前言：

在当今的能源格局下，传统能源面临着资源枯竭和环境问题的双重挑战。新能源的发展虽然迅速，但因其间歇性和波动性，给电力系统的稳定运行带来了一定的风险。水电作为一种成熟的清洁能源，拥有稳定的发电能力。抽水蓄能电站则能够有效地存储能量并在需要时释放。因此，探索水电、抽蓄与新能源协同优化的系统构建具有极其重要的意义。它可以弥补各自的不足，充分发挥三者的优势，为构建清洁、高效、稳定的能源体系提供解决方案。

一、水电、抽蓄与新能源的特性分析

（一）水电的特性

1.稳定性：水电的发电过程相对稳定，只要水库有足够的水量储备，就能够按照预定的功率持续发电。例如三峡水电站，凭借巨大的水库库容，可以在枯水期和丰水期都保持较为稳定的发电能力，对电网的稳定供电起到了基石的作用。

与新能源中的风能和太阳能相比，水电不受气象条件即时变化的影响。不同于风能与太阳能日内功率出现较大波动，水电的发电能力主要取决于水库的水位和水流量调节，可以实现月度乃至季度层面的调节能力，较长时间段内具有稳定性。

2.可调节性：水电厂可以通过调节水库的闸门开度来控制水流量，从而实现对发电功率的灵活调节，这种调节能力可以在分钟级甚至秒级内实现，能够快速响应电网的需求变化，对电网调频调相、削峰填谷、甚至黑启动有积极作用。

（二）抽水蓄能（抽蓄）的特性

1.储能功能：抽水蓄能电站通过将电能转化为水的势能进行存储，是一种技术成熟可靠，安全稳定的储能方式，同时其响应速度与水电相同，有效地解决了电能的时空分布不均问题。

2.双向调节特性：抽水蓄能电站既能作为发电设备向电网供电，又能作为用电设备从电网抽水。这种双向调节能力使得它在电力系统中具有独特的作用。它可以在新能源发电过剩时，消耗多余的电能进行抽水储能；在新能源发电不足时，快速释放电能补充电网。

（三）新能源（风能、太阳能等）的特性

1.间歇性和波动性：风能发电依赖于风力资源，风力的大小和方向是不稳定的。例如在沿海地区，风力资源虽然丰富，但风力的季节性和昼夜变化较大。太阳能发电依赖于日照，受到天气、季节和地理位置的影响。在阴天或者夜晚，太阳能发电功率会大幅下降甚至停止发电。

2.资源丰富性和环境友好性：风能和太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁能源资源。随着技术的发展，风能和太阳能的开发成本逐渐降低，在全球范围内得到了广泛的应用。例如在我国的西北地区，太阳能和风能资源丰富，大规模的风电场和太阳能电站正在不断建设和发展，在我国漫长海岸线乃至深海，大规模、大单机容量海上风电正在不断实现新的突破。

二、协同优化系统的构建要素

（一）技术层面

1.智能监测与控制系统：构建一个全面的智能监测与控制系统是协同优化的基础。该系统需要实时监测水电、抽蓄和新能源的运行状态，包括水电的水位、水流量、发电功率，抽蓄的上水库和下水库水位、抽水和发电状态，新能源的发电功率、气象条件等。

2.大数据系统：随着大数据、智能化的应用，智能化电力预测系统可靠性准确率越来越高，随着电力市场化改革的深入，未来对电力和电量的预测愈发关键，对发电企业自身不同能源形式的发电能力预测的准确性以及对电力需求的准确判断，是进一步协同优化多能互补模式的新制高点。

（二）规划层面

1.资源综合评估：在构建协同优化系统之前，需要对水电、抽蓄和新能源的资源进行综合评估。对于水电资源，要评估河流的流量、落差、地形等条件；对于抽蓄资源，要评估上下水库的选址、容量等；对于新能源资源，要评估风能、太阳能的资源潜力、分布等。

2.系统布局规划：根据资源评估的结果，进行协同优化系统的布局规划。要综合考虑电源点的分布、电网的连接方式、储能设施的布局，乃至国家与区域产业发展等。在布局规划中，宜遵循就近原则，尽量减少电能传输过程中的损耗，但也不可避免面临着我国电力、土地资源不平衡的现状。例如，随着国家经济发展，电力需求不断增加，东南经济发达省份电力缺口愈发明显，而近些年，新疆等西部省份地新能源、抽蓄发展迅速，形成多能互补稳定电源，通过多条特高压线路实现“西电东送”。

（三）运行层面

1.运行策略制定：制定科学合理的运行策略是协同优化系统正常运行的关键。运行策略要考虑不同电源的特性、电网的负荷需求、储能的状态等因素。

例如，在制定日运行策略时，要根据白天和夜晚的负荷变化、新能源的发电规律，安排水电、抽蓄和新能源的发电和储能计划。在负荷高峰时，优先利用水电和抽蓄发电，同时控制新能源的输出；在负荷低谷时，安排抽水蓄能电站抽水，同时根据新能源的发电情况，决定是否进行储能或者弃电。

2.市场机制与政策支持：建立合理的市场机制对于协同优化系统的可持续运行至关重要。要通过价格机制、补贴政策等手段，鼓励水电、抽蓄和新能源的协同发展。

例如，在电力市场中，可以制定抽水蓄能电站的电价机制，使其既能在储能过程中获得合理的收益，又能在发电过程中与其他电源竞争。政府可以出台补贴政策，支持新能源和抽水蓄能的发展，促进协同优化系统的构建。

总结：

综上所述，水电、抽蓄与新能源协同优化的系统构建是一项充满潜力的工作。通过协同优化，可以实现能源资源的高效利用，克服新能源间歇性等问题，增强电力系统的稳定性和可靠性。在构建过程中，需要综合考虑资源分布、技术可行性和经济成本等多方面因素，从而更好的为人类社会的可持续发展提供源源不断的清洁能源保障。

参考文献：

[1] 张博庭.水电和抽水蓄能是实现碳中和的重要保障[J].水电与新能源, 2023, 37(4):1-5.

[2] 边伟,王明莹.电力市场抽水蓄能与新能源联合运营的协同优化研究[J].建筑经济, 2023, 45(S01):424-427.