李雨抒 李衛(wèi)兵 鄧友漢 蔣定國(guó) 汪磊

摘 要：從源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的政策環(huán)境出發(fā)，結(jié)合我國(guó)水風(fēng)光的資源分布和發(fā)電情況，分析將大型流域水電站周邊一定范圍內(nèi)的光伏、風(fēng)電就近接入水電站匯集打捆送出的優(yōu)勢(shì)，梳理了流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地的開發(fā)原則和開發(fā)模式，分析了水風(fēng)光出力互補(bǔ)特性。以雅礱江流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地為例，總結(jié)典型流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地的建設(shè)運(yùn)行情況。

關(guān)鍵詞：流域；多能互補(bǔ)；電力保障；出力互補(bǔ)；新能源消納

中圖分類號(hào)：TM715 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，我國(guó)“十一五”“十二五”

“十三五”規(guī)劃綱要分別提出構(gòu)建穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)清潔的能源供應(yīng)體系、安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)清潔的現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)體系、清潔低碳安全高效的現(xiàn)代能源體系，“十四五”規(guī)劃綱要指出要加快現(xiàn)代能源體系的建設(shè)[1]。國(guó)家發(fā)展改革委提出以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作為新型能源體系的中心環(huán)節(jié)[2]，推動(dòng)電力供應(yīng)保障支撐體系、新能源高效開發(fā)利用體系、儲(chǔ)能規(guī)模化布局應(yīng)用體系、電力系統(tǒng)智慧化運(yùn)行體系四大體系建設(shè)[3]。在加速能源改革和供能方式多元化發(fā)展的大背景下，我國(guó)正在大力發(fā)展可再生能源，而多能互補(bǔ)具備優(yōu)化各類電源規(guī)模配比、提升可再生能源消納水平等多重優(yōu)勢(shì)，未來(lái)國(guó)家電源建設(shè)可以進(jìn)一步推進(jìn)多能互補(bǔ)清潔能源基地建設(shè)。

1 流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地概念演進(jìn)

1.1 國(guó)家政策環(huán)境

2020年8月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于開展“風(fēng)光水火儲(chǔ)一體化”“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，提出研究就近打捆新能源電力“一體化”實(shí)施方案。2021年3月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見》（發(fā)改能源規(guī)〔2021〕280號(hào)），提出了源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)的實(shí)施路徑，對(duì)域（?。┘?jí)、市（縣）級(jí)、園區(qū)（居民區(qū)）級(jí)源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化、風(fēng)光儲(chǔ)一體化、風(fēng)光水（儲(chǔ)）一體化、風(fēng)光火（儲(chǔ)）一體化提出了具體要求，明確源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)項(xiàng)目規(guī)劃與國(guó)家和地方電力發(fā)展規(guī)劃、可再生能源規(guī)劃等的銜接，按照“試點(diǎn)先行，逐步推廣”原則，將具備條件的項(xiàng)目?jī)?yōu)先納入國(guó)家電力發(fā)展規(guī)規(guī)劃。

為實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)愿景，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局?jǐn)M結(jié)合電力發(fā)展“十四五”規(guī)劃編制工作，推動(dòng)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)能源轉(zhuǎn)型和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系具有重要意義。

2022年3月，國(guó)家能源局下發(fā)《關(guān)于開展全國(guó)主要流域可再生能源一體化規(guī)劃研究工作有關(guān)事項(xiàng)的通知》，第一次正式提出在長(zhǎng)江流域、黃河流域、珠江流域、東北諸河、東南沿海諸河、西南主要河流和西北主要河流等七大流域開展水風(fēng)光可再生能源一體化規(guī)劃，鼓勵(lì)依托主要流域水電開發(fā)，充分利用流域內(nèi)豐富且具備靈活調(diào)節(jié)能力的水電站，兼顧具有調(diào)節(jié)能力的火電，在合理范圍內(nèi)配套建設(shè)水風(fēng)光多能互補(bǔ)綜合開發(fā)基地，實(shí)現(xiàn)水風(fēng)光多能互補(bǔ)資源配置、規(guī)劃建設(shè)、調(diào)度運(yùn)行和消納，提高水風(fēng)光等可再生能源的開發(fā)經(jīng)濟(jì)性和外送通道能力，提升水風(fēng)光等可再生能源的裝機(jī)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)電質(zhì)量，進(jìn)一步加快可再生能源大規(guī)模高比例發(fā)展進(jìn)程，為后續(xù)建設(shè)流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地打下基礎(chǔ)。

流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地通過(guò)打包大型流域水電站周邊的光伏、風(fēng)電、抽蓄等資源，實(shí)現(xiàn)將流域內(nèi)豐富且具備靈活調(diào)節(jié)能力的水電站與水電站周邊豐富的新能源資源打包建設(shè)發(fā)電。通過(guò)多能互補(bǔ)、規(guī)模化的形式實(shí)現(xiàn)水風(fēng)光資源的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，節(jié)省輸電線路投資，提高新能源的消納和存儲(chǔ)能力，是破解清潔能源高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，也是推動(dòng)清潔能源大規(guī)模集中開發(fā)的重大創(chuàng)新，對(duì)助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)具有重要的作用。

1.2 流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地的開發(fā)條件

我國(guó)的水力資源較為豐富，水能資源蘊(yùn)藏量大。根據(jù)2003年水力資源復(fù)查成果，全國(guó)水電資源理論蘊(yùn)藏發(fā)電量6.1萬(wàn)億kW·h，技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量5.4億kW，年發(fā)電量2.5萬(wàn)億kW·h，居世界第一。我國(guó)的水電資源主要分布在西南的四川、云南、西藏、貴州和重慶等五省區(qū)市，可開發(fā)容量占到全國(guó)總量的65%，其中四川和云南兩省分別占到全國(guó)總量的30%和27%，分列前兩位，主要集中于金沙江、雅礱江、大渡河、瀾滄江和怒江干流和雅魯藏布江等流域。水能作為清潔能源是我國(guó)未來(lái)能源開發(fā)的重點(diǎn)。

金沙江、瀾滄江、雅礱江、大渡河及黃河等主要流域不僅水能資源豐富，而且開發(fā)基礎(chǔ)好，具備開發(fā)大型水電站的條件，部分流域的大型水電站已建成投運(yùn)。同時(shí)，一些流域周邊的風(fēng)光等新能源資源也十分豐富，具備開展水風(fēng)光一體化的天然優(yōu)勢(shì)。大型流域水電站在我國(guó)能源發(fā)展過(guò)程中具有重要戰(zhàn)略地位，在合理范圍內(nèi)配套建設(shè)一定規(guī)模的風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電項(xiàng)目，充分利用大型流域水電站的靈活調(diào)節(jié)能力，實(shí)施流域水風(fēng)光一體化發(fā)展，是加快可再生能源替代行動(dòng)進(jìn)程的重要措施。

2 流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地的開發(fā)

2.1 開發(fā)原則

（1）生態(tài)優(yōu)先，綠色低碳。牢固樹立綠色發(fā)展理念，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，盡可能減少棄水棄風(fēng)棄光，同時(shí)提升送電質(zhì)量，提高綜合效益，促進(jìn)資源優(yōu)化配置。

（2）科學(xué)規(guī)劃，合理布局。以科學(xué)規(guī)劃為指導(dǎo)，堅(jiān)守安全底線，在資源條件較好、系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力較好的區(qū)域，充分發(fā)揮協(xié)調(diào)互濟(jì)能力，優(yōu)先可再生能源開發(fā)利用，因地制宜地確定項(xiàng)目布局、結(jié)構(gòu)、規(guī)模，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置、合理利用。

（3）靈活調(diào)節(jié)，一體化融合。充分挖掘電力調(diào)節(jié)能力，不得加劇可再生能源消納矛盾。落實(shí)“一體化”項(xiàng)目的一體化匯集、一體化調(diào)度、一體化交易原則，通過(guò)多能互補(bǔ)項(xiàng)目協(xié)調(diào)運(yùn)營(yíng)和利益共享機(jī)制，力爭(zhēng)各類可再生能源綜合利用率保持在合理水平。

（4）創(chuàng)新發(fā)展，經(jīng)濟(jì)合理。堅(jiān)持清潔能源大規(guī)?；鼗_發(fā)路線，結(jié)合地理資源分布的具體特點(diǎn)，建設(shè)“水風(fēng)光一體化”的創(chuàng)新型清潔能源基地，探索構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展思路。

2.2 開發(fā)模式

按照我國(guó)的水電和風(fēng)光資源條件，一體化基地主要包括金沙江上游、金沙江下游和黃河幾字灣三種類型的應(yīng)用模式。金沙江上游模式的主要特點(diǎn)是水電規(guī)模較大，同時(shí)具備大規(guī)模開發(fā)新能源的資源條件，在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，可充分考慮一體化開發(fā)方式，結(jié)合擴(kuò)機(jī)、抽水蓄能建設(shè)新增外送通道。金沙江下游模式的主要特點(diǎn)是水電規(guī)模較大，具備一定的風(fēng)光資源條件，充分利用現(xiàn)有通道，接入適量的風(fēng)光，提高現(xiàn)有通道利用率。黃河幾字灣模式的主要特點(diǎn)是流域內(nèi)水電資源相對(duì)較少，但具備優(yōu)越的風(fēng)光資源條件，可重點(diǎn)研究適量火電、配合大規(guī)模儲(chǔ)能、風(fēng)光資源，建設(shè)新能源基地。

清潔能源基地一體化運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)強(qiáng)化自我調(diào)節(jié)，減輕系統(tǒng)壓力，優(yōu)化電源配比、發(fā)揮互補(bǔ)效應(yīng)，保持界面相對(duì)清晰、調(diào)控獨(dú)立。

2.3 水風(fēng)光出力互補(bǔ)特性

受制于降雨匯流的特點(diǎn)和水庫(kù)的調(diào)蓄作用，一般水電的出力特點(diǎn)是季節(jié)性波動(dòng)大，但日波動(dòng)較??；由于風(fēng)資源的短期波動(dòng)性，使得風(fēng)電出力的短期波動(dòng)性很大；光伏發(fā)電受氣候影響，日內(nèi)波動(dòng)較大，且只在白天出力，夜間的出力為0。

水電、風(fēng)電、光伏的自身出力存在季節(jié)上的互補(bǔ)性，聯(lián)合運(yùn)行時(shí)風(fēng)電、光伏在枯期對(duì)水電是有力的補(bǔ)充[4]。當(dāng)水電站的水庫(kù)具有一定調(diào)節(jié)庫(kù)容時(shí)，水庫(kù)的蓄水可以平抑來(lái)水的短期波動(dòng)。如果水風(fēng)光能做到多能互補(bǔ)后發(fā)電，那么可以利用水電的快速調(diào)節(jié)能力彌補(bǔ)風(fēng)電和光伏的短期波動(dòng)，而風(fēng)電、光伏可以為整個(gè)水風(fēng)光多能互補(bǔ)系統(tǒng)提供電量保證。因此，若水電、風(fēng)電、光伏能夠聯(lián)合發(fā)電，水電站在進(jìn)行年調(diào)度時(shí)，依然可按照其原有的調(diào)度原則和方式運(yùn)行；水電站在進(jìn)行日調(diào)度時(shí)，則需要根據(jù)風(fēng)光出力的日內(nèi)變化，根據(jù)水電站的調(diào)節(jié)能力進(jìn)行日內(nèi)調(diào)節(jié)，以達(dá)到水風(fēng)光互補(bǔ)的目的，保障發(fā)電曲線較為穩(wěn)定。

總的來(lái)說(shuō)，水電站、風(fēng)電場(chǎng)及光伏電站具備較好的年內(nèi)互補(bǔ)特性。水風(fēng)光互補(bǔ)特性可歸納為：風(fēng)光冬春補(bǔ)水枯，水庫(kù)調(diào)度平峰谷；互補(bǔ)合成優(yōu)質(zhì)電，打捆送出省線路。

2.4 典型流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地的建設(shè)情況

以雅礱江流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地為例，“十三五”期間，雅礱江流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地納入了國(guó)家《能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《太陽(yáng)能發(fā)展“十三五”規(guī)劃》《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，以及《四川省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》和《創(chuàng)建國(guó)家清潔能源示范省實(shí)施方案》。目前，雅礱江流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地已納入國(guó)家和四川省“十四五”規(guī)劃，是我國(guó)“十四五”重點(diǎn)建設(shè)的九個(gè)大型清潔能源基地之一。

雅礱江水系水量豐沛、落差巨大且集中，具有非常豐富的水能資源，技術(shù)可開發(fā)量3 926.8萬(wàn)kW，其中干流為2 886.4萬(wàn)kW，規(guī)劃水電容量約3 000萬(wàn)kW，占全水系的73.5%[5]。雅礱江干流兩河口～江口是我國(guó)能源發(fā)展規(guī)劃的十三大水電基地之一，水能資源技術(shù)可開發(fā)量2 657.5萬(wàn)kW，占雅礱江干流的92.1%。該河段規(guī)劃有兩河口、錦屏一級(jí)和二灘三座具有優(yōu)越調(diào)節(jié)性能的水庫(kù)，總調(diào)節(jié)庫(kù)容148.4億m3，建成后可實(shí)現(xiàn)該河段梯級(jí)完全年調(diào)節(jié)，成為全國(guó)電能質(zhì)量最好的梯級(jí)水電站之一。雅礱江干流上游目前正在進(jìn)行規(guī)劃。雅礱江中游從兩河口至卡拉河段長(zhǎng)268 km。規(guī)劃河段兩河口、牙根一級(jí)、牙根二級(jí)、楞古、孟底溝、楊房溝、卡拉“一庫(kù)七級(jí)”開發(fā)，裝機(jī)容量共1 166萬(wàn)kW。雅礱江下游卡拉至江口河段已建成錦屏一級(jí)、錦屏二級(jí)、官地、二灘、桐子林五級(jí)開發(fā)，裝機(jī)容量共1 470萬(wàn)kW[6]。

雅礱江流域水風(fēng)光資源豐富，沿江抽水蓄能站點(diǎn)眾多，風(fēng)電、光電年內(nèi)變化呈冬春季大、夏秋季小的特點(diǎn)，三者出力特性在季節(jié)上具有天然互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，可形成總規(guī)模超1億kW的水風(fēng)光一體化示范基地。兩河口、錦屏一級(jí)、二灘三大控制性水庫(kù)擁有148億m3的調(diào)節(jié)庫(kù)容，可使雅礱江具備多年調(diào)節(jié)能力，利用水電優(yōu)異的調(diào)節(jié)性能平抑風(fēng)能、光能出力變化特性，進(jìn)一步提高新能源消納能力[6]。

目前，雅礱江流域周邊的綠色清潔能源已投產(chǎn)裝機(jī)超2 000萬(wàn)kW，每年貢獻(xiàn)清潔電力近1 000億kW·h。雅礱江流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地已實(shí)現(xiàn)兩河口水電站與柯拉一期光伏電站的打捆送出。兩河口水電站壩址位于雅礱江干流與支流鮮水河匯合口以下約2 km，電站正常蓄水位以下庫(kù)容101.54億m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容65.6億m3，具備多年調(diào)節(jié)性能；電站裝機(jī)容量300萬(wàn)kW，枯期平均出力103.4萬(wàn)kW，年發(fā)電量為110.0億kW·h。兩河口水電站對(duì)下游梯級(jí)有較大的補(bǔ)償效益，可增加雅礱江下游11個(gè)梯級(jí)保證出力444.7萬(wàn)kW，增加年發(fā)電量102.0億kW·h?？吕黄诠夥娬臼茄诺a江兩河口水電站水光互補(bǔ)一期項(xiàng)目，場(chǎng)址最高海拔4 600 m，裝機(jī)100萬(wàn)kW，年平均發(fā)電量20億kW·h，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤超60萬(wàn)t、減少二氧化碳排放超160萬(wàn)t?？吕黄诠夥娬就ㄟ^(guò)500 kV輸電線路接入距離50 km、裝機(jī)300萬(wàn)kW的兩河口水電站，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電和水電的“打捆”送出。

隨著兩河口水電站的投產(chǎn)運(yùn)行，兩河口水電站可以與二灘水電站、錦屏水電站形成三大控制性水庫(kù)，總調(diào)節(jié)庫(kù)容可達(dá)148億m3，三庫(kù)聯(lián)合運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)流域水電的多年調(diào)節(jié)，更好地調(diào)節(jié)風(fēng)電、光電的波動(dòng)，從而匯集打捆送出更多周邊的清潔能源，例如柯拉二期光伏電站、臘巴山風(fēng)電站、剪子灣風(fēng)電站等發(fā)電項(xiàng)目。除傳統(tǒng)的水風(fēng)光資源外，雅礱江流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地還規(guī)劃建設(shè)了兼具徑流發(fā)電和抽水蓄能功能的兩河口混合式抽水蓄能項(xiàng)目。當(dāng)水風(fēng)光發(fā)電無(wú)法達(dá)到電力負(fù)荷需求時(shí)，兩河口混合式抽水蓄能電站將會(huì)把存儲(chǔ)的水力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，補(bǔ)充電網(wǎng)的電力；當(dāng)新能源的電力充足時(shí)，兩河口混合式抽水蓄能項(xiàng)目將會(huì)利用富裕的新能源電力把下庫(kù)的水抽上來(lái)，將電能轉(zhuǎn)化為水力勢(shì)能存儲(chǔ)起來(lái)，在水風(fēng)光發(fā)電無(wú)法達(dá)到電力負(fù)荷需求時(shí)，繼續(xù)把存儲(chǔ)的水力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，為電網(wǎng)補(bǔ)充電力[7]。循環(huán)往復(fù)，新能源電力趨于優(yōu)質(zhì)，大大減輕了新能源消納的壓力，降低了棄風(fēng)棄光率。

未來(lái)，雅礱江水風(fēng)光一體化基地總規(guī)?？蛇_(dá)到1億kW以上，其中水電裝機(jī)超過(guò)3 000萬(wàn)kW，風(fēng)電、光伏電站裝機(jī)超過(guò)6 000萬(wàn)kW，抽水蓄能電站裝機(jī)超過(guò)1 000萬(wàn)kW[8]。

3 結(jié)束語(yǔ)

“雙碳”背景下，流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐方式之一。利用流域水電站的靈活調(diào)節(jié)能力，打包流域水電站周邊的風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電項(xiàng)目，大力發(fā)展和建設(shè)流域水風(fēng)光多能互補(bǔ)清潔能源基地，這一舉措符合我國(guó)電力高質(zhì)量發(fā)展的要求，有利于提升新能源的消納和存儲(chǔ)能力，優(yōu)化電力系統(tǒng)的發(fā)電曲線，提高受端省份的電力保障能力，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的安全可靠性。

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Development of Clean Energy Base with Hydro-wind-solar Multi-energy Complementary Integration in River Basins

LI Yushu1，2，LI Weibing1，3，DENG Youhan1，2，JIANG Dingguo1，2，WANG Lei1，3

（1. Laboratory of Hydro-Wind-Solar Multi-energy Control Coordination，Wuhan 430014，China；2. Science and Technology Research Institute，China Three Gorges Corporation，Beijing 100038，China；3. China Yangtze Power Co.，Ltd.，Wuhan 430010，China）

Abstract：In view of source-network-load-storage integration and the policy environment of multi-energy complementary development，we summarize the resource distribution and power generation of water and wind resources in China. On this basis，we expound the advantages of integrating photovoltaic and wind power generated near large-scale basin hydropower stations into adjacent hydroelectric power stations to achieve bundled output. Furthermore，we examine the development principles and modes of clean energy bases with hydro-wind-solar multi-energy complementary integration in the basin，and analyze the complementary characteristics of hydro-wind-solar power output. Additionally，with the Yalong River Basin as a case study，we summarize the construction and operation of clean energy bases with hydro-wind-solar multi-energy complementary integration in typical river basins.

Key words：river basin；multi-energy complementary；electric power guarantee；complementary output；new energy consumption

基金項(xiàng)目：湖北省科技重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022AAA007）

作者簡(jiǎn)介：李雨抒，女，工程師，博士，主要從事電氣工程及其自動(dòng)化、水風(fēng)光多能互補(bǔ)、電力規(guī)劃設(shè)計(jì)等方面工作。E-mail：shucuocuo13@163.com