時(shí)值盛夏，高溫天氣持續(xù)影響全國多地，帶動(dòng)用電負(fù)荷顯著攀升，部分地區(qū)用電高峰提前到來。以京津冀地區(qū)為例，截至6月24日18時(shí)，華北電網(wǎng)最大負(fù)荷近2.82億千瓦，創(chuàng)今年入夏以來新高，比去年同期增加5.3%。
此時(shí)，世界上規(guī)模最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站(下稱“豐寧抽水蓄能電站”)的工作人員正在緊張地忙碌著，努力讓京北這座抽水蓄能電站發(fā)揮出最大的效能，為京津等地輸送綿綿綠電。
總裝機(jī)容量達(dá)360萬千瓦
北京正北約200公里，發(fā)源于河北承德豐寧滿族自治縣的灤河，經(jīng)過連綿起伏的燕山，蜿蜒流淌，水流中蘊(yùn)含著巨大能量。群山之中、灤河之畔，豐寧抽水蓄能電站赫然屹立于此。
通常情況下，電力負(fù)荷在一天之內(nèi)是波動(dòng)的，抽水蓄能電站在用電高峰期間發(fā)電，在用電低谷期間抽水，可以改善燃煤火電機(jī)組和核電機(jī)組的運(yùn)行條件，減少棄風(fēng)棄光棄水量，保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高電網(wǎng)綜合效益。
“抽水蓄能電站簡單來說，就是當(dāng)電力系統(tǒng)的電力富余時(shí)，電站用電力抽水到高處儲(chǔ)存，在電力不足時(shí)放水發(fā)電，實(shí)現(xiàn)‘儲(chǔ)能—發(fā)電—備用’，由此解決電能難以存儲(chǔ)的難題。”豐寧抽水蓄能電站運(yùn)行部負(fù)責(zé)人趙日升說，抽水蓄能電站還具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲(chǔ)能系統(tǒng)備用等功能。這也是目前技術(shù)最成熟的大容量儲(chǔ)能方式，是電力系統(tǒng)安全防御體系的重要組成部分，已有上百年的發(fā)展歷史。
清潔能源產(chǎn)業(yè)具有低碳、環(huán)保、可再生等特性，是生態(tài)環(huán)境影響小、經(jīng)濟(jì)效益高的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。抽水蓄能產(chǎn)業(yè)是清潔能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，其轉(zhuǎn)換效率高、儲(chǔ)能量大，適宜在山區(qū)進(jìn)行規(guī)模性開發(fā)。
建設(shè)抽水蓄能電站，豐寧優(yōu)勢得天獨(dú)厚。在豐寧壩上草原地帶，分布著眾多發(fā)電風(fēng)車。“這些風(fēng)力電能，給抽水蓄能電站提供了豐沛的消納源。”趙日升說，抽水蓄能電站建設(shè)，需要考慮消納中心和負(fù)荷中心等多方面因素，平衡需求端和供給端，另外電站還要靠近水源，水庫需要定期補(bǔ)水，豐寧的母親河灤河正好為電站提供了水源。
早在1995年，豐寧抽水蓄能電站就開始了布局規(guī)劃。由于豐寧滿族自治縣地處燕山山脈，地質(zhì)條件復(fù)雜，電站的建設(shè)勘測等前期工作，前后經(jīng)過了18年。2013年，電站正式開工建設(shè)。
在建設(shè)上，豐寧抽水蓄能電站合理利用了當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境優(yōu)勢。“電站大多數(shù)區(qū)域依靠山體開挖山洞建設(shè)而成。”趙日升說，在電站建設(shè)高峰時(shí)期，現(xiàn)場作業(yè)人員達(dá)到4000余人，電站消耗鋼筋超過13萬噸，水泥超過80萬噸，鋼板超過4萬噸。
建設(shè)過程中，電站首次系統(tǒng)性攻克復(fù)雜地質(zhì)條件下超大型地下洞室群建造關(guān)鍵技術(shù)，建成了世界第一的地下洞室群和單體地下廠房。
據(jù)介紹，2021年12月，豐寧抽水蓄能電站首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，接入張北柔性直流電網(wǎng)，有效實(shí)現(xiàn)新能源多點(diǎn)匯集、風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)、時(shí)空互補(bǔ)、源網(wǎng)荷協(xié)同，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動(dòng)性，開創(chuàng)了抽水蓄能發(fā)展史上的“先河”，為新能源大規(guī)模開發(fā)利用提供了方案。
作為目前世界上規(guī)模最大的抽水蓄能電站，豐寧抽水蓄能電站的裝機(jī)容量世界第一，其安裝的12臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)360萬千瓦，為世界抽水蓄能電站之最;此外，電站的12臺(tái)機(jī)組滿發(fā)利用小時(shí)數(shù)達(dá)到10.8小時(shí)，是華北地區(qū)唯一具有周調(diào)節(jié)性能的抽蓄電站，儲(chǔ)能能力世界第一。
兼具抽水和發(fā)電功能
莽莽群山，遼闊逶迤，山巒環(huán)抱著豐寧抽水蓄能電站的上、下兩個(gè)水庫。水聲隆隆，波光蕩漾，灤河水奔騰而過，讓這里山水相連，河湖互通。
“電站的上水庫位于山谷中央，如同一個(gè)天然水盆，通過在山體深處修建的6條直徑約7米的雙向水道，與下水庫相連。”趙日升說，上水庫通過水道向上抽水，也反過來向下水庫放水，如此往復(fù)。400多米的落差，讓水在升降間實(shí)現(xiàn)電能、勢能互相轉(zhuǎn)化，由此實(shí)現(xiàn)蓄能和發(fā)電。
地下廠房被安置在距離山頂最高點(diǎn)下方500多米處，開挖出長400多米、高50多米的山體洞穴中。
在廠房中央，一排白色圓頂機(jī)組一字排開，這正是整座抽水蓄能電站的關(guān)鍵——12臺(tái)30萬千瓦可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電電動(dòng)機(jī)組。而形似蒙古包的只是機(jī)組機(jī)罩，整個(gè)機(jī)組設(shè)備還要向地下延伸三層，連接地下輸水系統(tǒng)。
“抽水時(shí)用電力驅(qū)動(dòng)水泵，發(fā)電時(shí)再由勢能推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，由此一來，這樣的一臺(tái)機(jī)組同時(shí)兼具抽水和發(fā)電功能。”趙日升說。
“目前，豐寧抽水蓄能電站已有9臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行，綿綿綠電源源不斷送往京津。”趙日升說，年內(nèi)啟用的7號(hào)機(jī)組，是二期工程最后一臺(tái)投運(yùn)的定速機(jī)組。它在試運(yùn)行期間，啟動(dòng)發(fā)電15次、啟動(dòng)抽水16次，成功率均為100%。
經(jīng)過一年多的運(yùn)行，豐寧抽水蓄能電站基本按照“兩抽兩發(fā)”的方式，每天大致分成4個(gè)時(shí)間段進(jìn)行作業(yè)。其中，6點(diǎn)到8點(diǎn)，為用電早高峰，電站進(jìn)行發(fā)電;9點(diǎn)到16點(diǎn)，為午間用電低谷，在這個(gè)時(shí)間段消納新能源進(jìn)行抽水;17點(diǎn)至22點(diǎn)，為用電晚高峰，電站會(huì)進(jìn)行發(fā)電，補(bǔ)充電網(wǎng);23點(diǎn)至次日5點(diǎn)，為夜間低谷，在這個(gè)時(shí)間段進(jìn)行抽水。
“抽水蓄能電站的反應(yīng)速度非?？欤S寧抽水蓄能電站單臺(tái)機(jī)組從停機(jī)到發(fā)電滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)過程不到4分鐘。在面臨緊急情況時(shí)，電站可以迅速補(bǔ)充電網(wǎng)。”趙日升說。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，自首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電以來，豐寧抽水蓄能電站累計(jì)發(fā)電啟動(dòng)2777次，發(fā)電量29.78億千瓦時(shí);抽水啟動(dòng)2774次，消納新能源電量37.4億千瓦時(shí)。
特別是2022年北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，豐寧抽水蓄能電站配合張北柔性直流電網(wǎng)，將清潔電能輸送到各冬奧場館，實(shí)現(xiàn)了100%綠電供應(yīng)，這在百年奧運(yùn)史上是前所未有的。“張北的風(fēng)點(diǎn)亮北京的燈”成為綠色冬奧的閃亮“名片”，為我國“綠色辦奧”提供了能源支撐。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)期間，豐寧抽水蓄能電站投運(yùn)的1號(hào)、10號(hào)機(jī)組共抽水啟動(dòng)107次、發(fā)電啟動(dòng)94次，消納新能源1.15億千瓦時(shí)、發(fā)電8300萬千瓦時(shí)。
提升電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力成關(guān)鍵
據(jù)了解，豐寧抽水蓄能電站建設(shè)創(chuàng)造了抽水蓄能電站四項(xiàng)“世界第一”：裝機(jī)容量世界第一、儲(chǔ)能能力世界第一、地下廠房規(guī)模世界第一、地下洞室群規(guī)模世界第一，成為行業(yè)典范實(shí)至名歸。
“在豐寧抽水蓄能電站，所有的定速機(jī)組全部實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，只有兩臺(tái)變速機(jī)組是進(jìn)口的，這在國內(nèi)也是首次應(yīng)用。”趙日升介紹，特別是在遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶馗邏壕€路中，建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮其獨(dú)有的快速反應(yīng)特性，有效防范故障風(fēng)險(xiǎn)，防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)崩潰。
業(yè)內(nèi)專家指出，發(fā)展抽水蓄能產(chǎn)業(yè)，提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力，是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵手段，有利于保障傳統(tǒng)能源有序退出，實(shí)現(xiàn)新能源大規(guī)模安全可靠替代，推動(dòng)綠色低碳發(fā)展。
國家能源局2021年9月發(fā)布的《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》中提出，到2025年，抽水蓄能投產(chǎn)總規(guī)模6200萬千瓦以上;到2030年，投產(chǎn)總規(guī)模1.2億千瓦左右。
隨著相關(guān)政策的出臺(tái)，越來越多的企業(yè)加入抽水蓄能行業(yè)。目前，全國抽水蓄能電站正在多點(diǎn)開花，在全世界范圍內(nèi)，我國的單個(gè)抽水蓄能電站裝機(jī)容量以及全國裝機(jī)總量均位居首位。
數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，我國抽水蓄能電站裝機(jī)規(guī)模約4579萬千瓦。豐寧抽水蓄能電站是我國大力發(fā)展清潔能源產(chǎn)業(yè)的一個(gè)縮影。作為河北承德第一座建成投產(chǎn)的抽水蓄能電站，其示范帶動(dòng)意義明顯。2022年12月，總投資82億元的承德灤平抽水蓄能電站核準(zhǔn)完成并正式開工建設(shè)。
“承德是華北地區(qū)綠電進(jìn)京的必經(jīng)通道。如今，豐寧抽水蓄能電站9臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，灤平抽水蓄能電站開工，隆化抽水蓄能電站完成核準(zhǔn)。承德抽水蓄能項(xiàng)目的在建、核準(zhǔn)和新謀劃規(guī)模均位居全省第一。”承德市發(fā)展改革委黨組書記、主任何元武說。
據(jù)了解，承德市將力爭到2027年全市投產(chǎn)及開工建設(shè)抽水蓄能項(xiàng)目規(guī)模達(dá)1000萬千瓦以上，抽水蓄能集群城市建設(shè)初具規(guī)模。通過綿綿綠電供應(yīng)京津，助力區(qū)域協(xié)同發(fā)展。
何元武表示，截至目前，承德重點(diǎn)實(shí)施及新謀劃爭列國家規(guī)劃抽水蓄能項(xiàng)目12個(gè)、總規(guī)模1680萬千瓦。其中，在建項(xiàng)目4個(gè)、規(guī)模760萬千瓦，成功上報(bào)國家申請納規(guī)項(xiàng)目8個(gè)、規(guī)模920萬千瓦。
“豐寧抽水蓄能電站一年可以節(jié)約48萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少二氧化碳排放120萬噸，相當(dāng)于造林24萬畝，有力推動(dòng)京津冀地區(qū)的能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。”趙日升說，明年電站12臺(tái)機(jī)組將全部投產(chǎn)發(fā)電，年發(fā)電量將達(dá)到66億千瓦時(shí)，這個(gè)發(fā)電量可以滿足260萬戶家庭一年的用電。
來源：經(jīng)濟(jì)參考報(bào) 記者 曹國廠 馮維健
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