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贵州最终确定的6个抽水蓄能电站规划站点,初步拟定装机容量共达到6000兆瓦。
“贵州急待建成一个抽水蓄能电站,否则根据我们的分析,到了2025年如果遭遇来水特枯的情况,贵州的电力供应以及黔电送粤将会受到严重影响,对贵州的社会经济发展也会产生巨大的负面影响。”中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司(以下简称贵阳院)规划设计分院总工程师、教授级高级工程师徐敏表示。
什么是抽水蓄能电站?为何一座电站的建成与否影响如此巨大?
对于世界电力工业的发展而言,抽水蓄能电站已然不是一个新鲜词汇。作为一种特殊的电源,其具有运行方式灵活和反应快速的特点,使其承担起对电网调节的重要任务。
而对贵州来说,随着贵州火电与风电比重的增加,建立抽水蓄能电站已成为必需。尽管目前已经完成全省抽水蓄能电站的规划选址工作,但未来的路仍任重而道远。
电网“超级蓄电池”
简单来说,抽水蓄能电站就是先用其他能源发出的电能,把水从低处的水库抽到位于高处的水库中储存起来,然后等到用电高峰时,把上水库的水放下来发电,用来补充用电高峰所需的部分电能。也就是在电力有剩余的时候把能量储存起来,在电力不足时把能量释放出来,是间接储能的一种方式。
徐敏说:“抽水蓄能电站就是电网的‘蓄电池’,调节平衡发电能力和用户需求,对电力系统的安全稳定经济运行起到保障作用,抽水蓄能将逐步成为电力系统灵活的动态管理工具。”
抽水蓄能电站具有独特、灵活、多样的运行方式,由于启停迅速,跟踪负荷强,可对系统负荷的急剧变化作出快速反应,具备在系统中担任事故备用、调频、无功支持、快速负荷调整及黑启动等任务的良好功能。
就因为这些“独门秘籍”,让其成为“电网危机化解专家”——当发生重大电网事故时,抽水蓄能电站不仅可调相运行,为电网提供调相支持,避免出现电压崩溃和热过载,而且能在短时间内从任何工况下转为满负荷发电,从而防止事故扩大和系统瓦解。抽水蓄能电站的动态功能,对避免发生电网大停电而带来的巨大经济损失所产生的间接社会效益是无法估量的。
电力工业是带有公共事业性质的基础产业,电力系统一旦发生事故,会给用户和社会带来巨大损失。尽管抽水蓄能电站能有效维持高质量的电力供应和维护电力系统的可靠性,帮助电力系统迅速恢复任何电力系统故障,但遗憾的是,贵州至今为止还没有一座抽水蓄能电站建成。
徐敏介绍,虽然贵州大中型水电分布较均匀,调节性能好,但由于受来水条件的限制,在遭遇特枯年份的情况下,贵州电网的调峰将面临异常艰难的局面。因此,在贵州建设一定规模的抽水蓄能电站,将有助于维护贵州电网在特殊气候条件情况下的安全稳定运行,确保供电安全和电能质量。
徐敏认为,建设适当容量的抽水蓄能电站,对解决贵州电力系统调峰困难,优化系统电源结构,改善水、火电运行条件,提高系统总体经济效益,维护电网安全稳定运行、确保黔电外送,配合风电运行、促进贵州省新能源发展,实现电力系统节能减排,建设智能电网等具有重要意义,对促进贵州社会经济协调发展、环境保护和资源节约利用将发挥积极的作用。
尚未达到电网最优配需求
尽管很多人对抽水蓄能电站很陌生,但实际上,它的出现已有一百多年的历史。
“抽水蓄能电站的发展历程和社会经济的发展密切相关。”徐敏说。
在1973年世界石油危机前,美欧日等经济发达国家经历了长达20余年的经济高速增长期。其间,电力负荷和峰谷差增加迅速,具有良好调节性能的抽水蓄能电站得以迅速发展。到2004年,全世界抽水蓄能电站总装机容量已达1.22亿千瓦,其中日本蓄能装机容量23683兆瓦,美国20010兆瓦,意大利8032兆瓦,抽水蓄能机组占全国装机的比重均超过10%。
日本是目前蓄能电站发展最快、装机容量最多的国家,其抽水蓄能电站建设规模始终根据电网总体经济最优确定,占装机容量的比例也一直保持在10%左右。
徐敏表示,与欧美、日本等发达地区和国家相比,我国抽水蓄能电站建设起步较晚。
据了解,我国20世纪70年代末才开始现代抽水蓄能技术的研究工作,90年代开始进入快速发展期,兴建了广州抽蓄一期、北京十三陵、浙江天荒坪等一批大型抽水蓄能电站。“十五”期间,又相继开工了张河湾、西龙池、白莲河等一批大型抽水蓄能电站。
从目前我国已建和在建抽水蓄能电站的布局来看,也印证了其与地方经济发展程度的关系——蓄能电站主要分布在华南、华中、华北、华东、东北等经济相对发达的地区。
“在我国抽水蓄能集中分布地主要以火力发电为主,而电力负荷和峰谷差增加迅速,用电高峰时段,短时间内负荷增加的幅度大,增加速率快,完全依靠火电机组适应这种负荷变化难度较大,也不经济。因此,在这些地方需要建设一定比例的蓄能电站。”徐敏说,实践证明,抽水蓄能在电力系统安全稳定经济运行中发挥了重要的、不可替代的作用。”
近年来,尽管抽水蓄能水库在我国得到了一定程度的发展,但与电网的最优配置需求,仍有一定的差距。
依据现有能源政策,根据我国部分电网2020年及2030年电源优化配置分析,以火电为主的电网,抽水蓄能电站的合理比例应在电力总装机的6%-10%,而水电比重较大的电网,其合理规模应在4%-7%之间。
然而,根据统计,截至2013年底,全国抽水蓄能电站投产规模达到21545兆瓦,约占全国发电装机总容量的1.76%,从蓄能机组容量所占电力系统比例看,约为世界平均水平的二分之一、发达国家的十分之一。
护航“风火”发电
随着贵州经济的发展,建设抽水蓄能电站成为贵州电力系统发展的必然选择,它的建成可以提高电力系统的供电质量及运行安全稳定,为贵州电力“老臣”火电与“新贵”风电的发展保驾护航。
截至2013年底,贵州电网统调装机36350.82兆瓦。其中,水电14002.72兆瓦,占总装机的38.52 %;火电21000兆瓦,占总装机的57.77 %;风电1348.1兆瓦,占总装机的3.71%。
一方面,在未来,贵州主要能源煤电的增长将会很快,而大型水电开发率达90%以上,2015年后大型水电基本开发完毕,电源建设将以大容量燃煤火电为主,水电在电网中的比例逐步下降,电网的调峰矛盾日显突出,从系统经济性和安全性的角度考虑,系统需要配置一定比例的抽水蓄能电站。
徐敏预计,2020年水电装机比重为26.2%,火电装机占总装机容量的比重在75%以上,到2030年水电将进一步下降至18.1%,这将导致电网调峰电源缺乏,造成电网中能源比例失调,电网在尖峰时常出现供电不足而低谷时又常有多余,不得不利用火电机组调峰,造成煤耗油耗增加,从而导致火电燃煤量有加大。
另一方面,随着贵州风电的快速发展,建设抽水蓄能电站,将帮助电力系统更加充分利用风能资源,配合风电运行的需要。
根据《贵州省新能源“十二五”发展规划》:贵州省“十二五”末风电装机规模确保达到4500兆瓦左右,力争达到6000兆瓦左右,到2020年,贵州省风力发电场总装机容量将达到6000兆瓦。
“如果达到这一规模,将对电网产生较大的冲击。风力发电主要靠天吃饭,作为电源具有间歇性和难以调度的特性。风电的存在,相当于电网中增加了一组负的‘不确定负荷’。”徐敏说,随着风电的大规模建设投产,贵州电网迫切需要配套建设更多的具备储能作用、技术成熟、运行灵活可靠的抽水蓄能电站。
由于风力发电存在随机性,大规模风电接入电网,电力系统中其他电源除需随负荷用电变化进行调节外,还需为适应风电的随机性进行出力调节,即对这些常规机组的调峰性能提出了更高的要求。风电场切入或出力增加时,电网中其他电源需调整出力,让出负荷由风电供电;风电场切除或出力下降时,其他电源的出力相应增加,补充风电减少造成的电力缺额。为风电准备的可调容量,不能靠临时性的启停机完成,而是处于旋转备用状态。
抽水蓄能电站具有启动灵活、爬坡速度快等常规水电站所具有的优点,既可调峰,又可填谷,具有双重调峰功能,即是非常好的调峰电源,又是方便、大容量的储能装置,可以很好的缓解风电给电力系统带来的不利影响。
贵州10年内急需建成抽水蓄能电站
磨刀不误砍柴工,实际上,贵州省的抽水蓄能电站选点规划工作早在12年前就早已启动,并于2012年底全部完成。
据介绍,2002年,贵州省启动了《贵州乌江流域水电开发综合利用辅助电源-抽水蓄能》报告的编制工作,其研究工作的内容主要是对乌江流域范围进行抽水蓄能电站的普查选点,此项工作于2004年完成。
2007年10月,由贵州省发展和改革委员会牵头,贵州乌江水电开发有限责任公司、贵阳院共同编制的《贵州省“十一五”乌江流域抽水蓄能专项规划》基本完成。
2006年底,贵阳院会同有关单位及部门着手开展珠江流域(贵州境内)范围内的抽水蓄能电站普查选点工作,普查工作范围包括珠江流域贵州境内的四大水系。
“后来我们发现,以前的普查均局限于流域,而根据抽水蓄能电站选点规划的要求,应站在贵州全省的角度来进行。受贵州省发展和改革委员会委托,贵阳院关于贵州抽水蓄能选点规划工作于2011年2月启动。”徐敏回忆。
贵阳院对乌江、珠江流域抽水蓄能普查站点进行复核,并对全省范围内其他未普查区域进行站点普查。从初步列出可能的174个站点中,通过不断论证、层层筛选、综合分析选择出地形地质及建设施工条件较好,建设条件明朗,距离负荷中心较近的大树子、坪上、莲花、楠木山、洞溪、石厂坝6个站点作为规划站点,并开展规划设计工作。
“通过选点规划工作,我们发现贵州建立抽水蓄能的资源丰富,并最终确定的6个规划站点,初步拟定装机容量共达到6000兆瓦。”徐敏说。
而根据贵阳院对贵州电网抽水蓄能电站的合理规模分析显示,2020年抽水蓄能合理规模1500兆瓦,2025年抽水蓄能合理规模为3500兆瓦。贵州的抽水蓄能已经具备的资源远远超过了需求。
徐敏表示:“电力作为基础产业要有超前意识。我们作出的初步分析显示,贵州需要抽水蓄能电站的时间在2020年到2025年,距现在最多还有10年的时间,而抽水蓄能电站的建设周期为5到8年。如果我们从现在开始抓紧完成规划审批、科研论证、勘测设计等工作,那么在2020年到2025年间建成一个抽水蓄能电站,正好可以赶上贵州发展的需要。”
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