摘要：調水儲能又涉及儲能，在實現調水的同時又實現儲能。
一、調水儲能提出的背景
調水儲能，這個概念即涉及調水，又涉及儲能，在實現調水的同時又實現儲能。調水主要是水利部門的職能，儲能是電力系統的工作，因此，調水儲能是跨行業的一個組合概念。為什麼要提出這個新概念呢？
背景一
生態文明建設要求我們必須調整治水思路，注重人與自然的和諧，在防洪和供水安全得到保障的情況下，更加註重生態用水的需求。調水工程的建設目標在常規滿足生產和生活用水基礎上加入了滿足生態用水這個重要指標，對生態文明的重視甚至使得完全以滿足生態用水為建設目標的調水工程成為可能。
背景二
我國水資源分佈不均，南多北少。西北和華北由於降雨較少，大量的沙漠、沙地均分佈在這一廣袤區域，生態環境十分脆弱，如何引水改善這裡的生態環境成為眾多專家學者研究探討的問題，這個重大問題的解決在當今的技術條件下是否還有更好的方案？
背景三
由於經濟發展速度放慢和產能過剩，近幾年，發電設備年利用小時數逐年下降，同時存在大量的棄水棄風棄光現象，可再生能源發電面臨的限電問題日趨嚴重，發電設備利用小時數過低和清潔能源消納已成為社會關注的焦點。有沒有一種發展思路既能大量消納棄掉的可再生能源還能吸收較大的電力產能？生態文明建設已成國策，要建設生態文明國家，西北華北的生態環境需要改善，生態環境的改善需要生態水源，生態水源需要調水工程，調水工程需要能量驅動，恰恰現在有大量的棄能和產能需要消納，這些棄能和產能能否轉化為驅動調水工程的能量呢？將抽水蓄能這種主要的儲能方式與調水工程的能量驅動聯繫起來，一個創新的概念誕生了：調水儲能。
二、調水儲能與抽水蓄能的異同
調水儲能與抽水蓄能兩者有什麼異同？
第一，兩者應用的目標不同。抽水儲能主要是作為一種儲能方式，服務於電網的調峰調頻和事故備用等；調水儲能著眼於生態文明國策，解決調水工程的能量來源和綠色可再生能源的消納問題。
第二，兩者蘊含的工程內容不同。抽水儲能對應著抽水儲能電站。調水儲能首先要實現跨流域調水，在調水區和受水區之間恰當選擇分水凹地形修建水庫，對應的調水儲能電站一般至少有下庫（調水區）、上庫（分水凹）、下庫（受水區）3個水庫及相應的泵站、水輪發電機組及其他配套設施。一般而言，調水儲能電站的工程規模比抽水儲能電站規模大得多，為了實現一些大的流域之間的調水，可能要修建一系列的水庫、引水隧洞、明渠等工程設施以建成調水儲能電站群組聯合運行。
第三，儲能電站的運行方式不同。抽水儲能電站採用可逆式水輪機組，抽水時以泵站方式運行，發電時以水輪機方式運行，抽取的水流一般原路返回，不涉及水流在不同流域之間輸送。調水儲能電站要實現水流在不同流域之間的輸送，因此，在調水區是以泵站抽水方式運行，在受水區以水輪機發電方式運行，水流一般沿調水路線單向流動，不一定要原路返回。
兩者的一個共同點是抽水時都實現儲能，儲能的物理原理完全相同（電能轉化為水的勢能）。
抽水儲能基本技術原理圖
調水儲能基本技術原理圖
三、調水儲能的概念和內涵
調水儲能的概念描述為：著眼於大範圍區域生態環境的改良，充分利用天然河道和湖泊的連通和輸送能力，以實現水流在不同尺度流域之間輸送為目標，綜合考慮地形、移民、徵地等因素合理選擇工程地點修建儲能電站，消納電力能源網絡的棄能或閒置產能，各種工程設施與天然河道或湖泊組合形成的水流鏈路和電力網絡之間不斷進行能量交換和互補，在為電網提供可靠的儲能調節穩定能力的同時，實現水資源的跨流域/地域的空間調配。
調水儲能這個新概念立足於我國水資源空間分佈不均及電網儲能需求的客觀事實，具有豐富的內涵。
第一，調水儲能著眼於生態，立意高遠。傳統的調水工程主要是滿足生產和生活用水，調水儲能將生態用水擺在突出優先的位置，著眼於國家整個西北和華北的生態環境改善，調水目標優先順序為先生態再生活再生產，為國家生態文明建設提供水資源戰略支撐。
第二，調水儲能增進國家整體福利。調水儲能跨越水利和電力兩大行業，從國家整體利益高度，將兩大行業的問題聯繫起來求得最優解，在為電網建立分佈式儲能系統的同時實現水資源跨流域空間配置（即跨流域調水）。調水可以消納電網大量棄能和閒置產能，電網可以為調水提供能量驅動。
第三，調水儲能可以具體表現為一種工程設施——調水儲能電站。有別於傳統的抽水蓄能電站，調水儲能電站以實現水流在不同尺度流域之間輸送為目標，不同尺度的流域對應著規模大小不同的調水儲能電站，大的流域之間的水流輸送可能需要大小不一的調水儲能電站群組聯合運行才能完成。
第四，調水儲能意味著可以組成調水儲能系統。調水儲能電站群組聯合運行就是一個調水儲能系統。調水儲能系統由天然河道、湖泊、關鍵節點的調水儲能電站、輸水設施（隧洞或明渠）形成水流鏈路，水流鏈路可能是開放的，也有可能形成閉環，水流鏈路與電力網絡之間不斷進行能量交換。調水工程跨越的區域或流域範圍決定著調水儲能系統的規模大小。
第五，調水儲能可以成為一門新的專業學科。它涉及水文水資源、水利工程、地質力學、水力動力設備、發電工程、環境生態、氣象氣候、工程管理、經濟規劃、公共政策管理等多學科專業的知識和技能。調水儲能線路與電站的規劃、選址、建設和管理為廣大研究工作者開闢了一個全新的綜合性研究領域，可以帶動水利、電力、環境、經濟、管理等多學科的交叉、集成和創新。
第六，調水儲能可以成為發展戰略。調水儲能著眼大生態格局，統籌考慮將南方多餘水資源調往西北華北乾旱地區，其間要修建大量的調水儲能電站和其他配套輸水設施，投資巨大，不僅為水利行業發展提供新思路，而且為電力行業的儲能建設和新能源開發指引新方向。調水儲能事業的推進對國家整個發展影響深遠，完全可以上升為國家層面的發展戰略。
四、調水儲能的發展前景
調水儲能在相鄰流域分水嶺處巧妙選址修建儲能電站，在流域的一邊水流逆向躍升儲能再沿流域的另一邊下洩發電，實現傳統抽水蓄能電站儲能功能的同時完成相鄰流域的河湖連通和水資源配置。這一創新的技術思路跳出了就水治水的思維侷限，將水資源配置與電力能源開發有機地聯繫起來，不僅可以形成全國主要江河湖庫縱橫貫通的水資源配置格局，而且可以建立覆蓋全國的分佈式電網儲能系統，對於我國宏觀水資源配置、電網儲能調節運行、可再生能源消納開發及基礎設施有效投資等均具有重大戰略價值，具有廣闊的發展前景。
為我國水資源配置提供新的解決方案
南多北少是我國水資源國土分佈的基本國情，已經修建的南水北調中線和東線及規劃的西線工程是我國水資源宏觀配置的主要工程措施。南水北調中線和東線發揮了重要作用，但設計的總體思路沒有考慮調水工程與周圍環境的水系連通及電力能源的開發利用。調水儲能充分利用天然江河的水流輸送能力，在流域分水嶺修建調水儲能電站可將全國各大流域和主要江河湖庫有效地連通起來，形成橫貫南北、東西互濟的大型水資源配置網絡系統，為我國各種尺度的水資源配置提供切實可行的解決方案。
為電網儲能建設提供新的規劃
調水儲能是基於抽水蓄能的技術創新，為電網儲能建設提供新的規劃，也為電網儲能建設提供新的指導原則，即全國儲能電站的建設規劃必須兼顧我國宏觀的水資源整體配置。如果不對現有抽水蓄能電站建設規劃的指導思想進行大的調整，僅為電網運行而儲能，電力行業的大量棄能和龐大的產能就無法找到大的消納方式和出口，國家的整體經濟福利將受到較大的抑制和傷害。調水儲能可以將水調和電調完美結合，在實現水資源的空間配置調度的同時也為電網建立了大規模的分佈式儲能系統，還可為風電、光電、核電及其他綠色能源的開發創造十分有利的條件，極大地提高能源電網的負荷調節能力、可靠性和穩定性。我國西北和華北對水資源的龐大需求為大規模消納電網棄能和閒置產能提供了現實的可能，也為儲能產業的發展提供了廣闊的空間。
為國家經濟大發展提供新的引擎
調水儲能服務於生態文明建設，為我國西北和華北生態環境的改善提供水資源保障，可以成為基礎設施投資補短板的一個熱點。調水儲能要修建大量的調水儲能電站和大量配套的工程引水設施，需要很大的投資。短期而言，龐大的工程投資將直接拉動鋼材、水泥、建築材料、機械、電力設備等各行業的有效需求，工程建設的繁重任務將吸收上千萬的勞動就業大軍；長期來看，據初步測算，覆蓋全國的水資源配置網絡工程實施後每年可以從南方向北方調送1000億～1500億m3水資源量，整體可增加儲能發電裝機4.5億kW左右，每年可消納清潔能源超過1.5萬億kWh，對農業與生態的價值無可估量。
為全球能源互聯網與全球水問題解決提供中國方案
調水儲能涉及的一系列技術都是通用的，不僅可用於解決我國的水問題和電網運行的儲能調節問題，而且可為全球能源互聯網和全球水問題的解決提供中國方案。能源互聯網是一種基於可再生能源、分佈式、開放共享的網絡，其本質特徵還是要基於可再生的綠色能源。但風能和光能這些綠色能源天然具有間歇性、波動性特點，需要儲能系統對這些波動能源進行吸收調節，而在儲能系統的建設中還是以水流勢能儲能作為首選方案。世界各國也基本面臨與我國類似的水問題：洪澇災害、乾旱缺水和水體汙染。調水儲能可為世界各國（特別是地勢起伏不平的國家）提供將水問題與電網儲能系統建設統籌解決的可行方案，修建的調水工程可為各國解決水資源的短缺和配置問題，工程中修建的調水儲能電站還可增強各國電網儲能調節和新能源開發潛力。
（作者/陳陽宇，南京河海科技調水儲能研究所所長，教授。）
閱讀更多 北極星電力網 的文章
