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我國抽水蓄能電站未來發展重點

作者:中國儲能網新聞中心 來源:國家電網雜志 發布時間:2014-10-04 瀏覽:
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中國儲能網訊:從1968年崗南抽水蓄能電站投產至今,經過幾代人的不懈努力,我國已在抽水蓄能機組制造、設計、施工、運行、管理機制等多方面積累了豐富的經驗,取得了巨大的成就。抽水蓄能已成為保障我國電力系統安全穩定經濟運行的重要工具。

當前,隨著新能源的大規模發展,分布式發電的接入,以及國家取消大用戶直購電試點審批,電網的可靠性和智能化程度需求不斷增強,電力系統對抽水蓄能的需求不斷增加。今年6月,《國家能源局關于加強抽水蓄能電站運行管理工作的通知》(國能新能【2013】243號文)對新形勢下我國抽水蓄能效益的發揮提出了更高要求。

成熟實用的大規模電能儲存方式

抽水蓄能電站是一種具有儲能功能的發電方式,兼有發電與儲能的特性。20世紀50年代,西歐各國領導著世界抽水蓄能電站建設的潮流,西歐抽水蓄能電站裝機容量占世界抽水蓄能電站總裝機容量的35%?40%。到60年代后期,美國抽水蓄能電站裝機容量躍居世界第一。進入90年代后,日本后來居上,超過美國成為抽水蓄能電站裝機規模最大的國家,保持至今。

截至2012年年底,我國共有抽水蓄能電站34座。其中,投運26座,投運容量2064.5萬千瓦,在建8座,在建容量894萬千瓦,總裝機容量達2958.5萬千瓦,約占全國總裝機的1.7%。

抽水蓄能在電力系統中的合理規模與電力系統的電源結構、網架結構、負荷特性等多種因素有關。2009年,英國、美國、日本等國在燃氣機組占本國裝機比重較大的情況下,抽水蓄能裝機仍分別達到了本國裝機比重的3.55%、2.22%和10.7%。世界發達國家的抽水蓄能占系統總裝機的比重一般在3%?10%之間。與世界發達國家相比,我國抽水蓄能裝機明顯不足,遠不能滿足我國經濟社會快速發展和以煤為主的電力系統安全穩定經濟運行的需要,不能滿足電力系統節能減排、清潔能源大規模遠距離輸送、分布式發電大規模接入,以及智能化電網建設的需要。

與常規發電方式相比,抽水蓄能不能利用一次能源發電,不能增加電力系統的電能供給,具有其他發電方式沒有的儲能功能。在所有發電方式中,只有常規水電與單循環燃氣輪機的調峰速度能與抽水蓄能相比,但受資源條件限制,常規水電資源已經開發殆盡;單循環燃氣輪機燃氣價格較高,調峰成本較大,且受通流部分溫度變化影響,不可能像抽水蓄能這樣頻繁啟停調峰。比如蒲石河抽水蓄能電站,2013年上半年機組啟動1900臺次,發電運行1080臺次,抽水運行786臺次,抽水調相運行175臺次。抽水蓄能的最大調峰能力最大,啟動升負荷速度最快,是唯一具有填谷功能的電源,抽水蓄能是各種電源中運行方式最靈活的發電方式。

目前,大規模的儲能裝置除抽水蓄能外,僅有壓縮空氣儲能、部分化學電池儲能裝置。大規模壓縮空氣儲能,對地下洞室的地質條件、嚴密性等要求比較苛刻,同時需要燃氣輪機配合運行,在國外處于示范運行階段,在我國尚沒有應用實例。化學儲能存在深度充放電時間長、效率衰減快和單位投資高、運行環境要求較高、廢舊電池電解液對環境污染大等問題,且目前批量生產能力有限。各化學儲能電池的單位千瓦造價為液流電池2.5萬元/千瓦,鈉硫電池2.8萬元/千瓦,鋰電池1萬元/千瓦。壽命周期與充放電次數有關,一般不大于15年;工作過程中對環境溫度有較高要求,必須配備空調降溫。

與這些儲能裝置相比,抽水蓄能電站投資較低,單位千瓦造價3000?5000元;使用壽命長,機組使用壽命25年,水工建筑物使用壽命達百年以上;能量轉換效率穩定,不存在衰減問題,對環境影響小。因此,抽水蓄能是目前電力系統中最成熟、最實用的大規模儲能方式。

抽水蓄能電站調峰填谷具有明顯的節煤作用,一是減少了火電機組參與調峰啟停次數,提高火電機組負荷率并在高效區運行,降低機組的燃料消耗。二是在經濟調度情況下,低谷電由系統中煤耗最低的基荷機組發出,而高峰電由系統中煤耗最高的調峰機組發出。抽水蓄能電站用高效、低煤耗機組發出的電,來替代低效高煤耗機組發出的電,從而實現電力系統有效節能減排。

我國電力系統裝機以煤電為主。煤電機組的調峰幅度相對較小、調峰能力相對較差,雖能滿足系統正常運行要求,但遠不能保障電力系統事故情況下的快速調節要求。抽水蓄能電站具有適應負荷快速變化的特性,從抽水工況到滿負荷運行一般只有2?3分鐘,可以快速大范圍調節出力。

抽水蓄能電站對于提高電力系統安全穩定運行水平,保證供電質量具有重要作用。一是抽水蓄能電站啟停靈活、反應快速,具有在電力系統中擔任緊急事故備用和黑啟動等任務的良好動態性能,可有效提高電力系統安全穩定運行水平;二是抽水蓄能電站跟蹤負荷迅速,能適應負荷的急劇變化,是電力系統中靈活可靠的調節頻率和穩定電壓的電源,可有效地保證和提高電網運行頻率、電壓穩定性,更好地滿足廣大用電客戶對供電質量和可靠性的更高要求;三是抽水蓄能電站利用其調峰填谷性能可以降低系統峰谷差,提高電網運行的平穩性,有效減少電網拉閘限電次數,減少對企業和居民等廣大用電客戶生產和生活的影響。

同時,抽水蓄能電站可以配合風電等可再生能源大規模發展,提高電力系統對風電等可再生能源的消納能力。我國新能源資源與能源需求在地理分布上存在巨大差異,風電、光伏發電等新能源電源遠離負荷中心,必須遠距離大容量輸送。風電受當地風力變化影響,發電極不穩定,對系統沖擊非常大。

電力系統建設適當規模的抽水蓄能電站,可以充分發揮抽水蓄能與風電運行的互補性,利用抽水蓄能電站既可以平衡風電、太陽能發電出力,減小其隨機性、波動性,提高輸電線路的經濟性,又可以平衡風電發電量的不均衡性、參加電網運行調頻,減少風電對電網的沖擊,解決當前風電開發送出困難的實際問題。

此外,抽水蓄能電站還可以配合核電大規模發展,減少系統調峰調頻壓力。核電適宜長期穩定帶基荷運行,大規模發展核電將給以煤電為主的電力系統調峰帶來極大壓力。建設適當規模的抽水蓄能電站與核電配合運行,可解決核電在基荷運行時的調峰問題,提高核電站的運行效益和安全性。廣州抽水蓄能電站對大亞灣核電站的調節是當前我國抽水蓄能與核電配合運行的成功范例。

抽水蓄能還是提高電網智能化水平,應對大用戶直購和分布式發電接入,保障大電網安全的重要手段。國家取消大用戶直購試點審批后,直購電試點規模和范圍有可能擴大,將對電網的管理模式、運行模式、技術支持系統等提出較高要求。分布式發電的發展,使低壓電網從無源變為有源,電網的運行情況更加復雜,對電網的智能化水平、安全穩定性等要求進一步增強。

在電網的發、供、用的各個環節,優化配置適當規模的抽水蓄能電站,可以充分發揮抽水蓄能電站獨有的快速反應特性,有效防范電網發生故障的風險。抽水蓄能是實現高度智能化電網調度的可靠保證,是堅強智能電網建設的重要有機組成部分。堅強智能電網建設,迫切需要在不同電壓等級、不同電網結構、發輸配用的各個環節配置不同調節性能、不同規模大小的抽水蓄能,滿足電力系統新的需要。

我國抽水蓄能未來發展重點

受認識水平的影響,我國抽水蓄能在取得較大成就的同時,也存在著一些體制機制方面的問題。進入新世紀以來,尤其是2009年國家能源局抽水蓄能電站工作座談會后,各方對抽水蓄能的認識逐步統一,全國范圍抽水蓄能選點規劃和布局優化研究、抽水蓄能規劃、專業人才培養和經驗積累等,為我國抽水蓄能發展打下了堅實基礎。未來,我國抽水蓄能的發展將重點體現在以下幾個方面。

第一,對抽水蓄能在節能減排、智能電網建設、電源結構調整中作用的認識進一步統一。隨著我國節能減排要求的不斷提高,產業結構和能源結構調整步伐逐步加快,高耗能企業用電逐漸減少,電力系統峰谷差不斷增大,風電、核電等清潔能源的大規模發展,大用戶直購電和分布式電源快速發展,對電網的安全性和智能化程度提出更高要求,堅強智能電網將成為全社會的共同選擇,人們對抽水蓄能在節能減排和電網智能化發展中重要作用的認識將獲得廣泛的、高度的統一,抽水蓄能是我國當前實現電力系統節能減排和清潔化、智能化發展的必然選擇。

第二,根據各區域、各省份電力系統的特點,確定功能定位,積極引導各抽水蓄能電站效益發揮。受一次能源和經濟社會發展影響,我國各區域、各省電力系統的電源結構、負荷特性差異較大。四川、湖南、湖北等地水電比重較大,山東、河北以火電為主,甘肅、新疆、內蒙古等省風電發展迅猛,浙江等沿海省份大規模接受區外來電……

由于電力系統的差異性,不同省份的抽水蓄能電站發揮的功能作用不同,有的以蓄能為主,如甘肅、新疆等;有的以事故備用為主,如山東、山西;有的以調峰填谷為主,如東北三省、華東沿海。《國家能源局關于加強抽水蓄能電站運行管理工作的通知》要求建立健全抽水蓄能考核監督制度,加強對已建蓄能電站運行情況和利用狀況的分析,研究完善抽水蓄能運行管理機制和措施。這就要求以電力系統為分析邊界,結合電力系統特點、運行特性,綜合考慮抽水蓄能電站在相應電力系統中的功能定位,抽水蓄能電站功能的區域性和時段性特點,客觀、全面地評價抽水蓄能電站的運行效益,積極引導抽水蓄能電站綜合效益的發揮。

第三,國家對抽水蓄能的政策環境不斷完善,引導抽水蓄能投資。由于抽水蓄能在電力系統中的巨大作用,國家會逐步完善抽水蓄能政策環境,著手解決影響抽水蓄能發展的種種問題,給予抽水蓄能合理投資回報,引導抽水蓄能開發的積極性。由于我國電源結構以煤電為主,煤電調峰不能滿足風電和核電大規模發展的需要,抽水蓄能在解決影響風電大規模發展的消納問題、核電大規模并網帶來的調峰壓力,提高智能電網運行的靈活性和安全性方面具有重要作用,國家很可能完善相關政策,提高抽水蓄能投資回報率,引導加大抽水蓄能投資力度。

第四,抽水蓄能按容量與定位在不同電壓等級電網中優化配置,與其他各種儲能裝置和諧發展,促進電力系統智能化發展。抽水蓄能作為一種重要調節工具,是智能電網的有機組成部分,智能電網建設為抽水蓄能發展提供了難得的機遇。為最大限度提高智能電網的安全穩定性和供電靈活性,抽水蓄能將根據裝機容量及其在系統中的作用定位,優先規劃建設大容量、有重大影響作用的抽水蓄能電站,進而規劃建設較小容量的抽水蓄能電站進行局部甚至配電網的精細化調節,使不同抽水蓄能有選擇接入不同電壓等級電力系統,實現分級優化配置,抽水蓄能的裝機規模和調節性能將更加合理,實現在電力系統的發、輸、配、用的合理分布,充分發揮其在電力系統中的各項作用。抽水蓄能與飛輪儲能、電容器、電動汽車電池等小型儲能裝置和諧發展,實現電力系統的高度智能化發展,大幅度提高供電質量。

考慮我國風電、光伏發電和核電的大規模發展,未來我國抽水蓄能在電力系統中所占的比重將逐步提高,合理規模應達到總裝機的5%以上。2020年,預計我國抽水蓄能的合理規模應達到8000萬千瓦;2030年,預計我國抽水蓄能的合理規模應達到1.2億?1.4億千瓦以上。

第五,抽水蓄能集團化運作、集約化發展、專業化管理的模式將進一步加強。抽水蓄能與一般發電方式不同,它是電力系統的一種調節工具,其裝機規模、布局優化,以及作用發揮與電力系統的電源結構、負荷特性、網架結構等密切相關。抽水蓄能的開發規劃必須從電力系統的整體需求出發進行周密的研究,盲目的競爭不利于其作用的發揮和行業發展。

當前,國家電網公司和南方電網公司采用集團化運作、集約化發展、專業化管理的模式,實現了抽水蓄能選點規劃、布局優化與滿足電網需求的緊密結合,總結運行電站經驗,優化新開發電站設計,促進了各抽水蓄能電站之間運行方式、技術創新、管理經驗的有效交流,對促進我國抽水蓄能良性可持續發展起到了重要的作用,已成為我國抽水蓄能發展的中堅力量。因此,隨著對抽水蓄能認識的進一步提高,我國抽水蓄能集團化運作、集約化發展、專業化管理的模式只會加強,而不會削弱。從地方、局部利益出發進行抽水蓄能開發的現象將進一步受到限制。

(作者單位:國網新源控股有限公司)

關鍵字:抽水蓄能電站 物理儲能 儲能電站

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