美国抽水蓄能开发的现状与展望



美国抽水蓄能开发的现状与展望

摘要：随着对间歇性可再生能源需求的不断增加，并鉴于抽水蓄能带给电网的多方面效益，美国目前正计划开发更多的抽水蓄能电站，并正在努力加速审批过程。对美国目前的抽水蓄能容量、最近已获批的项目和未来拟开发的项目进行了简要介绍。

关键词：水电资源开发规划；抽水蓄能电站；美国

目前美国境内有大约40座抽水蓄能电站，总装机容量约22 GW。技术以定速和同步机组为基础，设施主要包括地表水库。

对于抽水蓄能的研究已经开始关注它所带来的价值以及可以从其蓄能和快速反应的能力中获得额外效益的方式，比如最近阿贡国家实验室就在进行此类研究。

加利福尼亚州总装机1 200 MW的赫尔姆斯(Helms)抽水蓄能电站已成功运行30 a。美国联邦能源管理委员会(FERC)于2013年给位于新泽西州总装机365 MW的亚德克里克(Yard Creek)电站重新颁发了许可证。2005～2010年密苏里州托姆索克(Taum Sauk)项目上库的重建更进一步彰显了抽水蓄能已得到公认的价值。

除了其传统作用之外(每天用电低峰期将水回抽到上库中存储)，抽水蓄能带来的关键性额外效益还包括获得辅助性电网支持服务，随着更多间歇性可再生能源(风能、太阳能)的进一步开发，越来越需要这样的服务。

抽水蓄能是稳定电网及吸收过剩能量的较为先进的解决方案。抽水蓄能可以提供的辅助性服务越来越受到重视，这些服务包括不同类型的电力支持，比如频率和电压控制。

近来，由西北水电协会(NWHA)开展的一个概括研究明确了抽水蓄能对于“恢复运行的灵活性”十分重要，尤其是在太平洋西北部的哥伦比亚流域，面对与联邦电力系统联网的风力发电厂数量激增的情况时，更凸显了这一功能的重要性。

因此，对抽水蓄能的关注正在与日俱增，而且抽水蓄能已成为美国成熟水电市场未来开发建设的重点。大中型的抽水蓄能项目都处在不同的规划阶段，有待FERC审核通过。

1获许可的项目

加利福利亚州和弗吉尼亚州获许可的抽水蓄能电站总装机容量在美国位居前列。根据最新数据，截止2015年4月，这两个州的总装机容量分别为4 643 MW和2 722 MW。

获得许可的装机容量超过1 GW的州包括马萨诸塞州(1 746 MW)、密歇根州(1 658 MW)、纽约州(1 400 MW)、宾夕法尼亚州(1 332 MW)和乔治亚州(1 120 MW)。

在过去2 a间，除了重新获得许可的亚德克里克电站之外，FERC又为几个新的抽水蓄能电站项目颁发了许可证，它们分别是：

(1) 位于加利福尼亚州装机容量1 300 MW的伊格尔(Eagle)山项目，获得50 a运营许可；

(2) 位于加利福尼亚州装机容量400 MW的艾奥瓦(Iowa)山项目，是“美国上游”河流项目的一部分，获得50 a运营许可；

(3) 位于科罗拉多州装机容量336 MW的卡宾克里克(Cabin Creek)项目，获得40 a运营许可。

位于犹他州装机容量1 000 MW的派克诺尔(Parker Knoll)项目正处于审核之中。

需要重新获得许可的待定项目有：俄克拉荷马州装机260 MW的萨利纳(Salina)电站、宾夕法尼亚州装机452 MW的金苏阿(Kinsua)电站和装机880 MW的马迪伦(Muddy Run)电站。

2加快抽水蓄能电站的开发

阿贡国家实验室在最近的1篇报道“抽水蓄能水力发电：电网稳定性的效益和多种可再生能源的整合”中指出，抽水蓄能电站已被认可的储能正在推动大约50个工程的筹建，总装机容量超过40 GW。

截止到2015年4月初，FERC已经为总装机超过34 GW的抽水蓄能项目发放了预许可证，还有总装机超过2.1GW的项目处于审核阶段。获得预许可的抽水蓄能项目主要集中在加利福尼亚州(约9.7GW)、华盛顿州(5.1 GW)、田纳西州(4 GW)、内华达州(3.6 GW)、亚利桑那州(2.7GW)和犹他州(2.3 GW)。

除了可能建设更多的抽水蓄能项目之外，从技术层面来看，还可以引入变速技术以使运行更加灵活。

阿贡实验室的1篇最新报道指出，通过为新的抽水蓄能机组的开发和现有可变速机组的升级提供进一步支持，有利于提高电网稳定性，同样可加大对可变再生能源的开发利用力度，以此来减少美国境内电力系统的排放。

为实现这一目标，报道提出如下两点倡议：

(1) 开发新工具来帮助评估将现有电站机组转换成可变速机组的可行性；

(2) 调查市场机制，补偿电站业主可获得的收益和输电收益。

欧洲正开展一场是否通过获得欧盟支持的电子存储计划来使用变速机械装置的大讨论，该计划由阿尔斯通公司牵头实施，其中的一个试点项目，即将电站的一台机组转化为可变速机组，将于2017年完成。

2014年8月，FERC宣布进行一个试点研究，以缩短两种抽水蓄能电站的许可证颁发时间，其中之一就是闭合环路系统的抽水蓄能电站，FERC认为其无需持续接入自然径流电站。

之所以需要进行试点研究是因为《2013水电监管效率法案》明确要求水电站审核期为2 a。

FERC最近为位于加利福尼亚州装机1 300 MW的伊格尔山项目颁发了抽水蓄能许可证。在颁发许可证时，FERC做了说明，即水电工程为电力公用系统提供了独特的运行效益，因此开发水电可取得巨大的公共效益。

“闭合环路”抽水蓄能的设计理念旨在抽水蓄能的循环过程中将水的再循环与现场环境脱离，这对于地形或气候条件不适合建坝或蓄水水库的地区十分有利，而且基于这一理念还可能开发出一些适合现场条件的创新举措，以及包括地下洞室在内的抽水蓄能电站。

根据FERC发布的数据，2008～2011年间，“闭合环路”抽水蓄能项目越来越受到关注，以至此类项目的许可申请蜂拥而至。虽然自2011年起抽水蓄能项目的申请总数已减至历年最低水平，但最近开放环路项目预许可的申请又再次占到了大多数。

认识到许可证和执照申请过程中面临的挑战，美国政府正在寻求办法加速审批过程。将审批过程控制在2 a时间框架内的提议可能会引发闭合环路项目的再一次大规模激增。

无论是闭合环路还是开放环路，许多抽水蓄能项目在某种程度上意味着进行大型基础设施建设，经常会包括地下结构，比如位于加利福尼亚州最近刚刚获得FERC预许可的比松匹克(Bison Peak)项目。

对抽水蓄能和电网稳定性的需求不但不会消失，反而会随着能源发电组合的越来越多样化而增加。接踵而至的抽水蓄能电站管道的地下施工作业则迎来了发展机遇。

3处于早期开发阶段的抽水蓄能项目

FERC最近为加利福尼亚州的两个抽水蓄能项目颁发了许可证。

(1) 装机1 300 MW的伊格尔山项目。伊格尔山项目是一个闭合环路项目，由伊格尔山能源公司开发，于2014年中旬获得50 a许可。该工程设计利用两个废弃矿井分别作为上库和下库。矿山水库将由1条长约1 220 m的引水隧洞、竖井、调压井和1条长475 m的低压隧洞相连接。地下构造包括一个由洞室组成的厂房枢纽(经1条长2 020 m的交通隧洞通自地面)，以及1个下游尾水系统(由1条长2 084 m的泄洪洞管控)。

(2) 装机400 MW的艾奥瓦山项目。艾奥瓦山抽水蓄能项目是“美国上游河流”项目的一部分，由萨克拉门托市政公用事业区(SMUD)开发，同时也需要进行大量的隧洞、竖井和洞室开挖。

以下项目获得了FERC预许可。

(1) 位于俄亥俄州装机容量1 500 MW的新萨米特(New Summit)项目。新萨米特项目由新萨米特水力有限责任公司开发。FERC在2014年10月向其颁发3a有效期预许可的同时，授予该项目申请许可的优先权。该项目将使用一个停用的矿井作为下库，其他的地下工程包括厂房枢纽、引水隧洞和竖井。

(2) 位于内华达州装机为750 MW的怀特派恩(White Pine)项目。该项目是1个闭合环路项目，由怀特派恩水力有限责任公司提出申请。按照设想，项目由上库和下库、多座大坝，以及不同类型的隧洞组成。

(3) 位于加利福尼亚州的海威里奇(Haiwee Ridge)项目(装机容量尚未确定)。海威里奇项目是1个拟建的闭合环路项目。在初步许可阶段，关注重点为针对南海威(South Haiwee)水库的两套方案：1个装机500 MW，另1个装机250 MW。该项目涉及到由隧洞相连的地表水库，以及1座地下厂房。

最近另提出申请的抽水蓄能项目是位于纽约州装机240 MW的米尼维勒(Mineville)项目，计划利用废弃的地下矿井，开发计划由莫利亚水电公司提出。

4拟建的抽水蓄能项目

美国拟建的抽水蓄能项目见表1。

表1　美国拟建的抽水蓄能项目

徐瑞华译

(编辑：朱晓红)

中图法分类号：TV743

文献标志码：A

文章编号：1006-0081(2016)03-0003-02

收稿日期：2015-12-23