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探秘雅砻江两河口混合式抽水蓄能项目是怎样做到多个世界第一的?

甘孜日报    2022年12月30日

雅砻江两河口水电站水库。

雅砻江两河口混蓄电站与两河口水电站位置。

两河口混蓄电站机组。

◎两河口电站办公室 文/图

12月29日,世界最大的混合式抽水蓄能项目——雅砻江两河口混合式抽水蓄能项目正式开工建设。

两河口混合式抽水蓄能项目位于我州雅江县,依托四川省内最大的水库——两河口水电站水库为上库,下游衔接梯级水电站牙根一级水电站水库为下库,扩建可逆式机组,形成两河口混合式抽水蓄能电站。

两河口混蓄项目是雅砻江流域水电开发有限公司在雅砻江中游开发建设的梯级混合式抽水蓄能项目,是世界最大的混合式抽水蓄能项目、全国大型清洁能源基地中首个开工的混蓄项目,也是我国海拔最高的大型抽水蓄能项目。

两河口混蓄项目是四川省首个抽水蓄能项目,其开工建设,在四川电力发展史上具有里程碑意义;对保障国家能源安全,推动绿色低碳发展,提升四川省电力供应保障能力具有重要意义;为成渝地区双城经济圈建设和四川经济社会高质量发展提供更加有力的支撑;对优化电网电源结构,带动清洁能源大规模集中开发,助力建立坚强互补互济电网,构建“清洁低碳、安全高效”的能源体系,实现“双碳”目标具有示范引领作用。

世界最大的混合式抽水蓄能项目,助力打造世界规模最大的绿色清洁可再生能源基地, 服务国家“双碳”目标

两河口混蓄电站场址海拔3000米,拟安装4台30万千瓦可逆式机组,加上已建成的两河口水电站300万千瓦装机作为常规机组,总装机达420万千瓦,是目前世界最大的混合式抽水蓄能项目。

据初步测算,两河口周边新能源富集,风能、光伏资源规模超过2000万千瓦。但风光等新能源发电具有间歇性、波动性和随机性。具有多年调节能力的两河口水电站可为350万千瓦左右的风光等新能源提供调节。凭借抽蓄电站独特的抽水、发电能力,装机120万千瓦的两河口混蓄电站,能够进一步与周边风电、光伏电站的发电特性互补,配套消纳相当于自身装机规模3倍的新能源。通过水风光蓄一体化开发,两河口混蓄电站和两河口水电站能将700万千瓦左右随机波动的风电和光伏发电调整为平滑、稳定的优质电源。利用已有水电外送通道实现绿色清洁可再生能源打捆送出和跨区域消纳,带动和促进雅砻江流域水风光清洁能源协同集中开发。

两河口混蓄电站的开工建设,为构建以两河口水电站为中心的水风光蓄互补绿色清洁可再生能源示范基地奠定了基础,对水风光蓄一体化综合开发具有示范效应,为我国构建以新能源为主体的新型电力系统作出积极探索,形成可借鉴、可复制、可参考的模式。

根据规划研究,雅砻江流域水风光一体化基地总规模超1亿千瓦,其中水电约3000万千瓦、风电、光伏发电超6000万千瓦、抽水蓄能发电超1000万千瓦,全部建成后,将成为世界规模最大的绿色清洁可再生能源基地之一。

为助力实现我国“碳达峰、碳中和”目标,由国家开发投资集团有限公司(国投集团)和四川省投资集团有限责任公司共同出资,国投集团控股的雅砻江流域水电开发有限公司,在国家授权全面负责雅砻江梯级水电站的建设和管理的基础上,提出流域水能资源、新能源及抽水蓄能开发两个“四阶段”战略,积极探索水风光蓄互补开发模式,全力推进雅砻江流域清洁能源基地建设。

雅砻江流域清洁能源基地纳入国家“十四五”规划以来,世界最大的水光互补电站——柯拉光伏电站、国家首批大型风电光伏基地项目——腊巴山风电等一批新能源项目开工建设,雅砻江公司加快推进流域水风光资源协同开发,不断取得新进展,基地建设从规划逐步变为现实。

作为四川省内最大的发电企业,雅砻江公司绿色清洁能源已投产装机近2000万千瓦,在建电站装机近600万千瓦。雅砻江流域水风光一体化基地全部建成后,每年可贡献清洁电能超2800亿千瓦时,相当于每年减少标准煤消耗约8500万吨,减排二氧化碳约2.3亿吨。

强大的蓄能和调节能力,对电力保供、电源结构优化具有重要作用

抽水蓄能是目前最常用的大规模储能技术,主要用于电力系统调峰填谷、调频调相和紧急事故备用等,具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期不受限制等优点。

混合式抽蓄能电站是兼具抽水蓄能和径流发电功能的水电站,电站上水库有充足的天然径流补给,既利用天然径流承担常规发电和水能综合利用等任务,又可增加调峰填谷、事故备用等任务。相较于常规抽水蓄能电站,由于混合式抽水蓄能电站上水库利用现有水库,其具有工程投资小、水库淹没损失小、无移民安置、环境影响小、建设周期短等优势,其经济性和市场竞争力更好。

两河口混蓄电站是四川省“十四五”加快推进的重点项目。两河口混蓄电站建成后,具有抽水、发电“双向调节”作用,也就是对电网的调峰、填谷,电力缺口由发电调峰补充,电力富余则抽水填谷吸收。

具体来说,就是在新能源发电不足、电力短缺时,通过发电的方式为电网补充电力,把储备的水能转换为电能,即调峰;在新能源大发、电力充裕时,通过抽水的方式吸纳电网富余电力,把相应的电能储备成水能,即填谷。通过发挥抽水、发电“双倍调峰容量”优势,两河口混蓄电站可有效缓解电网高峰供给和低谷清洁能源消纳压力。

随着以新能源为主体的新型电力系统建设不断推进,电网控制将更为复杂,风险防控要求更高。两河口混蓄可凭借快速启停、快速功率调节特性,随时响应突发调节需求,承担系统紧急备用功能,提升电网韧性及安全水平,并助力电力系统更好地适应因风电、光伏的随机性、波动性造成的系统频率波动,有效缓解光伏早晚高峰出力陡增陡降造成的快速调节问题。两河口混蓄电站机组运行灵活,负荷跟踪能力强,是电力系统中理想的调频、调相电源,可有效提高四川省电力保供能力,优化四川电网电源布局,助力解决电网迎峰度夏、迎峰度冬等考验。

破解“超宽水头变幅大容量抽水蓄能机组稳定运行”世界难题,推动全世界抽水蓄能电站重大装备设计制造创新发展

两河口混蓄电站的上库——两河口水库水位消落深度大,水头变幅达到80米,电站最大扬程270.3米,最小水头176米,水泵水轮机最大扬程与最小水头的比值(K 值)约为1.53。水头变幅大,会导致低水头工况机组压力脉动幅值变大,机组稳定性变差。K值越大,水泵水轮机在低水头工况时就越难保证稳定性能,机组设计、制造难度越高。

目前,在该水头段国内已投运或在建的抽水蓄能电站混流式水泵水轮机的K值均未超过1.3,国外一般不超过1.48。因此,国内外尚无可借鉴的成熟项目经验,两河口混蓄电站机组选型设计难度为世界之最。

为保证两河口混蓄电站机组选型方案安全可靠、经济可行,雅砻江公司联合设计院、设备制造厂以及国内顶尖专家开展研究论证,努力突破技术限制,积极开展技术最先进,性能更稳定的定速宽幅抽水蓄能机组研发,使机组稳定运行实现最大水头范围覆盖,进一步推进世界抽蓄机组技术发展。

两河口混蓄电站超宽水头变幅大容量抽水蓄能机组技术路线的选择以及后续机组的成功研发应用,将实现我国首台(套)超宽水头变幅大容量抽蓄机组技术落地,创造新的行业纪录。同时,也将节约两河口混蓄项目工程造价3.5亿元,有效提升机组运维经济性,为其他宽变幅抽水蓄能电站提供借鉴方案,进一步推进我国抽水蓄能机组技术发展。

创新开展全过程技术经济咨询与施工监理一体化管理,打造世界大型混合式抽水蓄能电站的标志性工程

两河口混蓄电站作为四川省第一个大型抽水蓄能电站,如何与水电项目及新能源项目更好地匹配,充分发挥效力?这些难题亟需国内顶尖技术咨询单位和专家团队攻关。雅砻江公司勇于创新,通过打造工程项目从可行性研究阶段到工程竣工验收全过程技术咨询、经济咨询和施工监理“一体化”管理,为两河口混蓄电站勘测、设计、施工、竣工验收等阶段工作保驾护航。通过公开招标优选,选择了国内技术实力强劲,我国第一个实施抽水蓄能项目的勘察设计,也是承担世界最大抽水蓄能电站勘察设计的单位承担全过程技术咨询、经济咨询和监理服务工作,极大的保障了项目的技术经济先进性和可靠性。

全过程技术咨询和经济咨询服务能有效解决工程建设过程中难题,减少工程建设中的现场投入和管理投入。通过全过程咨询可以有效实现项目建设单位和参建各方的紧密联系,实现工程全方位科学管控,提高工程建设质量和投资效益,对工程项目高质高效完成具有重要意义。

项目建设将持续助力民族地区经济社会高质量发展和乡村振兴

雅砻江公司认真贯彻落实党中央关于巩固拓展脱贫攻坚成果与乡村振兴有效衔接的重要举措,在两河口等大型水电项目开发的基础上,进一步带动抽水蓄能和新能源的一体化开发,通过项目、产业、经济的“点”“线”“面”协同发力,推动资源优势向经济优势的转变。

两河口混蓄项目开工建设,将使民族地区财政收入得到显著增长,有力带动当地建材、交通、运输等相关产业快速发展。进一步提高当地第二、三产业在地区生产总值中的比重,形成重要的经济辐射点。两河口混蓄电站总投资约85亿元,每年带动就业约3000人,投产发电后每年还可继续贡献税费超1.3亿元,持续推动地方经济社会发展和乡村振兴战略实施。

雅砻江流域水电开发有限公司董事长、党委书记祁宁春表示,两河口混蓄项目开工建设是雅砻江公司贯彻党的二十大关于能源安全决策部署,坚持系统观念,助推新型电力系统加快建设,为国家绿色转型发展提供更多清洁能源支撑的重要举措。两河口混蓄电站将实现世界最大规模的“水风光蓄互补开发”,对促进新能源消纳,建设“清洁低碳 安全高效”能源体系具有重要的探索价值和示范效应。在项目建设中,雅砻江公司将着力构建两河口混蓄项目建设全过程、全方位的管理体系,积极推进质量达标创优、安全标准化建设、生态环境保护、进度综合管控等各项工作落实落地,努力实现各项管理目标最优。同时,雅砻江公司将继续保持战略定力,凭借“一个主体开发一条江”、多能互补优势显著、调节能力优越、基础条件坚实等优势,坚定清洁可再生能源发展目标,不断推进雅砻江流域水风光一体化基地建设,助力国家实现“碳达峰、碳中和”目标,为国家能源事业作出新的更大贡献。

国家开发投资集团有限公司董事长、党组书记付刚峰表示,雅砻江流域清洁能源基地规模大、资源条件优越,对国投高质量落实党中央“碳达峰、碳中和”目标,保障国家能源安全、促进经济社会发展的具有重要作用。国投集团将坚持发展和安全并举,积极发挥国有资本对绿色低碳经济领域的战略支撑作用,按照“统一规划、分步实施、先期示范”原则,流域化、集约化、规模化、科学化推动雅砻江流域水风光一体化基地建设,全力推进雅砻江全流域清洁能源开发,为我国经济社会全面绿色转型奉献更多的清洁能源,为实现“双碳”目标提供有力保障。在推进雅砻江流域清洁能源开发的过程中,国投集团将坚持负责任投资,最大限度地创造经济、社会、环境综合价值,以投资创造更美好的未来。继续发挥好大工程对地方经济、社会发展的拉动作用,将民族地区的自然资源优势转化为可持续发展的经济优势,使民族地区既守得住绿水青山,又留得住金山银山,接续推进民族地区脱贫攻坚与乡村振兴有机衔接,为全面建成社会主义现代化国家贡献力量。

新闻链接

1.为什么有了两河口水电站,还要建设两河口混蓄电站?

两河口水电站是常规水电,具有多年调节能力,通过两河口水库实现对径流的“蓄丰补枯”调节,即存蓄丰水期的水量,使枯水年不枯、年内的枯水期不枯,进而提升下游水电的枯水期出力,从而提高整个雅砻江流域梯级的水能资源利用,增加梯级发电效益。根据测算,在不增加投入的条件下,两河口水库可为雅砻江中下游、金沙江下游和长江干流电站产生巨大补偿效益,增加平枯期年发电量约342亿千瓦时,是两河口水电站自身发电量的三倍,超过2021年四川省全社会用电量的十分之一。

在国家“双碳”目标下,四川省将大规模开发新能源,构建新型电力系统,为此需要更多的具备调节能力的灵活储能电源,与新能源出力进行日内互补。两河口水电站可为350万千瓦左右的新能源提供调节。而两河口周边雅江、道孚、理塘、新龙等四县有超过2000万千瓦的光伏、风电资源,仅依靠两河口水电站,无法满足如此大规模新能源开发的需要。

因此,有必要在新能源富集的两河口周边,利用两河口和牙根一级的水库,建设两河口混蓄电站,带动三倍于混蓄装机容量的新能源资源的开发利用。同时两河口混蓄电站可充分发挥独特优势,将新能源大发时的富余电力通过抽水方式储存起来,等系统电力短缺时为电网补充电力,更好地满足电网需求,助力新型电力系统建设、助力地方经济发展。

2.两河口混蓄“双倍调峰容量”怎么解释?

“双倍调峰容量”指的是抽水吸纳电力容量(120万千瓦)+发电提供电力容量(120万千瓦),是两河口混蓄电站装机容量的两倍。

3.从抽水发电原理和机组选型设计角度解答混合式抽水蓄能电站和常规抽水蓄能电站最大的区别在哪?

混合式抽蓄能电站是既有抽水蓄能又有径流发电功能的水电站。混合式抽蓄通常都是利用已有水电站的水库,扩建可逆式机组,可以增强常规水电站的调峰能力。

混合式抽水蓄能与常规抽水蓄能最大的区别是发电水源不同。混合式抽水蓄能电站的上库有径流来水,不经过抽水即可发电;常规抽水蓄能电站的发电主要来自于下库抽水。

混合式抽水蓄能电站与常规抽水蓄能电站都是采用可逆式水泵水轮机组。常规抽水蓄能电站一般采用定速可逆式机组,混合式抽水蓄能电站也一般采用定速可逆式机组,只有混合式抽水蓄能电站利用的水库消落深度较大,导致定速可逆式机组无法适应水头变幅或适应水风光蓄互补发电时,才可能采取变速可逆式机组的方案。

可逆式机组:一种兼有水力发电机组与电力抽水机组功用的机组。由电机及水机两部分组成。电机兼有发电机与电动机的功用,水机则兼有水轮机与水泵的功用。作为水力发电机组运行时,水流从上游经过水机流向下游,使水机带动电机发电;作为电力抽水机组运行时,则由电机带动水机,将水从下游抽向上游。

4.建设混合式抽水蓄能有哪些技术难题或制约条件?其他的抽水蓄能电站为什么不能建成混合式抽水蓄能?

建设混合式抽水蓄能电站最主要的技术问题,是避免对已建成的常规水电站的建设和运行造成影响,不改变原有工程的开发任务和综合利用功能。

混合式抽水蓄能电站最主要的制约条件,是现有上水库和下水库的库容条件。由于混合式抽水蓄能电站都是利用现有上下水库,并且不能干扰现有水库的运行和库容运用。因此混合式抽水蓄能电站的建设规模,主要由上水库或下水库富余的可被抽水蓄能利用的发电蓄能库容决定。

常规抽水蓄能电站一般不会扩建常规水电机组、改建为混合式抽水蓄能电站。因为常规抽水蓄能电站上下水库均根据抽水蓄能的需要选择库址,大多数上水库在高程较高的山上开挖筑坝成库,天然径流一般较小,难以支撑常规机组发电;下水库一般不在大江大河上拦河筑坝新建。此外,普通抽水蓄能的调节库容一般只考虑本身发电蓄能用途,没有多余的调节库容给常规水电机组调节。

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