抽水蓄能电站：技术原理、产业布局与当前发展概览

  近日，水电水利规划设计总院联合中国水力发电工程学会抽水蓄能行业分会共同发布了《抽水蓄能产业高质量发展报告2023年度》（以下简称《报告》）。该报告详细阐述了抽水蓄能电站发展的重要性、技术原理、产业布局以及当前的发展状况，为理解抽水蓄能发展的底层逻辑提供了全面而深入的分析。抽水蓄能是一种利用水的势能差来实现电能储存和释放的技术，是目前世界上最成熟、最广泛应用的储能技术之一。抽水蓄能电站由两个相互连接且位于不同高度的水库组成，上下水库之间通过管道连接，管道内安装有可逆运行的机组，即既可作为泵又可作为涡轮机的设备。在充电过程中，机组作为泵，将下水库的水抽到上水库储存，这样的一个过程是把电能转化为水的势能；在放电过程中，机组作为涡轮机，将上水库的水放到下水库发电，这样的一个过程是把势能转化为电能。尽管在转换过程中会有特殊的比例的电能损失，但抽水蓄能电站的综合效率约在75%左右，仍然是一种高效、可靠的储能方式。抽水蓄能电站具有调峰填谷、调频调相、事故备用、黑启动等多种功能。在电力负荷低谷时段，可通过电网中富余的电能抽水至上水库；在负荷高峰时段，再放水至下水库发电，以此来实现电能的转换和储备。这种调节能力对于维持电力系统的稳定性、提高新能源消纳能力、促进能源转型具备极其重大意义。随着双碳目标的提出，以及风电、光伏发电成本的迅速下降，以风能、太阳能大规模开发利用为标志的能源供给革命慢慢的变成了我国能源发展的重要方向，也是保障我国能源安全的重要手段。然而，风电、光伏发电具有间歇性、波动性的特点，电力用户需要的是电力的稳定供应。因此，抽水蓄能电站的建设成为解决这一问题的关键。抽水蓄能电站作为新型电力系统的调节支撑保障电源，具有显著的调节能力。在风、光发电出力大于电力系统需求时，抽水蓄能电站可以把多余的发电量储存起来；在风、光发电出力不足时，抽水蓄能电站可以释放储存的电能，从而确保电力系统的稳定运行。这种调节能力为新能源的大规模开发利用提供了坚实的基础，也为构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系提供了有力支撑。抽水蓄能电站的布局需要与新能源的发展布局相匹配。我国的资源禀赋特点决定了风、光等可再生能源主要集中在西部和北部地区，而经济发展中心和用电负荷中心主要集中在东部和南部地区。因此，抽水蓄能电站的布局也需要考虑这一特点。根据《报告》的数据，截至2024年6月底，全国抽水蓄能累计装机容量达5439万千瓦。抽水蓄能投资增势加快，上半年投资增速较去年同期增加30.4个百分点。截至2023年底，我国抽水蓄能累计已投运规模达到5094万千瓦，约占全球抽水蓄能装机的28.1%，位列全球首位。已建、在建及核准待建抽水蓄能电站规模约2.3亿千瓦，连续8年稳居世界第一。其中，在建规模也跃升至亿千瓦级。这些数据表明，抽水蓄能产业已经成为中国新能源基础设施网络的重要组成部分。在碳中和的大背景下，新能源的发展是目的，建设抽水蓄能电站是我们的手段。因此，抽水蓄能电站的布局需要紧跟新能源的发展步伐。如果在西部和北部地区建设风电和光伏发电基地，那么调节支撑保障电源的布局就要在西部和北部地区多布局一些；如果在东部和南部地区推动分布式风电和光伏发电就近开发利用，那么调节支撑保障电源的布局就要在东部和南部地区多布局一些。高效性：抽水蓄能电站的综合效率约在75%左右，虽然有一定的能量损失，但相对于其他储能技术来说，仍然是一种高效、可靠的储能方式。灵活性：抽水蓄能电站可以根据电力系统的需求进行灵活调节，既可以储存多余的电能，也可以释放储存的电能，从而确保电力系统的稳定运行。环保性：抽水蓄能电站利用水的势能进行储能和发电，不产生污染物，是一种清洁、可再生的能源利用方式。经济性：随着风电、光伏发电成本的下降，抽水蓄能电站的建设和运行成本也相对较低，具有较好的经济性。资源分布不均：我国的抽水蓄能站点资源虽然丰富，但分布不均，大多分布在在一些山区和丘陵地带。这在一定程度上限制了抽水蓄能电站的建设和发展。建设周期长：抽水蓄能电站的建设周期较长，需要投入大量的人力、物力和财力。这在一定程度上影响了抽水蓄能电站的建设进度和规模。技术瓶颈：虽然抽水蓄能电站的技术已经相对成熟，但在一些关键技术上仍存在瓶颈，如机组效率、设备寿命等。这些技术瓶颈限制了抽水蓄能电站的性能和可靠性。市场需求变化：随着新能源的发展，电力系统的需求也在不断变化。抽水蓄能电站需要根据市场需求来做灵活调节，但市场需求的变化也给抽水蓄能电站的运行和管理带来了一定的挑战。近年来，我国抽水蓄能电站的建设取得了显著的成效，涌现出了一批典型案例。浙江舟山海水抽水蓄能电站：该电站是我国首个海水抽水蓄能电站，利用海底深处的高水压来在空心体中存储电力。这种技术能克服陆地上缺乏足够高度差的问题，提高抽水蓄能的单位体积内的包含的能量。该电站的成功运行为我国抽水蓄能技术的发展提供了新的思路和方法。丰宁抽水蓄能电站：该电站位于河北省承德市丰宁满族自治县境内，是当前世界上顶级规模的抽水蓄能电站。该电站的建设和运行经验为我国抽水蓄能电站的建设和管理提供了有益的借鉴和参考。这些典型案例的成功运行不仅展示了抽水蓄能电站的技术特点和优势，也为我国抽水蓄能电站的发展提供了宝贵的经验和启示。《中华人民共和国能源法》：该法精确指出，国家合理地布局、积极有序开发建设抽水蓄能电站，推进新型储能高水平质量的发展，发挥各类储能在电力系统中的调节作用。这为抽水蓄能电站的发展提供了法律保障和政策支持。《抽水蓄能中长期发展规划（2021-2035年）》：该规划提出了抽水蓄能电站的发展目标、布局原则、建设重点和保障措施等，为抽水蓄能电站的发展提供了明确的指导和方向。财政补贴与税收优惠：为了鼓励抽水蓄能电站的建设和运行，我国政府还给予了一定的财政补贴和税收优惠。这些政策措施降低了抽水蓄能电站的建设和运行成本，提高了其经济性。在政策支持和市场需求的推动下，我国抽水蓄能电站的发展前途广阔。未来，随着新能源的大规模开发利用和电力系统的一直在升级，抽水蓄能电站将继续发挥及其重要的作用，为构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系做出更大贡献。抽水蓄能电站作为一种高效、可靠、清洁的储能技术，对于促进新能源发展、维护电力系统稳定具备极其重大意义。我国抽水蓄能电站的建设已经取得了显著的成效，但仍面临一些挑战。通过政策支持、技术创新和市场机制的完善，能更加进一步推动抽水蓄能电站的发展，为我国能源转型和可持续发展做出更大贡献。在抽水蓄能电站的发展过程中，需要注重技术创新和产业升级，提高机组效率和设备寿命；需要加强市场需求预测和调度管理，确保抽水蓄能电站的灵活调节和稳定运行；需要加强政策支持和市场监管，为抽水蓄能电站的发展提供良好的政策环境和市场环境。总之，抽水蓄能电站的发展是我国能源转型和可持续发展的重要组成部分。通过不断努力和创新，可以推动我们国家抽水蓄能电站事业不断向前发展，为实现双碳目标和构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系做出更大贡献。

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