第622期【齐悦读—线上共读—透视新科技】 “齐悦读”[线上共读] 《巨型充电宝》
（通讯员 邓辉）
讲座题目：透视新科技——巨型充电宝
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：刘国平，中国三峡建工集团有限公司工程师。
郭 亮，中国科学院力学研究所工程师。
讲座时间：2024年12月16日～12月22日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——巨型充电宝
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。停电在我们的城市生活当中，已经是很久远的记忆了，那最近部分城市也出现了拉闸限电的现象，这背后的真正原因到底是什么？在（实现）碳中和的大背景下，未来我们可以使用的清洁能源有多少呢？我们通过短片进入今天的节目，2021年我国经历了限电令新规定，也让越来越多的人们开始重视起电力供应。虽然我国已经组建了庞大的电网系统，但低峰期容易出现电力用不完，而高峰期又存在电力供应紧张的问题。为了可以最大限度利用电能，我国一直在探索未来的电网储能技术，这是人类在应对气候变化时需要开发的重要技术。近年来，我国科学家利用一种特殊的水电站，不仅可以将水能量储存在一起，还可以转化成电能储存起来为我们所用。那么，这项储能技术是什么？它又能否解决电力紧张的难题呢？今天请来的两位嘉宾，一位是中国三峡建工集团有限公司工程师刘国平，另外一位是中科院力学研究所的工程师郭亮。
前一段时间我们发现部分城市出现拉闸限电的现象，今天我们的电力并不缺乏的情况下，为什么会拉闸限电？到今年（2021年）9月底，我们国家的发电装机容量已经达到22.9亿千瓦，比去年（2020年）年底的22亿千瓦，增加了9千万千瓦。这是一个什么概念？这相对于我们增加了四个三峡水电站的发电容量。那如此说来我们更不缺电了，为什么会导致这个结果呢？目前有些城市缺电反映有两种，第一种是电力不缺缺电量，就说我有这些发电的机组，多转动这个工作时间，我能满足你这个城市的需要，这是我自己有这个能力。为什么有能力不发电呢？这种就是跟我们国家的电源结构有关，我们国家的电源结构，还是以火电为主，最近由于各种原因，包括电煤的价格、双控的要求，这两个方面的要求也导致我们电煤有所供应紧张，当然我们的电煤还有的时候，由于其他的需要用了一些煤，电煤供应紧张，火电发出的电量就少。那么我们正常说用电这个事，就是一头是供端，一头是需端，因为咱们国家的复工复产做得特别好，咱们疫情控制得好，所以很快这些企业就都能够再开工了。这个时候你需要大量的这种电力的支撑，所以需求端增长速度是要超过我们的供需端的发展速度，这是一方面。
咱们说的第二个方面，就是现在咱们这个能源结构，火电占大部分，那么火电占大部分就意味着它不属于清洁能源，我们为了节能环保，我们一直在降火电的在电力供应里边的比例，那么我们希望清洁能源能替代它，在这个替代的过程，就会出现一定的动态的不平衡，它可能在某一段时间或者一个窗口期，甚至一个地区，它突然间，它需求量大，你供不上了，那么这个时候就容易引起这种局部的这种电力供需不平衡这样一个情况。咱们从今年（2021年）年初到现在，整个的能源一直是在涨价，这其实是受国际的能源价格，供需的影响，煤一直在涨价，但是咱们看我们用电，无论是民用电还是工业用电，电价是没变的，那么电价没变的情况下，煤已经翻番了这样的一个价格，那么整个的发电厂，还是跟相关的这种单位，它的运营成本和销售的利润之间其实是非常吃紧的，那简单说我总不能做赔钱买卖，那我买了这些煤给你发了电，最后我每烧一吨煤，我还要亏几毛钱，那这个我就没有动力再往下进行了，所以在这种情况下，我只需要保证最基本的就可以了。
大家都知道，火电是相对在发电的过程当中排放比较多，很多人说水电那么干净，我们国家为什么不大力发展水电？水电为什么没有火电发展那么迅速，我们国家水能资源应该比较丰富，蕴藏量达到6.8亿千瓦，位居世界还是比较前列，但是我们国家的水能资源分布不均衡，主要集中在中南、华南，特别是在西南地区。目前大部分都已经开发利用完成了，到今年（2021年）的8月底，我们已经水电开发利用的装机规模，达到3.5亿千瓦，剩余部分没有开发利用的，基本集中在西南地区，特别是在西藏，所以我们这些开发的位置，它比较偏远一些。它比较偏远是不是就给输电，带来了一些困难？对，一个是输电进出交通，我们修大的水电站，交通也是很需要的。第二个方面，大型水电站的修建，它受多种因素的制约，一般要做技术方面的，经济方面的，还有环保、水保方面的一些评价。打比方技术方面的，我这个地方的修个电站，选择这个地方（建）电站，交通条件怎么样？我这个水文和这个泥沙怎么样，地形能不能展开，我这个地质条件适不适合建这个电站，有没有大的断层或者破碎带，影响大坝的稳定，整个的地下工程，有没有大的影响。所以对环境的要求非常高，虽然是水电，是清洁能源，但是它具有很多的特殊性，对这个地势环境要求比较高。那说到这儿，我们看看我们记者编辑的相关的短片。
我国水力资源丰富，有发展水电的空间。然而，水电除了面临地理、水文等环境条件的限制之外，还受季节、枯水期等影响。电量波动性较强，存在日常用电的安全隐患，所以我国的水电迟迟发展不起来。近年来，为了解决这些问题，出现的一种名叫巨型充电宝的抽水蓄能电站，成为电力发展的重要帮手。那么抽水蓄能电站是什么样的？它在清洁能源的发展中，又将发挥着怎样的作用？蓄能水电站，为什么把它叫作充电宝呢？抽水蓄能电站，它配合风电，太阳能光伏、火电、核电，配合这些能源，有些灵活。由于太阳能光伏，和它风力发电的，它这个不连续波动性和它随机性的特点，它不太好消纳、吸收，电能质量不稳。我如果在这个地方建一个抽水蓄能电站，作为风电、光伏一个配套的电站，用以消纳光伏、风电的电能，改善光伏、风电、发电能的质量。随着清洁能源的比重越来越加大，清洁能源就是很难能够做到可控，风来了和水来了基本上都是连续性的，包括这个阳光，那么这种时候一般它需要匹配抽水蓄能电站，来进行一定的这种调节。那说到这儿，我们看看我们记者编辑的相关的短片。抽水蓄能电站它拥有上下两个水库，上水库位于高处，一般由开挖填筑而成，下水库位于低处，多利用天然河流截流而成，上下水库相通，当电网系统中有富余电能时，就利用电能将下水库的水抽至上水库，将电能转化为水的势能储存起来。当电网系统中电力不足时，通过放高水库的水，将势能转换成电能进行发电，利用上下水库的一抽一放，实现灵活调节电能，确保电网用电安全平稳地运行。
我们国家目前的抽水蓄能电站的优势，都体现在哪些方面？我们抽水蓄能电站，之所以能成为电力系统灵活调节电源，最大的作用，它既能抽水又能发电，抽水的时候它要消耗电，发电的时候它又提供电，它就很快能够实现电网两边的发电和用电的平衡。我们说发电厂有个特点，就是它不希望你需要的时候我就给你发，不需要的时候我就停，这事它是干不了的。我们说发电厂一旦工作起来，我希望不停机，一直都是在工作状态，但是我用户的用电不一样，比如说我们白天的时候，大家都要工作，那工厂都开工，晚上的时候你会发现开工的工厂就很少了。那我白天需要，比如说我需要100度（千瓦时）的电，晚上我可能只需要30度（千瓦时）的电，那这个时候发电厂受不了，我没法给你白天需要100（千瓦时），我就给你100（千瓦时），晚上需要30（千瓦时），就给你30（千瓦时）。所以它希望还是按100（千瓦时）给你输送这个电，那我们都知道电能是不太好储存的，那这个时候怎么办？那我们就希望用一些方式把电能给储存起来，那大家都知道我们物理上有一个说法就是能量的转换，你最开始来的时候都是电能，电能来的时候，我在低处的地方放一些水，然后靠着你的电能，把我这个水做功，把它都抽到高处去，那这个时候电能耗掉了，剩下的就变成水的重力势能，它从低处变到高处去，它就在这个位置具有一定的能量了，那这时候电能就以这种重力势能的形式把它储存起来了。
当我想要这个电能的时候，我再把水从高处给它放下来，放下来的过程中，它冲击发电机就变成了一个正常的一个水电站了，起到了一个发电的作用，我们所谓的抽水蓄能电站就起到这样一个储存电能，这样一个作用。它这个电能的转换率怎么样？抽水蓄能电站一般的转换效率，我们也叫综合效率，这是75%左右，它要根据我们抽水蓄能电站上下水库这个水道之间是不是有漏水，因为我抽的水，你漏掉一些会有损失，抽到上水库，看上水库漏水量大不大，另外蒸发对水量损失有没有影响。如果这些都能够管理得好，同时机组运行得好，我们那个综合转换效率也可能达到80%。刚才刘老师说我们80%的这种效率，可能有的观众并不是特别理解，觉得你本身不就是用一个充电宝吗？你不应该是过了100度电，你存起来还是100度（千瓦时），最后你给我放出来还是100度（千瓦时）吗？怎么变成80（千瓦时）了，那么这个能量损耗是不可避免的，咱们举一个比如说冬天咱们在屋子里面用电来加热这个例子，比如说我们说电暖气和空调，那么我们用电暖气，你会发现它的热效率就要低于空调，有的空调做得好的能达到40%左右的这样一个热效率，也就意味着你拿的这个电只有40%左右用来产生热了，而我们的电暖气甚至可能会更低，甚至30%，甚至更低。那也就意味着大量的这个能量其实都消耗掉了，而我们用这种机械的这种方式，能把电能储存进来，最后释放出去的时候，还能达到70%多，这个其实能量效率其实是非常非常高的，很不容易的。这个成本怎么计算？
抽水蓄能电站，像一个大的用电大户，所以我们就抽水的时候，利用电网用电负荷，低谷的时候，多余的电能，像这个电能它的成本，就相对低一些，我就把它低成本的电买过来，我来抽水，到用电高峰的时候，我把它发下来，就成了高价值一点的电能。当电网发生事故的时候，我们能迅速启动发电投入使用，能弥补电网发生事故的时候造成的影响，抽水蓄能电站它的作为事故备用，它开机到满负荷，它这个速度很短3到6分钟，我们就叫开机迅速启停灵活，它可以做事故备用的电源，整个区域电网发生大面积停电的时候，就是我不能照明了，全黑。全黑的时候，我这个电网不依赖其他的电网提供的电源，我靠我这个电网内部的一些发电站的机组，它能够靠它自身的能力就自己启动。像黑启动这样的技术，是仅存在于蓄能水电站，还是很多传统的电站，水电、风电都具有的？常规的水电站、火电站，包括核电站都可以，但是它们黑启动有时候难以实现。为什么？
因为它要自备的电源的量比较大，你像核电站它的管路，其他的辅助设备比较多，它用柴油发电机组做备用电源，不一定能够这个电量能够带得起来，火电站也是这样的。抽水蓄能电站它用的自用的备用电源它少，而且方便，我们的抽水蓄能电站，它的一个重要的一个职责就是防止这种大面积断网停电的时候，别人都起不来，那我先起来，那这是它的一个优势。比如说我们烧炉子，那我们都知道木材、纸，它就特别容易点着，你把它点着了之后，你可能再用它的能量再去把炭和煤才能引燃。那我们的电站其实也是类似这样，如果全网全黑掉了之后，就没有任何的电能的这种形式，我就希望有一个相当于有一个小火苗，我引燃一下，那么这个时候抽水蓄能电站相当于是那个纸或者是那个木材。它轻轻地一点，我只需要很少的一点能量，我就能把它激活起来，你就可以正常全负荷工作了，其实是这样一个道理。这个例子举得非常生动，刚才我们把这个蓄能水电站介绍得这么好，可以大面积地推广吗？
我们抽水蓄能电站要大规模发展，还是受它选址的约束，地理位置，地形地貌，是不是有水，生产环境等等的影响。一般建在离用电负荷，稍微近一点的地方好一些，它能减少用电输送电能的损失。第二点，抽水蓄能电站建在哪个地方，还是跟电网的需求有关。要不要建，我看主要还是看电网有没有这个需求，如果那个电网没这个需求，那觉得没必要建。那目前我们国家的蓄能水电站的装机规模是什么样的呢？我们通过短片去了解一下。目前我国已投产的抽水蓄能电站，主要分布在华北、华东、华中、华南4个区域，共31个，装机量约3023万千瓦，在建的抽水蓄能电站有35个，总装机量约4843万千瓦，已建和在建抽蓄装机总规模相当于约4个三峡的总装机。其中河北丰宁抽水蓄能电站装机容量360万千瓦，是世界在建装机容量最大的抽水蓄能电站，也是2022年北京冬奥会绿色能源配套服务的重点项目，将为各类奥运赛事提供电力保障。虽然我国抽水蓄能电站的起步比较晚，但由于后发效应，起点却较高，已经建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。那么，作为清洁能源的抽水蓄能电站，在减排降碳中发挥什么作用？又能为百姓的生活带来哪些影响呢？
那如果我们的技术不断创新，可不可以在国际上去推广，还可以带来很多的经济效益？抽水蓄能电站这个建设，最开始是欧美西方，但是我们现在，我们装备制造技术、施工技术、运行管理的技术，我们也处于领先水平，我想接下来我们像大水电一样走出去，像巴基斯坦、哈萨克斯坦等等这些国家，我们都是可以去建设的。抽水蓄能电站，它最终建的这个目的，最主要的一条就是它是用来用户有需求，尤其是整个全世界现在都提倡节能环保，不要有过多的污染。那么这个时候火电的比重一定会降低，随着清洁能源的比重越来越高，那么抽水蓄能电站是一个很好的一个维持它稳定运行的这样一个手段，那么我们认为它往外推广的可能性也很大。我们国家抽水蓄能电站，它的自主研发的成本有多高？抽水蓄能电站这个自主研发成本，随着我们规模扩大，这个技术发展了以后，抽水蓄能发电技术，它这个成本相应降一些，抽水蓄能电站建设成本也会降一些。它相对于常规水电机组，它又便宜一些，它这个技术有进步，研发的成本低了。国外有类似的先例吗？
国外我们抽水蓄能电站发展的历史有一百多年了，我们国家是在1968年首台抽水蓄能电站建起来的，已经有50多年了。随着我们国家50多年抽水蓄能电站的发展，抽水蓄能机组自主研发和制造的水平，那个是显著提高，有的甚至已经达到国际先进水平。举个例子，抽水那个转轮技术，阳江抽水蓄能电站已经研发的是单机容量40万千瓦，是我们国内抽水蓄能（电站）单机容量最大的机组。丰宁抽水蓄能电站，它已经在自主研发可变速的抽水蓄能机组，到目前我们国家这些机组厂家，它自主研发制造的，我们发电水头600米及以下的高转速的大容量的机组，这个技术已经在世界上是处于领先水平。在建设的过程当中，在维护的过程当中，是否也涉及到生态平衡和环境的保护？抽水蓄能电站和水电站，这些大的工程建设，原来都会就说环境保护。一般来说我们会严格设计，环保设计和评价的一些意见来实施，严格地按国家对生态红线、相关规定进行规划布置，我不能占生态红线，尽可能减少占地和植被破坏。当然我们会提前对一些珍稀的植物移栽或进行保护，也给一些珍稀的动物预留或者规划它一个迁移的廊道，其他的环保像水环境、声环境、大气环境，固体废弃物的处置等等，我们严格制定专项的环保措施来实施，同时也加强建后的生态环境的修复，这种环境的影响基本上可以消除。
它给百姓带来的这个受益和不良影响之间，这个关系是怎么平衡的？一个是带来的好处更多，因为大家能够感受到我们抽水蓄能电站建起来以后，我们可以保证电网更平稳安全一些，让我们老百姓这个生活与生产受的影响少一些。第二点，我们一般抽水蓄能电站建成以后，开发完成的时候，我们进行生态修复的同时，会把它打造成旅游景点，老百姓特别是在附近的老百姓可以借助这个旅游景点，他开展民宿、农家乐等等，开展旅游经济，改善自己的生活。包括我们建设期，我们要采取好控制爆破，降低爆破的震动和噪声对老百姓的影响。我们对水土保持，进行监测和保护，进行隔离或者遮挡，有的设备底下我们搞缓冲震动，降低这个噪声的影响。我们对这个污水收集处理，进行达标排放，把洒水降尘，降低对空气的影响等等，对老百姓没什么大的影响。从我们这个蓄能水电站的角度来讲，对未来（实现）碳中和、碳达峰，我们起到的作用和努力是什么？
在我们行业内，有个共识，从目前来看，抽水蓄能技术是最成熟，它全生命周期碳减排效益最显著，经济性还是最好，最具备大规模条件开发的，它可以辅助电力系统，进行灵活调节的一个电源。同时，抽水蓄能电站，又是我们国家构建新能源为主体的新型电力系统的迫切需要，也是保证我们电网安全平稳运行的重要支撑，这有利于我们推荐我们可再生能源大规模发展。这是我们实现2030年前碳达峰，2060年前碳中和的一个重要方式，所以我们加快发展抽水蓄能（电站）的业务，这个势在必行。像我们这样的蓄能水电站，未来发展的规划大体是什么样的？根据我们国家能源局制定的抽水蓄能（电站）的发展目标，我们这个“十四五”要开工建设1.8亿千瓦的抽水蓄能电站，到2025年投产的抽水蓄能（电站），总规模要达到6200万千瓦。“十五五”要开工建设8000万千瓦的抽水蓄能电站，到2030年投产的抽水蓄能电站总规模要达到2亿千瓦。“十六五”要开工建设4000万千瓦的抽水蓄能电站。到2035年投产的抽水蓄能电站，规模要达到3亿千瓦，就是说未来我们抽水蓄能（电站）的发展，这规模还是比较大前景很好。
第二个方面，抽水蓄能电站这个站址不是很好选择，所以我们下阶段要尝试利用，梯级水库电站来进行混合式抽水蓄能电站，我们的梯级水库打个（比方）我们长江，现在有我们三峡集团开发建设的，上面有乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、葛洲坝，最一流的电站都是沿着这个河流上，我们叫作梯级水库电站，我们可以利用两个梯级水库电站之间。它的落差。这个落差来建立混合式抽水蓄能电站。不怕这个距离太远？我们大的电站已经有专门的输电线路了，我可以给它留那个间隔，利用它这个线路一起输送电力。第二点，我们可以结合这些废弃的矿坑来建抽水蓄能电站，我们有的建的那个采矿，有的一些矿坑我就把它作为下水库或者上水库来利用起来。就是没有自然资源，寻找人工资源？对，那个废弃的矿坑治理，它本来也要环保修复，也要花钱，我们结合那个开发抽水蓄能电站。第三个，我们可以因地制宜地发展一些中小抽水蓄能电站，你刚才讲的我这个有的高差大，上面那个地形好，我可以建一个大一点的水库，我建一个大的规模的抽水蓄能电站，有的上头小两到三百米，我的地形受限制，不能建那么大的库容的上水库，我就可以建小一点的抽水蓄能电站，总的来说大中小的抽水蓄能电站，都能够发挥它在电网中灵活调节的作用。
好，今天非常感谢两位来到我们演播室，感谢各位收看我们今天的《透视新科技》！如果您想了解我们更多节目内容，可以下载央视频APP，收看我们过往的节目。我是胜春，今天的节目就到这儿了，我们下期节目再见。
