盧兆輝，張盛勇，張正平

（1.保定易縣抽水蓄能有限公司，保定市 074200；2.中電聯(lián)人才評價與教育培訓(xùn)中心，北京市 100053；3.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100052）

0 引言

目前，隨著我國確立了2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的“雙碳”目標(biāo)，大力發(fā)展清潔能源正如火如荼。作為有效消納清潔能源并保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行重要手段的抽水蓄能電站也正處于加快建設(shè)的高峰期[1]。在國家“十四五”規(guī)劃和“2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要”中明確提出要加快抽水蓄能電站建設(shè)和新型儲能技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用。因此，國家能源局發(fā)布的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021～2035年）》中制定了八大重點任務(wù)。其中，第六條任務(wù)“探索推進(jìn)水電梯級融合改造，鼓勵依托常規(guī)水電站增建混合式抽水蓄能”受到了廣泛關(guān)注[2][3]。實際上，依托常規(guī)水電站增建混合式抽水蓄能并不是一種新的理念和做法，早在1968年，我國就建成了第一座混合式抽水蓄能電站——崗南水電站[4]。近半個多世紀(jì)以來，該類型的儲蓄電站發(fā)展情況如何，尚缺乏相關(guān)分析。新時期，混合式抽水蓄能電站面臨著怎樣的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，有必要進(jìn)行深入探討。

鑒于此，本文首先對聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能電站的特點、優(yōu)勢進(jìn)行分析，接著對我國混合式抽水蓄能電站的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題進(jìn)行了分析討論，最后針對新時期的發(fā)展需求，對聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能電站的建設(shè)提出了參考建議與對策。

1 聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵/電站概述

1.1 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能的內(nèi)涵定義

如圖1（a）所示，為純抽水蓄能電站示意圖。當(dāng)前正在大量建設(shè)的抽水蓄能電站選址條件基本是具備新建上水庫和下水庫的地形地質(zhì)條件，下庫一般位于有徑流的河道上或鄰近河道或有補(bǔ)給水源，兩庫之間山體具備開挖地下洞室群的地質(zhì)條件，地下廠房安裝可逆式抽水蓄能機(jī)組。兩個庫盆間高程差（水頭）可在幾百米范圍，但兩個庫盆間的水平距離和垂直距離之比（距高比）一般是越小越好。為了與聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵/電站名稱加以區(qū)別，本文把這種建設(shè)形式的抽水蓄能電站稱為“純抽水蓄能電站”。純抽水蓄能電站是獨立成站，其內(nèi)涵是抽水工況和發(fā)電工況由可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組獨立完成。

如圖1（b）所示，為聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能電站示意圖。聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵/電站是結(jié)合已建常規(guī)梯級水電站進(jìn)行擴(kuò)建，即利用常規(guī)梯級電站兩個相鄰梯級的水庫分別作為上庫和下庫，在兩岸山體內(nèi)選擇適宜地質(zhì)條件開挖輸水系統(tǒng)和地下廠房并安裝大型水泵或可逆式抽水蓄能機(jī)組。在聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能電站內(nèi)，既安裝有常規(guī)水電機(jī)組，利用江河徑流發(fā)電；又安裝有抽水蓄能泵/機(jī)組，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時，用大型水泵或抽水蓄能機(jī)組的泵工況抽水，把下梯級水庫的水抽到上梯級水庫，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，用上梯級電站已有的常規(guī)水電機(jī)組發(fā)電。本文把這種由抽水蓄能電站泵工況抽水與常規(guī)水電機(jī)組發(fā)電兩種聯(lián)合運(yùn)行方式開發(fā)的抽水蓄能電站稱為“聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵/電站”。其內(nèi)涵是抽水工況和發(fā)電工況由不同機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行來完成。

圖1 純抽水蓄能電站與聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能示意圖Figure 1 Schematic diagram of pure pumped storage station and combined operation pumped storage pump/power station

值得注意的是，近半個世紀(jì)以來，最初采用這種聯(lián)合運(yùn)行方式開發(fā)的抽水蓄能電站曾被稱為混合式抽水蓄能電站。但在后來發(fā)展過程中，由于僅從字面上認(rèn)識，難以理解這種“混合式”開發(fā)方式的內(nèi)涵，很多從事這項工作的專業(yè)人員把利用某個常規(guī)水電站僅作為純抽水蓄能電站的上庫或下庫（如黑龍江荒溝抽水蓄能電站以蓮花水電站作為下庫）也稱為混合式抽水蓄能電站。名稱和概念的混淆，在一定程度上也阻礙了人們對這種聯(lián)合運(yùn)行方式本質(zhì)的認(rèn)識，誤導(dǎo)了發(fā)展方向。為了避免因名稱字面定義不清晰而容易混淆的影響繼續(xù)存在，本文擬將這種聯(lián)合運(yùn)行方式的抽水蓄能泵/電站定義為“聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵/電站”（以下簡稱聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站）。在增建的地下廠房中，若安裝泵時稱為“聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵站”；若安裝可逆式水泵水輪機(jī)組時稱為“聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站”。聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站是與常規(guī)梯級水電站共用上庫和下庫集結(jié)成站，用可逆式水泵水輪機(jī)組的泵工況與常規(guī)水電機(jī)組發(fā)電工況聯(lián)合運(yùn)行是聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站與純抽水蓄能電站之間的本質(zhì)區(qū)別。

1.2 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的建設(shè)現(xiàn)狀及建設(shè)滯后原因分析

1.2.1 建設(shè)現(xiàn)狀

截至2021年底，我國已運(yùn)行抽水蓄能電站裝機(jī)容量達(dá)36390MW，然而，結(jié)合常規(guī)梯級水電站建設(shè)的混合式抽水蓄能電站裝機(jī)容量僅為751MW，其中聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站的裝機(jī)容量只有300MW（白山抽水蓄能電站）。結(jié)合已建常規(guī)梯級水電站開發(fā)建設(shè)聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能泵/電站有廣闊的發(fā)展空間，現(xiàn)就其開發(fā)現(xiàn)狀對我國已建成的混合式抽水蓄能電站進(jìn)行統(tǒng)計分析見表1。表中可以看出我國混合式抽水蓄能電站發(fā)展的三個顯著特點。

表1 我國目前已建成的混合式抽水蓄能電站Table 1 Hybrid pumped storage power station build in China

一是起步早，我國的混合式抽水蓄能電站早在半個多世紀(jì)前就已建成（在河北省平山縣，該縣境內(nèi)崗南村西的崗南水電站被公認(rèn)為是中國第一座混合式抽水蓄能電站，僅11WM抽水蓄能機(jī)組的投產(chǎn)開創(chuàng)了我國混合式抽水蓄能電站發(fā)展的先河。

二是發(fā)展慢，在崗南水電站建成后的23年，在1992年已運(yùn)營了11年的潘家口電站改建安裝了3臺90MW抽水蓄能機(jī)組，之后相繼建設(shè)了西藏羊卓雍湖、安徽響洪甸和白山抽水蓄能電站工程。混合式抽水蓄能電站在近半個多世紀(jì)里，發(fā)展仍然十分緩慢，數(shù)量十分有限。而建設(shè)初衷就擬采用與常規(guī)水電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行的抽水蓄能電站只有白山抽水蓄能電站。白山抽水蓄能電站的原始設(shè)計是在白山常規(guī)水電站擴(kuò)建白山抽水蓄能泵站[5]。因當(dāng)時制造150MW大型水泵的技術(shù)儲備不足，只能用可逆式水泵水輪機(jī)的泵工況代替，不得不經(jīng)過二次核準(zhǔn)變更為白山抽水蓄能電站，并通過首臺引進(jìn)、第二臺實現(xiàn)單機(jī)容量150MW可逆式水泵水輪機(jī)設(shè)計制造國產(chǎn)化。

三是機(jī)組普遍較小，例如最大容量配置的白山抽水蓄能電站僅配備了2臺150MM的可逆式水泵水輪機(jī)組。

1.2.2 建設(shè)滯后原因分析

近半個世紀(jì)以來混合式抽水蓄能電站的發(fā)展現(xiàn)狀呈現(xiàn)出上述特點，筆者分析認(rèn)為主要歸因于以下幾個方面的原因：

（1）不是所有常規(guī)梯級水電站都具備建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的條件，選址受限不如純抽水蓄能電站可根據(jù)用電負(fù)荷需要選址靈活。

（2）對混合式抽水蓄能電站的電能轉(zhuǎn)換效率和社會綜合效益的認(rèn)識有誤區(qū)，尤其是聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的綜合電能轉(zhuǎn)換率高于純抽水蓄能電站的原理一直未被深入研究和認(rèn)識，導(dǎo)致一些專業(yè)技術(shù)人員認(rèn)為常規(guī)水電站發(fā)電水頭低，不如建設(shè)高水頭的純抽水蓄能電站而進(jìn)入了認(rèn)識誤區(qū)。

（3）由于聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站需要跟已建水電站的常規(guī)水電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行才能獲得增發(fā)電量效益，導(dǎo)致新擴(kuò)建的聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站無法單獨核算投入產(chǎn)出效益，限制投資方參與這種開發(fā)模式的積極性。因此需要國家有關(guān)部門出臺相關(guān)政策才能促進(jìn)其快速發(fā)展。

4）聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的最大優(yōu)勢是可以有效大規(guī)模地消納風(fēng)光等清潔能源，在尚未具備條件提倡大力開發(fā)使用清潔能源和沒有消納清潔能源需求的時候，聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站也不具備的開發(fā)優(yōu)勢。

1.3 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的優(yōu)勢分析

1.3.1 電能綜合轉(zhuǎn)換效率顯著提高

（1）機(jī)組設(shè)計制造原則變化帶來的綜合轉(zhuǎn)換效率提高。

隨著可逆式水泵水輪機(jī)國產(chǎn)化后設(shè)計制造水平的不斷提高，抽水與發(fā)電的電能轉(zhuǎn)換效率已達(dá)80%左右，即純抽水蓄能電站的實現(xiàn)了5kW·h換4kW·h；在聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的運(yùn)行中，其泵工況為常用工況，則可在設(shè)計制造時以泵工況效率最優(yōu)為原則，其效率達(dá)到95%以上。容量在100MW以上的常規(guī)水電機(jī)組的發(fā)電效率現(xiàn)都能達(dá)到95%以上，兩種效率都在95%的工況聯(lián)合運(yùn)行，考慮各種效率損失，其綜合轉(zhuǎn)換效率可達(dá)90%左右，即5kW·h換4.5kW·h。

（2）年徑流量提高發(fā)電水頭帶來增加電量。

聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站在電網(wǎng)負(fù)荷低谷時用泵工況抽水，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰時用常規(guī)水電機(jī)組發(fā)電。如圖2所示，假設(shè)增建抽水蓄能泵/電站前的上水庫原水位為H，年徑流量Q通過常規(guī)機(jī)組發(fā)出的電量為QH；增建聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站后，泵工況每天后夜負(fù)荷低谷時抽水，抽水后上水庫水位增高Δh，白天負(fù)荷高峰時只用常規(guī)水電機(jī)組發(fā)電運(yùn)行，此時常規(guī)機(jī)組發(fā)電水頭為（H+Δh），則年徑流量Q通過常規(guī)機(jī)組發(fā)出的電量為Q（H+Δh）。因此，聯(lián)合運(yùn)行后，上庫水電站的年徑流量因提高發(fā)電水頭Δh而增加的發(fā)電量為QΔh?？煞QQΔh為年徑流量增發(fā)電量。因此，泵工況抽水后，水庫天然來水產(chǎn)生的徑流量越多，因提高Δh而通過常規(guī)機(jī)組增加的發(fā)電量也越多。如Q足夠大，則QΔh增加的發(fā)電量會大于抽水用電量，即抽水和發(fā)電的綜合轉(zhuǎn)換效率大于1。這種聯(lián)合運(yùn)行方式可以在電能轉(zhuǎn)換過程中引發(fā)年徑流量和提高發(fā)電水頭的疊加效應(yīng)，產(chǎn)生疊加溢出電量，使其綜合電能轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)高于純抽水蓄能電站。

圖2 聯(lián)合運(yùn)行式抽水蓄能電站電能轉(zhuǎn)換疊加效應(yīng)示意圖Figure 2 Schematic diagram of superposition effect of electric energy conversion of combined operation pumped storage power station

例如白山抽水蓄能電站，是利用松花江上的白山水電站水庫作為上水庫，其下一梯級紅石水庫做下水庫，在白山水電站大壩左岸山體內(nèi)開挖輸水隧洞和地下廠房，安裝2臺單機(jī)容量為150MW的抽水蓄能機(jī)組。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷低谷時，用抽水蓄能機(jī)組的泵工況從下一梯級紅石水電站抽水到上一級白山水電站；當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷高峰時，用白山水電站常規(guī)水電機(jī)組調(diào)峰發(fā)電。抽水蓄能機(jī)組泵工況和白山常規(guī)水電機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行完成電能轉(zhuǎn)換。采取這種聯(lián)合運(yùn)行方式后，白山常規(guī)水電機(jī)組獲得的增加發(fā)電量已大于抽水蓄能機(jī)組泵工況的抽水用電量，能量轉(zhuǎn)換效率大于1。計算方法如下：假定每天2臺150MW機(jī)組泵工況抽到上庫的水量約636m3看作是水庫區(qū)域每天的天然降雨量，將這個降雨量疊加到已有實測水文系列中，再重新進(jìn)行調(diào)洪演算和水量平衡分析。依據(jù)調(diào)洪演算和水量平衡分析計算結(jié)果繪制水庫調(diào)度圖，編制新的水庫運(yùn)行方式，優(yōu)化水庫調(diào)度運(yùn)行。計算擬定年抽水按300天（扣除汛期65天）計，年累計抽水量約19億m3。按上述方法，經(jīng)計算白山水電站的新水庫運(yùn)行方式比原水庫運(yùn)行方式的年平均運(yùn)行水位抬高約1m，即流經(jīng)白山水電站約300億m3的年徑流量通過白山常規(guī)水電機(jī)組發(fā)電時，其年平均發(fā)電水頭均提高約1m，增發(fā)電量效益顯著。在豐水、平水和枯水年的電量轉(zhuǎn)換率計算結(jié)果分別為109.06%、100.69%、95.75%，平均達(dá)103.0%，充分展現(xiàn)了聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站在電能綜合轉(zhuǎn)換效率上的特有優(yōu)勢[6][7][8]。

1.3.2 利用已建梯級水電站存量資源、建設(shè)周期短并節(jié)省投資

由于聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站利用已建成的常規(guī)梯級水電站做上庫和下庫，只是進(jìn)行輸水系統(tǒng)和地下廠房等洞室開挖及安裝泵或可逆式水泵水輪機(jī)組，建設(shè)周期比之純抽水蓄能電站更短。常規(guī)抽水蓄能電站建設(shè)周期約為6～7年，聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站擴(kuò)建可在3～4年內(nèi)建成投產(chǎn)。同時，由于上庫和下庫已形成，泵/電站建設(shè)不改變原梯級水庫的水位特征參數(shù)，沒有新增淹沒用地和移民，節(jié)省土地和林業(yè)資源。

此外，由于不用新建上庫和永久進(jìn)場交通運(yùn)輸?shù)缆?，下庫根?jù)現(xiàn)場實際情況，直接使用或?qū)ο乱患墡煳策M(jìn)行改造形成下庫，沒有庫區(qū)淹沒補(bǔ)償，除建設(shè)期臨時征地外和部分永久征地外，征地移民費(fèi)用相對較少，可節(jié)省大量工程投資。還以吉林白山抽水蓄能電站為例，單位千瓦投資約為2700元，與同期建設(shè)的遼寧蒲石河（純）抽水蓄能電站（約5000元/kW）相比節(jié)省投資約46%。

1.3.3 所在流域的水資源得到進(jìn)一步充分有效利用、社會經(jīng)濟(jì)效益顯著

對于常規(guī)水電機(jī)組調(diào)峰發(fā)電時上庫流入下一級水庫的水量，下一級水庫需要留存一部分水量用于夜間泵工況把水再抽回一部分存到上庫，避免了其入庫水量全部發(fā)電再流入更下一級水庫。因此，可使全流域的水資源被延滯下泄，對于年調(diào)節(jié)或多年調(diào)節(jié)水庫，意味著可減緩所在流域在一年或多年周期內(nèi)水資源下泄的流失速度。這在很大程度上增加了水資源的利用量和利用時長，使水資源得到進(jìn)一步的充分有效利用，社會綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。

大型常規(guī)水電站除具有發(fā)電功能外，還有更重要的功能是滿足防洪和灌溉及沿岸工業(yè)居民用水需求。如豐滿水電站機(jī)組調(diào)峰時的發(fā)電下泄流量遠(yuǎn)高于下游用水量需求，部分水量損失；不發(fā)電時河道無水又滿足不了下游工農(nóng)業(yè)及居民用水量的巨大需求，2000年前后在下游建設(shè)了永慶反調(diào)節(jié)水庫以滿足下游均衡供水需求。在豐滿水電站重建方案前期討論時，曾設(shè)想擬把6臺單機(jī)容量為200MW常規(guī)機(jī)組中的1臺或2臺改為可逆式水泵水輪機(jī)組，但由于豐滿水電站下一級的永慶反調(diào)節(jié)水庫庫容不夠而放棄。如永慶反調(diào)節(jié)水庫庫容足夠大，那豐滿水電站重建就可安裝1～2臺抽水蓄能機(jī)組。如是，在每天豐滿水電站調(diào)峰發(fā)電的大流量時段，永慶水庫可多留存500萬～1000萬m3的水量用于抽水蓄能機(jī)組泵工況在負(fù)荷低谷時把水再抽回豐滿水庫。以全年抽水300天計，2臺單機(jī)容量為200MW抽水蓄能機(jī)組年抽水量為30億m3。再加之上游已有的白山抽水蓄能電站的年抽水量19億m3，流域內(nèi)全年累計將有49億m3的水量（相當(dāng)于約豐滿水電站百億m3庫容的一半）緩存于白山和豐滿水電站及永慶反調(diào)節(jié)水庫內(nèi)。這部分水量可暫緩流入黑龍江并延滯入海，可有效緩解該流域在春季枯水期下游工農(nóng)業(yè)居民用水緊張的局面。通過聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站的開發(fā)，可使水資源循環(huán)有效利用，對流域內(nèi)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)間接帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。同時，因泵工況循環(huán)抽水而減小河道下泄流量的峰值，提高河道流量均衡度，優(yōu)化河道運(yùn)行環(huán)境。

2 開發(fā)建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的必要性分析

隨著清潔能源的大量快速開發(fā)建設(shè)和對巨型電網(wǎng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求的不斷提高，最有效消納清潔能源并確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的抽水蓄能電站的開發(fā)建設(shè)成為迫切需求。但是隨著純抽水蓄能電站建設(shè)速度的加快，剩余的優(yōu)良站址越來越少，環(huán)境因素也越來越復(fù)雜，項目開發(fā)建設(shè)條件更是越來越苛刻。特別是西南、西北和東北地區(qū)，清潔能源資源稟賦好，抽水蓄能規(guī)模需求大，可開發(fā)的純抽水蓄能電站優(yōu)質(zhì)資源較少，且都遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，難以滿足電網(wǎng)系統(tǒng)需求。這些地區(qū)恰又是大型常規(guī)梯級水電站開發(fā)程度高的區(qū)域，因此結(jié)合常規(guī)梯級水電站開發(fā)建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站是一件功在當(dāng)代、利在千秋的選擇，其必要性主要體現(xiàn)在以下三個方面：

2.1 抽水蓄能電站建設(shè)是消納清潔能源和維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求

我國確立了2030年碳達(dá)峰和2060年碳中和的“雙碳”目標(biāo)，要想實現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)，就必須大力發(fā)展清潔能源，而清潔能源如風(fēng)能、太陽能及潮汐能等發(fā)出的電能其隨機(jī)性和穩(wěn)定性對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來巨大的隱患，尤其是在負(fù)荷低谷時電網(wǎng)如何把風(fēng)光發(fā)出的電盡可能多地及時消納存儲，必須配套建設(shè)相應(yīng)規(guī)模的儲能設(shè)施，以避免棄風(fēng)棄光。

電網(wǎng)對儲能設(shè)施需求巨大，在化學(xué)、壓力罐、地下空間及海水等各種儲能方式及設(shè)施目前還難以滿足電網(wǎng)對可靠性和安全性及儲能容量規(guī)模要求的客觀條件下，抽水蓄能電站目前還是電網(wǎng)消納清潔能源和確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行最重要手段，抽水蓄能電站是可靠性和安全性兼?zhèn)浼皟δ苋萘恳?guī)模滿足電網(wǎng)需求的成熟完備儲能設(shè)施，加快建設(shè)抽水蓄能電站是勢在必行。

2.2 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站可作為純抽水蓄能電站優(yōu)良站址的重要補(bǔ)充來源

近十幾年純抽水蓄能電站得到了快速開發(fā)，目前已投入運(yùn)行容量36390MW，在建60000MW，另有已簽約或正在開展前期工作的項目超過60000MW。根據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021～ 2035）》（見圖 3），到2025年（“十四五”）抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模62000MW以上，到2030年（“十五五”）投產(chǎn)總規(guī)模達(dá)到120000MW左右[2]。隨著未來可供開發(fā)的純抽水蓄能電站優(yōu)良站址逐漸減少，結(jié)合常規(guī)梯級水電站開發(fā)建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站可以作為純抽水蓄能電站優(yōu)良站址的補(bǔ)充來源。目前我國已開發(fā)的常規(guī)（梯級）水電站規(guī)模約達(dá)3.6億kW，存量優(yōu)勢巨大。聯(lián)運(yùn)式開發(fā)模式已被事實證明技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)行可靠，且儲能過程中電能轉(zhuǎn)換增量顯著，綜合電能轉(zhuǎn)換效率高。

圖3 抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035）Figure 3 Medium and long term development objectives of pumped storage

2.3 水資源得到更有效充分的利用

從全國的水資源分布看，大部分經(jīng)濟(jì)區(qū)域呈水資源匱乏態(tài)勢。每個流域的水資源是有限的，尤其是降水量偏少的北方大部分地區(qū)，水資源更顯寶貴。這種聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站開發(fā)方式可使水資源得到更有效的充分利用，可延長全流域年徑流量流存河道的時間，延滯流域內(nèi)水資源的流失速度，提高水資源循環(huán)利用率，可為流域沿岸的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民用水帶來巨大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

3 常規(guī)梯級水電站擴(kuò)建聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站需具備的條件

3.1 常規(guī)梯級水電站可作上庫的條件

水庫特性最好是多年調(diào)節(jié)或不完全多年調(diào)節(jié)，但底線至少是年調(diào)節(jié)水庫，不完全年調(diào)節(jié)水庫需專門論證。徑流式水電站不宜做聯(lián)運(yùn)抽水蓄能電站上庫；庫容較大為好，趨勢是越大越好。庫容越大，儲能轉(zhuǎn)換過程中的疊加溢出效益越大。若庫容特小時，效益需經(jīng)過專門分析論證；年徑流量大為優(yōu)，趨勢是越大越好，年徑流量不大時需專題進(jìn)行效益分析論證開發(fā)的必要性。年徑流量均勻與否都可，但年徑流量不均勻時，聯(lián)運(yùn)式開發(fā)方式可改善年徑流量的不均勻性，提高河道流量平衡度及水資源利用效率。年徑流量越不均勻，改善效果和提高程度越顯著；上庫壩后尾水位宜與下一梯級的正常運(yùn)行水位相銜接。若不銜接，其與下庫正常運(yùn)行水位回水距離不宜太遠(yuǎn)。太遠(yuǎn)時可考慮上庫壩后新建小型水庫作為下庫，如潘家口抽水蓄能電站。

3.2 常規(guī)梯級水電站可做下庫的條件

下庫正常運(yùn)行水位宜與上庫發(fā)電尾水相銜接，或年平均運(yùn)行水位庫末回水與上庫壩址間的距離不宜太遠(yuǎn)；下庫調(diào)節(jié)庫容有裕量，即下庫年平均運(yùn)行水位或正常高水位與校核洪水位之間的調(diào)節(jié)庫容裕量要滿足裝機(jī)容量在泵工況滿負(fù)荷連續(xù)抽水6h的水量要求。這個量不是很大，一般水庫都能滿足這個要求。

4 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站與聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站的方案比選

4.1 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站方案的優(yōu)缺點

（1）聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站即在地下廠房中安裝大型水泵，其最大優(yōu)點是可以全天候，即每天24h消納清潔能源。最適合結(jié)合常規(guī)梯級水電站開發(fā)建設(shè)，尤其是當(dāng)作為水庫的常規(guī)水電站的調(diào)節(jié)庫容很大，且是不完全多年調(diào)節(jié)水庫或是多年調(diào)節(jié)水庫時，其可實現(xiàn)高電能轉(zhuǎn)換率的優(yōu)勢巨大，經(jīng)濟(jì)效益好。

（2）同容量的泵造價比抽水蓄能機(jī)組低一些，尚無具體量化分析。參照已建白山抽水蓄能電站當(dāng)時的機(jī)組造價對比分析，降低約10%～20%。

（3）泵抽水用電線路可利用原電站的送出線路倒送電，不用新建輸電線路。

（4）泵站沒有調(diào)峰能力，不能為電網(wǎng)增加備用容量。

4.2 聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站方案的優(yōu)缺點

（1）聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站即地下廠房安裝可逆式水泵水輪機(jī)組。抽水蓄能機(jī)組的發(fā)電工況一般不用于電網(wǎng)調(diào)峰，只是當(dāng)常規(guī)機(jī)組檢修維護(hù)時可替代被檢修機(jī)組發(fā)電調(diào)峰；在汛期上庫有泄流要求時，抽水蓄能機(jī)組發(fā)電工況才用于發(fā)電，可增發(fā)季節(jié)電能，減少棄水；還有就是在電網(wǎng)緊急需要時可增加發(fā)電出力。

（2）聯(lián)運(yùn)模式下的抽水蓄能機(jī)組發(fā)電工況一般不用，但因常規(guī)水電站的水庫全年有水，抽水蓄能機(jī)組的發(fā)電工況可全天候作為電網(wǎng)事故備用容量。

（3）抽水蓄能機(jī)組的造價比泵高一些，一般約高10%～20%。

（4）根據(jù)功能定位確定是否新建與其發(fā)電工況容量相匹配的送出線路。如原常規(guī)水電站送出線路容量有裕度，也可考慮利用原有送出線路而不新建或部分新建送出線路，這需結(jié)合原常規(guī)機(jī)組的實際運(yùn)行方式和最大保證出力進(jìn)行專門分析論證。

5 建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站的難點、對策和建議

5.1 難點分析

綜合上述分析，聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能發(fā)展的難點主要體現(xiàn)在以下三個方面：

（1）峰谷差電價未完全市場化問題。目前國家尚未完全實行峰時和谷時電價。抽水蓄能電站本質(zhì)上是通過儲能轉(zhuǎn)換電網(wǎng)負(fù)荷峰谷電能來確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行（用來保障特高壓穩(wěn)定運(yùn)行的純抽水蓄能電站另論）。沒有峰谷電價差，就無法核算投入產(chǎn)出效益。

（2）體制和機(jī)制問題，聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站開發(fā)的關(guān)鍵要素是必須要將抽水蓄能電站的抽水工況和常規(guī)水電機(jī)組的發(fā)電工況聯(lián)合運(yùn)行。這樣就導(dǎo)致了抽水工況產(chǎn)生的效益是隱含在常規(guī)水電機(jī)組的綜合增發(fā)電量中。目前國內(nèi)常規(guī)水電站的管轄權(quán)及產(chǎn)權(quán)屬性極其多樣化，只有當(dāng)常規(guī)水電相鄰兩個梯級電站的資產(chǎn)為一家權(quán)屬，開發(fā)建設(shè)這種聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能電站才能進(jìn)行統(tǒng)一核算。否則，其他投資方想開發(fā)建設(shè)難度大，且無法進(jìn)行投入產(chǎn)出效益核算。

（3）聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵站沒有發(fā)電功能。按現(xiàn)行編寫規(guī)定范本，可研報告中的經(jīng)濟(jì)評價部分會因項目沒有發(fā)電屬性而找不到相應(yīng)的規(guī)定和規(guī)范而無法編寫等。

5.2 對策與建議

（1）發(fā)揮舉國體制辦大事的優(yōu)勢。開發(fā)建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站涉及方方面面，跨行跨業(yè)點多面廣，需由國家層面的有關(guān)部門和機(jī)構(gòu)牽頭協(xié)調(diào)組織實施，發(fā)揮舉國體制集中力量辦大事的優(yōu)勢，從上到下推動落實并逐步實施。

（2）制定相應(yīng)的政策和法規(guī)、編制相關(guān)規(guī)范和規(guī)定。需要國家層面制定相應(yīng)的政策和法規(guī)，行業(yè)編制規(guī)范和規(guī)定，如需要制定符合市場規(guī)律的峰谷電價等。

（3）開展聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站可開發(fā)站址普查。因受目前諸多尚未破解的難題制約，全面開發(fā)建設(shè)聯(lián)運(yùn)式抽水蓄能泵/電站的條件尚不具備，但可在全國范圍內(nèi)對常規(guī)梯級水電站啟動具備這種開發(fā)模式的站址普查工作，以摸清可開發(fā)容量的現(xiàn)存規(guī)模。這個存量規(guī)?？勺鳛橹贫ā笆逦濉庇媱澔蚋h(yuǎn)景純抽水蓄能電站發(fā)展規(guī)劃的站址補(bǔ)充來源，待條件具備時可有計劃地逐步實施開發(fā)建設(shè)，為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和水資源更有效充分利用發(fā)揮更大的作用。