戰(zhàn)略與規(guī)劃

世界若干國家擬建及在建抽水蓄能項目綜述

介紹了歐洲多國、南非及美國的擬建及在建抽水蓄能項目。據(jù)調(diào)查，歐洲的抽水蓄能潛能是目前裝機容量的7倍，有大量潛能待開發(fā)。分析了英國開發(fā)抽水蓄能的效益，分別描述了英國、葡萄牙、法國、比利時、德國、南非和美國等國擬建抽水蓄能項目計劃及已建項目的升級改造情況，指出抽水蓄能發(fā)電是提高風能、太陽能等可再生能源發(fā)電靈活性的重要能源，對電網(wǎng)調(diào)峰及電網(wǎng)快速響應(yīng)有重要作用。

抽水蓄能；升級改造；可再生能源

企業(yè)聯(lián)盟協(xié)會eStorage近期的一份調(diào)查顯示，歐洲潛在的抽水蓄能容量，足夠為島國馬耳他提供一整年的電力。eStorage協(xié)會成員之一的DNV GL商業(yè)和技術(shù)咨詢公司，運用自主設(shè)計的地理信息系統(tǒng)(GIS)開展了一項研究。該公司利用漏斗模型獲取一整套數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)大到列出了歐洲所有的水系，小到極其細致和精確地定位了技術(shù)上可行的抽水蓄能電站站址，這些站址所建的水庫能蓄起多余的水，并在用電高峰期平穩(wěn)供電。

能源領(lǐng)域領(lǐng)導(dǎo)者，如通用電氣公司(GE)、法國電力集團(EDF)、DNV GL集團和倫敦帝國學(xué)院(Imperial College London)，在歐盟委員會的授意下開展了研究。研究發(fā)現(xiàn)，歐洲潛在抽水蓄能容量為2 291 GW，是目前已裝機容量的7倍。挪威抽水蓄能潛能最大，為1 242 GW·h；其次在阿爾卑斯山脈，有303 GW·h。比利牛斯山脈也存在118 GW·h的可開發(fā)潛能。

GE公司水電技術(shù)專家M.弗朗索瓦認為，eStorage主導(dǎo)的這次調(diào)研，將幫助政商界領(lǐng)導(dǎo)者們在其國家和市場作出更好的、更準確的決策，在儲能方面實現(xiàn)更高的成本效益。GE公司已為數(shù)座抽水蓄能電站安裝了56 GW的水輪機和發(fā)電機。此外在全球范圍內(nèi)，該公司正在開發(fā)6 GW的抽水蓄能項目，其中包括3 GW的可變速抽水蓄能機組。GE的歐洲客戶包括法國EDF公司旗下裝機720 MW的勒文(Revin)電站以及葡萄牙電力集團(EDP)旗下裝機209 MW的薩拉蒙德(Salamonde)電站和裝機260 MW的阿爾克瓦(Alqueva)電站。瑞士的阿匹克(Alpiq)公司和阿克斯珀(Axpo)公司也選用了GE公司的技術(shù)，用于在建的可變速抽水蓄能項目，即裝機942 MW的南特德朗斯(Nant de Drance)電站和裝機1 000 MW的林塔爾(Linthal)電站。

1 英 國

在英國，剛剛發(fā)布的一份報告論述了抽水蓄能電站的投資計劃，并指出了在英國推廣抽水蓄能技術(shù)的優(yōu)勢。

DNV GL公司的研究由蘇格蘭政府、南蘇格蘭電力公司(SSE)和蘇格蘭電力公司(ScottishPower)提供資金支持。研究報告提到，即使是抽水蓄能這種成本效益頗高的電網(wǎng)級儲能方式，也面臨著政治和經(jīng)濟方面的障礙。

英國的抽水蓄能電站總發(fā)電量達24 GW·h，分布在4個地方，大部分在蘇格蘭，英國電力系統(tǒng)已經(jīng)從中受益。另有約50 GW·h的項目已得到規(guī)劃許可，這相當于整個英國在用電高峰期所需的1 h的電量。

題為《英國抽水蓄能發(fā)電的優(yōu)勢》的研究報告指出了抽水蓄能技術(shù)的益處：

(1) 通過將多余電量儲存在固定區(qū)域以備后用，來為電力系統(tǒng)服務(wù)并降低因電網(wǎng)堵塞產(chǎn)生的成本，避免或延遲強化電網(wǎng)所需的投資；

(2) 避免在用電低谷期浪費低碳的電能，避免因新建輸電設(shè)施對環(huán)境造成不良影響；

(3) 為保障供電安全而須持續(xù)輸送電能時，抽水蓄能是最經(jīng)濟的儲能技術(shù)。

報告也列舉了抽水蓄能投資不力將產(chǎn)生的影響，包括：

(1) 可能會更多使用燃氣和柴油發(fā)電，這將增加溫室氣體排放量，并讓終端用戶付出更高昂的電費。

(2) 限制風能和太陽能等形式多樣的可再生能源，降低其對溫室氣體減排的貢獻，增加用戶的成本，影響可再生能源的投資環(huán)境。

行業(yè)組織蘇格蘭可再生能源(Scottish Renewables)政策官員H.史密斯表示，政府創(chuàng)造一個良好的政策環(huán)境，對鼓勵投資非常重要。他們希望能為抽水蓄能行業(yè)營造更公平的環(huán)境，以真實反映其帶給電力系統(tǒng)的價值。

SSE公司的發(fā)展總監(jiān)M.希頓認為，報告明確指出，在提高英國未來的電力系統(tǒng)效率、可靠性和安全性方面，抽水蓄能技術(shù)能夠發(fā)揮并且已經(jīng)發(fā)揮了極其重要的作用。該公司旗下的裝機30 GW的庫爾格拉斯(Coire Glas)電站，能將英國現(xiàn)有的抽水蓄能裝機提高一倍。公司希望各方能加強合作，找到消除投資障礙的方法，建設(shè)更多的抽水蓄能新項目。

該報告呼吁對抽水蓄能效益的量化標準進行徹底更新，尤其是要降低可運行50 a以上的資本密集型水電資產(chǎn)的不確定性。報告里其他建議包括：①發(fā)展市場機制，真實反映抽水蓄能電站帶給電力系統(tǒng)的價值；②政府與監(jiān)管機構(gòu)合作降低政策決策帶來的風險；③政府考慮引進一種上下限模式的機制，英國至歐洲大陸的天然氣管線(Interconnector)采用的便是這種機制，且Interconnector的投資情況與抽水蓄能相似；④政府需保證電網(wǎng)計費方式公平公正，且是經(jīng)過整體評估后決定的。

蘇格蘭艾世肯(Eishken)有限公司剛剛透露，計劃在蘇格蘭劉易斯(Lewis)島建一座裝機300 MW的抽水蓄能電站。該項目將毗鄰已獲批裝機162 MW的穆埃希哈爾(Muaitheabhal)風電場，并成為風電場的一部分。鑒于風能的間斷性質(zhì)，該項目可將風電場發(fā)出的一部分電力儲存起來，待調(diào)峰時使用。項目落成后，能將西部群島海底電纜(Western Isles Link)的使用率從40%大幅提高至80%。該電纜由英國國家電網(wǎng)公司(National Grid)鋪設(shè)，用于輸送群島的可再生能源電力。

艾世肯公司的N. 奧本海姆表示，整個英國的抽水蓄能項目甚少，而他們提出的將大海作為下庫的方案極具創(chuàng)新性。該項目不僅能提高西部群島海底電纜的效益，還將對蘇格蘭大陸的能源供給產(chǎn)生重大影響，并將成為蘇格蘭可再生能源組合中的重要部分。

該公司估計，在該項目的3～5 a的建設(shè)周期內(nèi)，將創(chuàng)造超過150個就業(yè)機會。2016年下半年，該項目獲得許可。AECOM公司正為艾世肯公司提供技術(shù)咨詢服務(wù)。

2016年9月末，位于威爾格溫內(nèi)思郡的抽水蓄能項目格林榮威(Glyn Rhonwy)的開發(fā)商SPH公司拿到了地下電網(wǎng)連接的規(guī)劃許可，這標志著該項目的一個巨大進展。格溫內(nèi)思郡議會規(guī)劃委員會作出決定，SPH公司將通過地下電纜將該電站(裝機99.9 MW，發(fā)電量700 MW·h)發(fā)出的電輸送到北威爾士電網(wǎng)，該方案消除了項目反對者們對以后會搭建地上高壓電線塔的擔憂。

電纜將主要被埋設(shè)在公路邊的窄溝內(nèi)，隨著電纜沿線敷設(shè)完畢，埋設(shè)電纜的區(qū)域表面將恢復(fù)原狀。在萊特阿爾特(Rhythallt)河流域，電纜將敷設(shè)在公路橋內(nèi)(如果結(jié)構(gòu)學(xué)測評證明該方案合適的話)，或者通過水平導(dǎo)向鉆進法，鋪在河床以下數(shù)米的地方。電纜敷設(shè)預(yù)計工期12個月左右。

格林榮威項目目前只取得了49.9 MW裝機容量的規(guī)劃許可，SPH公司必須重新遞交申請，才能獲得更大裝機的地下機組的許可(即使其他的關(guān)鍵設(shè)計細節(jié)都與原計劃毫無二致)。英國規(guī)劃督察署對修訂方案的審查已于2016年9月初結(jié)束，最終的決定已于2017年3月初由英國國務(wù)大臣做出。

SPH公司的總經(jīng)理D.霍爾姆斯表示，他們一直在推進該項目，目前正著力解決少量的遺留未決事項，并在精細地調(diào)整建設(shè)工期表，他們也在與潛在的設(shè)備與服務(wù)供應(yīng)商進行聯(lián)絡(luò)，以隨時準備從資金籌備階段進入電站建設(shè)階段。該項目將為格溫內(nèi)思郡吸引超過1億英鎊的投資。在3～4 a的項目建設(shè)期內(nèi)，會有數(shù)百名建筑工人入駐，他們的衣食住行活動將極大地促進該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。電站投入運行后，將能提供約30個全職熟練工作崗位，也能為當?shù)氐某邪毯凸?yīng)商帶來效益。在電站125 a或更長的使用期限內(nèi)，這些效益會一直延續(xù)。

格溫內(nèi)思郡議會的M.W.戴維斯議員認為，地下電網(wǎng)連接取得規(guī)劃許可對該項目有著積極重大的意義。一直以來開發(fā)商都在提議建設(shè)地下電纜，因此，議會支持該項目的建設(shè)。

SPH由QBC公司組建，專門負責格林榮威項目的建設(shè)和運營。該項目是在與格溫內(nèi)思郡議會、威爾士環(huán)境保護局(Cadw)、威爾士鄉(xiāng)村委員會(Countryside Council for Wales)、威爾士自然資源保護局(Natural Resources Wales)和AECOM公司進行磋商后策劃的。

2 葡萄牙

安德里茨(Andritz)水電集團獲得了葡萄牙和法國多個抽水蓄能項目的合同。

西班牙伊維爾德羅拉(Iberdrola)能源公司與安德里茨公司簽訂了價值 1.4億歐元的合同，后者將為位于葡萄牙的古瓦斯(Gouvaes)抽水蓄能電站提供機電設(shè)備和壓力鋼管。安德里茨公司的合同交付范圍包括全套機電設(shè)備和液壓機械設(shè)備的設(shè)計、制造、供應(yīng)和安裝監(jiān)督，包括可逆式水泵水輪機、發(fā)電機及電力系統(tǒng)；此外，還負責引水鋼管(含3條引水支管)的設(shè)計、制造、供貨和安裝，管道總重量為12 000 t，平均直徑 5.4 m，長度 2.5 km。

古瓦斯電站裝4臺水泵水輪機，單機容量220 MW，將成為新的水力發(fā)電和儲能核心，它與周邊另2座電站合計總裝機量將達1 200 MW。電站建在葡萄牙北部的塔梅加(Tamega)河上，靠近港口城市波爾圖。電站發(fā)出的電力，能滿足用電高峰期的需求，起到快速響應(yīng)調(diào)節(jié)作用。再加上另2座規(guī)模較小的基荷電站，三者將與日漸興盛的風力發(fā)電形成完美互補(因為風電通常不穩(wěn)定)。此外，該項目還會對該地區(qū)的就業(yè)形勢起到積極的作用。

安德里茨公司在一份聲明中提到，他們在設(shè)計高技術(shù)標準的高水頭(凈水頭達660 m)水泵水輪機時，以安全為基準，在公司的實驗室做了大量的研究和模型測試工作，以保證最大限度地滿足客戶對可行性和可靠性的要求。

古瓦斯電站開展的合作是伊維爾德羅拉公司與安德里茨公司在伊比利亞半島的第三大合同。另2個合同為2011年的圣佩德羅(San Pedro)二期水電站設(shè)備交付和2014年的阿爾德達維拉(Aldeadavila)水電站現(xiàn)代化改造項目合同。

3 法 國

安德里茨公司在法國獲得了一筆2 500萬歐元的訂單，將為法國電力集團(EDF)旗下的公司科凱拉(La Coche)抽水蓄能電站的擴容提供一臺240 MW的發(fā)電機組，機組啟動時間計劃在2019年。

安德里茨公司的這種新型沖擊式水輪機在低負荷工況下性能極優(yōu)。也就是說，這種水輪機可以在低負荷區(qū)域內(nèi)仍然有較高的效率和較為平穩(wěn)的運行性能(水頭超過900 m)，從而彌補了現(xiàn)有4臺機組在該方面的不足。這顯著提高了電站的可靠性和靈活性。然而由于水的含沙量較高，對機組會產(chǎn)生很嚴重的磨蝕，因此將給該臺水輪機涂抹高級抗磨蝕涂層，以大幅延長機器的使用壽命。

4 比利時

在比利時，福伊特(Voith)公司最近得到了一份為庫三橋(Coo-Trois-Ponts)抽水蓄能電站實現(xiàn)自動化的大訂單。在2020年前，福伊特將分期交付電站6臺機組的控制系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)和速控器。該公司在一份聲明中稱，新的自動化技術(shù)將使比利時這座最大的抽水蓄能電站繼續(xù)持續(xù)運行至少20 a，并且能保證其使用率最大化。

該項工程的最大挑戰(zhàn)是要在機組不間斷運行期間完成所有自動化系統(tǒng)的安裝。福伊特德國公司的服務(wù)部負責人J.哈科爾介紹道，在與電站運營商Engie Electrabel公司密切磋商后，他們決定一次關(guān)停一臺機組約8周，更換舊的系統(tǒng)。隨后，新系統(tǒng)將被無縫安裝至正常運行的電站?；谶@個原則，他們將分幾個階段完成已過時的舊系統(tǒng)的升級換代。

根據(jù)該合同，福伊特公司將單獨為客戶提供自動化解決方案。該公司已經(jīng)為庫三橋電站提供了多年服務(wù)，并負責其自動化項目，非常熟悉電站的結(jié)構(gòu)和功能。

Engie Electrabel公司項目經(jīng)理L.弗朗索瓦解釋道，新的自動化技術(shù)能保證電站的6臺機器持續(xù)高效運行，降低運行和維修成本，確保未來至少20 a內(nèi)，電站安全、可靠、經(jīng)濟地運行。

庫三橋抽水蓄能電站建于20世紀60年代，裝機1 164 MW，是歐洲同類型電力設(shè)施中的佼佼者。

5 德 國

2016年9月底，GE公司和麥克斯伯格(Max Bogl)公司宣布，將合作建設(shè)世界上首座風能-抽水蓄能聯(lián)合電站——蓋爾多克(Gaildork)電站。該電站的風力發(fā)電機高度為世界之最，位于德國斯瓦比亞-弗蘭哥尼階(Swabian-Franconian)森林的林堡山丘(Limpurger Berge)高地，由4臺GE公司制造的新式3.4-137風力發(fā)電機組成；另有一座裝機16 MW的抽水蓄能電站(由麥克斯伯格公司與納徹斯佩契公司和福伊特公司另簽合同，提供電站的設(shè)備)。

每一個風力發(fā)電塔的基座和周邊都會被作為一座水庫來使用，塔的高度因此增加40 m。一旦落成，塔頂高度將達 246.5 m，將成為世界最高的風力發(fā)電機。

GE公司的岸上風力業(yè)務(wù)公司主席兼首席執(zhí)行官A. 麥克安蒂表示，非常榮幸能與麥克斯伯格公司在這個行業(yè)首創(chuàng)的項目上合作，他們將致力于開發(fā)創(chuàng)新型的可再生能源技術(shù)，為提高歐洲乃至世界的電網(wǎng)靈活性提供可能。蓋爾多克項目標志著在利用可再生能源平衡用電需求和供電波動矛盾上邁出了一大步。將風力與水力發(fā)電結(jié)合在一起的電站將為電網(wǎng)快速響應(yīng)穩(wěn)定提供調(diào)峰電量，保持德國居民用電的低價水平。

GE公司的3.4-137風力發(fā)電機輪轂高度為178 m，每座機塔的下端40 m及其周邊范圍將被用作水庫儲存能量。在臨近的山谷，距風力發(fā)電機以下大約200 m垂直距離處有一處湖泊以及一座16 MW的抽水蓄能電站。4臺風力發(fā)電機預(yù)計在2017年底投入試運行，而整個發(fā)電站將在2018年底投入運行。

6 南 非

裝機1 000 MW的德拉肯斯(Drakensberg)電站是南非第二大抽水蓄能電站，其現(xiàn)代化改造項目目前正在進行中。福伊特公司與電站運營商南非國家電力公司(Eskom)簽訂了價值約1 100萬歐元的合同，將為電站的3臺發(fā)電機進行升級改造。

合同范圍包括3臺發(fā)電機組的制造、安裝以及調(diào)試。這些工作將在電站維持正常運行的前提下分步驟進行，預(yù)期將持續(xù)到2018年中。福伊特公司在招投標階段對甲方推廣了他們的技術(shù)理念，通過精細的設(shè)計方案提高機組的性能。

福伊特公司德拉肯斯項目的發(fā)電機專家及技術(shù)服務(wù)經(jīng)理M.阿索夫介紹，這些設(shè)計方案能幫助降低發(fā)電機組運行時的溫度和振動，從而顯著延長機組壽命?，F(xiàn)代化改造完成后，機組壽命將至少延長40 a。

德拉肯斯電站因完全建在地下而成為南非獨具特色的電站。4臺可逆式水泵水輪機大約位于地下52層，而在地表僅能見到豎井和輸電線路。電站自1981年開始運行，為電網(wǎng)穩(wěn)定做出了巨大貢獻。

7 美 國

根據(jù)最新發(fā)布的名為《水電愿景》的報告，美國擁有極大的抽水蓄能潛能。美國現(xiàn)有的抽水蓄能項目裝機為21.6 GW，還有機會開發(fā)36 GW裝機容量的新項目。

美國能源部發(fā)布的報告指出，為提升性能，工程師們正在研發(fā)新的、更先進的抽水蓄能技術(shù)，例如可調(diào)速機組、閉環(huán)系統(tǒng)(無法持續(xù)利用自然流動水發(fā)電的項目)和模型設(shè)計，以適應(yīng)不同開發(fā)地點和不同規(guī)模項目的差異化需求。這些技術(shù)上的提升，將有助于抽水蓄能電站為電網(wǎng)穩(wěn)定運行做貢獻，并更好地利用風能與太陽能，便于電網(wǎng)調(diào)度隨時對電量浮動做出迅速反應(yīng)。

近期，美國杜克能源公司(Duke Energy)在其“卡羅萊納州杜克能源綜合資源規(guī)劃”中提出，他們將在2023年前，在百德溪(Bad Creek)抽水蓄能電站現(xiàn)有1 065 MW裝機的基礎(chǔ)上再增加200 MW裝機。此項擴容工程包括安裝一臺新的、效率更高的水輪機和更高級的發(fā)電機出口斷路器。

該項目是杜克公司“提升可再生能源比例，減少碳排放量”策略的項目之一，將幫助滿足冬季用電高峰期的需求。在開展任何工作前，都需要對項目許可進行修訂。杜克公司計劃在2017年向聯(lián)邦能源管理委員會(FERC)提交修訂書。

百德溪抽水蓄能電站位于南卡羅萊納州塞勒姆市以北8 km的奧科尼(Oconee)縣，裝有4臺機組，1991年開始發(fā)電，是杜克公司能源系統(tǒng)中最大的水電站。

2017-03-07

1006-0081(2017)10-0001-04

TV743

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(徐婉琛譯

(編輯陳紫薇)