水电与抽水蓄能

抽水蓄能:储能产业的基石 

来源:水电与抽水蓄能 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2022-04-08

作者|海星

来源|锦缎(jinduan006)为实现碳达峰碳中和战略目标,可再生能源发电的规模快速提升,也推动了储能行业的发展。近日,国家发改委、国家能源局印发了《“十四五”新型储能发展实施方案》,为储能赛道再添了一把火。本次实施方案提出的新型储能,主要针对的是以锂电池为代表的电化学储能。锂电池储能的风口处自然热闹非凡,国内动力电池企业大多都在开辟储能业务,作为极为重要的第二增长曲线。然而事实上,储能技术是多种多样的,常见的是电化学储能和机械储能两大类。电化学储能作为增长最快的细分领域吸粉最多,而默默担当大任的机械储能却已悄然迎来了发展的拐点,值得投资者及各界人士深入追踪。本文将尝试分析大家并不熟悉却前景同样广阔的——抽水蓄能:为什么说它既是储能产业的基石,又是风电、光伏及核电等整个新型电力系统的压舱石?图1:储能技术分类,资料来源:派能科技招股说明书储能产业的基石—抽水蓄能【1】何谓抽水蓄能?虽然抽水蓄能对大多数人来说都是陌生的领域,但它并不是什么新鲜的技术。抽水蓄能作为最早的大容量储能技术,从20世纪中期开始就被大量运用,逐渐成为全世界应用最为广泛的储能技术。据国际水电协会(IHA)发布的2021全球水电报告,截至2020年底,全球抽水蓄能装机规模为1.59亿千瓦,占储能总规模的94%。在我国,抽水蓄能在储能领域同样是主导者。 图2:截至2020年末中国抽水蓄能占比,资料来源:CNESA抽水蓄能,按字面意思理解,即利用水作为储能介质,通过电能与水的势能相互转化,实现电能的储存和释放。通常一座抽水蓄能电站由两座海拔高度不同的水库、水轮机、水泵以及配套的输水系统等组成。【2】工作原理我们都熟悉,水力发电的原理是把水的势能转化为电能。抽水蓄能技术和水力发电技术是一脉相承的,底层技术都是势能和电能的相互转换。在抽水蓄能电站运行过程中,当用电处在低谷时,先用电网中富余的电将水抽到上水库储存,这个过程是把电能转化为水的势能;等到用电高峰来的时候,再将上水库的水放出来,水流顺势而下推动水轮机发电,电就“送回去”了。抽水蓄能有两种方式,一种是纯抽水蓄能,国内建的大部分都是这类,比如广州抽水蓄能电站、河北丰宁抽水蓄能电站;另一种是混合式抽水蓄能,是在纯抽水蓄能的基础上安装有普通水轮发电机组,可以利用上河道的水流发电。后者既有储能的作用,又拥有常规水电站的功能。图3:抽水蓄能电站示意图,资料来源:鹏芃科艺【3】建设抽水蓄能的必要性鉴于风电、光伏资源的特殊性,风电、光伏装机容量在负荷高峰时存在不能充分利用的可能性。故而建设抽水蓄能电站的必要性格外凸显:它可以同等程度替代煤电装机容量,并发挥调峰、填谷等特殊功能,能够显著减轻电网调峰压力。具体来说,建设抽水蓄能电站,可以有效改善电网系统运行条件,降低系统煤耗量,提高水电、风电资源的利用程度,保证核电机组安全平稳运行,提高核电运行效益,从而促进能源结构的优化调整和清洁能源、可再生能源的发展。【4】抽水蓄能的优点1) 技术成熟在我国,抽水蓄能早在20世纪60年代就实现了商业化应用。经过半个世纪的发展,我国的抽水储能技术已经处于世界一流水平。图4:中国抽水蓄能电站发展历程,资料来源:中国改革报《能源发展》周刊,华创证券2) 运行成本低看到运行成本低,相信很多人会疑问,抽水蓄能电站是个大工程,成本能低到哪里去?实际上,抽水蓄能电站度电成本(即储能电站总投资/储能电站总处理电量)远低于其他储能方案。具体来说,根据国家能源局披露抽水蓄能在建项目数据,抽蓄电站平均单位装机投资金额为6136元/千瓦,初始投资确实较大,但抽水蓄能电站建成之后稳定运营期超过50年,甚至长达100年,长期保值摊薄了各项费用。这就跟水力发电一样,虽然建造成本高昂,但综合下来反倒是最经济的电力来源。根据澳洲国立大学研究团队的成本模型数据:使用100%可再生能源电力系统发电成本约$30/MWh,平衡成本约$20/MWh(含抽水蓄能、高压直流输电和光伏/风电溢漏成本),总度电成本约为$50/MWh(约合人民币0.32元/KWh)。反观电化学储能虽然装机成本低,但其寿命跟抽水蓄能相比实在太短。当前成本较低的磷酸铁锂电池,循环寿命往往只有5000次左右,导致其度电成本高达元/kWh。显然,抽水蓄能是现成的较为经济的储能技术,有抽水储能在,我们不必过于依赖锂电池或其他储能方式在未来能够大幅降本。

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