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抽水蓄能的演变与发展

日期:2023-05-05    来源:北大纵横  作者:韩鹏飞

国际储能网

2023
05/05
10:02
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关键词: 抽水蓄能电站 新能源产业 抽水蓄能

抽水蓄能电站独特的功能价值,使其成为大多数国家电力系统的重要组成部分。我国能源结构调整和电力系统发展要求具备一定规模的抽水蓄能电站,因此对于能源转型及新型电力系统构建而言,抽水蓄能电站意义重大。

抽水蓄能电站的作用

调峰填谷兼具

抽水蓄能电站是一种特殊形式的水电站,在电力系统负荷高峰时段,可以作为水电站发电,参加调峰;在负荷低谷时段,又可以作为扬水站,吸收低谷廉价电量抽水蓄能,从而调整电力系统峰谷差,改善电力系统日负荷特性及大型火电、核电机组运行条件,同时还可以降低发电成本,改善环境污染状况及减少火电环保费用开支等。因此抽水蓄能电站替代火电机组调峰经济效益显著。

事故备用电源

抽水蓄能电站机组启停速度快,从起动到满载发电一般只需2~3分钟,卸负荷则更快,待机备用与旋转备用几乎可同样对待,从抽水工况转换到满负荷发电一般也只需3分钟左右。由于电力系统的事故通常为突发,为了确保电网安全和用户需要,必须及时投入事故备用容量。而抽水蓄能电站是承担电力系统紧急事故备用任务的最佳方案,是理想的事故备用保安电源。

承担临时任务

抽水蓄能机组起动速度快、成功率高,能够胜任诸如部分煤电机组停机未能按时起动,需要机组临时顶替的临时性任务。同时由于抽水蓄能机组既可作为电源又可作为负荷,因此在大功率核电和水、火电机组试运行期间进行甩负荷及满负荷振动试验时,抽水蓄能机组可密切配合,促使电网调度更加便捷简单。

实现调频调相

电力生产的特点是产、供、销一次完成,如果供大于求,则周波上升,反之周波下降。国家规定标准周波为50Hz,允许变化范围为49.8~50.2Hz,否则供电质量不合格。由于抽水蓄能机组运用灵活,爬坡能力强,出力升降速度快,能迅速跟踪电网负荷变化,因此具有承担电网调频任务的能力,是电力系统中最为理想的调频电站。同时电力系统中不仅有功需要平衡,无功也需要平衡,这样才能使电网电压保持稳定,否则供电质量难以保证,因此电力系统中需要有一些机组来承担调相任务。抽水蓄能机组调相耗电较少,且控制方便,是电力系统中承担调相任务的最佳方案。

抽水蓄能的发展简述

抽水蓄能水电站1882年诞生于瑞士,早期以蓄水为主要目的。二十世纪上半叶抽水蓄能电站发展缓慢,直到1945年第二次世界大战结束后,全世界也只有50余座抽水蓄能电站投入运行,主要分布在美国、日本和欧洲一些国家。

20世纪60~80年代,是抽水蓄能电站蓬勃发展的时期,特别是70年代至80年代,迎来抽水蓄能电站发展的黄金期。二战后,欧美国家经历了20年的经济高速发展,电力负荷随之增长,大众生活水平提高,导致用电高峰与低谷差迅速增加,具有良好调峰填谷性能的抽水蓄能电站迎来了迅速发展契机。60年代抽水蓄能电站的装机容量年均增加1259MW,而70年代和80年代更是各增加3051MW和4036MW。

20世纪90年代以后,世界经济增长速度大幅下降,经济减速导致电力负荷增长放缓,抽水蓄能电站建设年均增长率从80年代的6.45%降至1.55%。

据《储能产业研究白皮书2023》最新数据显示,2022年全球已投运电力储能规模累计237.2GW,年增长率15%;抽水蓄能累计装机规模占比首次低于80%,同比下降6.8%。

我国抽水蓄能电站起步较晚,60年代才先后在河北省岗南水电站安装了一台由日本引进的单机容量为1.1万kW可逆斜流式机组,以及在北京市密云水电站安装了二台国产单机容量为1.1万kW可逆斜流式机组,使岗南、密云两座水电站成为混合式电站,既可常规发电,又可抽水蓄能。

近年来,随着能源向绿色低碳转型,我国抽水蓄能电站行业规模正不断扩大,产业链体系已基本形成。根据国家能源局数据,2022年中国抽水蓄能新增装机容量8.8GW,截至2022年底抽水蓄能累计装机容量达45.19GW,较2021年增长24.18%,占全球市场总规模的25%,年增长率38%。

2021年,国家能源局发布《抽水蓄能中长期发展规划(2021—2035年)》以政策引导抽水蓄能电站建设速度进一步加快,预计到2025年装机容量将达到62GW,到2030年达到120GW左右。抽水蓄能电站作为一种能源转换技术,并能改善电网结构、提高电网安全性能,已受到国家高度重视。

抽水蓄能的定位问题

对抽水蓄能电站的评价通常以上网电价论高低,这种相对片面的观点导致对抽水蓄能电站在电力系统中的功能定位认识不到位。不区分抽水蓄能电站与常规电厂在系统中的功能差异,仅仅看到其短期不足,忽略系统经济性,以及在电力系统安全稳定运行和供电质量保障中的重要作用,从而形成抽水蓄能电站上网电价高、经济性差的惯性意识,严重影响了对抽水蓄能电站的正确评价。

抽水蓄能电站在电网中主要以动态效益为主,上网电价只反映抽水蓄能电站发电量多少,这一发电量与常规水电站相比较低,约为常规水电站发电量的四分之一;且抽水蓄能电站的发电量往往与电网负荷水平、电源结构以及地区经济发展联系紧密,因此难以确定。抽水蓄能电站发电量少是系统优化的必然结果,如果仅用上网电价作为唯一指标来定位抽水蓄能工程,将给电站立项审批带来很大负面效应,对当前电源结构调整极为不利;而对电网来说,则更为重视提供电量多的电源等等。一系列问题的出现使得抽水蓄能电站的效益未能充分得以呈现,间接影响了抽水蓄能电站建设的积极性。

抽水蓄能的发展思路

与电力规划协调融合

抽水蓄能规划应在电力行业发展规划的指导下,与其它电源和电网进行统一规划,以有效发挥电站在保障电网安全稳定、提高系统运行效率等方面的积极作用,实现最大范围资源优化配置。

与能源战略高度适应

抽水蓄能规划须适应国家能源发展整体战略,适应当前能源结构调整、绿色低碳清洁化的发展形势,并满足电力系统安全运行及新能源发展对抽水蓄能电站建设的新要求。

强化电站统一的规划

抽水蓄能电站的建设必须结合电源结构、电源布局、电网发展、负荷特点以及全国联网等相关因素,以及送受端抽水蓄能电站功能的合理定位,确定抽水蓄能电站的合理比重、布局与建设时序,使抽水蓄能电站的建设与发展科学有序进行。

兼顾多元化综合效益

抽水蓄能电站建设在推进过程中应做好电站资源的调查选址工作,确保抽水蓄能电站规模适宜、条件优良、指标良好、对自然和生态环境影响较小,在此基础上考虑抽水蓄能的综合效益,拟定详细的建设方案等。

加快电站的前期工作

按照距负荷中心近、地形地质条件和技术指标优越的原则,全面系统地开展抽水蓄能电站选址,提升前期工作进度,提前做好项目储备,确保抽水蓄能建设规划的落地实施。

争取合理的投资回报

目前我国抽水蓄能电站的建设和运营成本基本由电网企业承担,实质上增加了电网企业的经营压力。未来将考虑合理测算抽水蓄能电站投资和运营成本,力争足额纳入电网运行费用,并建立科学完善的相关电价机制。

综上,随着我国抽水蓄能行业的不断发展,以及国家政策的积极导向,抽水蓄能电站将被赋予更多责任与使命,在可见的未来,我国将迎来抽水蓄能事业的黄金时期。


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