國網(wǎng)浙江寧海抽水蓄能電站下水庫大壩。 常國慶攝
安徽六安兆瓦級氫能綜合利用示范站航拍?！ ≡S樊娟攝
國網(wǎng)河北豐寧抽水蓄能電站上、下水庫。 陳云霞 張清華攝影報道
清晨，大別山深處，國網(wǎng)安徽金寨抽水蓄能電站上水庫波光蕩漾，水流涌動。伴著水庫水位逐漸升高，電站機組靜靜地等候用電高峰的到來，蓄能待發(fā)。
“如果4臺機組滿抽，6個小時就能蓄滿上水庫，給金寨電站這個‘超級充電寶’充進700多萬度電?！眹W(wǎng)安徽金寨抽水蓄能有限公司董事長朱安平介紹，在用電高峰時，電站會根據(jù)電網(wǎng)調度指令啟動機組，從上水庫向下水庫放水發(fā)電，保障電力供應、維護電網(wǎng)平衡。
在用電低谷時將電力儲存起來，等到用電高峰再釋放——大批近似于“超級充電寶”的儲能項目，正通過削峰填谷避免電力系統(tǒng)“忙閑不均”，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，支撐清潔能源大規(guī)模發(fā)展。
儲能作為能源轉換的關鍵環(huán)節(jié)，是建設新型能源體系的重要一環(huán)。國家電網(wǎng)如何推動儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展？攻克了哪些技術難題？拓展了哪些應用場景？一起去看看——
規(guī)模擴大
儲能技術“百花齊放”
目前，儲能主要包括抽水蓄能和新型儲能兩類方式。其中，抽水蓄能是目前技術最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)的儲能技術，適合規(guī)?；_發(fā)建設。新型儲能則是指除抽水蓄能外，以電力為主要輸出形式的各類儲能技術，包含鋰離子電池、壓縮空氣儲能、機械儲能等。
“新型儲能響應速度快、調節(jié)精度高，且布局靈活、建設周期較短，但受到成本、安全性等因素制約?！敝袊娏茖W研究院首席技術專家惠東介紹，抽水蓄能具有容量大、可靠性高、經(jīng)濟性好、應用技術成熟等優(yōu)勢，在保障大電網(wǎng)安全、促進新能源消納中發(fā)揮重要作用，但也受選址條件高、建設周期長等因素限制。
不同儲能技術路線利弊兼有，卻不影響其“百花齊放”。隨著“雙碳”目標的提出，中國儲能產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展期，成為構建新型電力系統(tǒng)、建設新型能源體系的重要支撐。
前不久，河北省承德市大山深處，國網(wǎng)河北豐寧抽水蓄能電站6號機組正式投產(chǎn)發(fā)電。據(jù)介紹，該電站在裝機容量、儲能能力、地下廠房規(guī)模、地下洞室群規(guī)模方面創(chuàng)下4個“世界第一”，書寫了中國抽水蓄能發(fā)展史上的多個紀錄，創(chuàng)造了抽蓄建設的奇跡。
長400多米、寬25米、內(nèi)高50多米的地下廠房建于6條雙向水道上方，在廠房中央，12臺發(fā)電機組一字排開，連接地下輸水系統(tǒng)。“抽水時用電驅動水泵，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。機組可以在5分鐘內(nèi)由滿負荷抽水轉變?yōu)闈M負荷發(fā)電。”國網(wǎng)河北豐寧抽水蓄能有限公司副總經(jīng)理吳培枝說，2021年12月，電站首批機組投產(chǎn)發(fā)電，接入張北柔性直流電網(wǎng)，在源頭上降低了新能源發(fā)電的波動性。這不但開創(chuàng)了抽水蓄能發(fā)展史上的先河，也為破解新能源大規(guī)模開發(fā)利用提供了寶貴的“中國方案”。截至目前，豐寧電站已累計投產(chǎn)機組10臺，裝機容量達300萬千瓦。
國網(wǎng)新源集團基建部主任張學清介紹，中國抽水蓄能在水庫防滲、高水頭壓力管道、復雜地質地下洞室群等方面達到了國際先進或領先水平，機組朝著大容量、高水頭、高轉速、可變速方向發(fā)展。中國電力企業(yè)聯(lián)合會提供的數(shù)據(jù)顯示，截至2022年底，中國抽水蓄能總裝機規(guī)模達4579萬千瓦，是2012年底的2.2倍以上，規(guī)模居世界首位。
與此同時，新型儲能在示范項目建設、商業(yè)模式探索、政策體系構建等方面也取得積極進展，市場應用規(guī)模穩(wěn)步擴大。
張北草原上，國家風光儲輸示范工程是世界上規(guī)模最大的集風力發(fā)電、光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、智能輸電于一體的新能源示范電站工程。依托該示范工程，國家電網(wǎng)成功完成國內(nèi)外首個高比例新能源系統(tǒng)的涉網(wǎng)性能試驗。在這里，無限“風、光”化為綠色電能，源源不斷向外輸出。該工程助力北京冬奧會全部場館實現(xiàn)100%綠電供應，“張北的風點亮北京的燈”成為綠色冬奧的閃亮名片。
國家能源局能源節(jié)約和科技裝備司副司長劉亞芳介紹，截至2022年底，全國已投運新型儲能項目裝機規(guī)模達870萬千瓦，平均儲能時長約2.1小時，比2021年底增長110%以上。
國網(wǎng)能源研究院能源戰(zhàn)略與規(guī)劃研究所所長魯剛指出，當前正處于能源綠色低碳轉型發(fā)展的關鍵時期，“超級充電寶”作為儲能新方式，對滿足電力系統(tǒng)調節(jié)需求、保障電力系統(tǒng)安全、促進新能源大規(guī)模開發(fā)和消納利用有著重要意義。
攻克難題
實現(xiàn)多項技術突破
我們常把抽水蓄能電站比作一個“超級充電寶”，但想在山水間順利地安置抽水蓄能電站這個“超級充電寶”，可不容易。除了建設難之外，機組的整體調試也面臨種種挑戰(zhàn)。下廠房、做統(tǒng)籌、盯進度、解難題……對于眾多儲能項目建設者來說，這早已成為“家常便飯”。
“3號主變壓器受電一次性通過！”近日，在工作人員的陣陣歡呼聲中，位于河南省南陽市南召縣的國網(wǎng)天池抽水蓄能電站3號主變壓器順利投運。筆者了解到，天池抽水蓄能電站主變器位于地下廠房，因主變壓器單件運輸最重、安裝工藝要求高、安裝時受空間限制大，被認為是整個地下廠房機電設備安裝技術難度最大的設備之一。
“必須嚴格執(zhí)行3號主變沖擊試驗方案。”國網(wǎng)天池抽水蓄能電站運維檢修部專責徐志壯說，3號主變送電沖擊前，天池電站嚴格執(zhí)行送電沖擊試驗作業(yè)二級風險管控措施，抽調各方參建人員按照試驗方案配置人員，指派中控室人員匯總信息并現(xiàn)場調度、調試人員現(xiàn)場指揮，確保各區(qū)域人員做好設備檢查、保護檢測、狀態(tài)巡視等協(xié)調配合。經(jīng)過連續(xù)120分鐘的沖擊試驗，3號主變差動保護躲過勵磁涌流的性能最終得到驗證。
比起抽水蓄能電站的建設，新型儲能項目的建設者則將更多精力集中在技術創(chuàng)新突破上。
在安徽省六安市全國首座兆瓦級氫能綜合利用示范站，一臺臺質子交換膜純水制氫設備，正源源不斷地生產(chǎn)氫氣，通過管道輸送到先進的氫燃料電池中進行發(fā)電利用。
“研發(fā)、設計等難題一度讓我們的研究止步不前?！眹W(wǎng)安徽電力氫能綜合利用示范站技術負責人滕越說，好在這些難題都通過技術創(chuàng)新得到了解決?！拔覀兪讋?chuàng)了大功率低能耗氫電轉換核心裝備技術，開發(fā)了整站安全預警與防護技術，實現(xiàn)了對氫氣泄漏的早期預警與事故預防，還在國內(nèi)首次開創(chuàng)了兆瓦級‘制氫—儲氫—氫能發(fā)電’的全鏈條技術貫通和滿功率運行?！?/p>
如今，該站突破了20余項技術瓶頸，年制氫可達70余萬標立方，氫發(fā)電70余萬千瓦時，所制氫氣可在氫燃料電池車、氫能煉鋼、綠氫化工等領域應用，真正將“零碳循環(huán)”書寫在江淮大地上。
《中國新型儲能發(fā)展報告2023》顯示，目前新型儲能仍處于發(fā)展初期，在核心材料、系統(tǒng)集成、調度運用、安全防護等方面還有大量技術難題有待解決。未來應充分調動各方積極性，加大新型儲能技術創(chuàng)新力度，通過打造一批原創(chuàng)性技術，帶動產(chǎn)業(yè)升級。
“充放”自如
滿足多元應用場景
因具備削峰填谷、調頻調相和“充放”自如等功能特征，儲能項目又被視為電網(wǎng)安全運行的“穩(wěn)定器”“調節(jié)器”，在多種應用場景下投入使用。
在江蘇省揚中市新壩鎮(zhèn)電氣工業(yè)品城內(nèi)，國網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司投運了一套光儲充直柔的微電網(wǎng)?！坝梦蓓敼夥姘灏l(fā)的電給汽車充電，充電時間比用電網(wǎng)電快了1倍。”5月16日，市民王先生在用微電網(wǎng)給自己的電動汽車充電時說。
據(jù)了解，微電網(wǎng)分布靈活、高效應用。相較于傳統(tǒng)電網(wǎng)單向接受能源的形式，其不僅能自給自足，實現(xiàn)光伏電在區(qū)域內(nèi)的自發(fā)自用，還能根據(jù)外部環(huán)境靈活調整運行模式，以直流電向相鄰臺區(qū)進行柔性互聯(lián)，可在“互聯(lián)”和“孤島”兩個模式中切換。
“光伏發(fā)電產(chǎn)生的電量被存儲在儲能裝置中，既可以給電動汽車充電，也可就近向相鄰線路輸送，在臨近線路故障的情況下，它還可承擔故障線路的負荷，向用戶供電。”國網(wǎng)鎮(zhèn)江揚中市供電公司副總經(jīng)理包磊介紹。據(jù)測算，經(jīng)過靈活切換，微電網(wǎng)內(nèi)的整體能效提升6%以上，每年可節(jié)省二氧化碳排放3.62噸。
這只是儲能多種應用場景之一。在新能源產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的大潮下，儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，不僅有利于激發(fā)經(jīng)濟高質量發(fā)展新動能，對促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型也有重要意義。
位于湖南省長沙市的晟通科技集團是全球規(guī)模領先的鋁箔、鋁膜板生產(chǎn)企業(yè)。作為中國節(jié)能減排突出貢獻企業(yè)，該公司在自身園區(qū)、現(xiàn)有停車位建設光儲充一體化項目，儲能總容量為16.5兆瓦/40兆瓦時。該項目于去年10月投產(chǎn)并網(wǎng)，首日發(fā)電量為3.4萬千瓦時，儲能兩充兩放，每天最高可提供約8萬千瓦時錯峰電量。晟通集團有關負責人表示：“光伏儲能項目建設后，大大削減了公司用能成本，預計未來每年可為公司節(jié)約開支超360萬元?！?/p>
據(jù)悉，為做好儲能項目并網(wǎng)工作，國網(wǎng)湖南電力主動對接項目建設開發(fā)主體，確保早并網(wǎng)、早投產(chǎn)。預計到6月底，湖南將新增各類新型儲能裝機1000兆瓦，有效保障今夏湖南電網(wǎng)平穩(wěn)運行。
業(yè)內(nèi)人士指出，從電力系統(tǒng)來看，儲能應用可以分為電源側儲能、電網(wǎng)側儲能和用戶側儲能三大場景。
滕越介紹，電源側儲能，主要配置在電源端，可以匹配風、光等新能源，促進新能源高效并網(wǎng)與消納；電網(wǎng)側儲能，分布在電網(wǎng)關鍵節(jié)點，可提供調峰、調頻等多種服務，提升系統(tǒng)抵御突發(fā)事件和故障后恢復能力；用戶側儲能，則安裝在用戶負荷端，可提升用戶靈活調節(jié)能力。
不同的儲能技術因其性能特點不同，適用不同的應用場景。國網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計研究所副所長黃碧斌分析，抽水蓄能電站容量效益強、單站規(guī)模大，適宜電網(wǎng)側大規(guī)模、系統(tǒng)級應用；新型儲能單站體量可大可小，環(huán)境適應性強，能夠靈活部署于電源、電網(wǎng)和用戶側等各類應用場景，可以作為抽水蓄能的有益增量補充。
專家預測，在傳統(tǒng)的應用場景基礎上，未來水風光儲一體化、風光儲一體化等應用場景將不斷涌現(xiàn)，儲能項目在西南水電基地等大型新能源基地開發(fā)中作用凸顯，中小微儲能項目的建設應用將更加廣泛。多類型、多場景的儲能應用格局將逐步顯現(xiàn)。
效益顯著
惠及人民美好生活
在推動能源綠色低碳轉型之外，許多儲能項目不忘將生態(tài)優(yōu)先融入建設，生態(tài)效益已成為蘊含在建設過程中的重要內(nèi)核。
在國網(wǎng)浙江寧海抽水蓄能電站施工現(xiàn)場，目光所及，綠意盎然?！皬途G可是我們建設‘超級充電寶’最重要的工作之一。”國網(wǎng)浙江寧海抽水蓄能有限公司工程部副主任夏萬求指著周圍一個又一個山頭說道，“那邊有寬葉草、高羊茅、紫花苜蓿，這邊還有刺槐、多花木蘭、車桑子等?！?/p>
據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹，工程施工開挖出來的多是巖石面，坡度近90度。復綠時，他們要像蜘蛛人一樣，懸掛著去給巖石釘上鐵絲網(wǎng)，再一遍一遍噴上特殊配方的混凝土，既可固定植物種子，也能進一步保土護坡固沙。2018年項目開工以來，邊施工邊復綠，復綠面積已超過25萬平方米。
“超級充電寶”建設帶來的不僅是綠水青山的重現(xiàn)，還通過拆遷安置、完善基礎設施等舉措惠及居民生活，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的最大化，帶動投資和相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
明凈的鄉(xiāng)村小道，靚麗的綠化帶，成排的兩層小樓……走進河南省洛陽市洛寧縣澗口鄉(xiāng)鰾池村，藍天白云掩映下的村鎮(zhèn)顯得格外秀美。然而，曾經(jīng)的鰾池村卻隱藏在熊耳山深處，多年來僅有一條羊腸小道通向外界。
隨著國網(wǎng)河南洛寧抽水蓄能電站的建設，鰾池村村民進行了移民搬遷。工程建設中，電站建設方主動修建周邊外延道路，吸收鰾池村村民就業(yè)，盡可能地讓搬遷群眾多得實惠。
“抽水蓄能電站項目給我們村帶來了翻天覆地的變化，不僅家家戶戶都住進了新房子，村里還建起了衛(wèi)生室，老人就醫(yī)更方便了?！摈B池村黨支部書記吉軍委介紹，如今村子已成為洛寧縣新農(nóng)村建設示范和鄉(xiāng)村振興的典型。
加快發(fā)展抽水蓄能和新型儲能是建設新型能源體系的迫切需求，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要支撐，也是新能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障。國家電網(wǎng)公司表示，將堅持開放發(fā)展的理念，加強與社會各方合作，加快抽水蓄能電站建設，力爭2025年、2030年公司經(jīng)營區(qū)抽水蓄能裝機分別達到5000萬千瓦、1億千瓦；支持新型儲能規(guī)?；瘧?，預計2030年公司經(jīng)營區(qū)新型儲能裝機達到1億千瓦。
