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美國抽水蓄能開發(fā)的現(xiàn)狀與展望

摘要：隨著對(duì)間歇性可再生能源需求的不斷增加，并鑒于抽水蓄能帶給電網(wǎng)的多方面效益，美國目前正計(jì)劃開發(fā)更多的抽水蓄能電站，并正在努力加速審批過程。對(duì)美國目前的抽水蓄能容量、最近已獲批的項(xiàng)目和未來擬開發(fā)的項(xiàng)目進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹。

關(guān)鍵詞：水電資源開發(fā)規(guī)劃；抽水蓄能電站；美國

目前美國境內(nèi)有大約40座抽水蓄能電站，總裝機(jī)容量約22 GW。技術(shù)以定速和同步機(jī)組為基礎(chǔ)，設(shè)施主要包括地表水庫。

對(duì)于抽水蓄能的研究已經(jīng)開始關(guān)注它所帶來的價(jià)值以及可以從其蓄能和快速反應(yīng)的能力中獲得額外效益的方式，比如最近阿貢國家實(shí)驗(yàn)室就在進(jìn)行此類研究。

加利福尼亞州總裝機(jī)1 200 MW的赫爾姆斯(Helms)抽水蓄能電站已成功運(yùn)行30 a。美國聯(lián)邦能源管理委員會(huì)(FERC)于2013年給位于新澤西州總裝機(jī)365 MW的亞德克里克(Yard Creek)電站重新頒發(fā)了許可證。2005～2010年密蘇里州托姆索克(Taum Sauk)項(xiàng)目上庫的重建更進(jìn)一步彰顯了抽水蓄能已得到公認(rèn)的價(jià)值。

除了其傳統(tǒng)作用之外(每天用電低峰期將水回抽到上庫中存儲(chǔ))，抽水蓄能帶來的關(guān)鍵性額外效益還包括獲得輔助性電網(wǎng)支持服務(wù)，隨著更多間歇性可再生能源(風(fēng)能、太陽能)的進(jìn)一步開發(fā)，越來越需要這樣的服務(wù)。

抽水蓄能是穩(wěn)定電網(wǎng)及吸收過剩能量的較為先進(jìn)的解決方案。抽水蓄能可以提供的輔助性服務(wù)越來越受到重視，這些服務(wù)包括不同類型的電力支持，比如頻率和電壓控制。

近來，由西北水電協(xié)會(huì)(NWHA)開展的一個(gè)概括研究明確了抽水蓄能對(duì)于“恢復(fù)運(yùn)行的靈活性”十分重要，尤其是在太平洋西北部的哥倫比亞流域，面對(duì)與聯(lián)邦電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電廠數(shù)量激增的情況時(shí)，更凸顯了這一功能的重要性。

因此，對(duì)抽水蓄能的關(guān)注正在與日俱增，而且抽水蓄能已成為美國成熟水電市場(chǎng)未來開發(fā)建設(shè)的重點(diǎn)。大中型的抽水蓄能項(xiàng)目都處在不同的規(guī)劃階段，有待FERC審核通過。

1獲許可的項(xiàng)目

加利福利亞州和弗吉尼亞州獲許可的抽水蓄能電站總裝機(jī)容量在美國位居前列。根據(jù)最新數(shù)據(jù)，截止2015年4月，這兩個(gè)州的總裝機(jī)容量分別為4 643 MW和2 722 MW。

獲得許可的裝機(jī)容量超過1 GW的州包括馬薩諸塞州(1 746 MW)、密歇根州(1 658 MW)、紐約州(1 400 MW)、賓夕法尼亞州(1 332 MW)和喬治亞州(1 120 MW)。

在過去2 a間，除了重新獲得許可的亞德克里克電站之外，F(xiàn)ERC又為幾個(gè)新的抽水蓄能電站項(xiàng)目頒發(fā)了許可證，它們分別是：

(1) 位于加利福尼亞州裝機(jī)容量1 300 MW的伊格爾(Eagle)山項(xiàng)目，獲得50 a運(yùn)營許可；

(2) 位于加利福尼亞州裝機(jī)容量400 MW的艾奧瓦(Iowa)山項(xiàng)目，是“美國上游”河流項(xiàng)目的一部分，獲得50 a運(yùn)營許可；

(3) 位于科羅拉多州裝機(jī)容量336 MW的卡賓克里克(Cabin Creek)項(xiàng)目，獲得40 a運(yùn)營許可。

位于猶他州裝機(jī)容量1 000 MW的派克諾爾(Parker Knoll)項(xiàng)目正處于審核之中。

需要重新獲得許可的待定項(xiàng)目有：俄克拉荷馬州裝機(jī)260 MW的薩利納(Salina)電站、賓夕法尼亞州裝機(jī)452 MW的金蘇阿(Kinsua)電站和裝機(jī)880 MW的馬迪倫(Muddy Run)電站。

2加快抽水蓄能電站的開發(fā)

阿貢國家實(shí)驗(yàn)室在最近的1篇報(bào)道“抽水蓄能水力發(fā)電：電網(wǎng)穩(wěn)定性的效益和多種可再生能源的整合”中指出，抽水蓄能電站已被認(rèn)可的儲(chǔ)能正在推動(dòng)大約50個(gè)工程的籌建，總裝機(jī)容量超過40 GW。

截止到2015年4月初，F(xiàn)ERC已經(jīng)為總裝機(jī)超過34 GW的抽水蓄能項(xiàng)目發(fā)放了預(yù)許可證，還有總裝機(jī)超過2.1GW的項(xiàng)目處于審核階段。獲得預(yù)許可的抽水蓄能項(xiàng)目主要集中在加利福尼亞州(約9.7GW)、華盛頓州(5.1 GW)、田納西州(4 GW)、內(nèi)華達(dá)州(3.6 GW)、亞利桑那州(2.7GW)和猶他州(2.3 GW)。

除了可能建設(shè)更多的抽水蓄能項(xiàng)目之外，從技術(shù)層面來看，還可以引入變速技術(shù)以使運(yùn)行更加靈活。

阿貢實(shí)驗(yàn)室的1篇最新報(bào)道指出，通過為新的抽水蓄能機(jī)組的開發(fā)和現(xiàn)有可變速機(jī)組的升級(jí)提供進(jìn)一步支持，有利于提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，同樣可加大對(duì)可變?cè)偕茉吹拈_發(fā)利用力度，以此來減少美國境內(nèi)電力系統(tǒng)的排放。

為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，報(bào)道提出如下兩點(diǎn)倡議：

(1) 開發(fā)新工具來幫助評(píng)估將現(xiàn)有電站機(jī)組轉(zhuǎn)換成可變速機(jī)組的可行性；

(2) 調(diào)查市場(chǎng)機(jī)制，補(bǔ)償電站業(yè)主可獲得的收益和輸電收益。

歐洲正開展一場(chǎng)是否通過獲得歐盟支持的電子存儲(chǔ)計(jì)劃來使用變速機(jī)械裝置的大討論，該計(jì)劃由阿爾斯通公司牽頭實(shí)施，其中的一個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目，即將電站的一臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)化為可變速機(jī)組，將于2017年完成。

2014年8月，F(xiàn)ERC宣布進(jìn)行一個(gè)試點(diǎn)研究，以縮短兩種抽水蓄能電站的許可證頒發(fā)時(shí)間，其中之一就是閉合環(huán)路系統(tǒng)的抽水蓄能電站，F(xiàn)ERC認(rèn)為其無需持續(xù)接入自然徑流電站。

之所以需要進(jìn)行試點(diǎn)研究是因?yàn)椤?013水電監(jiān)管效率法案》明確要求水電站審核期為2 a。

FERC最近為位于加利福尼亞州裝機(jī)1 300 MW的伊格爾山項(xiàng)目頒發(fā)了抽水蓄能許可證。在頒發(fā)許可證時(shí)，F(xiàn)ERC做了說明，即水電工程為電力公用系統(tǒng)提供了獨(dú)特的運(yùn)行效益，因此開發(fā)水電可取得巨大的公共效益。

“閉合環(huán)路”抽水蓄能的設(shè)計(jì)理念旨在抽水蓄能的循環(huán)過程中將水的再循環(huán)與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境脫離，這對(duì)于地形或氣候條件不適合建壩或蓄水水庫的地區(qū)十分有利，而且基于這一理念還可能開發(fā)出一些適合現(xiàn)場(chǎng)條件的創(chuàng)新舉措，以及包括地下洞室在內(nèi)的抽水蓄能電站。

根據(jù)FERC發(fā)布的數(shù)據(jù)，2008～2011年間，“閉合環(huán)路”抽水蓄能項(xiàng)目越來越受到關(guān)注，以至此類項(xiàng)目的許可申請(qǐng)蜂擁而至。雖然自2011年起抽水蓄能項(xiàng)目的申請(qǐng)總數(shù)已減至歷年最低水平，但最近開放環(huán)路項(xiàng)目預(yù)許可的申請(qǐng)又再次占到了大多數(shù)。

認(rèn)識(shí)到許可證和執(zhí)照申請(qǐng)過程中面臨的挑戰(zhàn)，美國政府正在尋求辦法加速審批過程。將審批過程控制在2 a時(shí)間框架內(nèi)的提議可能會(huì)引發(fā)閉合環(huán)路項(xiàng)目的再一次大規(guī)模激增。

無論是閉合環(huán)路還是開放環(huán)路，許多抽水蓄能項(xiàng)目在某種程度上意味著進(jìn)行大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，經(jīng)常會(huì)包括地下結(jié)構(gòu)，比如位于加利福尼亞州最近剛剛獲得FERC預(yù)許可的比松匹克(Bison Peak)項(xiàng)目。

對(duì)抽水蓄能和電網(wǎng)穩(wěn)定性的需求不但不會(huì)消失，反而會(huì)隨著能源發(fā)電組合的越來越多樣化而增加。接踵而至的抽水蓄能電站管道的地下施工作業(yè)則迎來了發(fā)展機(jī)遇。

3處于早期開發(fā)階段的抽水蓄能項(xiàng)目

FERC最近為加利福尼亞州的兩個(gè)抽水蓄能項(xiàng)目頒發(fā)了許可證。

(1) 裝機(jī)1 300 MW的伊格爾山項(xiàng)目。伊格爾山項(xiàng)目是一個(gè)閉合環(huán)路項(xiàng)目，由伊格爾山能源公司開發(fā)，于2014年中旬獲得50 a許可。該工程設(shè)計(jì)利用兩個(gè)廢棄礦井分別作為上庫和下庫。礦山水庫將由1條長(zhǎng)約1 220 m的引水隧洞、豎井、調(diào)壓井和1條長(zhǎng)475 m的低壓隧洞相連接。地下構(gòu)造包括一個(gè)由洞室組成的廠房樞紐(經(jīng)1條長(zhǎng)2 020 m的交通隧洞通自地面)，以及1個(gè)下游尾水系統(tǒng)(由1條長(zhǎng)2 084 m的泄洪洞管控)。

(2) 裝機(jī)400 MW的艾奧瓦山項(xiàng)目。艾奧瓦山抽水蓄能項(xiàng)目是“美國上游河流”項(xiàng)目的一部分，由薩克拉門托市政公用事業(yè)區(qū)(SMUD)開發(fā)，同時(shí)也需要進(jìn)行大量的隧洞、豎井和洞室開挖。

以下項(xiàng)目獲得了FERC預(yù)許可。

(1) 位于俄亥俄州裝機(jī)容量1 500 MW的新薩米特(New Summit)項(xiàng)目。新薩米特項(xiàng)目由新薩米特水力有限責(zé)任公司開發(fā)。FERC在2014年10月向其頒發(fā)3a有效期預(yù)許可的同時(shí)，授予該項(xiàng)目申請(qǐng)?jiān)S可的優(yōu)先權(quán)。該項(xiàng)目將使用一個(gè)停用的礦井作為下庫，其他的地下工程包括廠房樞紐、引水隧洞和豎井。

(2) 位于內(nèi)華達(dá)州裝機(jī)為750 MW的懷特派恩(White Pine)項(xiàng)目。該項(xiàng)目是1個(gè)閉合環(huán)路項(xiàng)目，由懷特派恩水力有限責(zé)任公司提出申請(qǐng)。按照設(shè)想，項(xiàng)目由上庫和下庫、多座大壩，以及不同類型的隧洞組成。

(3) 位于加利福尼亞州的海威里奇(Haiwee Ridge)項(xiàng)目(裝機(jī)容量尚未確定)。海威里奇項(xiàng)目是1個(gè)擬建的閉合環(huán)路項(xiàng)目。在初步許可階段，關(guān)注重點(diǎn)為針對(duì)南海威(South Haiwee)水庫的兩套方案：1個(gè)裝機(jī)500 MW，另1個(gè)裝機(jī)250 MW。該項(xiàng)目涉及到由隧洞相連的地表水庫，以及1座地下廠房。

最近另提出申請(qǐng)的抽水蓄能項(xiàng)目是位于紐約州裝機(jī)240 MW的米尼維勒(Mineville)項(xiàng)目，計(jì)劃利用廢棄的地下礦井，開發(fā)計(jì)劃由莫利亞水電公司提出。

4擬建的抽水蓄能項(xiàng)目

美國擬建的抽水蓄能項(xiàng)目見表1。

表1　美國擬建的抽水蓄能項(xiàng)目

徐瑞華譯

(編輯：朱曉紅)

中圖法分類號(hào)：TV743

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-0081(2016)03-0003-02

收稿日期：2015-12-23