大壩認(rèn)知丨龍羊峽：環(huán)保能源新典范

龍羊峽水電站位于青海省共和縣與貴德縣之間的黃河干流上，總裝機(jī)128萬千瓦，單機(jī)容量32萬千瓦，修建于上世紀(jì)七八十年代。工程主體施工處于我國改革開放初期，國家經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對薄弱，施工手段仍相對落后，機(jī)械化程度不高，加之地處青藏高原，空氣缺氧，樹無一株，房無一間，施工條件極其艱苦。但工程建設(shè)者硬是憑著肩挑背扛，在當(dāng)時的年代，創(chuàng)下了黃河第一壩、亞洲最大的大壩、單機(jī)容量最大、海拔最高電站以及中國最大的人工湖等多個第一。

龍羊峽水電站地理位置圖。制圖：田宗偉

龍羊峽水電站見證了國家勵精圖治建設(shè)大型水利工程的決心，體現(xiàn)了社會主義制度的優(yōu)越性，代表了上世紀(jì)80年代中國水電建設(shè)和機(jī)電制造的最高水平。那個時候的龍羊峽水電站，如同今天的三峽工程，是一個時代的符號，是國家的驕傲。

龍羊峽水電站全景圖。 攝影：王國棟

龍羊峽水電站從1976年開始建設(shè)，4臺機(jī)組于1987年12月至1989年6月間相繼投產(chǎn)發(fā)電；泄水建筑物的底孔深孔中孔在1987年至1989年間相繼投入使用；從1987年12月首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電算起，至今已運(yùn)行33周年，其發(fā)電、防洪、防凌、供水、灌溉、旅游等多種效益十分顯著。

當(dāng)年1號機(jī)組轉(zhuǎn)子吊裝。 攝影：張勇

進(jìn)入新世紀(jì)，減排溫室氣體成為各國共識，發(fā)展清潔能源成為國家戰(zhàn)略。

龍羊峽水電站所在的青藏高原太陽能資源豐富，但太陽能光伏發(fā)電受日夜交替、天氣變化影響，具有間歇性、隨機(jī)性、波動性的特點(diǎn)。國家電投黃河公司想到了“水光互補(bǔ)”，他們設(shè)想把光伏所發(fā)之電送到水電站，通過水電站的監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控光伏發(fā)電的電能質(zhì)量。光伏電能質(zhì)量下降時，通過水輪機(jī)的快速調(diào)節(jié)，消除光伏電能的波動性，再將互補(bǔ)后的兩個電站的組合電能送入電網(wǎng)。

他們選擇試驗(yàn)的首座水電站就是龍羊峽水電站。龍羊峽水電站裝有4臺單機(jī)容量為32萬千瓦的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量128萬千瓦，正常蓄水位2600米，庫容為247億立方米，調(diào)節(jié)庫容為193.5億立方米，無論是單機(jī)容量還是水庫庫容，都具有良好的調(diào)節(jié)性能，“水光互補(bǔ)”條件優(yōu)越。他們選擇的光伏場是位于龍羊峽水電站上游36公里的黃河北岸的塔拉灘（南州共和縣境內(nèi)），建成投產(chǎn)后，計劃通過龍羊峽水電站330千伏出線，向電網(wǎng)提供兩個電站互補(bǔ)后的組合電能。

龍羊峽水庫山崢嶸、水碧綠。 攝影：張勇

2013年5月，光伏場首期32萬千瓦開始建設(shè)，同時對水電站設(shè)備接入光伏后的適應(yīng)性進(jìn)行研究，編制水光互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行試驗(yàn)方案及程序。同年12月，一期32萬千瓦太陽能光伏電站建成。2014年2月，開始進(jìn)行水光互補(bǔ)協(xié)調(diào)運(yùn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)證明，水電、光伏聯(lián)合發(fā)電在短期、長期內(nèi)均具有良好的互補(bǔ)特性。相較于不穩(wěn)定的光電，水庫的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，在電網(wǎng)需求較大時可加大水庫下泄流量以獲得更多的水電出力，而在負(fù)荷低谷期則可適當(dāng)減小下泄來控制水電出力，從而降低光伏發(fā)電并網(wǎng)帶來的電網(wǎng)運(yùn)行壓力，提高水電外送通道效益。2014年12月，二期53萬千瓦太陽能光伏項(xiàng)目開始建設(shè)，2015年6月，兩期共85萬千瓦的龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站全部并網(wǎng)發(fā)電。

位于龍羊峽水電站上游黃河北岸的塔拉灘光伏場。 攝影 李鑫業(yè)

龍羊峽水電站中控室的工作人員介紹說：“通過系統(tǒng)對光伏發(fā)電情況的監(jiān)視，在監(jiān)控屏上可以看到，光伏發(fā)電負(fù)荷曲線從早晨7點(diǎn)02分開始逐漸升高，在15點(diǎn)21分達(dá)到最高，從曲線圖上我們可以很清楚地看到，受云層的影響，光伏曲線也在發(fā)生變化。今天龍羊峽水電站四臺機(jī)組全部運(yùn)行，發(fā)電量是3052萬千瓦時，光伏的發(fā)電量133.435萬千瓦時。如果你們能在中控室待上一個整天，你們就能從大屏幕上看到，當(dāng)云層飄過時，光伏電站出力下降，水輪機(jī)組是怎樣加大出力補(bǔ)空，而當(dāng)夜晚來臨，光伏電站出力為零，白天停機(jī)的水電機(jī)組又是怎樣啟動起來填補(bǔ)缺口的。這樣你們就能理解水電是怎樣將光伏原本間歇、波動、隨機(jī)的鋸齒形調(diào)整為均衡安全、平滑穩(wěn)定電源的了?！?/p>

電站運(yùn)行人員郭艷敏介紹說：“聯(lián)合運(yùn)行初期人們普遍擔(dān)心龍羊峽水電站的調(diào)峰調(diào)頻性能會因此受到影響，但通過這些年水力發(fā)電與光伏發(fā)電聯(lián)合控制的運(yùn)行實(shí)踐我們發(fā)現(xiàn)，龍羊峽水電站送出線路的利用率和經(jīng)濟(jì)性提高了，年利用小時由原來的4621小時提高到了5019小時。”

龍羊峽水電站中控室。 攝影：李龍水光互補(bǔ)的優(yōu)勢不僅體現(xiàn)在電源穩(wěn)定性提升和經(jīng)濟(jì)效益提高上，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面也有具有明顯效益。

國家電投黃河公司水情專家曹光明介紹：“專家們經(jīng)過測算，龍羊峽水光互補(bǔ)光伏電站一年可發(fā)電14.94億千瓦時，相當(dāng)于一年節(jié)約標(biāo)煤46.46萬噸，減少二氧化碳排放約122.66萬噸、二氧化硫約3944.16噸、氮氧化合物364.87萬噸。而我們普通百姓能看到的是，光伏板使子陣區(qū)風(fēng)速下降了50%、蒸發(fā)量減少了30%，草地的涵水量大大增加，土地荒漠化得到有效遏制?！?光伏電站是否只適宜建在大庫容水電站附近呢？其實(shí)不是。國家電投黃河公司龍羊峽發(fā)電分公司總經(jīng)理黃青剛表示，水光互補(bǔ)技術(shù)對水電站調(diào)節(jié)庫容的要求并不高，具有一定庫容的水電站均可配置，具有廣泛的推廣價值。他說：“以1萬千瓦的光伏電站計算，100米壩高、耗水率3立方米/千瓦時的水電站即可匹配，水電站所需日調(diào)節(jié)庫容量只需13.15萬立方米；如果是20米壩高、耗水率20立方米/千瓦時的水電站，日調(diào)節(jié)庫容量約為87.67萬立方米?！?/p>

當(dāng)年龍羊峽大壩澆筑施工。 攝影：張勇龍羊峽水電站是我們國家改革開放初期在高海拔地區(qū)建設(shè)的大型水電站，代表了當(dāng)時我們國家水電建設(shè)和機(jī)電制造的最高水平。近些年來，龍羊峽水電站又頻頻出現(xiàn)在媒體上，它成功解決了光電風(fēng)電等間歇式能源帶來的對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和電力調(diào)配的影響，創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)能源與新能源有效協(xié)調(diào)運(yùn)行，使我國水光互補(bǔ)發(fā)電走在了世界前列，成為當(dāng)今環(huán)保能源的新標(biāo)桿。

（本文首發(fā)于《中國三峽》2021年第11期，節(jié)選有改動。）