胡 暢
國能大渡河大崗山發電有限公司
凌世河
國能大渡河流域生產指揮中心
在政策和市場的雙因素刺激下，抽蓄電站獲得快速發展，但目前仍存在諸多問題與挑戰。
在“雙碳”目標和加快建設新型能源體系的背景下，抽水蓄能伴隨大量新能源的需求迎來蓬勃發展，2022年以來，抽水蓄能已被納入國務院加快推進重大投資項目清單。2022年底，我國抽水蓄能總裝機4519萬千瓦，較2021年增長24.18%，居世界首位。
規劃到2025年裝機容量將達到6200萬千瓦，到2030年達到12000萬千瓦左右。自2021年初至2023年5月，全國累計已核准抽水蓄能電站68個項目，裝機規模9370萬千瓦；“十四五”期間將要核准219個項目，裝機規模2.7億千瓦，總投資約1.6萬億元，涉及28個省（區、市）和新疆生產建設兵團。
在政策和市場諸多利好的刺激下，眾多能源電力企業紛紛投資開發抽水蓄能賽道，抽水蓄能行業在進入發展快車道的進程中也面臨着諸多新挑戰和新問題。
01我國抽水蓄能快速發展中存在問題和面臨挑戰
生態環保要求日趨嚴格
生態保護紅線、環境質量底線、資源利用上線和生態環境准入清單，是推進生態環境保護精細化管理、強化國土空間環境管控、推進綠色低碳高質量發展的重要準則。“三線一單”、一級公益林、文物和壓覆礦等限制因素增多，導致部分抽蓄項目前期工作難度增大，甚至因生態紅線等制約因素不再具備開發條件，需要在前期工作中加以充分論證，規避生態紅線等環境敏感性因素。受地質、地形、環保、水保等因素影響，有的省區抽水蓄能選點工作難度大，與新能源發展需求不協調等問題。如：寧夏北部的賀蘭山和南部六盤山均為國家級自然保護區，受生態環保因素制約，致使其站點資源難以開發。
建設成本管控難度大
由於抽水蓄能站點論證、建設周期長，一般6至10年，在投資主體多元化進程中，各投資主體均面臨着較多風險和諸多不確定性。
一是因為抽水蓄能資源項目獲取競爭異常激烈，少數地方政府訴求增多，要求產業捆綁、繳納相應費用等附加條件變相增加投資成本。
二是與其配套電力外送通道可能存在建設滯后、外送容量不足導致項目不能按時投產和正常發揮效益。
三是受地質、地形、環保、水保等因素影響，或存在重大地質缺陷問題，或建設征地移民諸多不確定性導致投資增加等問題 ，對項目經濟性和發展造成一定影響。
主設備製造能力面臨嚴重供不應求的局面
“十四五”期間將要核准抽水蓄能項目219個，將在200個市、縣陸續開工建設200個以上的抽水蓄能項目。國內現有大中型水電機組生產企業十餘家，但具備大型抽水蓄能機組產能的廠家不多，哈爾濱電氣、東方電氣為生產大型抽水蓄能機組能力和業績最好的企業，各占國內市場份額分別為42.9%、38%。
目前，在建規模將躍升超8000萬千瓦，還有超過2億kW的抽水蓄能項目正在開展前期勘測設計工作，而哈爾濱電氣、東方電氣分別具備年產約30台套、約25台套至30台套的大型抽水蓄能機組的製造、交付、安裝服務能力，而2024年、2025年、2026年、2027年、2028年全國分別至少需陸續累計交付抽蓄機組156台套、207台套、310台套、396台套、516台套，國內抽水蓄能主設備製造產能面臨嚴重的供不應求的局面。
大型變速機組國內仍處於研發試驗階段
目前國內抽水蓄能定速機組已實現國產化，但2萬千瓦及以上的抽水蓄能變速機組仍需國外進口，河北豐寧抽水蓄能電站2台單機30萬千瓦變速機組進口奧地利Andritz產品，國內廠商仍然處於關鍵技術研發試驗階段，特別是變速發電電動機的研製和試驗相對滯后，在大型變速水泵水輪機、變速發電電動機、大功率變頻裝置等多學科融合研發應用進展緩慢。
目前來看面臨以下挑戰：一是大型可變速抽水蓄能機組由於採用雙饋電機機型，轉動部分與定子部分具有一樣的鐵心和繞組。這樣的結構對小型電機不存在太大問題，但對於大型抽水蓄能機組這種大尺寸、高線速度下的轉動鐵心和繞組，其動態穩定設計是國際公認的難題。從轉動部分關鍵部件的材料選擇，到電磁性能、力學性能及傳熱性能的設計都存在亟待攻克的難點，需要電機方面科研技術人員的努力。
二是大型變速抽水蓄能機組需具備快速準確協助電網調峰調頻調相的能力，開發出適用於發電和抽水兩種工況並且有功和無功控制高度解耦的大型可變速抽水蓄能機組的勵磁控制裝置和控制策略是當前亟待解決的問題，與此相應還需要進一步提升勵磁、調速器、變頻裝置等輔機設備的國產化水平。
三是提高大型可變速抽水蓄能機組工藝水平，降低工程造價，確保工程安全和質量等方面還面臨挑戰。
四是需要進一步利用物聯網、雲計算和大數據等技術，推動大型可變速抽水蓄能機組設計、建造和管理的数字化、智能化。
項目前期工作管理有待進一步規範
根據水電行業管理，抽水蓄能項目勘測設計工作主要包括預可行性研究和可行性研究兩個階段，一般以可行性研究報告作為項目申請報告編製的基礎。現階段，有些開發業主為了搶進度，在預可行性研究完成后，就跨階段進行項目申報核准，可能為後續的項目開工、工程建設和運營帶來較大的不確定性。
資源與需求不平衡，“胡煥庸線”以西的抽蓄建設難度相對較大、造價相對較高
我國抽水蓄能站點資源比較豐富，但存在着較為突出的抽水蓄能站點分佈情況與電力系統的需求並不完全匹配，且分佈較為密集，資源總量雖然較多，但分佈不均勻不平衡的問題較為突出。
目前，投產和在建的抽水蓄能電站，主要集中在“胡煥庸線”以東，集中在廣東、浙江、安徽、河北等經濟發達、用電負荷集中地區。內蒙、寧夏、甘肅、青海、新疆等西北地區，風光資源豐富，當地電力消納空間不足，存在大規模遠距離送電需求。在“胡煥庸線”以西的抽水蓄能項目海拔高、交通環境一般、氣候和地質條件相對較差，冰雪霜凍時間較長，抽蓄建設難度相對較大、造價相對較高。
抽水蓄能電站綜合評價水平存在局限性
目前，抽水蓄能電站項目評價主要是對其選址、樞紐布局、工程建設質量、在電網功能和企業投資回報等方面進行評價分析，涵蓋範圍不充分，研究方法與指標體系也不完善，如市場需求必要性評價等，沒有形成系統的研究體系和理論框架，且評價研究對象主要是大型抽水蓄能項目。
海水抽水蓄能發展尚在起步階段，前進之路充滿挑戰
海水抽水蓄能電站雖具有很多優點，但海水抽水蓄能電站運行工況複雜，海洋環境複雜多變、十分特殊，海水抽水蓄能電站同時也面臨着海水腐蝕、生物污損、海浪侵襲等問題。海水抽水蓄能電站材料的腐蝕是影響電站穩定運行的關鍵問題之一，各種環境因素和材料本身的組成和結構都會對材料腐蝕造成影響。正因為受關鍵材料、防海水腐蝕技術制約和環評的影響，海水抽蓄規劃站點較少。海水抽蓄的建設成本與陸地抽蓄相比，綜合成本偏高。
02相關戰略思考和措施建議
作為電力系統安全穩定經濟運行的重要調節器和穩定器，抽水蓄能對優化電網電源結構、緩解電網調節壓力、提高各地“風光”新能源消納具有重要作用。當前和未來較長時期，隨着新型電力系統構建和高比例新能源快速發展，抽水蓄能具有廣闊的發展空間。針對抽水蓄能項目快速發展進程中存在的上述諸多問題和挑戰，現提出相關戰略思考和相關措施建議。
進一步創新生態環保評估工作
據悉目前社會資本推進的部分抽水蓄能項目不同程度涉及生態環保、文物和壓覆礦等限制因素，有的甚至因生態紅線等因素難以開發，相關縣市人民政府也積極地將本地生態保護調整規劃報告通過本省國土局上報國土資源主管部門，但因種種原因大多數難以批複。
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鑒於抽水蓄能佔地面積較小、庫容較常規水電小得多、大壩高度一般均低於100米、沒有環境污染等特點，只要不影響當地綠色低碳高質量發展，建議及時批複地方政府上報的生態保護調整規劃報告，積極推動解決抽水蓄能建設面臨的用地、用海問題，適當放寬海水抽水蓄能項目環評條件，同時開發業主需多措並舉，優化站點，努力規避生態環保紅線等問題，否則難以滿足碳達峰碳中和的發展進程。
着力提升裝備製造能力以及關鍵技術研發應用
國家層面引領和支持相關企業加快提升抽水蓄能產業的裝備製造能力，統籌考慮抽水蓄能產業鏈能力。建議在政策層面給予大力支持，投入一定的國有資本金，緩解哈電和東電等裝備製造企業資金壓力，大力支持哈電和東電等裝備升級改造和提高抽水蓄能機組設備製造產能，滿足當前及未來抽水蓄能大規模開工建設需要。
進一步規範抽水蓄能產業市場秩序，建議國家出台相關政策，引導實力強、業績好、技術優的企業開展良性市場競爭。加大關鍵材料和配套部件自主化研製力度。支持企業加大科研攻關力度，加快突破關鍵技術難題，從整條產業鏈深度推進，加大關鍵核心部件國產化力度，確保項目建設整體可控。
立項開展關鍵技術開發與標準制定，國家層面充分利用抽水蓄能發展的良好時機，建立重大科技項目與標準化工作聯動機制，增強國際標準話語權，加快制定或完善水電行業國際標準以及國內標準國際化，大力推進中外標準互認，引領抽水蓄能乃至整個水電產業發展。
加快抽水蓄能變速機組國產化的進程
在抽水蓄能總容量中需要配置一定容量的變速抽水蓄能機組，以進一步提高電力系統對風光新能源的調節適應能力。同時，變速抽水蓄能裝備研製及應用是國家能源戰略發展和關鍵技術突破的需要，採用可變速抽水蓄能機組可以實現發電運行和抽水運行兩種狀態的寬負荷功率調節，具有快速系統響應速度，使水輪機在任意水頭和負荷時始終保持在最佳轉速運行，並保持效率最優，對電力系統穩定運行起到重要作用。
同時抽水蓄能變速機組可以解決常規定速機組在水泵工況下不能調節輸入功率的問題，更加靈活可控，能夠適應大規模新能源接入的電力系統調節需求，能夠有效促進間歇性的風電光伏發電的消納利用。
但目前國內抽水蓄能變速機組仍處於關鍵技術研發試驗階段，為了落實習近平總書記關於核心技術必須牢牢掌握在自己手中的號召，建議國家層面牽頭，組織哈電、東電聯合國家電網、南方電網和相關高校等聯合加快變速機組關鍵技術研發、試驗，儘快實現30萬kW及以上的變速抽水蓄能機組國產化。
建議可從如下幾方面着手突破研製大型可變速抽水蓄能機組的技術瓶頸：首先，提高無取向電工鋼研製水平。大型可變速抽水蓄能機組設備對機組效率要求較高，隨着抽水蓄能快速增長，將拉動高牌號無取向電工鋼需求，需要深入研究。其次，要投入較多科研力量攻關解決轉子鐵心端伸出部分繞組的防護結構。再次，在大型可變速抽水蓄能機組設備這種大慣量、複雜水力條件和電氣性能要求下的運行性能設計，需要集電磁、水力、電力电子、控制系統等多方面的技術來完成系統的綜合設計。
同時，在大型可變速抽水蓄能機組推廣應用上，建議國家出台指導意見，推進示範項目和工程，立項開展關鍵技術研發與標準制定，將先進適用的科技創新成果融入標準，促進國產技術落地。進一步完善相關支持政策，支持水風光蓄一體化、核蓄一體化、風光蓄多能互補基地等新業態發展，推動大型可變速抽水蓄能機組應用。
加強項目前期工作規範管理
建議國家發改委牽頭制定抽水蓄能電站前期工作管理辦法，規範前期工作程序，規避有的業主單位為了搶進度在預可行性研究完成后，就進行項目核准。同時，重視規劃滾動調整工作，密切跟蹤各省市抽水蓄能規劃滾動調整進展，尋求調整規劃提前實施的機會，積極爭取調整開發順序，優先安排成熟項目進入核准開發程序。
注重抽蓄項目與當地新能源和電網的協同發展
各省市抽水蓄能項目實施方案與該地區的光伏、風電發展實施方案直接相關，由於抽水蓄能電站從前期準備到建成需要6至8年，因此，在籌備階段就需要加強抽蓄與新能源大基地一體化融合發展、與水電梯級融合創新、混合式抽蓄等方面的協調、研究和應用；在項目立項階段就應加強抽蓄與其電網規劃建設的協同，以確保抽蓄項目與其配套的電力送出工程同步規劃、同步建設、同步投運。
積極尋求常規水電抽蓄改造潛力
我國水電資源豐富，利用已有的梯級水電天然的上下庫和水工系統，尋求對常規梯級水電進行改建擴建，形成混合抽水蓄能電站，混合抽水蓄能電站建設周期短、投資小，適合與新能源進行互補聯合發電，是未來抽水蓄能發展的重要方向之一。
除十三大水電流域外，中小水電星羅密布，分佈在全國各地，建議加快探索對大中小常規水電站進行抽水蓄能改造，不僅可節省投資、提高現有輸電網絡利用率，而且有利於“水風光儲”一體化開發利用。特別是對其中有條件的中小水電站進行抽蓄功能的改造，將有助於未來我國分佈式可再生能源的發展，且可以解決枯水季無發電功能的問題。
“水風光儲”一體化開發將成為推動能源轉型發展的重要路徑
未來大型水電開發潛力主要在西藏，伴隨着新能源大規模開發，國內外大量實踐已充分證明，“水風光儲”互補發電的優勢明顯、水風光三種資源的發電峰值自然分佈互補性較好，水庫周邊也往往具有較大空間，可布局建設“風光”項目。
同時，“水風光儲”一體化開發還可以解決僅開發抽水蓄能項目容量電價矛盾難以疏導、投資回報率極低的問題。建議將流域“水風光儲”一體化開發項目納入區域和國家整體社會經濟和電力發展規劃，依託大電網，充分發揮“水風光儲”互補優勢，大渡河流域和雅礱江流域正在推進“水風光儲”一體化開發正是踐行這一理念。
尋求與設計單位聯合開發
在抽蓄項目競配或者開發過程中，第三方設計院的作用非常大，其設計院因為前期參與編製各省抽蓄規劃方案（甚至是招標文件），充分了解各項目基本情況以及全省經濟、電力發展情況，對項目建設時序和政府決策機制也有一定認知，其作用僅僅是技術支持、項目勘察和可行性研究等方面，在資源獲取階段就應成為重要合作夥伴，為項目順利取得開發權奠定基礎。
尋找地理地質條件好、經濟發達、對電價敏感度低的區域優先開發
地理地質條件是決定抽水蓄能技術經濟指標的關鍵，如發電水頭、距高比、綜合效率等。由於抽水蓄能的買單對象最終仍是通過省級輸配電價傳導到市場用戶來承擔，會推高省內用能成本，所以在項目擇優開發中，需要在系統調峰能力建設和經濟用能成本之間尋找平衡，優先尋找經濟發達、用電量大、對電價敏感度低的用戶區域將是一個方向。
進一步提升抽水蓄能項目綜合評價水平
鑒於抽水蓄能行業面臨着巨大的發展機遇，對其進行綜合評價研究具有重要的現實意義，應該對不同綜合評價方法進行對比分析，根據主、客觀權重分別選擇合適的評價方法，注意對評價結果的對比；應該綜合抽水蓄能各方面的因素，廣泛收集電站數據，構建較為合適的綜合評估模型；並結合抽水蓄能電站的預可研報告進行對比，對電站的建設、運行提出建設性意見。
同時，中小型抽水蓄能電站建設周期短、運行靈活、啟動速度快、更容易在負荷中心布局的特點，大、中、小型抽蓄電站具有不同的作用和定位，抽水蓄能電站綜合評價研究中，除了圍繞大中型水電站進行評估之外，也應該要更多地關注中小型抽水蓄能電站的評估，促進中小型抽水蓄能的規劃、建設和運營。
積極開展協同運行技術和運行方式策略的研究
加大“雙碳”目標下電網水、風、光、儲多源互補特性和協同運行技術研究，在保障電網安全前提下最大限度消納清潔能源。在注重抽水蓄能建設的同時，同步開展其運行方式策略的研究與應用，充分發揮抽水蓄能在保障電網安全、靈活性的調節和清潔能源消納方面的作用。
加快海水抽水蓄能電站的研發和應用
海水抽水蓄能電站與傳統淡水抽水蓄能電站相比，具有選址方便、不需建設下庫、水量充足、水位變化幅度小、有利於水泵水輪機穩定運行等優勢；同時海水抽水蓄能可以建在火電、核電、海上風電等大型電源點附近或電力需求相對較大的沿海負荷中心附近，降低了輸電成本；也可以建在遠離能源基地、淡水資源匱乏的沿海地區和島嶼上，有利於電力系統靈活調峰和儲能，對於能源結構的優化調整和實現雙碳目標具有重要意義。
我國擁有廣闊的海岸線（海岸線總長度3.26萬公里，其中大陸海岸線1.84萬公里，島嶼海岸線1.42萬公里），海水資源豐富，開發海水抽水蓄能項目具有戰略意義和較好的市場需求。
建議國家組織哈爾濱電氣、東方電氣聯合國家電網、南方電網、國家能源集團和三峽集團等加快海水抽水蓄能機組國產化的進程，特別是其過流部件所需關鍵材料和防海水腐蝕技術、大型海水水泵水輪機的國產化進程。
建議對海水抽水蓄能電站材料腐蝕和選材的研究應注重建立可以模擬海水抽水蓄能電站真實運行工況的試驗裝置，綜合考慮各種環境因素；研究材料在海水抽水蓄能運行工況下，特別是在長期服役期間的腐蝕行為和腐蝕機理，明確各種環境因素的綜合作用；對材料的力學性能、耐蝕性能、價格、維護等方面進行綜合性評價，制定海水抽水蓄能結構的選材原則和方法；發展適用於金屬材料在海水抽水蓄能運行工況下的防腐技術等。