超级“充电宝”——抽水蓄能电站

电是生产生活中最常用能源，给我们的生活带来了极大的便利。但电网中的负荷并不是恒定的，日间是人类工作的主要时间，工业及其他生产用电负荷巨大；而夜间主要为居民生活用电。这导致一般情况下，电力系统白天负荷大、晚上负荷小。而目前占比最高的发电方式——火力发电开、停机成本高且响应缓慢，一直运行反而是最节省能源的方式，所以在夜间节约能源最好的方式是持续发电。这就产生了新的问题：发电站产生的电能如果不能及时使用，就会被白白浪费。 那么，有没有一个“超级充电宝”，能将产生的电能用科学方法储存起来，待到需要时再发挥作用呢？世界各国都在致力于破解这一项电能储存难题。

图1 储能技术示意图

热储能、电储能、氢储能是常见的电能储能方式。其中，抽水蓄能电站是目前最经济、最成熟、最可靠的大型储能设施，具有调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用和黑启动等多种功能，是构建清洁低碳、安全可靠、智慧灵活、经济高效新型电力系统的重要组成部分。

1.什么是抽水蓄能电站

抽水蓄能电站为什么会成为电网安全稳定运行的好帮手的呢？这得从它的基本原理说起。抽水蓄能，从字面意思上理解，就是将水作为储能介质，通过电能与水的势能相互转化，实现电能的储存和释放。

在抽水蓄能电站运行过程中，当用电处在低谷、新能源发电多、电网消纳不了时，抽水蓄能机组就开启了蓄水模式，用电网中富余的电将水抽到上水库转化为势能储存起来。

图2 抽水蓄能电站原理示意图（1）

等到用电高峰来的时候，抽水蓄能机组开启发电模式，将上水库的水放出来，水流顺势而下推动水轮机发电，将势能转为电能，电就被“送回去”了，从而起到“充电”的功效，就像是一个用水做成的巨型充电宝。

图3 抽水蓄能电站原理示意图（2）

图4 抽水蓄能电站原理图解

2.抽水蓄能水电站与常规水电站有何区别

1.核心功能不同

抽水蓄能电站也叫蓄能式水电站，虽然都叫“水电站”，但是却与常规的水电站不是一回事。常规的水力发电是电力工业的先驱，是人们非常熟知的一种发电方式。一般而言，“发电”是常规水电站的工作核心和根本任务，虽然抽水蓄能也能把水的机械能转化为电能，但其核心价值在于“蓄能”，也就是说用电低谷时抽水“填谷”，用电高峰时发电“削峰”，直接发电并不是其核心功能。

2.工程构造不同

抽水蓄能电站通过水位的势能变化达到为电网“削峰填谷”的目的，因而抽水蓄能电站需要建设上、下两个水库，两个水库中的水要求可以双向可控运行，这与常规的水电站一般仅有一个水库有所区别。

图5 抽水蓄能电站结构示意图

3.抽水蓄能电站有何特点

从建造角度而言：

1.水库防渗要求高。上方水库若出现渗漏现象导致水量大量流失将会减少电站的发电量，因此，在建造时对水库防渗要求高。

2.水头较高。抽水蓄能电站的水头一般较高，多为200~800米，更有利于将势能转变为电能。

从运行角度而言：

1.它既是发电厂，又是用户，其填谷作用是其他类型发电厂所没有的。

2.启动迅速，运行灵活可靠，可对负荷的急剧变化能够快速做出反应。必要时可以在很短时间内由抽水转换为发电，反应时间短。

3.主要有发电和抽水两种运行模式。两种模式随着电网负荷变化和运行需要，每日数次交替出现。

4.抽水蓄能电站有何优势

1. 抽水蓄能电站作为一种同时具备电网调峰、填谷双重功能的大规模储能电源，能够有效承担电力系统的调峰任务，减少污染大、成本高的火电投入，降低煤炭的使用量，从而实现调峰减碳的效果。

2. 抽水蓄能助力实现“双碳”目标。抽水蓄能电站是一种清洁能源电源、储能电源与调节电源，将有效助力“碳达峰”“碳中和”目标的实现。我国目前正处于能源绿色低碳转型发展的关键时期，基于风电、光伏发电等新能源大规模的开发建设，电力系统对调节能源的需求更加迫切。抽水蓄能将在保障国家能源电力安全、促进清洁能源消纳、实现“碳达峰”“碳中和”目标、构建新发展格局中发挥重要作用。

5.我国抽水蓄能电站的发展

国外抽水蓄能电站的出现已有一百多年的历史，而我国抽水蓄能电站的建设则起步较晚，在上世纪60年代后期才开始研究抽水蓄能电站的开发。虽然起步比较晚，但由于后发效应，我国抽水蓄能电站的起点却较高，已经建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。如：广州一、二期抽水蓄能电站总装机容量2400MW，为世界上最大的抽水蓄能电站；十三陵抽水蓄能电站上水库成功采用了全库钢筋混凝土防渗衬砌，渗漏量很小，也处于世界领先水平。

抽水蓄能是当前及未来一段时期满足电力系统调节需求的关键方式，对保障电力系统安全、促进新能源大规模发展和消纳利用具有重要的作用。国家《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035年）》指出，到2025年，我国抽水蓄能投产总规模6200万千瓦以上；到2030年，投产总规模达到1.2亿千瓦左右；到2035年，形成满足新能源高比例大规模发展需求的，技术先进、管理优质、国际竞争力强的抽水蓄能现代化产业，培育形成一批抽水蓄能大型骨干企业。

2021年12月16日，太原市与万家寨水务控股集团有限公司合作建设，正加速筹备推进斧柯抽水蓄能电站项目建设，建成后将成为太原首座抽水蓄能电站。在用电低谷期以较低电价购买电能，将汾河二库水抽送到上库，在用电高峰期，利用上库存水下泄发电，以正常价格销售给电力用户，解决了电能储存的问题，也有利于经济的可持续发展。

在“碳达峰”“碳中和”政策实施的背景下，我国新能源取得了长足的发展，与此相配套，抽水蓄能电站将发挥越来越重要的作用，成为新能源发展的第二生命线。

参考文献：

[1] 任海波, 余波, 王奎,等. '双碳'背景下抽水蓄能电站的发展与展望[J]. 内蒙古电力技术, 2022, 40(3):6.

[2] 宋云丽, 严云籍, 翟林博,等. 抽水蓄能电站建设的地理要素分析及GIS选址[J]. 云南水力发电, 2022, 38(4):4.

[3] 马良. 碳达峰,碳中和背景下抽水蓄能建设发展研究[J]. 中国工程咨询

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