高普适性的低成本储能——抽水蓄能
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2025-11-27 12:25:42
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(来源:电力国际汇epintl)

在最新一期《光伏杂志》的专题报告中,国际太阳能协会阐释了抽水蓄能如何与光伏发电相结合,为数据中心提供全天候电力保障。

为应对“风光贫瘠期”,抽水蓄能技术(PHES)提供了储量巨大、技术成熟、成本最低、环境影响最小且寿命最长的综合解决方案。目前全球95%的储能容量来自抽水蓄能,全球已探明82万个适宜建设点,总储能潜力达8600万吉瓦时,相当于200万亿个电动汽车电池的可用储量。

抽水蓄能与电池相结合,可构成风光发电的完整储能体系:电池承担短期高频储能(数小时),抽水蓄能则负责夜间、数日乃至跨季节的长期储能。

优质抽水蓄能项目可具备5百万到50亿千瓦时的储能规模,其单位成本是电池储能的1/5~1/10(8-40美元/千瓦时),寿命长达150年。理想建设点应具有400-1600米的高水头、大库容比(10-50的水岩比)和数公里长的短压力隧道。

抽水蓄能成本正以媲美电池的速率下降,这得益于全球抽水蓄能地图集发现了数十万个优质离河站点。

该技术无需在河流上新建水坝。与电池金属开采相比,对抽水蓄能所需的矿产资源开采量极低。水库堤坝可直接用库区基岩开挖料构筑而成,只需挖掘更多岩石增加堤坝高度,即可低成本扩大储能规模。

相较于同等规模的电池系统(含采矿和精炼环节),抽水蓄能的水资源消耗量极低,土地需求也更少。优质抽水蓄能项目每平方公里可储存5百万至1亿千瓦时能量,而大型电池储能的密度约为1500万千瓦时/平方公里。

若完全靠太阳能和风能来构建一个富裕、全电气化且脱碳的经济体,其所需全部储能设施的人均土地所占面积仅为约2平方米,水资源需求量仅为每日2升。

抽水蓄能的本地经济参与度高,涉及水库、隧道、电厂及输电线路建设。相比之下,大多数国家的电池则依赖进口。

几乎每个地区都拥有或可在附近找到适合的抽水蓄能站点。欧洲在挪威、阿尔卑斯山和南部地区拥有无限的抽水蓄能潜力。

美国的干旱州如得克萨斯州和新墨西哥州都拥有优质站点,既可建设1500万千瓦时规模的站点来储存夜间风光电力,也能打造50亿千瓦时级设施实现跨季节储能。加利福尼亚州与美国西部各州一样,优质站点资源丰富到远超实际需求。从阿拉巴马州延伸至加拿大的阿巴拉契亚地区也拥有丰厚储备。

东南亚、东亚、中南美洲、非洲及中东地区在人口密集区域拥有大量优质站点。对印度来说,不仅是喜马拉雅地带,其南部也分布着数千个优质站点。随着风光发电装机量的快速提升,印度的抽水蓄能建设正在同步兴起。

即便是地势平坦的澳大利亚也拥有众多优质站点。该国即将建成4亿千瓦时抽水蓄能设施(人均15千瓦时),在150年使用寿命内,日均成本仅为人均1美分。该规模相当于欧洲80亿千瓦时或美国50亿千瓦时的储能效能。作为全球人均太阳能发电量最高的国家,澳大利亚正加速推进储能与输电网络建设。

中国或许是全球资源禀赋最为优越的国家,与其大规模风光部署相匹配的是,当前中国抽水蓄能年投产规模达1600万千瓦,并配套有数亿千瓦时的储能容量。

“光伏+抽水蓄能”组合方案是数据中心全天候供电的理想选择。以新墨西哥州100万千瓦数据中心为例:可通过500万千瓦大倾角双面光伏板(适应冬季光照)供电,配套200万千瓦/25小时抽水蓄能(容量5000万千瓦时)与100万千瓦/4小时电池储能(容量400万千瓦时,用于午间高峰电力消纳)组成混合储能系统。抽水蓄能可在用电低谷时段通过电网进行涓流充电,同时,两者均可通过在用电紧张时段协助稳定电网调频服务而获得收益。

抽水蓄能与电池构成互补体系:电池通过调频服务和早晚高峰供电获取高收益,抽水蓄能则以低成本甚至负成本消纳过剩风光电力,在阴冷无风的夜晚、周或季节期间的高电价时段放电。

“风光贫瘠期”与夏季光伏过剩已成为日益严峻的挑战。最新研究指出,抽水蓄能搭配电池可提供现成的优质解决方案。

当前,中国、印度和澳大利亚正大力推进抽水蓄能建设,但欧美地区却进展缓慢。瑞士南德朗斯项目近期虽已竣工,但其储能规模仅为澳大利亚在建项目的5%,而澳大利亚人口仅为欧洲的5%。

有些人误认为抽水蓄能需新建河坝、耗用大量土地水源且成本高昂——这些认知均与事实相悖。同时,跨区域共享风光储能资源的输电线路建设的推进也存在明显的迟滞。

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