唐梅英 張鈺 周翔南

摘 要：抽水蓄能作為新能源大范圍開發(fā)的穩(wěn)定器與助推劑，是促進黃河流域節(jié)水減排的關(guān)鍵，其大規(guī)模發(fā)展勢在必行，但黃河流域水資源短缺，如何在碳排放與水資源雙重約束下，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型，對黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。依據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（２０２１—２０３５ 年）》，系統(tǒng)梳理了黃河流域八省（區(qū)） （不包括四川） 抽水蓄能已建、在建及擬開發(fā)項目規(guī)模，初步估算了抽水蓄能大規(guī)模開發(fā)對地表水資源指標的占用情況，從調(diào)節(jié)庫容占用和綜合利用效益發(fā)揮兩個方面分析了抽水蓄能運行對既有水利工程的影響。結(jié)果表明：黃河流域已建、在建、規(guī)劃、儲備抽水蓄能站點共計１００ 座，總裝機規(guī)模１２６ ０５０ＭＷ，累計耗水約２．５２１ 億ｍ３；依托已建水利工程加裝可逆式機組對梯級水電功能進行再造時，應(yīng)充分評估對原有水利樞紐綜合利用任務(wù)與工程安全的影響。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；發(fā)展趨勢；地表水資源指標；庫容占用；綜合利用影響；黃河流域

中圖分類號：ＴＶ６２； ＴＶ８８２．１ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２４．０３．００１

引用格式：唐梅英，張鈺，周翔南．黃河流域抽水蓄能開發(fā)研究與思考［Ｊ］．人民黃河，２０２４，４６（３）：１－５．

０ 引言

目前，我國步入以雙碳目標為導(dǎo)向、以構(gòu)建新型電力系統(tǒng)為路徑、以可再生能源高質(zhì)量發(fā)展為核心的新時代。在碳排放與水資源雙重約束下，加快黃河流域能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型與能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)革新，大力發(fā)展以風能、太陽能為代表的新能源電力，促進高比例清潔可再生能源并網(wǎng)消納，將對國家實現(xiàn)應(yīng)對氣候變化新目標、實現(xiàn)流域高質(zhì)量發(fā)展帶來極大助力。黃河流域煤炭等傳統(tǒng)能源與風光新能源富集，被譽為“能源流域”，根據(jù)《全國國土規(guī)劃綱要（２０１６—２０３０ 年）》《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（２０１４—２０２０ 年）》等相關(guān)規(guī)劃布局，我國重點建設(shè)的１４ 個億噸級大型煤炭基地中，有８ 個位于黃河流域及附近地區(qū)，流域內(nèi)煤炭儲量占全國總儲量的１／２ 以上；我國重點建設(shè)的９ 個千萬千瓦級大型煤電基地中，有６ 個位于黃河流域（分別在鄂爾多斯、晉北、晉中、晉東、陜北、寧東）；除煤電外，內(nèi)蒙古西部是我國９ 個大型現(xiàn)代風電基地以及配套送出工程建設(shè)地之一，我國１９ 個光伏發(fā)電領(lǐng)跑基地有１／２ 以上位于或緊鄰黃河流域；而黃河上中游水電基地早在２０ 世紀８０ 年代就被列入我國十三大水電基地。作為西煤東運、西氣東輸、西電東送的重要能源基地，黃河流域在區(qū)域和全國能源版圖中的重要性不言而喻。

黃河流域水資源短缺，供需矛盾突出。為應(yīng)對黃河斷流問題、合理分配沿黃各省（區(qū)）用水量，平衡社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境用水需求，１９８７ 年國務(wù)院批準《黃河可供水量分配方案》（簡稱“八七”分水方案），明確了黃河可供水量在省（區(qū)）間的分配指標，建立了流域初始水權(quán)的框架。自１９９９ 年實施黃河水量統(tǒng)一調(diào)度以來，實現(xiàn)了２４ ａ 不斷流，但黃河流域當前水資源開發(fā)利用率高達８０％，遠超過一般流域４０％的警戒線，部分支流仍存在斷流或不滿足生態(tài)水量需求，部分地區(qū)地下水超采嚴重?！鞍似摺?分水方案頒布３０ 余ａ來，黃河水沙情勢發(fā)生改變、區(qū)域經(jīng)濟社會快速發(fā)展、沿黃各?。▍^(qū)）用水特征和結(jié)構(gòu)也發(fā)生了顯著變化，目前“八七”分水方案已經(jīng)不能支撐河道外部分省（區(qū)）基本用水需求及河道內(nèi)生態(tài)環(huán)境用水，尤其是２０１４ 年后，流域?qū)嶋H耗水量超年度計劃用水年份開始增多，分水方案不適應(yīng)性開始顯現(xiàn)，流域多數(shù)?。▍^(qū)）已無剩余黃河分水指標或處于臨界狀態(tài)［１］ 。

目前，高質(zhì)量發(fā)展不充分是黃河流域最大的短板，沿黃各省（區(qū)）產(chǎn)業(yè)倚能倚重、低質(zhì)低效問題突出［２］ ，高耗能、高耗水、高排污等傳統(tǒng)資源密集型產(chǎn)業(yè)占比高，火電裝機過剩且發(fā)電效率偏低，水電增量空間受限，風電和光電消納不足［３］ ，加之跨?。▍^(qū)）的煤炭、電力傳輸帶來虛擬水的轉(zhuǎn)移，加劇了流域水資源短缺程度。根據(jù)《黃_______河流域電力部門虛擬水轉(zhuǎn)移及２０３０ 年電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究》與《中國電力部門省際虛擬水流動模式與影響分析》，２０１５ 年黃河流域八省（區(qū)）（不包括四川）通過電力傳輸向中國其他省份輸送了５．６３ 億ｍ３ 的虛擬水資源，２０２０ 年內(nèi)蒙古、新疆、陜西對外輸電分別導(dǎo)致了約１２．３８ 億、１．１４ 億、１．８８ 億ｍ３ 的虛擬水外流［４－５］ ，煤電等傳統(tǒng)能源的開發(fā)和外送導(dǎo)致的虛擬水輸出一定程度上加劇了沿黃相關(guān)省份水資源短缺和地下水超采問題［６］ 。不管是水資源剛性約束、碳排放約束還是生態(tài)環(huán)境約束，黃河流域現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)均與《中華人民共和國黃河保護法》《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》、“雙碳”戰(zhàn)略等要求的綠色低碳、高質(zhì)量發(fā)展相悖。

以碳達峰、碳中和、生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展為契機，充分發(fā)揮黃河流域上中游地區(qū)風光資源優(yōu)勢，結(jié)合上中游水電、煤炭與天然氣資源的雄厚基礎(chǔ)，大力發(fā)展風光電等清潔能源，先立后破，穩(wěn)步推進上下游地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展方式有序綠色轉(zhuǎn)型，將為區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展注入新的動能。清潔能源支撐的電氣化是實現(xiàn)“雙碳”目標的重要路徑，但能源替代勢必面臨大量建設(shè)風光電能后的消納問題，以及風光電能的隨機性、波動性、間歇性與電力系統(tǒng)供給剛性之間的矛盾。因此，滿足電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)需求，保證新型電力系統(tǒng)全時域的功率平衡和動態(tài)穩(wěn)定運行，就地消納或打捆外送風光水電能，建設(shè)全時域電能消納和儲能體系至關(guān)重要［７］ 。抽水蓄能是當前最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、電力系統(tǒng)最具大規(guī)模開發(fā)條件的綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源儲能技術(shù)，加快發(fā)展抽水蓄能，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的迫切要求，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要支撐，是可再生能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障。在雙碳戰(zhàn)略的驅(qū)動下，黃河流域抽水蓄能電站大規(guī)模建設(shè)勢在必行。

為推進抽水蓄能快速發(fā)展，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)和大規(guī)模高比例新能源發(fā)展需要，國家能源局組織編制并印發(fā)了《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（２０２１—２０３５ 年）》，該規(guī)劃中選擇的抽水蓄能站點多依托已建水利工程作為上水庫或下水庫，一方面將對原有水庫綜合利用功能發(fā)揮產(chǎn)生影響，另一方面由于抽水蓄能電站建設(shè)施工期、初期蓄水與運行期的蒸發(fā)滲漏均存在耗水過程，因此抽水蓄能的建設(shè)運行將一定程度占用地表水資源指標。本文針對黃河流域水資源短缺與取水許可審批嚴格的現(xiàn)狀，初步分析黃河流域抽水蓄能建設(shè)對地表水資源指標的占用情況，以及對原有水利工程綜合利用功能的影響，旨在為理性推動黃河流域抽水蓄能的規(guī)劃和前期工作提供借鑒。

１ 黃河流域抽水蓄能發(fā)展趨勢

我國地域遼闊，建設(shè)抽水蓄能電站的站點資源比較豐富，根據(jù)２０２０ 年１２ 月啟動的新一輪抽水蓄能中長期規(guī)劃資源站點普查結(jié)果，共篩選出資源站點１ ５２９個，總裝機規(guī)模達１６．０４ 億ｋＷ（１ ６０４ ０００ ＭＷ），分布較廣。黃河流域尤其是上中游西北地區(qū)得天獨厚的新能源大規(guī)模發(fā)展是助力流域雙碳目標實現(xiàn)的重要抓手，風光電等清潔可再生能源高比例饋入新型電力系統(tǒng)迫切需要建設(shè)大規(guī)模儲能電站以提高電力系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)能力。依據(jù)《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（２０２１—２０３５ 年）》，黃河流域范圍內(nèi)已建抽水蓄能電站僅有２ 座，分別為內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能電站（裝機１ ２００ ＭＷ）與山東省泰安抽水蓄能電站（裝機１ ０００ ＭＷ）；在建抽水蓄能電站３ 座，分別為山西垣曲、河南洛寧、山東泰安二期，裝機規(guī)模分別為１ ２００、１ ４００、１ ８００ ＭＷ。黃河全流域已建、在建抽水蓄能裝機總規(guī)模為６ ６００ ＭＷ，現(xiàn)有規(guī)模不能滿足黃河流域能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和新能源大規(guī)模快速發(fā)展需求。

遵循生態(tài)優(yōu)先、和諧共存，區(qū)域協(xié)調(diào)、合理布局，成熟先行、超前儲備，因地制宜、創(chuàng)新發(fā)展基本原則，《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（２０２１—２０３５ 年）》在黃河流域范圍內(nèi)共規(guī)劃布局抽水蓄能站點９５ 座，裝機總規(guī)模１１９ ４５０ ＭＷ，占全國抽水蓄能裝機總規(guī)模的７．４５％，主要集中于“十四五”規(guī)劃項目與儲備項目。其中：“十四五”規(guī)劃項目站點３８ 座、裝機規(guī)模４９ ０５０ ＭＷ，儲備項目４４ 座、裝機規(guī)模５４ ３００ ＭＷ，“十五五”與“十六五”期間共規(guī)劃抽水蓄能站點１３ 座，裝機總規(guī)模１６ １００ ＭＷ， 分別占流域裝機總規(guī)模的４１． ０６％、４５．４６％、１３．４８％。

黃河流域八?。▍^(qū)）抽水蓄能已建、在建、各規(guī)劃階段與儲備項目規(guī)模時空分布情況見圖１。黃河流域已建、在建、規(guī)劃、儲備抽水蓄能站點共計１００ 座，總裝機規(guī)模１２６ ０５０ ＭＷ。黃河流域八?。▍^(qū)）中青海省抽水蓄能裝機規(guī)模最大、為３９ ３００ ＭＷ，甘肅次之、為２９ １００ ＭＷ，陜西第三、為１５ ６５０ ＭＷ，河南第四、為１０ ５００ ＭＷ，這４ 個省份裝機規(guī)模均高于１０ ０００ ＭＷ，累計規(guī)模９４ ５５０ ＭＷ；剩余山西、內(nèi)蒙古、寧夏、山東４個省份裝機規(guī)模均小于１０ ０００ ＭＷ，累計規(guī)模３１ ５００ＭＷ（見圖２）。各?。▍^(qū)）“十四五”階段裝機規(guī)模分布情況見圖３。

２ 抽水蓄能大規(guī)模建設(shè)對地表水資源指標占用分析

國家在黃河流域?qū)嵭兴Y源剛性約束制度，即在黃河流域取用水資源應(yīng)當依法取得取水許可。黃河流域?qū)儆谫Y源性缺水地區(qū)，部分?。▍^(qū)）耗水量已接近或達到分水指標，經(jīng)濟社會發(fā)展的用水需求仍無法滿足，供需矛盾突出，超指標引水現(xiàn)象頻發(fā)。為解決黃河流域水資源過度開發(fā)問題，水利部于２０２０ 年底對黃河流域水資源超載地區(qū)暫停新增取水許可，印發(fā)了《關(guān)于黃河流域水資源超載地區(qū)暫停新增取水許可的通知》，并明確了白銀、中衛(wèi)、烏海、臨汾等１３ 個干支流地表水超載地市和烏拉特前旗、河津市、絳縣等６２ 個地下水超載縣級行政區(qū)［８－９］ 。根據(jù)“八七”分水方案適應(yīng)性評價結(jié)果，實施水量統(tǒng)一調(diào)度后黃河干支流河道外分水指標及實際耗水量信息，２００１—２０２０ 年，全河超指標取水現(xiàn)象主要發(fā)生在甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古與山東，上述４ 個?。▍^(qū)）超年度用水計劃年份年均超計劃取水量達８．７３ 億ｍ３。

隨著“八七”分水方案不適應(yīng)性逐漸明顯且流域新增取水許可審批程序更加嚴格，如何解決黃河流域大規(guī)模建設(shè)抽水蓄能電站對地表水資源指標的占用是工程前期規(guī)劃與立項審批必須考慮的問題。張金良等［１０］ 初步估算黃河流域內(nèi)流區(qū)多能互補清潔能源基地中７ ６００ 萬ｋＷ 抽水蓄能電站運行期年蒸發(fā)滲漏損失水量約為１．３７ 億ｍ３，并指出該部分用水指標近期可通過調(diào)整“八七”分水方案解決，遠期可通過南水北調(diào)西線解決；河南新華五岳抽水蓄能發(fā)電有限公司與五岳水庫管理局進行水權(quán)交易，通過農(nóng)業(yè)節(jié)水獲?。保常?萬ｍ３ 的用水指標，解決了五岳抽水蓄能電站（裝機容量１００ 萬ｋＷ）施工期用水等問題，首次探索了如何利用市場機制實現(xiàn)取水用途轉(zhuǎn)換；趙增海等［１１］ 指出２０２２ 年核準的抽水蓄能電站不同地區(qū)造價水平差異較大，西南地區(qū)造價水平最高，西北地區(qū)次之，主要原因在于西北地區(qū)地質(zhì)條件較差、水資源稀缺，需要設(shè)置補水工程并承擔補水費用。

依據(jù)黃河流域抽水蓄能相關(guān)規(guī)劃及豐富的工程實踐經(jīng)驗，黃河流域八?。▍^(qū)）抽水蓄能總裝機（已在建、規(guī)劃、儲備）規(guī)模達１．２６０ ５ 億ｋＷ，理論上需占用地表水資源指標２．５２１ 億ｍ３，青海、甘肅分別需要０．７８６億、０．５８２億ｍ３，累計占總需水量的５４．３％，其中“十四五”期間青海、甘肅兩省分別需要占用地表水資源指標０．３７４億ｍ３ 與０．２６ 億ｍ３，約占“十四五”規(guī)劃裝機總需水量的６４．６３％、黃河流域八?。▍^(qū)）抽水蓄能總裝機規(guī)模理論耗水估算見圖４，“十四五”規(guī)劃裝機規(guī)模與儲備項目規(guī)模理論耗水情況分別見圖５、圖６。根據(jù)“八七”分水方案適應(yīng)性分析結(jié)果，２００１—２０２０ 年，甘肅省黃河干支流取水共計１７ ａ 超年度用水計劃，年均超計劃取水３．８２ 億ｍ３，已處于嚴重缺水狀態(tài)。青海省能源局于２０２３ 年初印發(fā)《青海省抽水蓄能管理辦法（暫行）》，提出抽水蓄能項目建成后，應(yīng)將運行期間的補水方案報流域機構(gòu)或水行政主管部門審查批復(fù)，運行期間“電調(diào)服從水調(diào)”，運行調(diào)度方案涉及河流的，應(yīng)服從流域機構(gòu)或水行政主管部門的統(tǒng)一調(diào)度，但目前青海省無多余水指標可用。

３ 抽水蓄能大規(guī)模建設(shè)對現(xiàn)有水庫庫容占用和綜合利用功能影響

以青海省抽水蓄能規(guī)劃、建設(shè)為例開展分析。目前貴南哇讓抽水蓄能電站、龍羊峽儲能（一期）、共和多隆抽水蓄能電站、龍羊峽儲能（二期）均以拉西瓦電站水庫作為下水庫，通過抽水和發(fā)電進行“蓄余補缺”，將風電和光伏輸出功率進行時空再分配，解決新能源棄電及與電力需求不匹配的問題。根據(jù)《青海省龍羊峽儲能（一期）》項目可行性研究報告，上述抽蓄電站運行期間將對拉西瓦水庫水位變幅產(chǎn)生一定影響，若擬定拉西瓦水電站、拉西瓦＋貴南哇讓抽蓄、拉西瓦＋貴南哇讓抽蓄＋龍羊峽儲能（一期）、拉西瓦＋貴南哇讓抽蓄＋龍羊峽儲能（一期）＋共和抽蓄、拉西瓦＋貴南哇讓抽蓄＋龍羊峽儲能（一期）＋共和抽蓄＋龍羊峽儲能（二期）不同組合方案，極端情況下（各工程同時利用拉西瓦調(diào)節(jié)庫容），拉西瓦水庫水位最低分別消落至２ ４５１．１６、２ ４４９．９２、２ ４４８．３９、２ ４４７．０７ ｍ 與２ ４４０．０２ ｍ；龍羊峽儲能（一期）、龍羊峽儲能二期均以龍羊峽水庫作為上水庫，同時羊曲龍羊峽儲能泵站利用龍羊峽電站水庫作為下水庫，抽水蓄能的靈活調(diào)節(jié)導(dǎo)致水位頻繁波動，龍羊峽作為黃河上游的龍頭電站，庫容大，調(diào)節(jié)能力強，僅羊曲儲能工廠運行對龍羊峽水電站基本無影響，但是龍羊峽儲能一期、二期與羊曲儲能工廠同時運行的疊加影響有待深入研究；同德與瑪沁抽水蓄能電站下水庫均利用已建瑪爾擋水庫，而上水庫均為新建，分別位于瑪爾擋水庫壩址上游約１１ ｋｍ 處右岸與瑪爾擋水庫壩址上游約５ ｋｍ 左岸，通過挖填筑壩形成，同德、瑪沁調(diào)節(jié)庫容共為２ ７８４．５ 萬ｍ３，約占用瑪爾擋水庫４％的調(diào)節(jié)庫容。

對于占用已有水庫庫容問題，２０２３ 年１２ 月１８日，水利部印發(fā)的《關(guān)于加強水庫庫容管理的指導(dǎo)意見》（水運管〔２０２３〕３５０ 號），明確水庫庫容是有效發(fā)揮防洪、供水、生態(tài)、發(fā)電等功能的重要保障，事關(guān)工程安全、防洪安全、供水安全和生態(tài)安全，要求統(tǒng)籌發(fā)展和安全，全面加強水庫庫容管理，確保水庫安全運行和防洪減災(zāi)效益充分發(fā)揮，禁止在有防洪任務(wù)的水庫建設(shè)抽水蓄能電站等侵占庫容和分隔庫區(qū)水面的行為，禁止建設(shè)影響水庫防洪安全和工程安全、危害庫岸穩(wěn)定的設(shè)施。

４ 結(jié)論與建議

１）目前黃河流域已建、在建抽水蓄能電站僅有５座，裝機容量６ ６００ ＭＷ；“十四五”期間規(guī)劃抽水蓄能站點３８ 座，裝機容量４９ ０５０ ＭＷ；“十五五”“十六五”期間共規(guī)劃抽水蓄能站點１３ 座，裝機容量１６ １００ＭＷ；另有儲備項目４４ 座，裝機容量５４ ３００ ＭＷ。未來一段時期，黃河流域抽水蓄能項目將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，應(yīng)堅持需求為導(dǎo)向的原則，科學規(guī)劃，合理論證，綜合考慮地理位置、地形地質(zhì)、水源條件、對地表水資源指標占用的可行性、水庫淹沒、環(huán)境影響、工程技術(shù)及經(jīng)濟性等因素，統(tǒng)籌安排工程開發(fā)時序，做好設(shè)計優(yōu)化、加快推進項目前期工作，爭取早日建成投產(chǎn)發(fā)揮效益。

２）抽水蓄能電站建設(shè)施工期、初期蓄水與運行期的蒸發(fā)滲漏均存在耗水過程，黃河流域已建、在建、規(guī)劃、儲備抽水蓄能站點共計１００ 座， 總裝機規(guī)模１２６ ０５０ ＭＷ，占全國總裝機規(guī)模的７．８６％，初步估算耗水２． ５２１ 億ｍ３，其中“十四五” 期間耗水０． ９８１億ｍ３，而黃河流域水資源極度短缺，自２０２０ 年已暫停流域內(nèi)水資源超載地區(qū)新增取水許可，在水資源剛性約束條件下，抽水蓄能建設(shè)是否占用地表水指標直接關(guān)系到后續(xù)立項審批程序。應(yīng)進一步研究抽水蓄能建設(shè)促進新能源消納能夠減少的火電煤耗以及煤炭采洗等高耗水產(chǎn)業(yè)導(dǎo)致的水資源占用，利用節(jié)約虛擬水與實體水資源雙重指標，通過水權(quán)交易實現(xiàn)取水用途轉(zhuǎn)換，從而為抽水蓄能建設(shè)運行提供用水保障。

３）目前黃河流域已建、在建或近期規(guī)劃的抽水蓄能站點多依托已建水利工程，形成上、下庫，通過安裝可逆式機組，利用抽水蓄能增加傳統(tǒng)水電的靈活調(diào)節(jié)能力，但已建水利工程在初始規(guī)劃確定功能定位時尚未考慮該需求。未來在進行傳統(tǒng)水電角色重塑、通過加裝可逆式機組進行梯級水電靈活性改造時，應(yīng)充分研究水電功能定位轉(zhuǎn)變后對水利樞紐原有防洪、供水、發(fā)電等綜合利用功能與水位頻繁波動對庫區(qū)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的影響，為黃河流域抽水蓄能科學有序開發(fā)提供決策支撐。

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【責任編輯 簡 群】