抽水蓄能電站是智能電網(wǎng)的有機(jī)組成部分

                                         2010-09-08  

    2009年，我國(guó)政府鄭重承諾，到2020年，我國(guó)單位GDP的二氧化碳排放比2005年下降40%-50%，并將之作為約束性指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃。今后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的步伐將進(jìn)一步加快，低碳經(jīng)濟(jì)、清潔能源將迅猛發(fā)展。與此同時(shí)，風(fēng)電等清潔能源的大規(guī)模發(fā)展，也使得電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的壓力日益增大。

　　從技術(shù)的可行性、經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，配套建設(shè)一批大規(guī)模的抽水蓄能電站，充分發(fā)揮其在電力系統(tǒng)中具有的儲(chǔ)能、調(diào)峰填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)等功能，適應(yīng)我國(guó)風(fēng)電等清潔能源的大規(guī)模發(fā)展，有助于優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排和安全穩(wěn)定運(yùn)行，是當(dāng)前我國(guó)電力發(fā)展的現(xiàn)實(shí)選擇。

　　抽水蓄能電站的工作特性

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　　抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中具有不同于一般發(fā)電站的工作特性。抽水蓄能不能利用一次能源直接發(fā)電，它通過水泵工況抽水將系統(tǒng)中的多余電能轉(zhuǎn)化為上水庫(kù)水的勢(shì)能，在系統(tǒng)需要時(shí)，通過水輪發(fā)電機(jī)將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。抽水蓄能的低吸高發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了電能的有效存儲(chǔ)，有效調(diào)節(jié)了電力系統(tǒng)生產(chǎn)、供應(yīng)、使用，保持了三者之間的動(dòng)態(tài)平衡。抽水蓄能是能夠大規(guī)模儲(chǔ)能的發(fā)電裝置，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有效調(diào)節(jié)裝置。

　　（二）抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的功能

　　抽水蓄能在電力系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)等多種功能，是當(dāng)前最成熟、最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模電能儲(chǔ)存工具。

　　1.調(diào)峰填谷：低谷時(shí)電網(wǎng)有多余電力，高峰時(shí)電網(wǎng)電力不足。抽水蓄能電站利用低谷多余電力抽水蓄能，高峰時(shí)放水發(fā)電承擔(dān)高峰負(fù)荷，可明顯減少電網(wǎng)峰谷差。

　　2.事故備用：抽水蓄能電站從靜止達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行僅需1—2分鐘，能夠快速啟動(dòng)，迅速轉(zhuǎn)換工況。由它來承擔(dān)系統(tǒng)事故備用容量，可以有效減少火電機(jī)組承擔(dān)的旋轉(zhuǎn)備用容量，起到改善火電機(jī)組運(yùn)行方式、減少系統(tǒng)燃料消耗以及穩(wěn)定系統(tǒng)頻率和緩解事故等重要作用。

　　3．儲(chǔ)能：抽水蓄能通過水泵工況抽水將系統(tǒng)中的多余電能轉(zhuǎn)化為上水庫(kù)水的勢(shì)能，在系統(tǒng)需要時(shí)，通過水輪發(fā)電機(jī)將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能，是當(dāng)前最成熟、最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模電能儲(chǔ)存工具，儲(chǔ)能是其實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能的基礎(chǔ)。

　　4．調(diào)頻：在電網(wǎng)的頻率下降至設(shè)定值時(shí)，抽水蓄能機(jī)組會(huì)自動(dòng)從水泵工況、調(diào)相工況或停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電工況，向電網(wǎng)輸送電力，使電網(wǎng)的頻率自動(dòng)調(diào)整到設(shè)定值，保證了電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。

　　5．調(diào)相：調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是抽水蓄能電站的又一顯著特征，隨著技術(shù)的進(jìn)步和電網(wǎng)運(yùn)行的需要，目前大型抽水蓄能機(jī)組均可以在抽水和發(fā)電兩種工況下調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率。

　　6．黑啟動(dòng)：黑啟動(dòng)己成為電網(wǎng)崩潰后系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行的重要措施。一旦電網(wǎng)發(fā)生垮網(wǎng)事故，抽水蓄能電站在無外界幫助情況下，便可利用電站的上水庫(kù)的蓄水沖動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)，完成電廠自救發(fā)電,同時(shí)向無自救能力的火電廠提供廠用電，啟動(dòng)火電機(jī)組，使電網(wǎng)得以恢復(fù)正常運(yùn)行。

　　我國(guó)抽水蓄能的發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)劃

　?。ㄒ唬┪覈?guó)抽水蓄能發(fā)展現(xiàn)狀

　　截至2009年底，我國(guó)有18座抽水蓄能電站投入運(yùn)行，裝機(jī)容量達(dá)到1454.5萬千瓦；在建抽水蓄能電站12座，在建容量1114萬千瓦。我國(guó)抽水蓄能電站發(fā)展速度雖很快，但抽水蓄能裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量的比例還很低，僅為1.66%。

　　2005年，英國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)在燃?xì)鈾C(jī)組占本國(guó)裝機(jī)比重33%、22%、25%的情況下，抽水蓄能裝機(jī)仍分別達(dá)到了本國(guó)裝機(jī)比重的4%、2%和10%。世界發(fā)達(dá)國(guó)家的抽水蓄能占系統(tǒng)總裝機(jī)的比重一般在3%—10%之間。我國(guó)抽水蓄能裝機(jī)2009年底僅占系統(tǒng)裝機(jī)比重的1.66%，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域更低至1.56%，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)抽水蓄能裝機(jī)明顯不足，遠(yuǎn)不能滿足我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展和經(jīng)煤為主的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。

　?。ǘ┪覈?guó)抽水蓄能規(guī)劃情況

　　2009年8月，國(guó)家能源局在山東省泰安市召開了抽水蓄能電站建設(shè)工作座談會(huì)，會(huì)議明確，要充分認(rèn)識(shí)當(dāng)前做好抽水蓄能電站建設(shè)工作的重要性，扎實(shí)做好已建電站運(yùn)行管理和各前期項(xiàng)目工作；切實(shí)加強(qiáng)規(guī)劃工作，國(guó)家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司要會(huì)同水規(guī)總院及地方相關(guān)部門，認(rèn)真做好抽水蓄能電站建設(shè)布局的研究和規(guī)劃工作。此次座談會(huì)的召開，對(duì)加快我國(guó)抽水蓄能的發(fā)展起到了積極促進(jìn)作用。

　　為落實(shí)國(guó)家能源局抽水蓄能電站建設(shè)工作座談會(huì)議精神，國(guó)家電網(wǎng)公司積極部署，與中國(guó)水電工程顧問集團(tuán)聯(lián)合，配合“十二五”規(guī)劃開展了國(guó)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)域抽水蓄能的選點(diǎn)規(guī)劃工作。從2009年8月底到2010年上半年，基本完成了國(guó)網(wǎng)經(jīng)營(yíng)區(qū)域19個(gè)省市的抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃任務(wù)，復(fù)核和新選了大量的抽水蓄能站址；南方電網(wǎng)公司也先后開展了廣東、海南兩省的抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃工作。這些工作為我國(guó)抽水蓄能的可持續(xù)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

抽水蓄能在我國(guó)電力系統(tǒng)中的作用

　　抽水蓄能電站與其他電源優(yōu)化配置，充分發(fā)揮其在電力系統(tǒng)中的調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動(dòng)等多種功能，可以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，大力促進(jìn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電等清潔能源的發(fā)展。抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的具體作用如下：

　　（一）配合火電機(jī)組運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能減排

　　抽水蓄能電站的調(diào)峰填谷具有明顯的節(jié)煤作用，一是減少了火電機(jī)組參與調(diào)峰啟停次數(shù)，使得火電機(jī)組出力過程平穩(wěn)，提高負(fù)荷率并在高效區(qū)運(yùn)行，降低機(jī)組的燃料消耗。二是在經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況下，低谷電由系統(tǒng)中煤耗最低的基荷機(jī)組發(fā)出，而高峰電由系統(tǒng)中煤耗最高的調(diào)峰機(jī)組發(fā)出。

　　抽水蓄能電站的環(huán)保效益體現(xiàn)在一方面通過減少火電機(jī)組參與調(diào)峰啟停次數(shù)降低機(jī)組燃料消耗，減少硫化物、氮氧化物、粉塵及一氧化碳等的排放。另一方面可以通過耗用裝有脫硫裝置的高效電量替代未安裝脫硫裝置的落后機(jī)組電量減少污染物排放。

　?。ǘ┍ＷC電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，提高供電質(zhì)量

　　我國(guó)電力系統(tǒng)裝機(jī)以煤電為主。煤電機(jī)組的調(diào)峰幅度相對(duì)較小、調(diào)峰能力相對(duì)較差，雖能滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行要求，但遠(yuǎn)不能保障電力系統(tǒng)事故情況下的快速調(diào)節(jié)要求。抽水蓄能電站具有適應(yīng)負(fù)荷快速變化的特性，從抽水工況到滿負(fù)荷運(yùn)行一般只有2-3分鐘，可以快速大范圍調(diào)節(jié)出力。

　　抽水蓄能電站對(duì)于提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，保證供電質(zhì)量具有重要作用。一是抽水蓄能電站啟停靈活、反應(yīng)快速，具有在電力系統(tǒng)中擔(dān)任緊急事故備用和黑啟動(dòng)等任務(wù)的良好動(dòng)態(tài)性能，可有效提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平；二是抽水蓄能電站跟蹤負(fù)荷迅速，能適應(yīng)負(fù)荷的急劇變化，是電力系統(tǒng)中靈活可靠的調(diào)節(jié)頻率和穩(wěn)定電壓的電源，可有效地保證和提高電網(wǎng)運(yùn)行頻率、電壓質(zhì)量的穩(wěn)定性；三是抽水蓄能電站利用其調(diào)峰填谷性能可以降低系統(tǒng)峰谷差，提高電網(wǎng)運(yùn)行平穩(wěn)性，有效減少電網(wǎng)拉閘限電次數(shù)，減少對(duì)企業(yè)和居民等廣大電力用戶生產(chǎn)和生活的影響。

　?。ㄈ┡浜巷L(fēng)電等可再生能源大規(guī)模發(fā)展，提高電力系統(tǒng)消納風(fēng)電等清潔能源的能力

　　2005年可再生能源法頒布后，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展迅猛。截至2009年底，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到了1613萬千瓦。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)風(fēng)電發(fā)展規(guī)模將達(dá)到1.5億千瓦。風(fēng)電受當(dāng)?shù)仫L(fēng)力變化的影響，發(fā)電極不穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)沖擊非常大。我國(guó)陸地風(fēng)資源主要分布在“三北”等經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)無法消納大量風(fēng)電，制約了風(fēng)電的發(fā)展，風(fēng)電必須經(jīng)高電壓等級(jí)電網(wǎng)遠(yuǎn)距離送出。

　　電力系統(tǒng)建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，充分發(fā)揮抽水蓄能與風(fēng)電運(yùn)行的互補(bǔ)性，在系統(tǒng)中有多余風(fēng)電時(shí)抽水、蓄能，在風(fēng)電突然減少時(shí)及時(shí)發(fā)電，保持電網(wǎng)特別是高電壓等級(jí)電網(wǎng)輸電的穩(wěn)定性，發(fā)揮抽水蓄能電站既可以平衡風(fēng)電發(fā)電量的不均衡性，又可以參加電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)頻的優(yōu)點(diǎn)，減少風(fēng)電對(duì)電網(wǎng)的沖擊，解決當(dāng)前風(fēng)電開發(fā)送出困難的實(shí)際問題。

　　（四）配合核電大規(guī)模發(fā)展，減少系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻壓力

　　核電是我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、減少溫室氣體排放的重要舉措。根據(jù)現(xiàn)有發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2020年我國(guó)核電裝機(jī)將達(dá)到7000-8000萬千瓦。核電適宜長(zhǎng)期穩(wěn)定帶基荷運(yùn)行，大規(guī)模發(fā)展核電將給以煤電為主的電力系統(tǒng)調(diào)峰帶來極大壓力。建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站與核電配合運(yùn)行，可解決核電在基荷運(yùn)行時(shí)的調(diào)峰問題，提高核電站的運(yùn)行效益和安全性。同時(shí)抽水蓄能電站還是核電站的事故備用電源。廣州抽水蓄能電站對(duì)大亞灣核電站的調(diào)節(jié)是當(dāng)前我國(guó)抽水蓄能與核電配合運(yùn)行的成功范例。

　?。ㄎ澹┦翘馗邏狠旊姷陌踩Ｕ希侵悄茈娋W(wǎng)的有機(jī)組成部分

　　特高壓電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了我國(guó)各個(gè)電網(wǎng)間電力電量補(bǔ)償、備用，是優(yōu)化能源資源配置和保障國(guó)家能源安全重要工具。但特高壓電網(wǎng)建設(shè)也對(duì)電網(wǎng)安全提出了更高要求，電網(wǎng)規(guī)模越大，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)就越大，一旦出現(xiàn)問題所造成損失也就越大。對(duì)于大容量和長(zhǎng)距離送電，必須配備一定容量具有快速反應(yīng)特征和調(diào)頻、調(diào)相功能的電站作為緊急事故備用，以防止系統(tǒng)崩潰造成巨大損失。

　　在特高壓電網(wǎng)的受電端、中間落點(diǎn)，甚至起點(diǎn)建立適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮抽水蓄能電站獨(dú)有的快速反應(yīng)特性，有效防范電網(wǎng)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)，防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)崩潰。另外，在特高壓送電的受電端配置一定規(guī)模的抽水蓄能電站，可以有效提高受端電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，提高整個(gè)區(qū)域輸電線路的利用率，減少輸電損失。

　　隨著國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快，風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電大規(guī)模發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)對(duì)風(fēng)電等清潔能源消納、平穩(wěn)運(yùn)行的壓力逐步加大，社會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求逐步提高，抽水蓄能作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要工具，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的功能將日益凸顯。（劉殿海）


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