發(fā)展地下抽水儲能 為碳減排提供中國方案

 

既然抽水儲能是最為理想的儲能方式，那么只要我們設法解決傳統(tǒng)抽水儲能的資源不足問題，就消除了實現(xiàn)“雙碳”目標的重大障礙。為此，筆者經(jīng)過系統(tǒng)研究和調(diào)查，提出利用硬巖掘進機在地下1000米左右埋深挖掘隧道作為下庫、依托地面水源建設上庫的方式發(fā)展地下抽水儲能系統(tǒng)的方案。我國地下1000米深度大多為巖石結(jié)構(gòu)，除地震帶外，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，適合發(fā)展地下抽水儲能的資源十分豐富。

 

 

 

建設地下抽水儲能系統(tǒng)涉及的工程和技術(shù)難點主要包括地下埋深約1000米的地下工程建設施工、1000米級的高水頭水泵水輪機以及用于調(diào)頻的變速抽水儲能用電動/發(fā)電機。

 

 

 

自本世紀以來，我國地下挖掘技術(shù)和地下工程建設技術(shù)取得了長足發(fā)展，為建設地下抽水儲能電站奠定了堅實基礎(chǔ)。例如，我國自主研發(fā)的大口徑硬巖掘進機（TBM）總體上已處于國際領(lǐng)先水平，價格與以前從國外進口的同類裝備相比大幅下降。2021年9月7日，中國制造的全球最大直徑全斷面硬巖掘進機“高加索號”在格魯吉亞組裝完畢并投入使用，表明我國在TBM方面已經(jīng)達到一個新高度。在我國隧道引水工程建設中，如引漢濟渭等工程，采用硬巖掘進機開挖引水隧道已成為主要施工方案。這些工程裝備制造和實際工程建設的成果充分說明，利用地下空間建設地下抽水儲能電站不存在技術(shù)和施工障礙。

 

 

 

當前，在1000米級高水頭水泵水輪機方面，美國通用電氣公司和奧地利安德里茨公司均具備生產(chǎn)此類設備的能力；我國東方電氣和哈爾濱電氣也具備了制造700~750米級高水頭水泵水輪機的能力。在變速抽水儲能用電動/發(fā)電機方面，日本已經(jīng)實現(xiàn)了30萬~40萬千瓦機組的產(chǎn)業(yè)能力。我國雖與國際領(lǐng)先水平有所差距，但隨著對相關(guān)機組的技術(shù)攻關(guān)以及需求的不斷增長，可以迎頭趕上。

 

 

 

在經(jīng)濟性分析方面，日本的研究證明了在800米以上高水頭的情況下，地下抽水儲能系統(tǒng)的經(jīng)濟性與傳統(tǒng)抽水儲能基本相當。新加坡設想利用廢棄采石場作為上庫，在花崗巖地層人工挖掘下庫和廠房，建造地下抽水儲能電站。經(jīng)核算，其投資與相同規(guī)模的燃油電廠相當，用于電網(wǎng)調(diào)峰很有競爭力。為了解決莫斯科市的供電問題,俄羅斯提出在莫斯科市修建地下抽水儲能電站的方案，其總功率為100萬千瓦，投資預算為700美元/千瓦，與傳統(tǒng)抽水儲能電站建設成本基本相當。加拿大北岸電力公司聯(lián)合AECOM咨詢公司，對美國威斯卡西特地下抽水儲能工程進行了可行性論證。該工程裝機容量100萬千瓦，地下水庫和廠房位于地下600米深處，容量約為560萬立方米。評估研究表明，該工程實施具有可行性。

 

 

 

我們的研究表明，建設一座200萬千瓦/4~5小時的地下抽水儲能電站，假設其埋深約為1000米，其地下水庫和廠房的基礎(chǔ)設施建設周期大約為5~6年，總的建設周期大約為8年，與傳統(tǒng)抽水儲能電站建設周期基本相當。經(jīng)估算，整個地下抽水儲能電站的地下土木工程造價約55億元，工程總造價約為150億元，平均投資約為7500元/千瓦，與傳統(tǒng)抽水儲能系統(tǒng)造價的中高位數(shù)相當。由此可見，我國地下抽水儲能電站建設的經(jīng)濟性和建設工期，均可達到與傳統(tǒng)抽水儲能電站相當?shù)乃剑瑸榇笠?guī)模發(fā)展地下抽水儲能提供了保障。 本`文@內(nèi)-容-來-自；中^國_碳0排0放^交-易=網(wǎng) ta n pa i fa ng . co m