劉長義，謝勇剛

（國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100052）

0 引言

當(dāng)前，能源轉(zhuǎn)型不斷深化，清潔低碳、安全高效的能源體系加快構(gòu)建。2020年9月，習(xí)近平總書記提出我國2030年前碳達峰、2060年前碳中和目標，并于2021年3月強調(diào)要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，為能源轉(zhuǎn)型發(fā)展按下了“快進鍵”。隨著新能源高比例、大規(guī)模接入，電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定與經(jīng)濟運行面臨新的挑戰(zhàn)，對系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力提出了更高要求。中共中央、國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》[1]，強調(diào)要加快推進抽水蓄能和新型儲能規(guī)模化應(yīng)用，加快形成以儲能和調(diào)峰能力為基礎(chǔ)支撐的新增電力裝機發(fā)展機制。國務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達峰行動方案》[2]，提出要加快建設(shè)新型電力系統(tǒng)，制定新一輪抽水蓄能電站中長期發(fā)展規(guī)劃，完善抽水蓄能發(fā)展的政策機制。國家發(fā)展改革委、國家能源局先后制定了《關(guān)于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》[3]、《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》[4]，推動抽水蓄能發(fā)展進入了新階段。面對抽水蓄能產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展新形勢，進一步分析抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)中的功能作用，明確抽水蓄能發(fā)展定位，對于推動抽水蓄能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

1 抽水蓄能功能作用發(fā)展概況

抽水蓄能通過可逆式水輪發(fā)電機實現(xiàn)電能和水的重力勢能相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)電能的充放和功率的調(diào)節(jié)，具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能、系統(tǒng)備用、黑啟動等“六大功能”。抽水蓄能的發(fā)展和在系統(tǒng)中的作用與不同時期電力系統(tǒng)特點和調(diào)節(jié)需求息息相關(guān)。早期電力系統(tǒng)還沒有形成大范圍聯(lián)網(wǎng)，電源以火電為主，外來電較少，裝機容量總體偏緊，系統(tǒng)調(diào)峰資源緊張。抽水蓄能在系統(tǒng)中的作用主要以調(diào)峰填谷、配合火電核電提高運行經(jīng)濟性為主，助力緩解系統(tǒng)調(diào)峰供需矛盾，支撐系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。隨著以特高壓為骨干網(wǎng)架的大電網(wǎng)建設(shè)和風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源快速發(fā)展，系統(tǒng)面臨的安全穩(wěn)定運行挑戰(zhàn)更大，對緊急事故支撐、新能源消納和系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)提出了新的要求。抽水蓄能憑借其容量大、工況多、速度快、安全可靠、經(jīng)濟性好等“五大技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢”，在電力系統(tǒng)中的作用發(fā)揮得到進一步拓展，在保障大電網(wǎng)安全、促進新能源消納、提升全系統(tǒng)性能中發(fā)揮重要作用，成為推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要支撐。隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)，抽水蓄能的功能作用隨之拓展，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵性、基礎(chǔ)性支撐。

2 新型電力系統(tǒng)的特征和面臨的新挑戰(zhàn)

如期實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標是以習(xí)近平總書記為核心的黨中央作出的重大戰(zhàn)略決策[5]。推動實現(xiàn)“雙碳”目標，能源是主戰(zhàn)場，電力是主力軍。黨中央基于加強生態(tài)文明建設(shè)、保障國家能源安全、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展作出了構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重大部署，為能源電力行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供了根本遵循。新型電力系統(tǒng)是傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的跨越升級，通過裝備技術(shù)和體制機制創(chuàng)新，推動多種能源方式互聯(lián)互濟、源網(wǎng)荷儲深度融合，具有清潔低碳、安全可控、靈活高效、開放互動、智能友好等特點，將呈現(xiàn)出三個方面的顯著特征，也面臨著三大新的挑戰(zhàn)。

2.1 新型電力系統(tǒng)的特征

2.1.1 清潔低碳

突出新能源的主體地位，這是新型電力系統(tǒng)的核心特征。為實現(xiàn)碳減排，必須減小傳統(tǒng)化石能源消耗，大力發(fā)展風(fēng)能、太陽能等新能源。新能源將從當(dāng)前的新增裝機主體，逐步成為發(fā)電裝機主體，最終成為電量主體。而火電等常規(guī)電源的裝機比重將逐步下降，直至成為調(diào)節(jié)性和保障性電源。截至2020年底，我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機約5.3億kW，占總裝機容量的24%。預(yù)計到2030 年前后，我國風(fēng)電、太陽能發(fā)電裝機容量將達到12億kW以上，成為第一大電源。到2060年前，新能源發(fā)電量占比將有望超過50%。

2.1.2 調(diào)節(jié)靈活

新能源具有隨機性、間歇性和波動性的特點，隨著新能源逐步成為電力供應(yīng)的主體，電力系統(tǒng)電力平衡、安全穩(wěn)定控制等將面臨前所未有的挑戰(zhàn)。同時，隨著我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)機構(gòu)不斷優(yōu)化，電力負荷持續(xù)增長，電力系統(tǒng)的峰谷差也逐步加大。要滿足新能源大規(guī)模消納需求，確保系統(tǒng)安全可靠供電，大力提升系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力勢在必行。

2.1.3 數(shù)字智能

新型電力系統(tǒng)將帶來源網(wǎng)荷儲特性的深刻變化，發(fā)用電一體“產(chǎn)消者”大量涌現(xiàn)，電網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)出以大電網(wǎng)為主導(dǎo)、多種電網(wǎng)形態(tài)相融并存的格局，電力系統(tǒng)的運行機理和平衡模式全面轉(zhuǎn)變。要保持新型電力系統(tǒng)電力平衡，必須將數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)電力技術(shù)深度融合，通過信息化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化等手段，預(yù)判新能源波動、統(tǒng)籌網(wǎng)源荷儲資源、保持電力瞬態(tài)穩(wěn)定、預(yù)控電網(wǎng)輸變電設(shè)備的潛在風(fēng)險，實現(xiàn)電能高質(zhì)量可靠供應(yīng)與電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2.2 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨的新挑戰(zhàn)

2.2.1 系統(tǒng)平衡的挑戰(zhàn)

由于新能源規(guī)模的快速增長，電網(wǎng)中的電力凈負荷情況將從過去的“駝峰曲線”逐漸向“鴨型曲線”轉(zhuǎn)變。光伏日出上網(wǎng)、日落下網(wǎng)，是不可調(diào)節(jié)的可再生能源，用電早高峰來臨時光伏強度還不足，晚高峰來臨前光伏受日落影響出力迅速下降，午間日照最強時段往往處于用電低谷，與“雙峰”負荷需求不匹配。風(fēng)電間歇性、波動性強，出力預(yù)測精度不高，出現(xiàn)突發(fā)波動時極易造成供需不平衡。同時，隨著作為當(dāng)前調(diào)峰電源的主力軍的火電比重逐漸下降，將會更加削弱電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力，尤其會降低電網(wǎng)低谷調(diào)節(jié)空間，在負荷低谷時段受新能源大發(fā)和調(diào)節(jié)能力不足的雙重影響，電力系統(tǒng)將面臨異常嚴峻的調(diào)節(jié)形勢。

“能干什么？爭取考研究生，爭取好工作，爭取能在北京留下來唄。”柳哥習(xí)慣性地睡前刷手機，慘白的光打在他臉上。

2.2.2 安全風(fēng)險的挑戰(zhàn)

在新型電力系統(tǒng)中，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，電力電子設(shè)備廣泛應(yīng)用，交流電網(wǎng)薄弱，系統(tǒng)擾動易引發(fā)交直流、送受端電網(wǎng)連鎖反應(yīng)，波及范圍可能擴大到跨區(qū)電網(wǎng)。電力系統(tǒng)由以同步機為主向電力電子化轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了5～300Hz中頻帶涉網(wǎng)穩(wěn)定新問題。新能源的大規(guī)模接入將帶來系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量持續(xù)下降，風(fēng)電屬于弱轉(zhuǎn)動慣量，光伏為零轉(zhuǎn)動慣量，一次調(diào)頻整體性能顯著降低，大功率缺失極易誘發(fā)全網(wǎng)頻率穩(wěn)定問題。此外，在特高壓直流電網(wǎng)中，如果出現(xiàn)直流閉鎖事故，會在負荷側(cè)造成大量電力缺口，容易引起頻率和電壓振蕩，將對交直流混合運行系統(tǒng)帶來極為嚴重的破壞性影響。

2.2.3 經(jīng)濟運行的挑戰(zhàn)

建設(shè)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，推動新能源高速發(fā)展，需要源、網(wǎng)、荷、儲各方面以及相關(guān)各類配套設(shè)施的巨大投入，電力投資將保持較高水平，從而推高整個系統(tǒng)的供電成本。由于新能源出力的間歇性和波動性，新能源的局部平衡成本巨大，甚至出現(xiàn)棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象，降低電力系統(tǒng)整體經(jīng)濟運行水平。為應(yīng)對電力系統(tǒng)“雙峰”負荷需求，如果增加電源冗余將進一步推高供電成本，降低運行效率。如果因供需不平衡導(dǎo)致局部電力短缺，更將對經(jīng)濟社會帶來非常不利影響。

3 抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)中的作用分析

構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，是一項極具挑戰(zhàn)性、開創(chuàng)性的戰(zhàn)略性工程。實現(xiàn)以新能源供給為主體，增強系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力，提高系統(tǒng)數(shù)字化智能化水平，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行和可靠供電，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)需要解決的主要矛盾。應(yīng)對構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的新形勢新挑戰(zhàn)，抽水蓄能的功能優(yōu)勢將進一步釋放，其作用和定位也將進一步拓展，在新型電力系統(tǒng)中主要發(fā)揮基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)作用、綜合性保障作用和公共性服務(wù)作用。

3.1 基礎(chǔ)性調(diào)節(jié)作用

隨著新能源裝機和電量比重持續(xù)上升，火電并網(wǎng)容量占比逐漸減少，以抽水蓄能為代表的調(diào)節(jié)電源規(guī)模持續(xù)擴大，將成為提供系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力的主體，實現(xiàn)從漸變到替變、從量變到質(zhì)變的發(fā)展。在調(diào)峰方面，抽水蓄能作為目前唯一的快速、可控、大容量、環(huán)保儲能手段，可抽水和發(fā)電雙向靈活調(diào)節(jié)，能更好地適應(yīng)新能源的反調(diào)峰特性，有效緩解因新能源不穩(wěn)定導(dǎo)致的高峰負荷供給問題和因低谷時段新能源大發(fā)導(dǎo)致的消納困難問題。在調(diào)頻方面，抽水蓄能機組啟停時間短、調(diào)節(jié)速度快，具有雙倍于額定容量的調(diào)節(jié)能力，可有效應(yīng)對新能源出力波動造成的供需不平衡問題，確保系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。在調(diào)相方面，抽水蓄能有發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相等多種調(diào)相工況，可進相、滯相運行，具備靈活、快速、寬幅無功調(diào)節(jié)能力，更可以通過自動電壓控制功能實現(xiàn)無功自動跟蹤調(diào)節(jié)，可有效緩解新型電力系統(tǒng)中日益復(fù)雜無功平衡問題，確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定。

3.2 綜合性保障作用

抽水蓄能是具有發(fā)電、抽水、調(diào)相三種運行工況的同步機組，多種運行工況轉(zhuǎn)換時間在秒級至分鐘級之間，可靈活開展頂出力、切負荷等操作，是新型電力系統(tǒng)安全防御體系的重要組成部分?？缮钊?yún)⑴c電力系統(tǒng)“三道防線”建設(shè)。在負荷低谷時段發(fā)生直流閉鎖時，抽水蓄能機組可以以毫秒級響應(yīng)安全切除抽水機組額定負荷，有效應(yīng)對電網(wǎng)大規(guī)模功率缺額沖擊。目前華東電網(wǎng)將抽水蓄能納入安控切機策略，東北電網(wǎng)將抽水蓄能納入低頻切泵策略，華中電網(wǎng)已經(jīng)完成安控切機測試，山東電網(wǎng)將泰山電站納入大功率缺額決策系統(tǒng)，抽水蓄能已經(jīng)成為保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的堅強壁壘，可為系統(tǒng)提供大量機械轉(zhuǎn)動慣量。據(jù)統(tǒng)計，多數(shù)抽水蓄能機組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量達到了7000～9000t·m2，不僅是風(fēng)、光等新能源機組所不具備的，甚至遠遠超過了火電機組。抽水蓄能的轉(zhuǎn)動部件提供的大量機械轉(zhuǎn)動慣量，可以有力增強電力系統(tǒng)抗擾動能力，維持系統(tǒng)動態(tài)和靜態(tài)頻率穩(wěn)定?？蔀殡娏ο到y(tǒng)提供“黑啟動”電源。在新型電力系統(tǒng)出現(xiàn)極端事故造成系統(tǒng)全“黑”時，抽水蓄能電站可僅使用電站自身存儲的能量完成自啟動，繼而帶動無啟動能力的電源，最終以點帶面實現(xiàn)整個電網(wǎng)系統(tǒng)的恢復(fù)，成為系統(tǒng)“最后一根火柴”，守住新型電力系統(tǒng)的安全底線。

3.3 公共性服務(wù)作用

抽水蓄能電站具有大規(guī)模儲存優(yōu)勢，可通過對不同價值、不同質(zhì)量電能的時空轉(zhuǎn)換，把低價值能源轉(zhuǎn)換成高價值能源。同時，抽水蓄能具有源網(wǎng)荷儲協(xié)同優(yōu)勢，可以有效改善源、網(wǎng)、荷、儲各環(huán)節(jié)運行條件，優(yōu)化系統(tǒng)能源資源的利用效率，顯著提升新型電力系統(tǒng)運行整體經(jīng)濟性。

對供給側(cè)，通過發(fā)揮抽水蓄能靈活調(diào)節(jié)作用，可以有效提升新能源消納能力，減少棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。同時，抽水蓄能可有效減少系統(tǒng)中各類發(fā)電機組出力變化和啟停調(diào)節(jié)，可明顯改善機組運行狀況，提高機組運行效率。

對電網(wǎng)側(cè)，抽水蓄能作為電網(wǎng)穩(wěn)定調(diào)節(jié)的重要手段，通過有功、無功的迅速調(diào)節(jié)，可作為電網(wǎng)潮流控制的重要手段，保障大電網(wǎng)安全穩(wěn)定。

對儲能側(cè)，抽水蓄能作為當(dāng)前電力系統(tǒng)最成熟的儲能方式，具有容量大、安全可靠等顯著優(yōu)勢，可與當(dāng)前其他各類儲能技術(shù)協(xié)同配合，實現(xiàn)功能互補，提升系統(tǒng)整體靈活調(diào)節(jié)能力。

對用戶側(cè)，抽水蓄能可提升供電安全可靠水平，有效改善電能供應(yīng)質(zhì)量，系統(tǒng)中所有用戶將為之受益。同時，抽水蓄能也具備負荷屬性，可有效緩解傳統(tǒng)負荷的剛性，提升網(wǎng)荷互動能力和需求側(cè)響應(yīng)能力。

對系統(tǒng)整體，抽水蓄能增強了電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，為系統(tǒng)提供了大量機械轉(zhuǎn)動慣量，提高了新能源消納能力和系統(tǒng)安全可靠水平，可有效提升各類能源利用率，改善系統(tǒng)中各類設(shè)備運行條件，降低發(fā)電機組能耗水平，減少化石燃料消耗和污染排放，優(yōu)化電力系統(tǒng)投資結(jié)構(gòu)，將體現(xiàn)出顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)保效益和社會效益。

綜上所述，在新型電力系統(tǒng)中，抽水蓄能的作用已在傳統(tǒng)的“蓄能”上進行了全面拓展，其在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)發(fā)電、變電、輸電、配電等環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上，發(fā)揮了“穩(wěn)電”“調(diào)電”“保電”等作用，本質(zhì)上是新型電力系統(tǒng)的基本組成部分，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，促進可再生能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障，是推動能源轉(zhuǎn)型發(fā)展，實現(xiàn)“雙碳”目標的重要支撐。

4 推動抽水蓄能高質(zhì)量發(fā)展的建議

隨著抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃的出臺和電價政策的逐步落地，抽水蓄能迎來了加快發(fā)展的重要窗口期?，F(xiàn)階段必須立足抽水蓄能在新型電力系統(tǒng)中的功能作用，科學(xué)有序推動中長期規(guī)劃落地，實現(xiàn)抽水蓄能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

一是深化政策研究，推動政策完善。要結(jié)合抽水蓄能功能作用，繼續(xù)深化產(chǎn)業(yè)政策研究，精準評價電站作用效益，推動完善新形勢下抽水蓄能規(guī)劃理論、投資體制、市場化運營、能耗雙控管理和碳排放統(tǒng)計核算等相關(guān)政策，為抽水蓄能持續(xù)健康發(fā)展營造有利條件。

二是強化科技創(chuàng)新，提升發(fā)展質(zhì)量。大力推進智慧化管控、機械化施工和綠色建造，加大新材料、新技術(shù)、新設(shè)備、新工藝應(yīng)用。推進先進信息通信技術(shù)、控制技術(shù)、能源技術(shù)與抽水蓄能電站建設(shè)相融合，提高電站數(shù)字化智能化水平。強化抽水蓄能核心技術(shù)攻關(guān)，逐步解決“卡脖子”問題，確保核心技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備自主可控。關(guān)注關(guān)聯(lián)產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，積極開展壓縮空氣儲能、飛輪儲能等新技術(shù)研究，促進優(yōu)勢互補、協(xié)同發(fā)展。

三是完善標準體系，促進規(guī)范發(fā)展。發(fā)揮技術(shù)標準的基礎(chǔ)性、引領(lǐng)性、戰(zhàn)略性作用，提升規(guī)劃設(shè)計、工程建設(shè)、生產(chǎn)運維等領(lǐng)域標準覆蓋度，完善智能抽水蓄能電站基礎(chǔ)類、應(yīng)用類、平臺類標準，盡快形成一套完備的行業(yè)標準體系，助力抽水蓄能產(chǎn)業(yè)規(guī)范發(fā)展。

四是堅持規(guī)劃引領(lǐng)，確保有序發(fā)展。堅持以規(guī)劃為引領(lǐng)，以系統(tǒng)需求為導(dǎo)向，統(tǒng)籌電網(wǎng)需求與資源條件，加強省際間和區(qū)域內(nèi)資源統(tǒng)籌考慮和優(yōu)化配置，嚴格執(zhí)行基本建設(shè)程序，確保抽水蓄能有序發(fā)展。

五是加強資源整合，實現(xiàn)科學(xué)發(fā)展。進一步深化抽水蓄能產(chǎn)業(yè)鏈之間的經(jīng)驗交流、開放合作，積極構(gòu)建共建共享、合作共贏的抽水蓄能發(fā)展“生態(tài)圈”，推動抽水蓄能產(chǎn)業(yè)科學(xué)發(fā)展。