发展地下抽水储能 为碳减排提供中国方案

 

既然抽水储能是最为理想的储能方式，那么只要我们设法解决传统抽水储能的资源不足问题，就消除了实现“双碳”目标的重大障碍。为此，笔者经过系统研究和调查，提出利用硬岩掘进机在地下1000米左右埋深挖掘隧道作为下库、依托地面水源建设上库的方式发展地下抽水储能系统的方案。我国地下1000米深度大多为岩石结构，除地震带外，地质结构相对稳定，适合发展地下抽水储能的资源十分丰富。

 

 

 

建设地下抽水储能系统涉及的工程和技术难点主要包括地下埋深约1000米的地下工程建设施工、1000米级的高水头水泵水轮机以及用于调频的变速抽水储能用电动/发电机。

 

 

 

自本世纪以来，我国地下挖掘技术和地下工程建设技术取得了长足发展，为建设地下抽水储能电站奠定了坚实基础。例如，我国自主研发的大口径硬岩掘进机（TBM）总体上已处于国际领先水平，价格与以前从国外进口的同类装备相比大幅下降。2021年9月7日，中国制造的全球最大直径全断面硬岩掘进机“高加索号”在格鲁吉亚组装完毕并投入使用，表明我国在TBM方面已经达到一个新高度。在我国隧道引水工程建设中，如引汉济渭等工程，采用硬岩掘进机开挖引水隧道已成为主要施工方案。这些工程装备制造和实际工程建设的成果充分说明，利用地下空间建设地下抽水储能电站不存在技术和施工障碍。

 

 

 

当前，在1000米级高水头水泵水轮机方面，美国通用电气公司和奥地利安德里茨公司均具备生产此类设备的能力；我国东方电气和哈尔滨电气也具备了制造700~750米级高水头水泵水轮机的能力。在变速抽水储能用电动/发电机方面，日本已经实现了30万~40万千瓦机组的产业能力。我国虽与国际领先水平有所差距，但随着对相关机组的技术攻关以及需求的不断增长，可以迎头赶上。

 

 

 

在经济性分析方面，日本的研究证明了在800米以上高水头的情况下，地下抽水储能系统的经济性与传统抽水储能基本相当。新加坡设想利用废弃采石场作为上库，在花岗岩地层人工挖掘下库和厂房，建造地下抽水储能电站。经核算，其投资与相同规模的燃油电厂相当，用于电网调峰很有竞争力。为了解决莫斯科市的供电问题,俄罗斯提出在莫斯科市修建地下抽水储能电站的方案，其总功率为100万千瓦，投资预算为700美元/千瓦，与传统抽水储能电站建设成本基本相当。加拿大北岸电力公司联合AECOM咨询公司，对美国威斯卡西特地下抽水储能工程进行了可行性论证。该工程装机容量100万千瓦，地下水库和厂房位于地下600米深处，容量约为560万立方米。评估研究表明，该工程实施具有可行性。

 

 

 

我们的研究表明，建设一座200万千瓦/4~5小时的地下抽水储能电站，假设其埋深约为1000米，其地下水库和厂房的基础设施建设周期大约为5~6年，总的建设周期大约为8年，与传统抽水储能电站建设周期基本相当。经估算，整个地下抽水储能电站的地下土木工程造价约55亿元，工程总造价约为150亿元，平均投资约为7500元/千瓦，与传统抽水储能系统造价的中高位数相当。由此可见，我国地下抽水储能电站建设的经济性和建设工期，均可达到与传统抽水储能电站相当的水平，为大规模发展地下抽水储能提供了保障。 本`文@内-容-来-自；中^国_碳0排0放^交-易=网 ta n pa i fa ng . co m