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科普 | 走進巨型“充電寶”

發(fā)布日期:2023-02-21??來源:人民日報??瀏覽次數(shù):1015
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核心提示:豐寧抽水蓄能電站部分機組(張騰揚 李佳園 攝影報道)抽水蓄能電站運行原理示意圖(制圖:漢青,來源:星球研究所)豐寧抽水蓄能電站下水庫(張騰揚 李佳園 攝影報道)京北200公里,發(fā)源于河北豐寧滿族自治縣的灤河,穿越連綿起伏的燕山山脈,流淌而下,蘊含巨大能量。20世紀90年代,當?shù)乇阍诖藬r河筑壩,建設(shè)水庫,蓄水發(fā)電。而今,在該水庫上方的崇山峻嶺中,


豐寧抽水蓄能電站部分機組(張騰揚 李佳園 攝影報道)

抽水蓄能電站運行原理示意圖(制圖:漢青,來源:星球研究所)

豐寧抽水蓄能電站下水庫(張騰揚 李佳園 攝影報道)

京北200公里,發(fā)源于河北豐寧滿族自治縣的灤河,穿越連綿起伏的燕山山脈,流淌而下,蘊含巨大能量。20世紀90年代,當?shù)乇阍诖藬r河筑壩,建設(shè)水庫,蓄水發(fā)電。

而今,在該水庫上方的崇山峻嶺中,又修建起另一個上水庫。上下兩個水庫落差400多米。以水為介,升降間電能、勢能互相轉(zhuǎn)化,既消納了張北地區(qū)輸送的富余風光綠電,又維護了電網(wǎng)安全運行,宛如一個巨大的“充電寶”。

這便是由我國自主設(shè)計建設(shè)、世界裝機容量最大的抽水蓄能電站——國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站。該電站于2013年開工建設(shè),設(shè)計建設(shè)12臺30萬千瓦機組,總裝機容量達360萬千瓦。2022年12月16日,豐寧抽水蓄能電站8號機組正式投產(chǎn)發(fā)電,目前電站共計7臺機組投產(chǎn)。

抽水蓄能電站如何運轉(zhuǎn)、發(fā)揮怎樣作用、擁有哪些優(yōu)勢?記者近日走訪豐寧,一探究竟。

如何儲能?

向上抽水蓄能,向下放水發(fā)電

驅(qū)車來到豐寧抽水蓄能電站的上水庫,只見四周蒼茫逶迤、群峰環(huán)抱。這里海拔超過1500米,是目之所及的最高處。

“上水庫所在的這片山谷就像一個天然水盆,且上下庫間距和高差適中,可謂得天獨厚?!眹W(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳培枝說。

然而,四下觀察,記者心生疑問:上水庫地處高處,既沒有上游來水河道,也沒有下游出水河道,只是孤零零的一座庫盆,水從何處來,又去往何處?

吳培枝指向水庫下方說:“山體深處修建了6條雙向水道,直徑約7米,連接上下水庫。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,實現(xiàn)蓄能和發(fā)電?!?/p>

驅(qū)車下山,行至一座巨大的山門。大門緩緩打開,只見一條巨大的通道向下延伸,向內(nèi)行駛一段,方才豁然開朗。地下廠房長400多米、寬25米、內(nèi)高50多米,建于6條雙向水道上方。在廠房中央,一排白色圓頂形機組一字排開,連接地下輸水系統(tǒng),這正是整座抽水蓄能電站的關(guān)鍵——12臺30萬千瓦可逆式水泵水輪機發(fā)電電動機組。

“抽水時用電驅(qū)動水泵,發(fā)電時則由勢能推動水輪機發(fā)電,一臺機組兼具抽水和發(fā)電功能。”吳培枝介紹。

正在此時,在廠房頂部中控室內(nèi),電站運營部負責人接到電網(wǎng)調(diào)度的指令,坐在電腦前啟動機組放水發(fā)電,機組附近的地板出現(xiàn)些許震動?!皺C組可以在5分鐘內(nèi)由滿負荷抽水轉(zhuǎn)變?yōu)闈M負荷發(fā)電。相較傳統(tǒng)大型水電站,豐寧抽水蓄能電站水泵水輪機葉片扁平且較小,輸水管道窄且流速快。”吳培枝解釋。

不過,管道窄,如果遇到砂石、木頭等雜物,豈不是容易阻塞水道甚至損傷葉片?

原來,流經(jīng)下水庫時,灤河河水會先被導入建設(shè)好的月牙形河谷進行沉淀。每逢枯水期,還會對沉淀的泥沙及樹障進行清理?!安粌H保障了蓄能系統(tǒng)安全運行,還改善了灤河水環(huán)境?!眳桥嘀φf。

有何作用?

保障電網(wǎng)安全,減少棄風棄光

“抽水蓄能是在電力系統(tǒng)負荷低谷時,利用電網(wǎng)的富余電力將水從下水庫抽到上水庫儲存起來;在負荷高峰時,將上水庫儲存的水放到下水庫進行發(fā)電,從而調(diào)解供需矛盾。”國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司黨委書記、董事長何一純說,抽水蓄能具有調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、儲能系統(tǒng)備用等功能,是現(xiàn)代電力系統(tǒng)重要的穩(wěn)壓器、調(diào)節(jié)器和存儲器。

“春節(jié)期間,華北電網(wǎng)負荷低谷持續(xù)時間較長,在豐寧抽水蓄能電站7臺已投運機組全部運行的情況下,國網(wǎng)華北分部調(diào)度控制中心緊急調(diào)用第八臺調(diào)試機組抽水啟動5次,電站總出力最高達240萬千瓦,有效保障了春節(jié)期間電網(wǎng)安全運行?!眹W(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能有限公司運行部負責人趙日升說。

除此之外,有效減少棄風棄光也是豐寧抽水蓄能電站的一大本領(lǐng)。

北京冬奧會、冬殘奧會期間,張家口地區(qū)的風電、光伏電能被源源不斷地輸送到各個場館。然而,風能、太陽能等新能源受到自然因素影響,呈現(xiàn)隨機性與波動性?!岸瑠W會開幕式及很多賽事在夜間舉行,那個時間沒有陽光,風力也不穩(wěn)定,需要通過放水發(fā)電,保障冬奧場館穩(wěn)定運行。等到用電負荷小、風力大的時候,又可以抽水蓄能?!焙我患兘榻B。

作為張北柔性直流電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié),豐寧抽水蓄能電站幫助其將張家口地區(qū)的清潔電能輸送到各個冬奧場館,助力實現(xiàn)100%綠電供應(yīng)。據(jù)統(tǒng)計,2022年北京冬奧會、冬殘奧會期間,豐寧抽水蓄能電站投運的1號、10號機組共抽水啟動107次、發(fā)電啟動94次,消納新能源1.15億千瓦時、發(fā)電8300萬千瓦時。

據(jù)估計,2024年豐寧抽水蓄能電站完全建成投產(chǎn)后,每年將節(jié)省標煤量48萬噸,減少二氧化碳排放130萬噸,推動華北地區(qū)的能源清潔低碳轉(zhuǎn)型。

前景怎樣?

規(guī)模快速擴大,管理有待完善

隨著風電、光伏發(fā)電的大規(guī)模開發(fā),為緩解風光發(fā)電與用電負荷的不匹配、降低棄風棄光率,近年來國內(nèi)不少省份在風電、光伏發(fā)電項目開發(fā)建設(shè)申報方案中,被要求“配套建設(shè)一定比例的儲能設(shè)施或提供相應(yīng)的調(diào)峰能力”?!疤貏e是在遠距離傳輸?shù)奶馗邏壕€路中,建設(shè)適當規(guī)模的抽水蓄能電站,可以充分發(fā)揮其獨有的快速反應(yīng)特性,有效防范故障風險,防止事故擴大和系統(tǒng)崩潰?!壁w日升說。

中國電力建設(shè)集團有限公司黨委書記、董事長丁焰章表示,發(fā)展抽水蓄能,提升電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力,是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的關(guān)鍵手段,有利于保障傳統(tǒng)能源有序退出,實現(xiàn)新能源大規(guī)模安全可靠替代,推動綠色低碳發(fā)展。

“相比于其他儲能方式,抽水蓄能具有設(shè)備壽命長、儲能規(guī)模大、轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)成熟、清潔環(huán)保等特點,更適宜大規(guī)模開發(fā)?!焙我患冋f。數(shù)據(jù)顯示,截至2022年底,我國抽水蓄能電站裝機規(guī)模約4579萬千瓦。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)》(以下簡稱《規(guī)劃》)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。

盡管發(fā)展空間巨大,但由于存在價格機制不完善、相關(guān)政策落地執(zhí)行較慢等問題,未來要推動抽水蓄能的健康穩(wěn)定發(fā)展,還需要進一步改革電價制度和管理體制。2021年4月發(fā)布的《國家發(fā)展改革委關(guān)于進一步完善抽水蓄能價格形成機制的意見》指出,要堅持并優(yōu)化抽水蓄能兩部制電價政策,健全抽水蓄能電站費用分攤疏導方式,并強化抽水蓄能電站建設(shè)運行管理。《規(guī)劃》也指出,要完善抽水蓄能價格機制,明確市場化調(diào)峰資源建設(shè)。

“未來,隨著抽水蓄能規(guī)模不斷擴大、運營管理制度更加完善,將更有利于構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),助力‘雙碳’目標實現(xiàn)?!焙我患冋f。(記者張騰揚)

責任編輯:胡惠雯

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