这一拜，忠肝义胆，患难相随誓不分开。

——刘欢《这一拜》

（来源：水电水利规划设计总院 作者：规划部 韩冬）

我有一个研究抽水蓄能的朋友。

近来，国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书（征求意见稿）》（以下简称蓝皮书），其中提到，“稳妥推动西南地区主要流域可再生能源一体化基地建设，实现水电、风电、光伏发电、抽水蓄能等一体化规划研究、开发建设、调度运行与电力消纳。”

可再生能源一体化嘛，水电、风电、光伏发电是可再生能源的三大主力，他们几个我都略有所知。

抽水蓄能在可再生能源一体化基地中发挥什么样的作用？

内事不决问张昭，外事不决问周瑜，抽水蓄能问朋友。

为此，我特备薄酒素菜，拟设宴请朋友答疑解惑。

他说，自古宴无好宴，我故深知。鸿门之上，项庄舞剑意在沛公，刀光剑影，惹得数位英雄前来救驾。曹刘青梅煮酒，一声惊雷，两个豪杰，步步心惊。东吴孙尚香夜宴刘备，刀枪剑戟、斧钺钩叉，闺房亦是战场。鲁肃宴云长，后面才有了单刀赴会的传奇，虎胆龙威，一缕长髯，千秋美名扬。

但是你就准备了一小盘花生米，一小瓶二锅头，此外还有半根拍黄瓜。敢说这是宴，不愧是你！

不过只要你敢听，我就敢说。

一、关于新型电力系统

人世间的感情逃不过因果，能源上的事情离不开平衡。

所谓能源的平衡，就是生产和消费的平衡。

对于电力系统来说，就是电力生产和电力消费之间的平衡。

如果生产大于消费，就会形成浪费；如果消费大于生产，就会造成短缺。

新型电力系统的四个要素：“源网荷储”，大家可以不要想得太复杂。

源就是电源，是电力生产单位。

网就是电网，是电力输配单位。

荷就是荷载，是电力消费用户。

储就是储能，是电力存储单位。

四个要素，一个生产、一个输配、一个消费、一个储存。

我们追求的是电源和负荷的平衡，然后通过坚强的电网来将生产出来的电从电源（发电厂）送给用户的电器。电的传播速度是光速，所以电力系统运行是一个瞬时动态的过程。

电力系统为了实现生产能力=消费能力（包括损耗）的平衡，这就需要电力系统具有较好的调节能力。尤其是新能源大量接入后，因为其随机性、间歇性的特点，通俗的解释就是用户正在愉快的哼着歌吃着电火锅呢，但是天上突然飘来一块云彩，光伏发电急剧减少，系统的备用容量又不够，那么生产就将严重滞后于消费。新能源的大量接入导致维持生产能力=消费能力这种动态平衡的难度更大。所以会经常出现生产能力>消费能力，抑或是生产能力<消费能力的情况。

当生产能力>消费能力的时候，如果不能把多的电能储存起来，就会出现大量的弃电。

当生产能力<消费能力的时候，如果没有新的备用电源投入使用，就需要拉闸限电。

因此新的平衡公式就是：

生产能力±存储能力（电源侧）=消费能力±存储能力（用户侧）

电网的输电和配电是连接电力生产和消费的桥梁。

这也就是我们对于蓝皮书中提到的“推动解决新能源发电随机性、波动性、季节不均衡性带来的系统平衡问题，多时间尺度储能技术规模化应用，系统形态逐步由'源网荷'三要素向'源网荷储'四要素转变”这句话的简单理解，增加的要素就是储能，就是为了实现高比例可再生能源条件下，电力生产和消费之间的平衡。

二、关于可再生能源一体化

（一）可再生能源资源禀赋

建设新型电力系统，为什么要推动可再生能源一体化基地开发？

这就要说到我们国家的可再生能源资源分布特点。

为了实现双碳目标，需要大量的非化石能源。而目前可以大规模技术、经济开发的非化石能源，主要就是水电、风电、光伏、核电。目前核电主要还是在沿海地区布局。可再生能源中，水电主要分布在我国的西南地区；风电主要分布在三北地区（西北、华北、东北），以及东部沿海地区；光伏主要分布在西北地区、华北地区和西南地区，这样的资源禀赋条件是特有的国情。总体来看，我国的可再生能源资源主要集中在西部地区，其中西南地区是水、光、风；西北地区是风、光、水。

电力需求和人口分布、经济社会发展程度有关，我国的资源消费区主要集中在东部地区，也就是胡焕庸线以东的区域。

资源承载区和资源消费区呈现很明显的逆向分布，所以需要大力推动西电东送，这就是战略选择。

夜光之珠，不必出于孟津之河；盈握之璧，不必采于昆仑之山。

——南朝宋?刘义庆

《“十四五”可再生能源发展规划》中提到，“坚持生态优先、因地制宜、多元融合发展，在'三北'地区优化推动风电和光伏发电基地化规模化开发，在西南地区统筹推进水风光综合开发，在中东南部地区重点推动风电和光伏发电就地就近开发，在东部沿海地区积极推进海上风电集群化开发”。

具体怎么来干，这就是基于我国能源资源禀赋条件，综合考虑了需要和可能两方面的因素而作出的战术选择。

上述规划中还提到了“以区域布局优化发展、以重大基地支撑发展、以示范工程引领发展、以行动计划落实发展”，其中前两句，所说的也就是这个问题。

根据区域资源特点优化能源布局，集约化推动重大可再生能源基地建设，这是我国实现双碳目标的必然选择和必要抓手。

（二）为什么要可再生能源一体化？

为什么要推动可再生能源一体化发展。主要基于三点考虑。

一是水电和风电、光伏发电具有日内出力特性互补的特点。举个例子，同样装机的光伏发电，因日照强度的不同，能够发出的功率是不一样。具体来说，就是白天有，晚上没有；中午的时候多，早上和傍晚少；晴天的时候多，阴天的时候少。风电也很好理解，有风的时候有，没风的时候无；风大的时候多，风小的时候少。这就很让人恼火。比如说我们晚上做饭要用电的时候，太阳公公下山了，光伏也没有；正好惠风和畅，那么风电也指望不上。所以就必须有可以调节的电源。在光伏发电、风电赶上“好天气”，大发特发的时候，可以高风亮节不发电；在光伏发电、风电遇到“坏天气”，可以受命于危难之间，赶快顶上满足需求。

我国已建的水电大部分具有日以上的调节能力。这个日调节的意思简单来理解，就是一天之内的来水，我可以给你存在水库里面。然后先让风电和光伏发电，他们发了电，要是系统不缺电时我就不发电，要是还不够的时候我再来发。所以水电和风电、光伏就形成了非常好的日内互补电源组合。白天留给光伏、晚上留给风电，你们遇到了困难我再上，做好安全保供、兜底保障。

二是水电和风电、光伏发电具有年内出力特性互补的特点。我国的气候特点是雨热同期，也就是降雨主要出现在夏季，因此大部分河流的汛期也出现在6至10月之间。雨季的话，经常阴天下雨，所以光伏发电在夏天会少一点。直觉来看，冬天的风比夏天的大，所以风电在夏天也会少一点，在冬天多一点。所以水电和风电、光伏发电在年内正好形成了很好的互补关系，夏天的时候，雨一直下（气氛不算融洽），水电进入大发的阶段；秋冬的时候，风电、光伏发电进入多发的阶段。所以水+风+光的年内特性可以用于满足年内不同时段的需要。

三是水电和风电、光伏发电具有经济互补的特点。“十四五”期间风电、光伏发电进行了全面平价甚至低价的新阶段。目前已建的水电站大部分上网电价都比较便宜，是支撑我国经济社会高速发展的重要骨干电源。不过白菜心毕竟没那么多，最便宜的那部分水电已经开发的差不多了。剩下的水电主要集中在大江大河的上游，建设条件没有以前的那么好，开发成本自然也涨上去了。但是借助于风电、光伏全面平价、未来全面低价的契机，通过一体化开发，在年内和日内通过优势互补，形成一组具有很好调节能力、电能质量高、可以提供有效的电力供应能力，同时100%清洁绿色的可再生能源电源组，即使加上远距离输电成本，也可以做到和受端区域的其他可选电源经济性基本相当。

三、为什么是抽水蓄能？

（一）做事情的四个阶段

一般做事情的都要经历四个阶段：目的，措施，成效和经验。

目的就是我们到底要做什么？需要有个动因。

措施就是手段，为了实现不同的目的，我们可以选一个什么样的路径，采用什么样的手段。

成效就是结果怎么样？我们最后有没有达成我们的目的，我们的完成度如何。

经验就是复盘。做完了之后，我们回过头来看看整件事。目的选择的是否合适，措施采用的是否恰当，最后的结果有没有如我们所愿，在这件事情可以得到什么样的经验和教训？有没有可以提炼出来的一般规律和方法，有没有可以提炼出的标准和流程。

这四个阶段完成了，通常可以认为一件事情比较圆满的画上了句号。

不谈目的就直接上措施的都是耍流氓。

所以为什么是抽水蓄能？不是因为我们手里拿着锤子，所以看什么都是钉子。选择抽水蓄能，是为了更好的服务于我们的目的。

我们的目的是什么？服务双碳目标需要，建设更好的可再生能源基地。

不同质的矛盾要用不同质的方法来解决，实现不同的目的采用不同的手段。为了实现我们的目标，针对水电、风电、光伏条件都非常丰富的区域，可以通过可再生能源一体化规划、一体化配置、一体化建设、一体化运行、一体化消纳，建设更优质、稳定、清洁、零碳、低价、电力系统友好的可再生能源一体化开发基地。

(二) 关于可再生能源一体化的两个版本

可再生能源一体化1.0版本。开始的时候，在可再生能源一体化的规划方案中是没有抽水蓄能的。这个阶段的目的就是为了发展水电，捎带着开发风光、同时降低开发成本。所以我们还是按照以水电为主的思路来规划基地。水电该怎么设计就怎么设计，然后利用水电的调节能力，适度搭配风光资源，形成1+1+1>3的开发格局。对于水电来说，通过接入风电和光伏发电，降低了整体的开发成本；对于风电和光伏发电来说，因为日内出力特性互补的原因，显著提高了电能质量；对于基地来说，因为年内出力特性互补的原因，改善了枯水期发电量少的问题；对于外送通道来说，提高了通道的利用率，降低了单位电能的输电成本。1.0版本实现了多方共赢，也是现在写入很多重要规划的一体化开发方案。

可再生能源一体化2.0版本。1.0版本这么好，为什么还要开展2.0版本的研究？主要的原因就是我们的目的变了。1.0版本的目的是为了发展水电，2.0版本的目的则调整为更快更好地发展新能源，通过水电最大程度的带动新能源开发。为什么我们的目的变了？其本质原因是为了实现双碳目标需要非常大规模的新能源。水电由目的变为了手段。水电的发展，是为了更快更好地发展新能源。一切为了新能源！通过1.0版本的研究，我们发现，常规水电（包括水电扩机）对于促进新能源发展的作用有限。道理在哪呢？

举一个西南某河的例子，该河流域内水电和光伏发电的资源非常丰富，风能资源相对较差。依托于该河流的基地外送特高压直流通道的输电能力是800万千瓦，基地的常规水电（包括扩机）的装机容量也约为800万千瓦。常规水电可以通过日内互补运行，在白天的时候把外送通道让出来给光伏发电，经过测算，大概可以带动800万千瓦左右的光伏发电，光伏在白天发电，常规水电在少光时段或者夜间发电。

常规水电设计年利用小时数在4500h左右，光伏发电的设计年利用小时数在1700h左右，则通道的利用小时数在6200h左右。当地的光伏发电资源量非常丰富，但是如果增加更多的光伏装机，则会带来光伏发电出力超过了通道能力，发出来电也送不出去的局面。此外，6200h通道利用小时数已经很高了（全年共有8760h），还需要留出来通道检修的时间。

在2.0阶段围绕着更多更好开发新能源的新目的，我们提出了水电、新能源、抽水蓄能一体化的新发展思路。即通过800万千瓦的水电和800万千瓦的抽水蓄能，带动3600万千瓦的新能源开发（根据资源特点，本流域主要是光伏发电），通过两条800万千瓦外送通道送出。

总体来看，2.0版本相比1.0版本，具有六大优势：

一是更大规模促进了新能源的开发。1.0版本每年可以提供496亿千瓦时的零碳电力，其中水电360亿千瓦时，光伏发电136亿千瓦时。2.0版本可以提供900亿千瓦时的电量，其中水电360亿千瓦时，光伏发电540亿千瓦时。2.0版本每年增加了406亿千瓦时的零碳电力，接近半个三峡水电站。

二是提供了更多的电力保供能力。1.0版本可以提供800万千瓦的电力供应能力。2.0版本中包括800万千瓦的常规水电，以及800万千瓦的抽水蓄能，可以提供1600万千瓦的电力供应能力。

三是能够显著提升基地电能质量。抽水蓄能电站运行灵活，响应速度快，一般在100秒内可实现从静止到满出力运行。配置抽水蓄能，可利用其快速跟踪能力配合新能源运行，降低因风光出力波动对受电区域电网安全稳定的影响。

四是能够减少新能源出现弃电的情况。抽水蓄能可将本要弃掉的风光电量在日内重新分配，降低基地的弃风光率，并转移到负荷高峰时段提供稳定可靠的电力电量支撑，实现更加集约高效的发展。

五是能够提升基地安全稳定运行能力。可再生能源一体化基地中新能源规模巨大，大量的电力电子类电源接入后，会带来系统转动惯量降低。抽水蓄能除调峰储能外，还可提供转动惯量，增加电力系统抗扰动能力。

六是基地的经济性基本相当甚至更低。随着技术进步，未来光伏开发成本还会进一步降低，基地配置了更大规模的光伏资源，即使需要平抑抽水蓄能开发投入，基地整体经济性和1.0版本相比依然基本相当甚至更优。

何乐而不为？

耳中仿佛听到西南某地大江之畔，有誓曰：念我水、风、光三人，虽是异质，其实同源。今既结为兄弟，则当同心协力；上报国家，下安黎庶。不求同年同月同日发电，只愿同年同月同日投产。皇天后土，实鉴此心。

注：此处的水电包括常规水电、水电扩机和抽水蓄能。

兄弟齐心。

诚如是，则双碳可成，华夏可兴矣。

壮哉，水风光！

在水电总院赵增海副院长、朱方亮主任的指导下，在马伟主任的大力支持下，会同规划部秦潇助理、赵越博士、胡延龙博士、崔正辉博士、刘纳高工、任伟楠高工，以科普为目的创作本文。为阅读流畅，文中的案例经过简化处理。

谨此抛砖引玉，不当之处，诚请大家批评指正。