在构建以新能源为主体的新型电力系统，实现“碳达峰、碳中和”目标的新形势下，加快抽水蓄能发展已势在必行。9月9日，国家能源局正式宣布印发实施《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035）》，规划为今后中长期抽水蓄能产业发展、建设与运行提出了清晰的时间表、任务书和路线图，是指导抽水蓄能行业发展的重要指南。《能源发展与政策》从今日起特刊发能源领域部分专家的文章，以飨读者。
新型电力系统，从电源结构组成来说，“新”在以新能源为主体。未来将逐步经历化石能源电源为主导、化石能源与新能源在功能主体上各半壁江山、以新能源主体的转化过程。而风电、太阳能等新能源因其随机性、波动性、间歇性的特点，随着规模占比的逐渐增大，对新型电力系统的安全稳定运行会带来比较大的冲击，因此迫切需要建设抽水蓄能电站以提高电力系统调节能力和促进大规模新能源发展。
众所周知，抽水蓄能电站是利用低谷时其他电源（包括火电、核电、水电），特别是即将成为电力系统主角的风电、光伏的多余电能，抽水到上水库存储起来，待尖峰负荷时发电。也就是说，抽水蓄能抽水时相当于一个用电大户，其作用是把日负荷曲线的低谷填平，即实现抽水蓄能电站独一无二的“填谷”作用。通过“填谷”，使火电出力平衡，降低了煤耗，实现了碳减排；通过“填谷”，将“弃风弃电”变废为宝，实现了“绿色抽水”，提高了风电光伏资源的利用率；通过“填谷”，平抑了新能源发电出力的波动性，维护了电网的安全稳定运行。
可以说，抽水蓄能电站是优化当地电源结构的“平衡器”、提高清洁能源消纳的“调节器”和电力系统安全可靠的“稳定器”，是绿色低碳清洁的电力系统调节方式，是构建新型电力系统的保障军和强心剂。
一、绿色之能，推动能源结构绿色转型
新型电力系统为什么要以新能源为主体？这是实现“碳达峰碳中和”目标的必然选择。为实现“双碳”目标，必将倒逼能源行业以清洁低碳为方向，全面加快结构绿色转型。近十年来，我国风能、太阳能等新能源发电迅猛增长，装机占比从5%提高到24%，煤电装机比重2020年历史性降到了50%以下。预计2030年中国新能源发电装机规模将超过煤电，成为第一大电源；2060年前，新能源发电量占比有望超过50%，成为电量主体。
大规模新能源并网，对电力系统有影响吗？有！风电、光伏等新能源具有随机性、波动性、间歇性，大规模开发并网后，电力系统“双高双峰”特征日益凸显，对确保电网安全运行和电力可靠供应带来巨大挑战。
大规模新能源并网对电网的冲击，靠什么来解决呢？抽水蓄能。现阶段抽水蓄能电站是唯一兼备技术成熟、规模大、寿命长、造价低等优势的调峰储能电源，是任何其他蓄能电源所不可替代的，可显著提高新能源的消纳规模，保障电网安全稳定运行。
以呼和浩特抽水蓄能电站为例，电站装机容量1200MW，服务内蒙古电网。内蒙古电网风电大发期与供热期重叠，风电夜间大发出力远大于最低负荷，此时火电无降负荷深度调峰的能力，减少“弃风”只能依靠抽水蓄能电站。根据相关研究统计，呼和浩特抽水蓄能电站投产后，弃风率减少5%以上，弃光率减少2%以上，消纳新能源作用显著。
总体而言，在新型电力系统构建的过程中，抽水蓄能的存在，已然成为电力系统绿色转型的强心剂；抽水蓄能抽水的电，亦将逐渐由火电等化石能源过渡到新能源绿色余电，并发出高质量绿电供用户使用。从抽到发，抽水蓄能不但提升了新能源的资源利用率，而且提供了绿色环保的高峰电能，说它是绿色之能，当之无愧。
二、低碳之能，助力双碳目标实现
任何时期的电力系统，对负荷的调节需求都是非常重要的，因为电力系统的负荷变化会威胁到系统的安全稳定，严重时，会使整个电力系统发生崩溃，特别是构建新型电力系统的过程中，风电、光伏发电等新能源发电电源比例的逐步大规模提高，亟需电力系统内有一定规模的、调节性能好的调峰电源进行调节，以保证电力系统运行的安全。目前，我国大多数电力系统传统调峰电源都是以火电为主，而火电调峰，一是负荷调整速度比较慢，难以适应电力系统负荷急剧变化；二是在进行深度调峰时，发电煤耗增加较大，能耗大、不环保、碳排放大、运行不经济；三是以新能源为主体的新型电力系统中，若仍依靠火电高能耗深度调峰，不但违背了国家低碳转型的政策导向，也与“绿色火电”发展理念相悖。
抽水蓄能电站是目前唯一同时兼备削峰、填谷双重功能的大规模储能电源。抽水蓄能电站能有效地承担系统的调峰任务，从而替代了煤耗率高、发电成本贵的调峰火电机组，使系统燃料消耗减少，调峰碳减排效益明显。
另外，抽水蓄能电站在系统负荷低谷时，利用腰荷火电机组空闲容量所发出的电能作为抽水电源，从而使这部分腰荷转变成基荷，这部分火电机组能在均匀、稳定的负荷下高效率的运行，即改善了火电机组的运行条件，又提高了机组设备利用率，降低了厂用电率和煤耗率，填谷的碳减排效益同样显著。
据统计，若京津及冀北电网2030年新增抽水蓄能电站120万千瓦，电站建成后电力系统每年可节约标煤19.2万吨，减少CO2排放45.5万t、减少飞灰4.8万t。如果考虑其对整个电力系统的碳减排效果，即使仅考虑其对系统内火电的影响，也可通过节约系统煤耗，使整个电力系统能量利用率达到130%以上。
从对整个电力系统的碳减排效果来看，采用抽水蓄能电站调峰，可减少火电深度调峰次数，延长火电机组在高效率区平稳运行时间，从而有效降低系统内火电煤耗，节省燃料及减少二氧化碳排放量，降低电力系统运行成本，达到节能减排的效果。可以说，在任何时期的电力系统中，抽水蓄能电站都始终扮演着节能减排小能手的角色，称它为低碳之能，当之无愧。
三、清洁之能，引领储能创新发展
抽水蓄能电站以水为介质，通过水量循环，实现了势能和电能的转化，是先进能源技术的巨大创新应用。
抽水蓄能电站与常规水电不同，既是发电厂，又是用电户。也就是在电网用电最少的时候，通常所说的负荷低谷时段，利用电网内部消耗不掉的电能将下水库的水抽到上水库，转换成水的势能储存起来，此时抽水蓄能电站是电网内的一个用户；等到电网用电高峰的时候，通过水轮发电机发电将上水库的水放到下水库，从而完成水的势能到电能的转换，达到弥补用电缺口的目的，这个时候抽水蓄能电站是电网内的一个发电站。抽水蓄能电站通过能量转换可有效减小系统峰谷差，将系统价值低、多余的低谷电能转换为价值高、必需的高峰电能。抽水蓄能电站是以水为介质的清洁能源电源，在整个能量转换过程中不耗水，不产生污染的水。
目前，我国储能领域中，抽水蓄能是唯一的技术成熟可靠的大规模储能电源，其次为电化学储能，截至2020年底，我国已投运储能项目累计装机规模为3560万千瓦，电化学储能仅占9.2%。虽然储能电池的发展迅速，但其在生产环节，以锂电池为例，据统计平均提取每吨锂大约需要190万升水，对周围的生态系统有一定的影响；同时，在回收利用环节，储能电池中含有汞、铅等重金属物质，回收处理不当，会污染地下水和土壤，面临较大的环境影响和环境安全问题。且储能电池寿命较短，大规模的推广使用也会面临巨大的回收压力。
抽水蓄能电站通过抽水、发电运行，消纳了不稳定的新能源，发出了优质的高峰电，未产生污染的水。因此，称之为清洁之能，当之无愧。
总之，实现碳达峰、碳中和目标是党中央的重大决策部署，是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。构建以新能源为主体的新型电力系统，迫切需要通过发展储能等措施提升灵活调节和电能存储能力。作为目前公认的最安全、最稳定、最成熟、最环保、最经济的储能电源，抽水蓄能优势明显。大力发展抽水蓄能，发挥其绿色、低碳、清洁的调节作用，对于更好地服务“双碳”目标和保障新型电力系统安全，具有十分重要和深远的意义。
未来已来，以新能源为主体的新型电力系统正逐步构建，绿色低碳清洁的抽水蓄能电站，已做好准备。（作者系中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司规划发展研究院室主任）
来源：中国改革报《能源发展》周刊
