剑三 生死判:抽水蓄能电站是智能电网的有机组成部分

               抽水蓄能电站是智能电网的有机组成部分

                                         2010-09-08  

    2009年，我国政府郑重承诺，到2020年，我国单位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%-50%，并将之作为约束性指标纳入国民经济和社会发展中长期规划。今后相当长时期内，我国能源结构转变的步伐将进一步加快，低碳经济、清洁能源将迅猛发展。与此同时，风电等清洁能源的大规模发展，也使得电力系统的安全稳定经济运行的压力日益增大。

　　从技术的可行性、经济性出发，配套建设一批大规模的抽水蓄能电站，充分发挥其在电力系统中具有的储能、调峰填谷、事故备用、调频、调相、黑启动等功能，适应我国风电等清洁能源的大规模发展，有助于优化调整能源结构，实现电力系统的节能减排和安全稳定运行，是当前我国电力发展的现实选择。

　　抽水蓄能电站的工作特性

　　（一）抽水蓄能工作原理

　　抽水蓄能电站在电力系统中具有不同于一般发电站的工作特性。抽水蓄能不能利用一次能源直接发电，它通过水泵工况抽水将系统中的多余电能转化为上水库水的势能，在系统需要时，通过水轮发电机将水的势能转化为电能。抽水蓄能的低吸高发功能，实现了电能的有效存储，有效调节了电力系统生产、供应、使用，保持了三者之间的动态平衡。抽水蓄能是能够大规模储能的发电装置，是保障电力系统安全稳定经济运行有效调节装置。

　　（二）抽水蓄能在电力系统中的功能

　　抽水蓄能在电力系统中具有调峰填谷、事故备用、调频、调相、黑启动等多种功能，是当前最成熟、最经济的大规模电能储存工具。

　　1.调峰填谷：低谷时电网有多余电力，高峰时电网电力不足。抽水蓄能电站利用低谷多余电力抽水蓄能，高峰时放水发电承担高峰负荷，可明显减少电网峰谷差。

　　2.事故备用：抽水蓄能电站从静止达到满负荷运行仅需1—2分钟，能够快速启动，迅速转换工况。由它来承担系统事故备用容量，可以有效减少火电机组承担的旋转备用容量，起到改善火电机组运行方式、减少系统燃料消耗以及稳定系统频率和缓解事故等重要作用。

　　3．储能：抽水蓄能通过水泵工况抽水将系统中的多余电能转化为上水库水的势能，在系统需要时，通过水轮发电机将水的势能转化为电能，是当前最成熟、最经济的大规模电能储存工具，储能是其实现各项功能的基础。

　　4．调频：在电网的频率下降至设定值时，抽水蓄能机组会自动从水泵工况、调相工况或停机状态转为发电工况，向电网输送电力，使电网的频率自动调整到设定值，保证了电网的频率质量。

　　5．调相：调节系统无功，提高系统的稳定性，是抽水蓄能电站的又一显著特征，随着技术的进步和电网运行的需要，目前大型抽水蓄能机组均可以在抽水和发电两种工况下调节系统的无功功率。

　　6．黑启动：黑启动己成为电网崩溃后系统恢复正常运行的重要措施。一旦电网发生垮网事故，抽水蓄能电站在无外界帮助情况下，便可利用电站的上水库的蓄水冲动水轮发电机，完成电厂自救发电,同时向无自救能力的火电厂提供厂用电，启动火电机组，使电网得以恢复正常运行。

　　我国抽水蓄能的发展现状与规划

　　（一）我国抽水蓄能发展现状

　　截至2009年底，我国有18座抽水蓄能电站投入运行，装机容量达到1454.5万千瓦；在建抽水蓄能电站12座，在建容量1114万千瓦。我国抽水蓄能电站发展速度虽很快，但抽水蓄能装机容量占总装机容量的比例还很低，仅为1.66%。

　　2005年，英国、美国、日本等国在燃气机组占本国装机比重33%、22%、25%的情况下，抽水蓄能装机仍分别达到了本国装机比重的4%、2%和10%。世界发达国家的抽水蓄能占系统总装机的比重一般在3%—10%之间。我国抽水蓄能装机2009年底仅占系统装机比重的1.66%，国家电网公司经营区域更低至1.56%，与世界发达国家相比，我国抽水蓄能装机明显不足，远不能满足我国经济社会快速发展和经煤为主的电力系统安全稳定经济运行的需要。

　　（二）我国抽水蓄能规划情况

　　2009年8月，国家能源局在山东省泰安市召开了抽水蓄能电站建设工作座谈会，会议明确，要充分认识当前做好抽水蓄能电站建设工作的重要性，扎实做好已建电站运行管理和各前期项目工作；切实加强规划工作，国家电网公司和南方电网公司要会同水规总院及地方相关部门，认真做好抽水蓄能电站建设布局的研究和规划工作。此次座谈会的召开，对加快我国抽水蓄能的发展起到了积极促进作用。

　　为落实国家能源局抽水蓄能电站建设工作座谈会议精神，国家电网公司积极部署，与中国水电工程顾问集团联合，配合“十二五”规划开展了国网经营区域抽水蓄能的选点规划工作。从2009年8月底到2010年上半年，基本完成了国网经营区域19个省市的抽水蓄能选点规划任务，复核和新选了大量的抽水蓄能站址；南方电网公司也先后开展了广东、海南两省的抽水蓄能选点规划工作。这些工作为我国抽水蓄能的可持续发展打下了坚实的基础。

抽水蓄能在我国电力系统中的作用

　　抽水蓄能电站与其他电源优化配置，充分发挥其在电力系统中的调峰填谷、调频、调相、事故备用、黑启动等多种功能，可以保障电力系统的安全稳定经济运行，大力促进风电、太阳能发电、核电等清洁能源的发展。抽水蓄能在电力系统中的具体作用如下：

　　（一）配合火电机组运行，实现电力系统节能减排

　　抽水蓄能电站的调峰填谷具有明显的节煤作用，一是减少了火电机组参与调峰启停次数，使得火电机组出力过程平稳，提高负荷率并在高效区运行，降低机组的燃料消耗。二是在经济调度情况下，低谷电由系统中煤耗最低的基荷机组发出，而高峰电由系统中煤耗最高的调峰机组发出。

　　抽水蓄能电站的环保效益体现在一方面通过减少火电机组参与调峰启停次数降低机组燃料消耗，减少硫化物、氮氧化物、粉尘及一氧化碳等的排放。另一方面可以通过耗用装有脱硫装置的高效电量替代未安装脱硫装置的落后机组电量减少污染物排放。

　　（二）保证电力系统安全稳定运行水平，提高供电质量

　　我国电力系统装机以煤电为主。煤电机组的调峰幅度相对较小、调峰能力相对较差，虽能满足系统正常运行要求，但远不能保障电力系统事故情况下的快速调节要求。抽水蓄能电站具有适应负荷快速变化的特性，从抽水工况到满负荷运行一般只有2-3分钟，可以快速大范围调节出力。

　　抽水蓄能电站对于提高电力系统安全稳定运行水平，保证供电质量具有重要作用。一是抽水蓄能电站启停灵活、反应快速，具有在电力系统中担任紧急事故备用和黑启动等任务的良好动态性能，可有效提高电力系统安全稳定运行水平；二是抽水蓄能电站跟踪负荷迅速，能适应负荷的急剧变化，是电力系统中灵活可靠的调节频率和稳定电压的电源，可有效地保证和提高电网运行频率、电压质量的稳定性；三是抽水蓄能电站利用其调峰填谷性能可以降低系统峰谷差，提高电网运行平稳性，有效减少电网拉闸限电次数，减少对企业和居民等广大电力用户生产和生活的影响。

　　（三）配合风电等可再生能源大规模发展，提高电力系统消纳风电等清洁能源的能力

　　2005年可再生能源法颁布后，我国风电发展迅猛。截至2009年底，我国风电装机容量达到了1613万千瓦。预计到2020年，我国风电发展规模将达到1.5亿千瓦。风电受当地风力变化的影响，发电极不稳定，对系统冲击非常大。我国陆地风资源主要分布在“三北”等经济欠发达地区，当地电网无法消纳大量风电，制约了风电的发展，风电必须经高电压等级电网远距离送出。

　　电力系统建设适当规模的抽水蓄能电站，充分发挥抽水蓄能与风电运行的互补性，在系统中有多余风电时抽水、蓄能，在风电突然减少时及时发电，保持电网特别是高电压等级电网输电的稳定性，发挥抽水蓄能电站既可以平衡风电发电量的不均衡性，又可以参加电网运行调频的优点，减少风电对电网的冲击，解决当前风电开发送出困难的实际问题。

　　（四）配合核电大规模发展，减少系统调峰调频压力

　　核电是我国电力系统实现节能减排、减少温室气体排放的重要举措。根据现有发展趋势，预计2020年我国核电装机将达到7000-8000万千瓦。核电适宜长期稳定带基荷运行，大规模发展核电将给以煤电为主的电力系统调峰带来极大压力。建设适当规模的抽水蓄能电站与核电配合运行，可解决核电在基荷运行时的调峰问题，提高核电站的运行效益和安全性。同时抽水蓄能电站还是核电站的事故备用电源。广州抽水蓄能电站对大亚湾核电站的调节是当前我国抽水蓄能与核电配合运行的成功范例。

　　（五）是特高压输电的安全保障，是智能电网的有机组成部分

　　特高压电网实现了我国各个电网间电力电量补偿、备用，是优化能源资源配置和保障国家能源安全重要工具。但特高压电网建设也对电网安全提出了更高要求，电网规模越大，电网安全稳定运行风险就越大，一旦出现问题所造成损失也就越大。对于大容量和长距离送电，必须配备一定容量具有快速反应特征和调频、调相功能的电站作为紧急事故备用，以防止系统崩溃造成巨大损失。

　　在特高压电网的受电端、中间落点，甚至起点建立适当规模的抽水蓄能电站，可以充分发挥抽水蓄能电站独有的快速反应特性，有效防范电网发生故障的风险，防止事故扩大和系统崩溃。另外，在特高压送电的受电端配置一定规模的抽水蓄能电站，可以有效提高受端电网的调节能力，提高整个区域输电线路的利用率，减少输电损失。

　　随着国家能源结构调整步伐的加快，风电、太阳能发电、核电大规模发展，我国电力系统对风电等清洁能源消纳、平稳运行的压力逐步加大，社会对电力系统安全稳定运行的要求逐步提高，抽水蓄能作为电力系统安全稳定经济运行的重要工具，在电力系统中发挥的功能将日益凸显。（刘殿海）


    作者单位： 国网新源控股有限公司