机规模不断扩大，但截至目前，抽水蓄能占电源总装机比重仅为1.4%，仍无法满足新能源快速发展的需求。未来在“碳达峰”“碳中和”目标的引领下，我国抽水蓄能建设步伐还将进一步加快，发展前景十分广阔。
郝荣国表示，“十四五”期间，我国将大力推动在建抽蓄电站按期投产，加快已纳入规划、条件成熟的抽蓄电站开工，加快被纳入中长期发展规划项目的前期工作。初步预计，“十四五”期间抽水蓄能年度投产规模约500万千瓦~600万千瓦，5年内新开工规模在3000万千瓦~4000万千瓦。
为实现“到2030年中国风电、太阳能总装机达到12亿千瓦以上，非化石能源消费占比达到25%左右”的总体目标，抽水蓄能电站的建设规模需要不断加大。不过，从目前来看，我国抽水蓄能电站的健康发展仍然存在一些瓶颈。郝荣国指出，一方面，抽水蓄能电站电价机制尚不完善，抽水蓄能建设和运行成本无法通过合理电价机制向电源侧和用户侧传导，电网企业承担压力过大；另一方面，我国各行业规划自成体系，未协调统一，致使不少优越的抽水蓄能站址资源受生态红线制约，限制了抽水蓄能电站站址选择。
为此，郝荣国表示，为促进抽水蓄能电站发展，要做好抽水蓄能电站科学规划及合理布局，既要适度超前，也要科学合理，尽量压低全社会用电成本。同时，需要尽快出台抽水蓄能电站电价政策，合理疏导抽水蓄能建设和运行成本。他提出，进一步完善抽水蓄能电站价格形成机制，积极推动抽水蓄能电站参与电能量、辅助服务等竞争性电力市场，通过市场回收成本、获得收益。
随着能源结构转型和“碳达峰”“碳中和”目标的提出，势必要求风电光伏及与之匹配的抽水蓄能电站的装机规模增加，进而对国土资源的利用提出新要求。郝荣国建议，国家相关部门需要协同做好国土空间规划，协调好新能源和抽水蓄能发展与国土资源利用及生态环境保护的关系，因地制宜地探索研究划出“新能源开发建设生态保护功能区”等方式，更好地解决发展和保护的关系，助力“双碳目标”的实现和能源结构的转型。
来源：中国改革报《能源发展》周刊
