一、基本概述

風(fēng)光水儲(chǔ)一體化（integration of wind, solar, hydro, and energy storage）是一種新型的能源系統(tǒng)整合模式，旨在將風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能這三種主要的波動(dòng)性可再生能源與儲(chǔ)能技術(shù)相結(jié)合，形成一個(gè)統(tǒng)一協(xié)調(diào)、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的發(fā)電系統(tǒng)。該模式通過(guò)優(yōu)化調(diào)度和能量管理，平抑單一可再生能源發(fā)電的隨機(jī)性和不穩(wěn)定性，從而提高能源系統(tǒng)的整體可靠性、經(jīng)濟(jì)性和對(duì)電網(wǎng)的友好性。

二、分類信息

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三、詳細(xì)解釋

我國(guó)水能資源豐富，水庫(kù)水電站具備出力穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活等特點(diǎn)，與具有間歇性特征的風(fēng)電、光伏發(fā)電形成顯著的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。將水電的調(diào)節(jié)能力與風(fēng)光發(fā)電的清潔屬性融合，構(gòu)建風(fēng)光水儲(chǔ)一體化模式，已成為推動(dòng)新能源高比例并網(wǎng)與構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要方向。

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圖1 “風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”示意圖 圖源：作者繪制

“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”是一種典型的多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)模式，通過(guò)將風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電與儲(chǔ)能系統(tǒng)（如電化學(xué)儲(chǔ)能、抽水蓄能）有機(jī)整合，并依托智能調(diào)度平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電力輸出的穩(wěn)定性提升和增強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的友好接入能力。風(fēng)電和光伏作為間歇性、波動(dòng)性強(qiáng)的可再生能源，需要依賴具備調(diào)節(jié)能力的水電，尤其是梯級(jí)水庫(kù)的天然儲(chǔ)能功能，以及儲(chǔ)能系統(tǒng)提供的靈活調(diào)節(jié)能力，從而平滑出力波動(dòng)，提升系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和靈活性。

“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”系統(tǒng)的關(guān)鍵要點(diǎn)包括：

1.多能協(xié)同與優(yōu)化配置

充分利用風(fēng)、光、水資源的時(shí)空互補(bǔ)性，科學(xué)布局能源項(xiàng)目，合理配置儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)組合與系統(tǒng)整體效率最大化。

2.智能調(diào)度與靈活運(yùn)行

依托智能調(diào)度平臺(tái)，融合氣象與負(fù)荷預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)光水儲(chǔ)的統(tǒng)一調(diào)控與動(dòng)態(tài)優(yōu)化，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性與響應(yīng)能力，保障電力安全與高效運(yùn)行。

3.儲(chǔ)能與水電調(diào)節(jié)互補(bǔ)

發(fā)揮梯級(jí)水電的天然調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，結(jié)合多類型儲(chǔ)能系統(tǒng)，平滑可再生能源波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)削峰填谷、調(diào)頻調(diào)壓，增強(qiáng)電網(wǎng)適應(yīng)性和并網(wǎng)友好性。

風(fēng)光水儲(chǔ)一體化這一概念首次在國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)電力源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化和多能互補(bǔ)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)(發(fā)改能源規(guī)〔2021〕280號(hào))》中提出，雖未單獨(dú)列出“風(fēng)光水儲(chǔ)”，但其核心思想一脈相承，旨在推動(dòng)多能互補(bǔ)的綜合能源基地開(kāi)發(fā)。從發(fā)展歷程來(lái)看，該模式經(jīng)歷了從分散探索到系統(tǒng)集成的演進(jìn)過(guò)程。2015年以前，風(fēng)電、光伏、水電和儲(chǔ)能多以獨(dú)立系統(tǒng)形式存在，缺乏協(xié)同調(diào)度與互補(bǔ)機(jī)制。到了2018年，國(guó)家首次提出“多能互補(bǔ)集成優(yōu)化”概念，啟動(dòng)了風(fēng)光水互補(bǔ)的試點(diǎn)探索。2020年，國(guó)家電網(wǎng)進(jìn)一步提出“風(fēng)光水火儲(chǔ)”一體化運(yùn)行平臺(tái)，標(biāo)志著多種能源協(xié)同運(yùn)行理念的深化與實(shí)踐推進(jìn)。進(jìn)入2021年，“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”首次被正式寫(xiě)入多個(gè)國(guó)家政策文件，成為推動(dòng)新能源高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。自2023年起，該模式進(jìn)入加速落地階段，多個(gè)示范工程陸續(xù)建設(shè)，標(biāo)志著風(fēng)光水儲(chǔ)一體化在實(shí)踐中不斷走向成熟。

四、應(yīng)用領(lǐng)域/前景

“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”作為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要路徑，正成為推動(dòng)綠色工廠與綠色園區(qū)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的重要支撐。該模式可有效提升可再生能源的利用率，降低棄風(fēng)棄光率，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)推動(dòng)區(qū)域能源系統(tǒng)向低碳化轉(zhuǎn)型，已成為清潔能源基地建設(shè)的核心模式。

在工業(yè)領(lǐng)域，風(fēng)光水儲(chǔ)一體化可為企業(yè)提供高比例、穩(wěn)定、低碳的清潔電力，助力制造業(yè)落實(shí)“雙碳”目標(biāo)，構(gòu)建綠色工廠與綠色園區(qū)。未來(lái)，該模式將成為我國(guó)西部新能源開(kāi)發(fā)的主流方式，并有望與“源網(wǎng)荷儲(chǔ)一體化”深度融合，加快能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程，進(jìn)一步拓展應(yīng)用空間，為能源轉(zhuǎn)型注入強(qiáng)大動(dòng)能。

近年來(lái)，該模式取得了顯著的技術(shù)突破和應(yīng)用成效。在技術(shù)方面，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了智能多能互補(bǔ)，借助AI預(yù)測(cè)和儲(chǔ)能優(yōu)化提升了系統(tǒng)效率，顯著降低了棄風(fēng)棄光率；同時(shí)，儲(chǔ)能成本持續(xù)下降，多種新型儲(chǔ)能技術(shù)快速發(fā)展，智能調(diào)度與大數(shù)據(jù)應(yīng)用進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行精度。

在應(yīng)用層面，全國(guó)已建設(shè)多個(gè)示范和商業(yè)化項(xiàng)目，如內(nèi)蒙古烏蘭察布風(fēng)光儲(chǔ)一體化項(xiàng)目、廣西崇左“風(fēng)光水火儲(chǔ)”綜合能源基地等，這些項(xiàng)目不僅驗(yàn)證了風(fēng)光水儲(chǔ)一體化模式的可行性與運(yùn)行成效，也積累了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，夯實(shí)了技術(shù)基礎(chǔ)，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”依賴多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行與智能調(diào)度：風(fēng)光預(yù)測(cè)技術(shù)通過(guò)融合大數(shù)據(jù)、氣象模擬和機(jī)器學(xué)習(xí)，顯著提升風(fēng)電與光伏出力的預(yù)測(cè)精度，為調(diào)度提供決策依據(jù)；優(yōu)化調(diào)度則基于模型預(yù)測(cè)控制（MPC）和混合整數(shù)規(guī)劃等算法，實(shí)現(xiàn)多能源的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)與動(dòng)態(tài)優(yōu)化；水電智能調(diào)節(jié)通過(guò)實(shí)時(shí)控制水庫(kù)流量，增強(qiáng)系統(tǒng)對(duì)電力波動(dòng)的調(diào)節(jié)能力；儲(chǔ)能控制系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷變化靈活調(diào)整充放電策略，進(jìn)一步平衡供需、提升系統(tǒng)響應(yīng)速度；能源管理系統(tǒng)（EMS）作為調(diào)度中樞，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、光、水、儲(chǔ)等能源的統(tǒng)一管理與協(xié)同控制，保障系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行。這一模式不僅僅是能源形式的簡(jiǎn)單疊加，更通過(guò)智能化、數(shù)字化手段實(shí)現(xiàn)多能源深度耦合與優(yōu)化，釋放出遠(yuǎn)超單一能源系統(tǒng)的集成價(jià)值。

未來(lái)，風(fēng)光水儲(chǔ)一體化還將與氫能、數(shù)字孿生技術(shù)及電力市場(chǎng)聯(lián)動(dòng)等新興領(lǐng)域融合發(fā)展，構(gòu)建多元化協(xié)同的能源體系，持續(xù)賦能并創(chuàng)新我國(guó)能源轉(zhuǎn)型和綠色高質(zhì)量發(fā)展。

五、綠色應(yīng)用難點(diǎn)

“風(fēng)光水儲(chǔ)一體化”在實(shí)際推進(jìn)過(guò)程中仍面臨諸多挑戰(zhàn)與爭(zhēng)議。水電開(kāi)發(fā)可能影響生態(tài)流量和漁業(yè)，需兼顧環(huán)境保護(hù)；部分項(xiàng)目裝機(jī)堆疊，缺乏真正協(xié)同，導(dǎo)致資源浪費(fèi)；電化學(xué)儲(chǔ)能成本高、壽命有限，經(jīng)濟(jì)性尚待提升。

本詞條貢獻(xiàn)者：

劉迪 中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司助理研究員

本詞條審核專家：

郭莘 中石化石油化工科學(xué)研究院有限公司高級(jí)專家 高級(jí)工程師

參考文獻(xiàn)：

[1]康俊杰,趙春陽(yáng),周國(guó)鵬,等.風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)示范項(xiàng)目發(fā)展現(xiàn)狀及實(shí)施路徑研究[J]. Power Generation Technology, 2023, 43(3).

[2]宋妍萌,芮鈞,趙宇.風(fēng)光水火儲(chǔ)多能互補(bǔ)雙層優(yōu)化調(diào)度研究[J]. China Rural Water & Hydropower, 2024 (3).

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來(lái)源: 科普中國(guó)

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