抽蓄電站:高效調(diào)節(jié)促清潔能源消納

發(fā)布時(shí)間:2017-08-21   來源:電力網(wǎng)

  我國已經(jīng)成為世界上抽水蓄能裝機(jī)容量最大的國家。抽水蓄能電站能夠在送端電網(wǎng)發(fā)揮高效調(diào)節(jié)作用,在受端電網(wǎng)快速削峰填谷,與特高壓輸電配合,能促進(jìn)清潔能源大范圍輸送和消納。抽水蓄能電站在未來新能源大規(guī)模接入電網(wǎng)、電力系統(tǒng)智能化程度越來越高的趨勢下,將扮演越來越重要的角色。

  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)對系統(tǒng)的沖擊。”在世界水電大會上,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?!叭薄钡貐^(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%?!眹W(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)模新能源接入后對電網(wǎng)的沖擊,為電網(wǎng)接納更多新能源打好基礎(chǔ)?!边|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?!笆濉逼陂g,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?!碧旎钠撼樗钅茈娬居邢薰究偨?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存起來,白天為系統(tǒng)提供更多充足的高峰電?!碧旎钠汗具\(yùn)檢部副主任王海濤說,這一儲一發(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)模快速擴(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?!庇噘t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?!笆濉逼陂g,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)?!庇噘t華說。

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