任 巖，侯尚辰

[1．華北水利水電大學，河南省鄭州市 450045；2．可再生能源電力技術(shù)湖南省重點實驗室（ 長沙理工大學），湖南省長沙市 410114]

0 引言

21世紀以來，我國抽水蓄能電站飛速發(fā)展，并朝著大機組、高水頭、大容量的方向發(fā)展。目前已建成的抽水蓄能電站有29座，總裝機2527.75萬kW[1]。抽水蓄能電站的運行原理是在電力負荷低谷時，利用電能將下水庫中的水抽到上水庫中，即將電能轉(zhuǎn)化成水能；在電力負荷高峰時，將水放至下水庫進行水力發(fā)電，即將水能轉(zhuǎn)化為電能。抽水蓄能電站起到調(diào)峰填谷的作用，將負荷低谷時的多余電能轉(zhuǎn)化為電網(wǎng)負荷高峰時的高價電能。

“十四五”規(guī)劃綱要提出，要構(gòu)建現(xiàn)代能源體系，加快抽水蓄能電站建設和新型儲能技術(shù)規(guī)?；瘧谩３樗钅茏鳛閮?yōu)質(zhì)的調(diào)節(jié)能源，在促進新能源消納方面具有突出優(yōu)勢。國家推進“風光水火儲一體化”和“源網(wǎng)荷儲一體化”兩個一體化建設，對電源側(cè)和負荷側(cè)靈活性都提出了要求[2]。修建抽水蓄能電站，首要問題就是選址，選址是水電站管理和運作的關(guān)鍵。站址選擇的合理性、科學性、可靠性和經(jīng)濟性直接影響到工程的成敗、電站的安全以及整體的運行效益。

1 常規(guī)抽水蓄能電站選址策略

我國目前有29座已建成的抽水蓄能電站，其中有廣州、惠州、張河灣、天荒坪等裝機容量超過180萬kW的大型電站，蒲石河、寶泉、白蓮河、仙游、桐柏、響水澗等裝機容量超過60萬kW的中型水電站，潘家口、回龍、羊卓雍等裝機容量小于60萬kW的小型水電站。有25座正在建設中的抽水蓄能電站，其中有豐寧、洪屏、長龍山等大型電站，仙居、敦化、清遠、荒溝、天池、周寧、蟠龍等中型水電站[1]。

抽水蓄能電站的站址選擇應該從多個方面綜合考慮，比如充足水源、接入電網(wǎng)、交通運輸、自然條件、經(jīng)濟發(fā)展、其他設施等，盡量減少水工建筑物建造及運行時對環(huán)境帶來的破壞。

1.1 影響因素

抽蓄站址的選擇主要考慮以下五個方面：

（1）水源充足。

雖然抽水蓄能電站是利用上、下水庫循環(huán)用水進行發(fā)電，不需要有大量的徑流，但是電站附近需要有充足的水源作為保障，來滿足因蒸發(fā)、滲漏等造成的水量損失所需[3]。例如廣州抽水蓄能建設在流溪河水系上，張河灣抽水蓄能建設在甘陶河上，響水澗抽水蓄能緊靠長江支流漳河等[4]。

（2）水頭適中。

抽水蓄能電站的上下庫水頭范圍應該為200～700m之間。[5]抽水蓄能電站的水頭越高，單位水體能轉(zhuǎn)換的能量就越大，經(jīng)濟效益就越高。水頭太低會導致造價過高，但是受制造水平的限制，最高不超過700m。作為國內(nèi)首座700米級水頭的抽水蓄能電站，吉林敦化抽蓄于2021年6月投產(chǎn)發(fā)電[6]。

（3）距高比適中。

距高比是指抽水蓄能電站上、下水庫的水平距離與垂直高度的比值，距高比一定程度上反映了引水系統(tǒng)的長度。距高比越小，引水長度就越小，造價就越少，但是距高比過低會給電站的施工增加困難[7]。我國70%的抽水蓄能電站的距高比分布在2～7[4]。

（4）距離負荷中心較近。

抽水蓄能電站的選址盡量規(guī)劃在負荷中心周圍的地區(qū)，或者選在交通便利的地區(qū)，以保證電站能夠便利地給負荷中心輸送電能[8]。距離一般不宜超過200km，若站址距離可以用來接入電力系統(tǒng)的變電站過遠，就會造成輸電線路造價高以及輸電線路沿線的電量損失[9]。仙游抽水蓄能位于福建的電網(wǎng)負荷中心和電源中心，響水澗抽水蓄能臨近華東電網(wǎng)中心，白蓮河抽水蓄能位于華中電網(wǎng)用電負荷中心。

（5）地質(zhì)條件適宜。

抽水蓄能電站的建設需要有良好的高度落差，以及適合挖洞的地質(zhì)條件[10]。地質(zhì)條件不僅會影響水工建筑物建設時期的難度、工程量以及成本，還會影響運行時期的正常工作。需要綜合考慮地質(zhì)災害隱患、冬季凍土深度、一定深度地表的巖層結(jié)構(gòu)等因素，同時抽水蓄能電站一般地下工程較多，對于抗震等級的要求較高，所以站址選擇應盡量遠離地震帶以及穩(wěn)定性較差的區(qū)域[11]。

1.2 選址流程

抽水蓄能電站站址的選擇范圍較廣，故進行站址選擇時要盡可能地將符合條件的優(yōu)越站址篩選出來，最后對比確定最終選擇。一般選址的程序如下[12]：

（1）依據(jù)地理因素選擇具有可行性的地點作為挑選范圍；

（2）在挑選范圍內(nèi)按照站址選擇的影響因素進行初步篩選，得到幾個優(yōu)質(zhì)站址；

（3）對篩選的幾個站址進行電站的初步設計；

（4）結(jié)合電力系統(tǒng)需求與工程投資條件，進行經(jīng)濟比較，最終選擇抽水蓄能電站站址。

2 新型抽水蓄能電站選址策略

目前我國抽水蓄能電站多分布在東中部地區(qū)，隨著西北地區(qū)的大型風電、太陽能發(fā)電基地的發(fā)展與建設，十分需要建設配套的抽水蓄能電站來提高電網(wǎng)電能質(zhì)量。風能、光能是一種間歇性能源，當其并入電網(wǎng)的比例過高，就需要對電網(wǎng)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)來提高電能質(zhì)量[13]。將光伏發(fā)電、風電、水電幾種不同類型的電源結(jié)合在一起，利用水電調(diào)節(jié)的靈活性，平抑光伏發(fā)電、風電出力的間歇性、隨機性和波動性，使得出力更加平滑穩(wěn)定，提高電能質(zhì)量，減少對電網(wǎng)的沖擊。

我國河北、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、江蘇、浙江、福建、山東、廣東等省份均建設有與風電基地配套的抽水蓄能電站，例如河北的張河灣、豐寧抽水蓄能電站，吉林的敦化抽水蓄能電站，浙江的桐柏、天荒坪抽水蓄能電站，廣東的清遠抽水蓄能電站等。但是在甘肅、寧夏、新疆等省區(qū)均未建設與風電基地配套的抽水蓄能電站[4]。

2.1 影響因素

在新能源發(fā)電的基礎上建設抽水蓄能電站，除了需要滿足常規(guī)抽水蓄能的選址條件[9]，還需要考慮以下幾個方面[14]：

（1）新能源集中分布地區(qū)。

在我國風電資源比較豐富的西北地區(qū)，與風電配套的抽水蓄能電站還不完善，最初主要原因是距離負荷中心較遠，經(jīng)濟比較落后。現(xiàn)階段在“十四五”規(guī)劃的支持下，可以充分利用西北、內(nèi)蒙古等地區(qū)的風電基地[15]，構(gòu)建新型抽水蓄能電站，實現(xiàn)太陽能、風能、抽水蓄能的聯(lián)合運行[16]。

（2）負荷中心地區(qū)。

風—光—蓄一體的新型抽水蓄電站可以向電網(wǎng)提供足量獨立的無功和有功，選在負荷中心地區(qū)能夠保障電壓和頻率的穩(wěn)定，為電網(wǎng)安全提供重要保障[17]。

（3）特高壓落端集中區(qū)域。

以特高壓為支撐的骨干電網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)資源遠距離、大容量配置，也會提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性和電壓跌落無功補償?shù)?。在特高壓落端集中區(qū)域，建設新型抽水蓄能電站，可為電網(wǎng)負荷集中區(qū)域提供大容量的無功備用支撐。

2.2 選址流程

以多能互補為基礎建設抽水蓄能電站時，站址的選擇程序與常規(guī)抽水蓄能類似。首先以地理因素為基礎挑選可能性的地點范圍，然后根據(jù)常規(guī)抽水蓄能選址的五大影響因素選出適合的地點，接著考慮建設以多能互補為基礎的抽水蓄能電站的三個條件，得到幾個優(yōu)質(zhì)站址，對其開展初步的工程設計并進行經(jīng)濟比較，最終選定抽水蓄能電站站址。

3 研究瓶頸

（1）我國西北地區(qū)風光資源豐富，在中國能源發(fā)展總體布局和“西電東送”戰(zhàn)略規(guī)劃中是重要的能源外送基地[18]，但由于地質(zhì)、負荷、經(jīng)濟等原因，與其配套的抽水蓄能電站遲遲得不到開發(fā)。

（2）抽水蓄能的發(fā)展與國土資源利用和環(huán)境保護的關(guān)系未能協(xié)調(diào)統(tǒng)一，致使大量優(yōu)質(zhì)的抽水蓄能電站站址資源位于生態(tài)紅線中，嚴重限制了抽水蓄能電站的選擇。

（3）當抽水蓄能系統(tǒng)建設于電源側(cè)時，抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)作用就會受到限制，會影響效益，當抽水蓄能系統(tǒng)建設于負荷側(cè)時，風電與光電的傳輸功率就會受到限制并出現(xiàn)棄風棄光現(xiàn)象，也影響效益[19]。

4 未來研究方向

（1）我國西北地區(qū)抽水蓄能工程的建設存在前期工作推進難度大、投資高等問題，針對這些問題，需要做好選點規(guī)劃工作、優(yōu)化工程設計、加強系統(tǒng)理論研究以及建設運行管理，加速這些地區(qū)抽水蓄能水電站的建設進程[18]。除此之外，根據(jù)2021年國家能源局發(fā)布的《2021年能源工作指導意見》，開展全國新一輪抽水蓄能中長期規(guī)劃，加快長龍山、荒溝等抽水蓄能電站建成投產(chǎn)，推進泰順、奉新等抽水蓄能電站核準開工建設[20]。

（2）我國已建成的大部分水電站景觀基礎良好，可以在發(fā)揮水電站功能的基礎上，開展一些旅游類項目。這就要求在選址過程中，盡量少地破壞原有的自然景觀，做到抽水蓄能與生態(tài)共同發(fā)展[21]。

（3）對抽水蓄能建設在電源側(cè)還是負荷側(cè)做進一步分析，得到效益較高的建設方案。河南“十四五”規(guī)劃通知指出，支持抽水蓄能、風電、光伏發(fā)電、氫能等清潔能源發(fā)展，推動風光水火儲一體化和源網(wǎng)荷儲一體化，研究謀劃抽水蓄能電站[22]。

5 結(jié)語

抽水蓄能電站選址一般需要滿足水源充足、水頭適中、距高比適中、距離負荷中心近、地質(zhì)條件適宜等條件?；诙嗄芑パa抽水蓄能電站則需要在此基礎上，建設在新能源集中分布、負荷中心以及特高壓落端集中區(qū)域。關(guān)于站址的選擇流程，在考慮地理因素可行的范圍內(nèi)，以影響因素為條件進行篩選，最后進行經(jīng)濟比較得到最優(yōu)方案。未來發(fā)展需要以國家“十四五”規(guī)劃提出的政策要求作為方向，開展新一輪抽水蓄能的規(guī)劃設計，滿足時代發(fā)展的需要。