抽蓄電站：高效調(diào)節(jié)促清潔能源消納

 

今年上半年，我國棄風(fēng)率、棄光率相比同期分別下降7個(gè)百分點(diǎn)和4.5個(gè)百分點(diǎn)。新疆、甘肅、遼寧、吉林、寧夏棄風(fēng)率下降超過10個(gè)百分點(diǎn)；黑龍江、內(nèi)蒙古棄風(fēng)率下降超過5個(gè)百分點(diǎn)。新疆棄光率同比下降6個(gè)百分點(diǎn)，甘肅棄光率同比下降近10個(gè)百分點(diǎn)。

 

大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)，由資源中心運(yùn)送到負(fù)荷中心，考驗(yàn)著整個(gè)電力系統(tǒng)的友好性、靈活性和安全性，對(duì)電力系統(tǒng)技術(shù)和管理提出了更加嚴(yán)苛的要求。

 

“抽水蓄能電站啟停迅速，運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活，電網(wǎng)系統(tǒng)中建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮抽水蓄能電站與光伏、風(fēng)電運(yùn)行的互補(bǔ)性，減少新能源大規(guī)模隨機(jī)并網(wǎng)對(duì)系統(tǒng)的沖擊。”在世界水電大會(huì)上，國網(wǎng)新源控股有限公司代表在發(fā)言中提到。

 

作為電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)重要的“調(diào)節(jié)器”“穩(wěn)壓器”“平衡器”，如今，抽水蓄能電站已成為接納大規(guī)模清潔能源入網(wǎng)后的首選“標(biāo)配”。它是如何在促進(jìn)新能源消納中發(fā)揮作用的？

 

快速削峰填谷：保障清潔能源安全入網(wǎng)

 

大規(guī)模新能源消納一直是世界性難題。在中國，能源中心與負(fù)荷中心分布不均的矛盾由來已久。“三北”地區(qū)新能源聚集，電源結(jié)構(gòu)單一，靈活調(diào)節(jié)電源比重偏低，特別是近幾年用電需求增速放緩，消納市場總量不足。怎樣保證新能源平安上網(wǎng)、靈活消納和安全送出，是新能源快速發(fā)展必須面對(duì)的挑戰(zhàn)。

 

東北電網(wǎng)正面臨這樣的難題。

 

一方面，火電機(jī)組多，尤其是供熱機(jī)組比重大，調(diào)峰能力弱。另一方面，蒙東、遼寧、吉林等地蓬勃發(fā)展的風(fēng)電卻“等著”上網(wǎng)。如何減少風(fēng)電上網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng)？

 

“東北電網(wǎng)是典型的送端電網(wǎng)，電力供需形勢總體上供大于求，系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻能力嚴(yán)重不足。東北電網(wǎng)裝機(jī)容量13268萬千瓦，火電占總?cè)萘康?8.06%，風(fēng)電占20.50%，而具備靈活調(diào)峰能力的水電和抽水蓄能電站僅占4.96%、1.13%。”國網(wǎng)發(fā)展部相關(guān)負(fù)責(zé)人說。

 

2012年之后，隨著遼寧丹東蒲石河抽水蓄能電站的投運(yùn)，這種狀況有所改變。機(jī)組啟停速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、電能穩(wěn)定，讓蒲石河抽水蓄能電站能夠適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷急劇增長或下降的狀況。這正符合了風(fēng)電“來去自如”的特性。

 

“抽水蓄能電站快速轉(zhuǎn)變的靈活性，可以彌補(bǔ)風(fēng)力等新能源發(fā)電的隨機(jī)性和不均勻性，突破電網(wǎng)規(guī)模對(duì)新能源容量的限制，為大力發(fā)展新能源創(chuàng)造條件。抽水蓄能電站建在送端電網(wǎng)，主要是減少大規(guī)模新能源接入后對(duì)電網(wǎng)的沖擊，為電網(wǎng)接納更多新能源打好基礎(chǔ)。”遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司總工程師袁波說。

 

同時(shí)，蒲石河電站在電力系統(tǒng)中還可以發(fā)揮調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等重要功能，對(duì)保障供電安全、提高供電質(zhì)量發(fā)揮重要作用。

 

每天夜晚，蒲石河的抽水機(jī)組準(zhǔn)時(shí)啟動(dòng)，將下水庫的水抽上來，將富余電力轉(zhuǎn)換成水的勢能儲(chǔ)存。白天的用電高峰期，再將水能轉(zhuǎn)換成電能輸送回電網(wǎng)，起到削峰填谷的作用。因?yàn)轱L(fēng)電出力“隨機(jī)”，有時(shí)候，蒲石河的機(jī)組每天要啟動(dòng)十幾次，以幫助電網(wǎng)達(dá)到平衡的狀態(tài)，減少頻率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)造成的影響。

 

自投產(chǎn)運(yùn)行至今，蒲石河抽水蓄能電站累計(jì)消納清潔能源95.78億千瓦時(shí)，累計(jì)發(fā)電78.33億千瓦時(shí)。在消納清潔能源，減少化能源消耗，改善大氣環(huán)境和保障電網(wǎng)安全方面發(fā)揮了重要作用。

 

這只是抽水蓄能電站在消納清潔能源方面的一個(gè)縮影。近年來，國家電網(wǎng)公司持續(xù)加快電網(wǎng)調(diào)峰能力建設(shè)，發(fā)揮抽水蓄能電站作用，促進(jìn)新能源多發(fā)多用。今年上半年，豐寧等抽水蓄能電站和豐滿重建工程順利推進(jìn)。下半年將開工建設(shè)河南洛寧、浙江寧海等6座抽水蓄能電站。“十三五”期間，公司規(guī)劃開工29座抽水蓄能電站，總投資超過2000億元。

 

促進(jìn)清潔能源消納：配合特高壓實(shí)現(xiàn)大范圍資源優(yōu)化配置

 

東部省份浙江能源需求非常旺盛，截至2016年年底，浙江省裝機(jī)容量8311萬千瓦，預(yù)計(jì)到2020年裝機(jī)容量將超過1億千瓦，其中核電和區(qū)外來電超過3000萬千瓦，是典型的受端電網(wǎng)。這種能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使浙江非常期待抽水蓄能電站的建設(shè)。

 

從2008年開始，特高壓的建設(shè)逐漸加速。目前，已有8條特高壓直流線路的落點(diǎn)選在華東，輸送電力包括四川的水電、“三北”地區(qū)的新能源發(fā)電，輸送容量達(dá)到3976萬千瓦。

 

如此大規(guī)模的清潔能源輸入，電網(wǎng)安全成為重要的考量因素。

 

7月13～27日，浙江安吉，在天荒坪抽水蓄能電站工作的盧衍海告訴記者，近期天荒坪機(jī)組的啟停次數(shù)頻頻升高，達(dá)到日啟動(dòng)21次，日均發(fā)電量968萬千瓦時(shí)，為高溫天氣下電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

 

“相較其他的調(diào)峰手段，抽水蓄能電站啟停速度快，調(diào)峰容量大，尤其對(duì)于外來電比較多的特高壓受端地區(qū)，能有效保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。”華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司副總經(jīng)理朱興兵告訴記者。

 

抽水蓄能機(jī)組在旋轉(zhuǎn)備用時(shí)，幾秒內(nèi)就能滿負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組全停到滿負(fù)荷運(yùn)行也僅需要兩分鐘的時(shí)間，而在運(yùn)行中緊急切掉負(fù)荷，只需要零點(diǎn)幾秒的時(shí)間。相比較下，火電機(jī)組從全停到滿負(fù)荷運(yùn)行，至少要1小時(shí)左右。

 

“抽水蓄能電站既能滿足快速發(fā)電的要求，又能響應(yīng)因?yàn)橄到y(tǒng)故障導(dǎo)致電量多余這種緊急情況的處理。它發(fā)揮作用后，對(duì)于特高壓電網(wǎng)消納清潔能源是強(qiáng)有力的保障。”朱興兵介紹，天荒坪抽水蓄能電站，滿負(fù)荷運(yùn)行，能提供5個(gè)小時(shí)的電能。他們目前還在研究“同抽同發(fā)”模式和緊急支援系統(tǒng)功能，這意味著未來抽水蓄能處理電網(wǎng)緊急事故的能力將提升到秒級(jí)別。

 

華東電網(wǎng)的另一個(gè)特點(diǎn)，也讓抽水蓄能顯得格外重要。

 

“在受端電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站，有兩個(gè)主要的功能。首先是保證電網(wǎng)安全運(yùn)行，作為重要的備用電源使用。二是消納系統(tǒng)低谷清潔電能，并作為網(wǎng)內(nèi)用戶負(fù)荷應(yīng)急切除。”國網(wǎng)新源公司發(fā)展策劃部主任余賢華表示。

 

“華東電網(wǎng)2016年可調(diào)配容量達(dá)到2.78億萬千瓦，最高負(fù)荷1.85億萬千瓦，最高峰谷差6000多萬千瓦。”天荒坪抽水蓄能電站有限公司總經(jīng)理李浩良介紹，華東電網(wǎng)峰谷差大，外來電多，晚上必須要有“大客戶”來消納外來的低谷風(fēng)電，這個(gè)“大客戶”，就是抽水蓄能電站。

 

如果沒有抽水蓄能電站，夜間負(fù)荷低谷時(shí)，為保證風(fēng)電充分消納，將導(dǎo)致火電機(jī)組功率降低，甚至被迫停機(jī)，而白天需要再開機(jī)運(yùn)行。一開一關(guān)，增加了火電機(jī)組單位發(fā)電煤耗和污染排放。

 

“天荒坪抽水蓄能電站把夜間低谷的清潔電儲(chǔ)存起來，白天為系統(tǒng)提供更多充足的高峰電。”天荒坪公司運(yùn)檢部副主任王海濤說，這一儲(chǔ)一發(fā)之間，抽水蓄能電站的綜合效益充分體現(xiàn)：吸納清潔能源，又生產(chǎn)清潔發(fā)電，達(dá)到零排放、零污染，對(duì)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境改善助益很大。

 

據(jù)統(tǒng)計(jì)，天荒坪抽水蓄能電站投運(yùn)以來，已累計(jì)消納清潔來電450余億千瓦時(shí)。節(jié)能減排效果也非常明顯，天荒坪電站年均節(jié)約標(biāo)煤11.45萬噸，減少二氧化硫445噸，減少二氧化碳25.18萬噸，已成為消納華東電網(wǎng)外來清潔電，提高電能質(zhì)量，改善當(dāng)?shù)丨h(huán)境的有效方式。

 

這樣的例子不僅僅發(fā)生在華東。根據(jù)北京電力交易中心發(fā)布的報(bào)告，華中區(qū)域抽水蓄能電站機(jī)組利用效率顯著提高，利用抽蓄低谷調(diào)峰能力省間清潔能源消納成效顯著。

 

2016年，湖北白蓮河、湖南黑麋峰、河南寶泉三座抽水蓄能電站完成發(fā)電量46億千瓦時(shí)。2016年全年湖北消納四川、重慶富余低谷水電3億千瓦時(shí)，計(jì)劃外消納西北新能源13億千瓦時(shí)，有效減少了低谷時(shí)段的棄風(fēng)、棄光、棄水。

 

躍居“世界第一”：抽水蓄能正處于加快發(fā)展的重要機(jī)遇期

 

“新能源出力具有波動(dòng)性和隨機(jī)性，特別是高比例新能源電源接入電力系統(tǒng)后，要實(shí)現(xiàn)有效消納，系統(tǒng)內(nèi)必須配備必要的靈活調(diào)節(jié)電源。”余賢華說，“這就需要有大規(guī)模、高效環(huán)保的安全保障輔助服務(wù)和儲(chǔ)能需求設(shè)備作為系統(tǒng)調(diào)節(jié)器。”

 

從國內(nèi)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)看，抽水蓄能電站的發(fā)展，與各國新能源發(fā)電規(guī)?？焖贁U(kuò)大保持著近似“同步”的節(jié)拍。它以水能轉(zhuǎn)換為載體，通過提供系統(tǒng)儲(chǔ)能服務(wù)和多工況調(diào)度運(yùn)行，在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動(dòng)等任務(wù)，已經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分。

 

今年5月，我國抽水蓄能電站裝機(jī)容量達(dá)到2773萬千瓦，超過日本成為世界上抽水蓄能裝機(jī)容量最大的國家。在建機(jī)組容量達(dá)到3095萬千瓦，我國抽水蓄能在建和運(yùn)行電站機(jī)組容量均居世界第一。

 

根據(jù)對(duì)國外抽水蓄能產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模的調(diào)查，一般電力系統(tǒng)內(nèi)配備5%、10%到12%不等比例的抽蓄電站作為調(diào)節(jié)電源。

 

“究竟我國需要配備多大比例的抽水蓄能電源，有人提出5%，也有人認(rèn)為還要高一點(diǎn)。盡管我國抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模已位居世界首位，但是目前裝機(jī)容量占發(fā)電總裝機(jī)比例僅為1.7%，這個(gè)比例在后兩年還有下降的趨勢，總體上，發(fā)展規(guī)模是遠(yuǎn)低于合理水平的。但是，由于不同區(qū)域需求差異較大，后期發(fā)展既要關(guān)注增量，更要關(guān)注布局的優(yōu)化。”余賢華說，而這也意味著，我國抽水蓄能的發(fā)展空間和潛能，依舊很大，但布局優(yōu)化更顯重要。

 

根據(jù)國家能源局《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的要求，未來，我國將快速大幅提高抽水蓄能機(jī)組比例。“十三五”期間，計(jì)劃新開工抽水蓄能容量6000萬千瓦左右，到2020年中國抽水蓄能運(yùn)行容量將達(dá)到4000萬千瓦。

 

“抽水蓄能正處于加快發(fā)展的重要機(jī)遇期。未來更多抽水蓄能電站的投運(yùn)，將充分發(fā)揮削峰填谷等綜合輔助服務(wù)的功能，有助于電網(wǎng)安全調(diào)控能力和調(diào)峰能力的提升，將為促進(jìn)新能源大規(guī)模、大范圍消納打好基礎(chǔ)。”余賢華說。