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水 利 学 报

２０２２年 １１月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５３卷 第 １１期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２２）１１ － １２８０ － １１

梯级互补储能对新能源的长期消纳作用分析

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明 波 ，成楸语 ，黄 强 ，王义民 ，谢小平 ，程 龙 ３
（１．西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室，陕西 西安 ７１００４８；
２．国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司，青海 西宁 ８１０００８；
３．中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 ７１００６５）
摘要：在碳中和目标下，我国风、光新能源装机规模将持续扩大，新能源消纳难题亟待攻克。为此，本文提出实
现新能源深度消纳的梯级互补储能新思路。首先，对梯级互补储能的概念进行定义，并介绍其基本运行方式；其
次，在 “以水定电” 模式下构建储能调度模型，分别采用模拟和优化方法进行求解；最后，分析梯级互补储能对
新能源的长期消纳作用。以龙羊峡－ 拉西瓦梯级互补储能为实例，结果表明：（１）梯级互补储能运行效率系数（梯
级水电站增发电量与泵站消纳弃电的比值）约为 ０．５～０．７之间；（２）梯级互补储能将新能源弃电转化为水电增量
时，主要是使上级水电站发电量增大，此时下级水电站发电量几乎无变化；（ ３）在储能运行模式下，上级水电站
通过提高自身出力，从而降低弃水风险。因此，梯级互补储能消纳新能源弃电的作用显著。
关键词：清洁能源；梯级水电站；泵站；储能；多能互补
中图分类号：ＴＶ６９７．１ ＋ １ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２１１０３０
文献标识码：Ａ

１ 研究背景

在 “碳达峰、碳中和” 以及 “构建以新能源为主体的新型电力系统” 等国家重大战略背景下，
我国清洁能源的发展必将迎来历史性机遇 ［１］ 。截止 ２０２０年底，我国风、光、水清洁能源装机规模分
别为 ２．８２亿ｋＷ、２．５４亿ｋＷ、３．４０亿ｋＷ，世界占比高达 ３８．６％、３５．６％、２８．１％ ［２］ 。然而，根据 《中
国 ２０３０年能源电力发展规划研究及 ２０６０年展望》，要实现 “双碳” 目标，２０３０年，２０５０年以及 ２０６０
年的清洁装机须达到 ２５．７亿ｋＷ、６８．７亿ｋＷ和 ７６．８亿ｋＷ ［３］ 。对于规模如此庞大的清洁能源体系，如
何提高新能源的消纳水平，是能源转型阶段亟待攻克的瓶颈问题。实施多能互补运行管理 ［４ － ７］ 、跨区
域电力消纳 ［８ － １０］ 以及增加储能设施 ［１１］ 是促进新能源消纳的三个主要途径。相较于前两者，储能被认为
是支撑新能源深度消纳的基础性技术。目前，储能主要包括：机械储能、电化学储能、化学储能、电
气储能、热储能等 ［１２ － １５］ 。尽管目前国内外主流储能技术均取得了较大突破，但或多或少地存在技术不
够成熟、开发成本较高、安全隐患大或者难以大规模推广等缺陷 ［１６］ 。因此，亟待探索能够大规模开
发，并且安全、高效的新型储能方式，以助力 “双碳” 目标和新型电力系统的实现。
目前，我国已建成十四大水电基地，形成了世界最大规模的流域梯级水电站群 ［１７］ 。流域梯级水电
站群可将富余的电能以水的势能形式进行存储，具有巨大的储能潜力。利用流域梯级水电站群建设梯
级互补储能是一种新思路。其原理是，在梯级水电站之间建设大型泵站，利用新能源余电驱动泵站，
将下级水库的水转移至上级水库，同时利用传统水电机组发电。与传统抽水蓄能电站不同，梯级互补

收稿日期：２０２１ － １１ － ２２；网络首发日期：２０２２ － ０９ － ３０
网络首发地址：ｈｔｔｐ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２２０９２８．１３３９．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５２００９０９８，Ｕ２２４３２１６，Ｕ１９６５２０２）；博士后创新人才支持计划项目（ＢＸ２０２００２７６）；中国博士
后科学基金面上项目（ ２０２０Ｍ６７３４５３）；陕西省教育厅自然科学研究项目（２０ＪＫ０８０６）
作者简介：明波（ １９８９—），博士，副教授，主要从事多能互补调度研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｍｉｎｇｂｏ＠ｘａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者：黄强（１９５８—），教授，博士生导师，主要从事水资源系统分析研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗｒｅｓｈ＠ｍａｉｌ．ｘａｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ

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