在山体内部建造储能设施：全球对抽水蓄能的需求飙升

眺望苏格兰高地崎岖壮丽的景色，科伊尔格拉斯（Coire Glas）——一个马蹄形山谷，山谷中有一个清澈的高山湖泊，位于洛赫洛希湖（Loch Lochy）岸边——似乎不太可能是一个建造大型项目的地方。

在这个偏远的地方，周围环绕着成片的松树，来自承包商 Strabag 的一队建筑工人正在凿穿岩石，他们希望这将成为一个巨大的新储能设施的一部分。

这条宽 4 米、深入苏格兰山腰 1 公里的勘探隧道于 2023 年 5 月开工建设，预计将持续到 2024 年的大部分时间。开发商 SSE 电力公司正在敲定山体深处巨大涡轮机大厅的设计方案。

SSE表示，其拟建的位于科伊尔格拉斯的抽水蓄能电站最终将包括一座92米高的大坝和两个水库，通过隧道系统和涡轮机房连接，这将使英国长期储电能力增加一倍以上。

Cruachan 水库，Ben Cruachan 就在后面。照片：Adobe Stock

报道称，该设施采用近一个世纪以来一直在使用的技术来储存苏格兰海上风力涡轮机产生的电力，可提供足够的能源，为 300 万户家庭供电长达 24 小时。

科伊尔格拉斯水电站的理念其实很简单：在科伊尔格拉斯湖上修建一座大坝，形成一个上游水库。在能源需求低迷或发电过剩时期，电力将用于把洛赫洛希湖的水抽到500米高的上游水库储存能量。然后在能源需求高峰或发电量不足时，利用水库中的水力发电释放能量。

“科伊尔格拉斯项目就是一个典型的例子，”奥雅纳工程顾问公司负责土木结构和隧道工程团队的董事马特·赛克斯说道，他曾参与该项目，为SSE公司提供咨询服务。“该项目不仅涉及在山体中挖掘隧道，还包括建造大型地下设施，例如一个长约50米、宽约30米、高约30米的电力洞室。此外，还有输电线路的铺设。以及海洋工程。所有这些都必须尽可能减少对环境的影响，因此这方面也需要做大量的工作。”

尽管苏格兰部长们在 2020 年批准了 1.5 吉瓦的抽水蓄能设施，但 SSE 表示，希望英国政府在开始该项目的主要建设工作之前，承诺建立收入稳定机制。

“从工程角度来看，科伊尔格拉斯项目极具挑战性，”赛克斯说道。“光是到达施工现场，就需要乘坐特制车辆花费一个小时。因此，所有承包商都必须考虑如何将机械设备——可能需要两到三台隧道掘进机——运送到那里。将大量混凝土运送到如此偏远的地方成本非常高昂，所以建造大坝本身就是一个巨大的挑战。此外，该地位于大峡谷断层线上，因此可能会存在一些地质特征，由于断层改变了岩石，这些特征也会给施工带来相当大的挑战。”

为什么建设抽水蓄能电站如此困难？

奥地利 ILF 咨询工程师事务所的工程师 Nicholas Burmeister 正在参与 Coire Glas 项目，他补充说，即使是获得此类项目的组件也可能是一个后勤方面的难题。

“光是采购零部件就真的是一项跨学科的工程，”伯迈斯特说。“涡轮机和水泵体积庞大。市场上的供应商数量有限。向他们下订单相当棘手。他们得抽出时间进行所有的数值建模，然后还要建造水泵和涡轮机的物理模型。之后他们还得进行测试——他们的测试平台数量有限，所以工厂的产能显然也有限。”

他补充道：“就连规划这些设备将停靠哪个港口，或者如何运到工地都是一项挑战。要确保船舶停靠的港口拥有合适的起重机来吊装设备。是否需要修建道路，或者加固沿途的桥梁？”

克鲁阿坎发电站汽轮机大厅。照片：德拉克斯

然而，类似的挑战并非首次出现，也曾被克服。就在几英里外的奥河岸边，克鲁阿坎发电站（Cruachan Power Station）采用类似的原理，自1965年以来一直在苏格兰山区储存电力。在20世纪50年代的建设过程中，一支由1300名工人组成的队伍，被亲切地称为“隧道猛虎”，使用手持式气动钻在坚硬的花岗岩上钻孔，然后在孔内填充胶状炸药并引爆。

如今，克鲁阿坎电站可提供 440 兆瓦的电力，并已成为一个独立的旅游胜地，还设有一家备受好评的茶室。位于北威尔士斯诺登尼亚国家公园的迪诺维格发电站于 1984 年投入使用，最大发电量为 1728 兆瓦，储能容量约为 9.1 吉瓦时。

事实上，世界上第一座抽水蓄能电站于1907年在瑞士恩格维赫尔（Engeweiher）建成。如今，抽水蓄能已成为全球最主要的储能方式。根据美国能源部全球储能数据库的数据，抽水蓄能占全球所有在用储能设施的95%。

伯迈斯特表示，过去建造抽水蓄能设施是为了平衡高峰时段电网的负荷——例如，应对全国各地的人们同时观看同一电视节目，然后又打开水壶烧水泡茶时造成的电力激增。然而，自从流媒体服务出现以来，这种情况已不再那么令人担忧。

相反，随着发电方式从燃煤和燃气发电站转向太阳能和风能，能源公司再次投资建设新的抽水蓄能项目，以储存在风力强劲、阳光充足的日子里产生的电力，并在阳光不足或无风的日子里再次使用。

“建造大量的海上风力涡轮机是一回事。我们看到它们旋转，都以为它们在给某人烧水壶供电。但目前，大部分能源实际上并没有发挥作用，因为电网可能已经拥有足够的能源，”伯梅斯特说。“抽水蓄能技术使我们能够储存原本会被浪费掉的能源。”

水力发电储能原理。图片：VectorMine via Adobe Stock

为此，在经历了长达 40 年的沉寂之后，世界各地的电力公司正在竞相建设新的抽水蓄能设施。

新建的抽水蓄能设施大多会建在哪里？

根据国际能源署的数据，到 2026 年，全球抽水蓄能容量将增长 56%，达到 270 吉瓦以上，其中印度和中国的增长幅度最大。

目前正在建设中的抽水蓄能大型项目包括位于日本南明附近的神奈川水电站，该电站预计于 2032 年全面建成，总装机容量为 2820 兆瓦；以及位于澳大利亚新南威尔士州的 Snowy Hydro 2.0，该电站目前预计将于 2028 年建成。

赛克斯表示，抽水蓄能需求的激增是ILF与奥雅纳工程顾问公司签署谅解备忘录，共同开发Coire Glas项目以及其他多达13个类似项目的主要原因。而且，随着可再生能源在全球电力供应中占比不断提高，此类大型项目的需求可能会进一步增长。

“像科伊尔格拉斯这样的新型抽水蓄能项目对于实现净零排放至关重要，”赛克斯说。“目前，世界各地都在花费大量资金，在风力强劲时关闭风力涡轮机，因为一旦风力超过需求，我们就无法储存多余的能量。抽水蓄能的优势在于，这项已有百年历史的技术能够让我们以清洁的方式储存能量，以备不时之需。没有它，我们将无法实现净零排放。”