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探秘雅礱江兩河口混合式抽水蓄能項目是怎樣做到多個世界第一的?

甘孜日報    2022年12月30日

雅礱江兩河口水電站水庫。

雅礱江兩河口混蓄電站與兩河口水電站位置。

兩河口混蓄電站機組。

◎兩河口電站辦公室 文/圖

12月29日,世界最大的混合式抽水蓄能項目——雅礱江兩河口混合式抽水蓄能項目正式開工建設(shè)。

兩河口混合式抽水蓄能項目位于我州雅江縣,依托四川省內(nèi)最大的水庫——兩河口水電站水庫為上庫,下游銜接梯級水電站牙根一級水電站水庫為下庫,擴建可逆式機組,形成兩河口混合式抽水蓄能電站。

兩河口混蓄項目是雅礱江流域水電開發(fā)有限公司在雅礱江中游開發(fā)建設(shè)的梯級混合式抽水蓄能項目,是世界最大的混合式抽水蓄能項目、全國大型清潔能源基地中首個開工的混蓄項目,也是我國海拔最高的大型抽水蓄能項目。

兩河口混蓄項目是四川省首個抽水蓄能項目,其開工建設(shè),在四川電力發(fā)展史上具有里程碑意義;對保障國家能源安全,推動綠色低碳發(fā)展,提升四川省電力供應(yīng)保障能力具有重要意義;為成渝地區(qū)雙城經(jīng)濟圈建設(shè)和四川經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展提供更加有力的支撐;對優(yōu)化電網(wǎng)電源結(jié)構(gòu),帶動清潔能源大規(guī)模集中開發(fā),助力建立堅強互補互濟電網(wǎng),構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的能源體系,實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有示范引領(lǐng)作用。

世界最大的混合式抽水蓄能項目,助力打造世界規(guī)模最大的綠色清潔可再生能源基地, 服務(wù)國家“雙碳”目標(biāo)

兩河口混蓄電站場址海拔3000米,擬安裝4臺30萬千瓦可逆式機組,加上已建成的兩河口水電站300萬千瓦裝機作為常規(guī)機組,總裝機達(dá)420萬千瓦,是目前世界最大的混合式抽水蓄能項目。

據(jù)初步測算,兩河口周邊新能源富集,風(fēng)能、光伏資源規(guī)模超過2000萬千瓦。但風(fēng)光等新能源發(fā)電具有間歇性、波動性和隨機性。具有多年調(diào)節(jié)能力的兩河口水電站可為350萬千瓦左右的風(fēng)光等新能源提供調(diào)節(jié)。憑借抽蓄電站獨特的抽水、發(fā)電能力,裝機120萬千瓦的兩河口混蓄電站,能夠進一步與周邊風(fēng)電、光伏電站的發(fā)電特性互補,配套消納相當(dāng)于自身裝機規(guī)模3倍的新能源。通過水風(fēng)光蓄一體化開發(fā),兩河口混蓄電站和兩河口水電站能將700萬千瓦左右隨機波動的風(fēng)電和光伏發(fā)電調(diào)整為平滑、穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)電源。利用已有水電外送通道實現(xiàn)綠色清潔可再生能源打捆送出和跨區(qū)域消納,帶動和促進雅礱江流域水風(fēng)光清潔能源協(xié)同集中開發(fā)。

兩河口混蓄電站的開工建設(shè),為構(gòu)建以兩河口水電站為中心的水風(fēng)光蓄互補綠色清潔可再生能源示范基地奠定了基礎(chǔ),對水風(fēng)光蓄一體化綜合開發(fā)具有示范效應(yīng),為我國構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)作出積極探索,形成可借鑒、可復(fù)制、可參考的模式。

根據(jù)規(guī)劃研究,雅礱江流域水風(fēng)光一體化基地總規(guī)模超1億千瓦,其中水電約3000萬千瓦、風(fēng)電、光伏發(fā)電超6000萬千瓦、抽水蓄能發(fā)電超1000萬千瓦,全部建成后,將成為世界規(guī)模最大的綠色清潔可再生能源基地之一。

為助力實現(xiàn)我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo),由國家開發(fā)投資集團有限公司(國投集團)和四川省投資集團有限責(zé)任公司共同出資,國投集團控股的雅礱江流域水電開發(fā)有限公司,在國家授權(quán)全面負(fù)責(zé)雅礱江梯級水電站的建設(shè)和管理的基礎(chǔ)上,提出流域水能資源、新能源及抽水蓄能開發(fā)兩個“四階段”戰(zhàn)略,積極探索水風(fēng)光蓄互補開發(fā)模式,全力推進雅礱江流域清潔能源基地建設(shè)。

雅礱江流域清潔能源基地納入國家“十四五”規(guī)劃以來,世界最大的水光互補電站——柯拉光伏電站、國家首批大型風(fēng)電光伏基地項目——臘巴山風(fēng)電等一批新能源項目開工建設(shè),雅礱江公司加快推進流域水風(fēng)光資源協(xié)同開發(fā),不斷取得新進展,基地建設(shè)從規(guī)劃逐步變?yōu)楝F(xiàn)實。

作為四川省內(nèi)最大的發(fā)電企業(yè),雅礱江公司綠色清潔能源已投產(chǎn)裝機近2000萬千瓦,在建電站裝機近600萬千瓦。雅礱江流域水風(fēng)光一體化基地全部建成后,每年可貢獻(xiàn)清潔電能超2800億千瓦時,相當(dāng)于每年減少標(biāo)準(zhǔn)煤消耗約8500萬噸,減排二氧化碳約2.3億噸。

強大的蓄能和調(diào)節(jié)能力,對電力保供、電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要作用

抽水蓄能是目前最常用的大規(guī)模儲能技術(shù),主要用于電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等,具有技術(shù)成熟、效率高、容量大、儲能周期不受限制等優(yōu)點。

混合式抽蓄能電站是兼具抽水蓄能和徑流發(fā)電功能的水電站,電站上水庫有充足的天然徑流補給,既利用天然徑流承擔(dān)常規(guī)發(fā)電和水能綜合利用等任務(wù),又可增加調(diào)峰填谷、事故備用等任務(wù)。相較于常規(guī)抽水蓄能電站,由于混合式抽水蓄能電站上水庫利用現(xiàn)有水庫,其具有工程投資小、水庫淹沒損失小、無移民安置、環(huán)境影響小、建設(shè)周期短等優(yōu)勢,其經(jīng)濟性和市場競爭力更好。

兩河口混蓄電站是四川省“十四五”加快推進的重點項目。兩河口混蓄電站建成后,具有抽水、發(fā)電“雙向調(diào)節(jié)”作用,也就是對電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷,電力缺口由發(fā)電調(diào)峰補充,電力富余則抽水填谷吸收。

具體來說,就是在新能源發(fā)電不足、電力短缺時,通過發(fā)電的方式為電網(wǎng)補充電力,把儲備的水能轉(zhuǎn)換為電能,即調(diào)峰;在新能源大發(fā)、電力充裕時,通過抽水的方式吸納電網(wǎng)富余電力,把相應(yīng)的電能儲備成水能,即填谷。通過發(fā)揮抽水、發(fā)電“雙倍調(diào)峰容量”優(yōu)勢,兩河口混蓄電站可有效緩解電網(wǎng)高峰供給和低谷清潔能源消納壓力。

隨著以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)建設(shè)不斷推進,電網(wǎng)控制將更為復(fù)雜,風(fēng)險防控要求更高。兩河口混蓄可憑借快速啟停、快速功率調(diào)節(jié)特性,隨時響應(yīng)突發(fā)調(diào)節(jié)需求,承擔(dān)系統(tǒng)緊急備用功能,提升電網(wǎng)韌性及安全水平,并助力電力系統(tǒng)更好地適應(yīng)因風(fēng)電、光伏的隨機性、波動性造成的系統(tǒng)頻率波動,有效緩解光伏早晚高峰出力陡增陡降造成的快速調(diào)節(jié)問題。兩河口混蓄電站機組運行靈活,負(fù)荷跟蹤能力強,是電力系統(tǒng)中理想的調(diào)頻、調(diào)相電源,可有效提高四川省電力保供能力,優(yōu)化四川電網(wǎng)電源布局,助力解決電網(wǎng)迎峰度夏、迎峰度冬等考驗。

破解“超寬水頭變幅大容量抽水蓄能機組穩(wěn)定運行”世界難題,推動全世界抽水蓄能電站重大裝備設(shè)計制造創(chuàng)新發(fā)展

兩河口混蓄電站的上庫——兩河口水庫水位消落深度大,水頭變幅達(dá)到80米,電站最大揚程270.3米,最小水頭176米,水泵水輪機最大揚程與最小水頭的比值(K 值)約為1.53。水頭變幅大,會導(dǎo)致低水頭工況機組壓力脈動幅值變大,機組穩(wěn)定性變差。K值越大,水泵水輪機在低水頭工況時就越難保證穩(wěn)定性能,機組設(shè)計、制造難度越高。

目前,在該水頭段國內(nèi)已投運或在建的抽水蓄能電站混流式水泵水輪機的K值均未超過1.3,國外一般不超過1.48。因此,國內(nèi)外尚無可借鑒的成熟項目經(jīng)驗,兩河口混蓄電站機組選型設(shè)計難度為世界之最。

為保證兩河口混蓄電站機組選型方案安全可靠、經(jīng)濟可行,雅礱江公司聯(lián)合設(shè)計院、設(shè)備制造廠以及國內(nèi)頂尖專家開展研究論證,努力突破技術(shù)限制,積極開展技術(shù)最先進,性能更穩(wěn)定的定速寬幅抽水蓄能機組研發(fā),使機組穩(wěn)定運行實現(xiàn)最大水頭范圍覆蓋,進一步推進世界抽蓄機組技術(shù)發(fā)展。

兩河口混蓄電站超寬水頭變幅大容量抽水蓄能機組技術(shù)路線的選擇以及后續(xù)機組的成功研發(fā)應(yīng)用,將實現(xiàn)我國首臺(套)超寬水頭變幅大容量抽蓄機組技術(shù)落地,創(chuàng)造新的行業(yè)紀(jì)錄。同時,也將節(jié)約兩河口混蓄項目工程造價3.5億元,有效提升機組運維經(jīng)濟性,為其他寬變幅抽水蓄能電站提供借鑒方案,進一步推進我國抽水蓄能機組技術(shù)發(fā)展。

創(chuàng)新開展全過程技術(shù)經(jīng)濟咨詢與施工監(jiān)理一體化管理,打造世界大型混合式抽水蓄能電站的標(biāo)志性工程

兩河口混蓄電站作為四川省第一個大型抽水蓄能電站,如何與水電項目及新能源項目更好地匹配,充分發(fā)揮效力?這些難題亟需國內(nèi)頂尖技術(shù)咨詢單位和專家團隊攻關(guān)。雅礱江公司勇于創(chuàng)新,通過打造工程項目從可行性研究階段到工程竣工驗收全過程技術(shù)咨詢、經(jīng)濟咨詢和施工監(jiān)理“一體化”管理,為兩河口混蓄電站勘測、設(shè)計、施工、竣工驗收等階段工作保駕護航。通過公開招標(biāo)優(yōu)選,選擇了國內(nèi)技術(shù)實力強勁,我國第一個實施抽水蓄能項目的勘察設(shè)計,也是承擔(dān)世界最大抽水蓄能電站勘察設(shè)計的單位承擔(dān)全過程技術(shù)咨詢、經(jīng)濟咨詢和監(jiān)理服務(wù)工作,極大的保障了項目的技術(shù)經(jīng)濟先進性和可靠性。

全過程技術(shù)咨詢和經(jīng)濟咨詢服務(wù)能有效解決工程建設(shè)過程中難題,減少工程建設(shè)中的現(xiàn)場投入和管理投入。通過全過程咨詢可以有效實現(xiàn)項目建設(shè)單位和參建各方的緊密聯(lián)系,實現(xiàn)工程全方位科學(xué)管控,提高工程建設(shè)質(zhì)量和投資效益,對工程項目高質(zhì)高效完成具有重要意義。

項目建設(shè)將持續(xù)助力民族地區(qū)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展和鄉(xiāng)村振興

雅礱江公司認(rèn)真貫徹落實黨中央關(guān)于鞏固拓展脫貧攻堅成果與鄉(xiāng)村振興有效銜接的重要舉措,在兩河口等大型水電項目開發(fā)的基礎(chǔ)上,進一步帶動抽水蓄能和新能源的一體化開發(fā),通過項目、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟的“點”“線”“面”協(xié)同發(fā)力,推動資源優(yōu)勢向經(jīng)濟優(yōu)勢的轉(zhuǎn)變。

兩河口混蓄項目開工建設(shè),將使民族地區(qū)財政收入得到顯著增長,有力帶動當(dāng)?shù)亟ú摹⒔煌ā⑦\輸?shù)认嚓P(guān)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。進一步提高當(dāng)?shù)氐诙⑷a(chǎn)業(yè)在地區(qū)生產(chǎn)總值中的比重,形成重要的經(jīng)濟輻射點。兩河口混蓄電站總投資約85億元,每年帶動就業(yè)約3000人,投產(chǎn)發(fā)電后每年還可繼續(xù)貢獻(xiàn)稅費超1.3億元,持續(xù)推動地方經(jīng)濟社會發(fā)展和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施。

雅礱江流域水電開發(fā)有限公司董事長、黨委書記祁寧春表示,兩河口混蓄項目開工建設(shè)是雅礱江公司貫徹黨的二十大關(guān)于能源安全決策部署,堅持系統(tǒng)觀念,助推新型電力系統(tǒng)加快建設(shè),為國家綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展提供更多清潔能源支撐的重要舉措。兩河口混蓄電站將實現(xiàn)世界最大規(guī)模的“水風(fēng)光蓄互補開發(fā)”,對促進新能源消納,建設(shè)“清潔低碳 安全高效”能源體系具有重要的探索價值和示范效應(yīng)。在項目建設(shè)中,雅礱江公司將著力構(gòu)建兩河口混蓄項目建設(shè)全過程、全方位的管理體系,積極推進質(zhì)量達(dá)標(biāo)創(chuàng)優(yōu)、安全標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護、進度綜合管控等各項工作落實落地,努力實現(xiàn)各項管理目標(biāo)最優(yōu)。同時,雅礱江公司將繼續(xù)保持戰(zhàn)略定力,憑借“一個主體開發(fā)一條江”、多能互補優(yōu)勢顯著、調(diào)節(jié)能力優(yōu)越、基礎(chǔ)條件堅實等優(yōu)勢,堅定清潔可再生能源發(fā)展目標(biāo),不斷推進雅礱江流域水風(fēng)光一體化基地建設(shè),助力國家實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo),為國家能源事業(yè)作出新的更大貢獻(xiàn)。

國家開發(fā)投資集團有限公司董事長、黨組書記付剛峰表示,雅礱江流域清潔能源基地規(guī)模大、資源條件優(yōu)越,對國投高質(zhì)量落實黨中央“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo),保障國家能源安全、促進經(jīng)濟社會發(fā)展的具有重要作用。國投集團將堅持發(fā)展和安全并舉,積極發(fā)揮國有資本對綠色低碳經(jīng)濟領(lǐng)域的戰(zhàn)略支撐作用,按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、先期示范”原則,流域化、集約化、規(guī)?;⒖茖W(xué)化推動雅礱江流域水風(fēng)光一體化基地建設(shè),全力推進雅礱江全流域清潔能源開發(fā),為我國經(jīng)濟社會全面綠色轉(zhuǎn)型奉獻(xiàn)更多的清潔能源,為實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供有力保障。在推進雅礱江流域清潔能源開發(fā)的過程中,國投集團將堅持負(fù)責(zé)任投資,最大限度地創(chuàng)造經(jīng)濟、社會、環(huán)境綜合價值,以投資創(chuàng)造更美好的未來。繼續(xù)發(fā)揮好大工程對地方經(jīng)濟、社會發(fā)展的拉動作用,將民族地區(qū)的自然資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為可持續(xù)發(fā)展的經(jīng)濟優(yōu)勢,使民族地區(qū)既守得住綠水青山,又留得住金山銀山,接續(xù)推進民族地區(qū)脫貧攻堅與鄉(xiāng)村振興有機銜接,為全面建成社會主義現(xiàn)代化國家貢獻(xiàn)力量。

新聞鏈接

1.為什么有了兩河口水電站,還要建設(shè)兩河口混蓄電站?

兩河口水電站是常規(guī)水電,具有多年調(diào)節(jié)能力,通過兩河口水庫實現(xiàn)對徑流的“蓄豐補枯”調(diào)節(jié),即存蓄豐水期的水量,使枯水年不枯、年內(nèi)的枯水期不枯,進而提升下游水電的枯水期出力,從而提高整個雅礱江流域梯級的水能資源利用,增加梯級發(fā)電效益。根據(jù)測算,在不增加投入的條件下,兩河口水庫可為雅礱江中下游、金沙江下游和長江干流電站產(chǎn)生巨大補償效益,增加平枯期年發(fā)電量約342億千瓦時,是兩河口水電站自身發(fā)電量的三倍,超過2021年四川省全社會用電量的十分之一。

在國家“雙碳”目標(biāo)下,四川省將大規(guī)模開發(fā)新能源,構(gòu)建新型電力系統(tǒng),為此需要更多的具備調(diào)節(jié)能力的靈活儲能電源,與新能源出力進行日內(nèi)互補。兩河口水電站可為350萬千瓦左右的新能源提供調(diào)節(jié)。而兩河口周邊雅江、道孚、理塘、新龍等四縣有超過2000萬千瓦的光伏、風(fēng)電資源,僅依靠兩河口水電站,無法滿足如此大規(guī)模新能源開發(fā)的需要。

因此,有必要在新能源富集的兩河口周邊,利用兩河口和牙根一級的水庫,建設(shè)兩河口混蓄電站,帶動三倍于混蓄裝機容量的新能源資源的開發(fā)利用。同時兩河口混蓄電站可充分發(fā)揮獨特優(yōu)勢,將新能源大發(fā)時的富余電力通過抽水方式儲存起來,等系統(tǒng)電力短缺時為電網(wǎng)補充電力,更好地滿足電網(wǎng)需求,助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)、助力地方經(jīng)濟發(fā)展。

2.兩河口混蓄“雙倍調(diào)峰容量”怎么解釋?

“雙倍調(diào)峰容量”指的是抽水吸納電力容量(120萬千瓦)+發(fā)電提供電力容量(120萬千瓦),是兩河口混蓄電站裝機容量的兩倍。

3.從抽水發(fā)電原理和機組選型設(shè)計角度解答混合式抽水蓄能電站和常規(guī)抽水蓄能電站最大的區(qū)別在哪?

混合式抽蓄能電站是既有抽水蓄能又有徑流發(fā)電功能的水電站?;旌鲜匠樾钔ǔ6际抢靡延兴娬镜乃畮欤瑪U建可逆式機組,可以增強常規(guī)水電站的調(diào)峰能力。

混合式抽水蓄能與常規(guī)抽水蓄能最大的區(qū)別是發(fā)電水源不同?;旌鲜匠樗钅茈娬镜纳蠋煊袕搅鱽硭唤?jīng)過抽水即可發(fā)電;常規(guī)抽水蓄能電站的發(fā)電主要來自于下庫抽水。

混合式抽水蓄能電站與常規(guī)抽水蓄能電站都是采用可逆式水泵水輪機組。常規(guī)抽水蓄能電站一般采用定速可逆式機組,混合式抽水蓄能電站也一般采用定速可逆式機組,只有混合式抽水蓄能電站利用的水庫消落深度較大,導(dǎo)致定速可逆式機組無法適應(yīng)水頭變幅或適應(yīng)水風(fēng)光蓄互補發(fā)電時,才可能采取變速可逆式機組的方案。

可逆式機組:一種兼有水力發(fā)電機組與電力抽水機組功用的機組。由電機及水機兩部分組成。電機兼有發(fā)電機與電動機的功用,水機則兼有水輪機與水泵的功用。作為水力發(fā)電機組運行時,水流從上游經(jīng)過水機流向下游,使水機帶動電機發(fā)電;作為電力抽水機組運行時,則由電機帶動水機,將水從下游抽向上游。

4.建設(shè)混合式抽水蓄能有哪些技術(shù)難題或制約條件?其他的抽水蓄能電站為什么不能建成混合式抽水蓄能?

建設(shè)混合式抽水蓄能電站最主要的技術(shù)問題,是避免對已建成的常規(guī)水電站的建設(shè)和運行造成影響,不改變原有工程的開發(fā)任務(wù)和綜合利用功能。

混合式抽水蓄能電站最主要的制約條件,是現(xiàn)有上水庫和下水庫的庫容條件。由于混合式抽水蓄能電站都是利用現(xiàn)有上下水庫,并且不能干擾現(xiàn)有水庫的運行和庫容運用。因此混合式抽水蓄能電站的建設(shè)規(guī)模,主要由上水庫或下水庫富余的可被抽水蓄能利用的發(fā)電蓄能庫容決定。

常規(guī)抽水蓄能電站一般不會擴建常規(guī)水電機組、改建為混合式抽水蓄能電站。因為常規(guī)抽水蓄能電站上下水庫均根據(jù)抽水蓄能的需要選擇庫址,大多數(shù)上水庫在高程較高的山上開挖筑壩成庫,天然徑流一般較小,難以支撐常規(guī)機組發(fā)電;下水庫一般不在大江大河上攔河筑壩新建。此外,普通抽水蓄能的調(diào)節(jié)庫容一般只考慮本身發(fā)電蓄能用途,沒有多余的調(diào)節(jié)庫容給常規(guī)水電機組調(diào)節(jié)。

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