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西北地區發展抽水蓄能的意義與面臨的主要問題

文章來源:恒警水利 更新時間:2015/3/26

西北地區發展抽水蓄能電站的意義
  《能源發展"十二五"規劃》提出,2015年全國并網風電裝機10000萬kW,太陽能發電2100萬kW。《可再生能源發展"十二五"規劃》提出,到2020年累計并網風電裝機達到20000萬kW,并網太陽能發電達到5000萬kW。截止2012年底,全國并網風電6083萬kW,并網太陽能發電328萬kW,距規劃目標尚有一定的距離,因此規模化開發風電與光電,實現大基地開發對實現能源發展規劃具有重要的意義。
  1 、西北地區是我國重要的新能源基地
  西北地區能源資源富集,在我國能源發展總體布局和"西電東送"戰略規劃中,是重要的能源外送基地。近年來,西北地區積極加快電力發展,推進電力送出通道和本區電網的建設,促進能源資源在全國實現更好的優化配置。風能和太陽能是西北地區的優勢能源資源之一,適合建設大基地集中開發及外送,在我國能源和電力發展戰略中具有重要地位。
  西北地區是我國風能資源最豐富地區之一,特別是新疆、甘肅等省區風能資源開發潛力巨大。根據氣象部門風能資源詳查成果,新疆和甘肅70m高風能資源技術可開發量分別為4億kW和2.4億kW,僅次于內蒙古。為了有效利用西北地區的風能資源,國家從2005年開始組織完成了甘肅酒泉和新疆哈密千萬千瓦基地規劃工作,并在2010年的風電接入電網和市場消納研究中就西北地區風電的市場消納做了重點研究,進一步明確了西北各省(區)風電的可開發潛力和消納市場。基于上述研究,國家在全國風電"十二五"發展規劃中,將新疆、甘肅以及寧夏列為重點開發區域,初步規劃到2015年西北地區實現風電裝機2600萬kW以上,其中新疆規劃規模1000萬kW,甘肅規劃1100萬kW,寧夏規劃規模300萬kW,青海和陜西規劃規模力爭達到200萬kW以上。《可再生能源發展"十二五"規劃》提出,到2020年,甘肅、新疆風電裝機分別達到2000萬kW,寧夏達到400萬kW。
  西北地區也是我國太陽能資源最豐富地區之一,根據全國太陽能發電"十二五"發展規劃,預計到2015年西北地區實現安裝規模560萬kW以上,其中:青海規劃200萬kW,新疆規劃200萬kW,甘肅規劃100萬kW,寧夏規劃100萬kW,陜西規劃60萬kW。
  為解決西北地區新能源的市場消納問題,國家規劃建設新疆哈密至河南鄭州、哈密至重慶、甘肅酒泉至湖南株洲、寧東-浙江±800kV直流輸電通道以及新疆至陜甘青寧電網750kV第二通道。
  2 、風電與光電并網存在的主要問題
  目前西北電網新能源接納存在的主要問題有:
  (1)西北電網負荷水平相對較低,對風電、光電等新能源的接納空間有限。西北地區風能資源、太陽能資源富集區均遠離主電網負荷中心,大多位于電網末端,當地消納能力十分有限。
  (2)電網調峰能力不足。陜西、寧夏、新疆主電網等都是以火電為主的電力系統,加上熱電機組比較多、常規水電受綜合利用制約,調峰能力成為制約電網接納風電、光電能力的重要因素。
  (3)配套的電網送出工程、調峰電源建設滯后。大規模風電、光電等新能源僅僅依托西北電網以750kV為主的主網架和網內調峰電源無法完全消納,需和其它具有調峰調頻能力電源共同組建輸電平臺,依托特高壓輸電線路外送至區外消納。風電、光電工程建設周期短,相應配套的電網送出工程和調峰電源建設周期均較長,兩者的建設管理模式亦不同,協調難度較大,制約了風電、光電等新能源的大規模開發。
  (4)風、光功率預測系統,電能質量在線監測等新能源接入電網相關技術仍需進一步完善;動態無功補償裝置、功率控制系統等裝備水平有待進一步提高。
  上述問題涉及輸送通道建設、負荷水平、調峰能力、運行調度及管理體制等多方面。對于輸送通道不足的問題,需加強規劃協調,加快電網和配套電源建設;對于負荷水平低,電力市場空間不足的問題,需考慮將一部分新能源外送消納;對于電網調峰能力和快速反應能力不足的問題,在充分發揮黃河上游常規水電調峰能力的基礎上,還需配置一定規模的抽水蓄能電站。
  3 、抽水蓄能電站對促進風電與光電消納具有重要的作用
  (1)抽水蓄能電站可以增強電網調峰能力,并相應提高電網接納風電、光電的能力。抽水蓄能電站調峰能力強,反應速度快,運行方式靈活,可顯著提高電網調峰和快速反應能力,相應提高電網對風電、光電的接納能力。
  (2)抽水蓄能電站是當前最具規模化和最經濟的"儲能"方式。利用這種獨特的"儲能"功能,可以平滑風電、光電的出力過程,減輕對電網安全穩定運行的影響。
  (3)抽水蓄能電站是構建"多能互補"平臺的關鍵組成部分。抽水蓄能、風電、光電、水電、火電等多種電源合理組合形成"多能互補"平臺,能夠取長補短,發揮各類電源的優勢,能對出力過程進行控制、調節和優化。抽水蓄能電站具有發電和抽水,即增、減出力的雙重功能,因此,是調節、優化出力過程的關鍵和有效措施。
  (4)抽水蓄能與風電、光電具有較好的容量和電量互補特性。風電、光電主要為電網提供電量,而抽水蓄能電站則以容量作用為主,因此,抽水蓄能是風電、光電合適的配套互補電源。抽水蓄能與風電、光電協同發展,配合運行,對促進風電、光電規模化持續發展具有重要作用和長遠意義。
  西北地區風電、光電的快速發展對建設抽水蓄能電站提出了迫切要求。在風電大規模并網之前,西北電網依靠常規水電和火電調峰就能滿足電網調峰需要,未規劃建設抽水蓄能電站。但隨著風電、光電并網規模不斷加大,加之常規水電資源大部分已得到開發,后勁不足,僅靠常規水電和火電調峰已難以滿足風電、光電快速發展對調峰的要求。目前,甘肅、新疆等地已經出現因為電網調峰能力不足而制約風電消納的情況,今后更大規模的風電、光電并網對電網調峰能力的要求將更高,因此,在這些地區建設抽水蓄能電站已變得十分必要。
  在遠離負荷中心的大型風電、光電基地附近,配套建設一定規模的抽水蓄能電站和其他電源,構建"多能互補"平臺和堅強送端電網,可顯著提高長距離外送電力的穩定性和經濟性。甘肅酒泉、新疆哈密千萬千瓦風電基地和青海柴達木千萬千瓦光電基地,都具有大規模開發的優良資源條件,但遠離負荷中心,并且也難以全部在本區電網內消納,所以需要長距離輸送到其他區域消納。在這些基地附近配套建設一定規模的抽水蓄能電站,構建"多能互補"平臺,對促進大型風電、光電基地開發和電力外送,實現可再生能源在更大區域范圍的優化配置,具有重要作用和深遠影響。
  西北地區發展抽水蓄能電站面臨的主要問題
  1、前期工作推進難度大
  近年來根據國家發改委、能源局的安排,水電水利規劃設計總院、國網新源公司委托西北院相繼完成了新疆、甘肅、陜西、寧夏等省區的抽水蓄能電站選點規劃,規劃結果表明,西北地區具有一定的抽水蓄能站點資源,但是前期工作推進困難。長期以來,西北地區的經濟結構中重工業比重較大,日負荷率保持在0.8左右,電力供給中電量需求矛盾為主,而與之相交,電源結構中,水電比重保持在30%左右,且調節性能較好,電網調峰矛盾不突出,因此難以接受抽水蓄能電站對電量的消耗,前期工作推進慢,配合千萬千瓦級新能源基地外送的抽蓄前期工作遠滯后于輸電通道的工作進程。
  2 、工程投資相對較高
  西北地區由于其獨特的地理位置、地形地質條件與氣候條件,西北地區的抽水蓄能電站有自己獨有的特點。
  西北大部分地區海拔高,新疆、青海、甘肅抽水蓄能電站基本位于海拔2000-3500m高程。陜西以外,西北其他地區極端最低氣溫在-30℃以下,甚至達到-40℃。降雨量小、蒸發量大,陜西以外省區年降雨量在150-300mm,蒸發量在2000mm以上。河流含沙量高。
  因此,保證過機含沙量不超標、保證電站發電用水及冰凍期電站安全運行是西北地區抽水蓄能電站設計中需要解決的重要問題。此外,適應風電與光伏發電隨機性、間歇性、波動性的調頻、調峰要求,機組運行工況轉換頻次增加,對機組性能也會有更高的要求。
  目前,防止冰凍和處理冰的問題尚在研究中。為保證發電用水,設計中考慮了水損備用庫容。保證過機含沙量滿足要求的主要措施是建攔沙壩,即,在水源庫上游再修建一座壩和泄洪排沙洞,通過泄洪排沙洞將高含沙量(超過過機含沙量要求)水流排至水庫下游,并能保證給水庫補充清水。
  與我國南方的抽水蓄能電站相比,西北地區抽水蓄能電站受水源條件、地形地質條件的制約,其上、下水庫成庫自然條件較差,備用庫容也要大一些,壩體普遍較高;為滿足過機含沙量要求,抽水蓄能電站普遍在庫尾布置了攔沙壩。因此,西北地區抽水蓄能電站建設投資相對較大,根據目前進行前期工作的項目分析,西北地區抽水蓄能電站單位千瓦投資較好的站點在4800元左右,一般在5000元左右。
  3 、配合大基地外送抽水蓄能電站的運行方式及評價方法有待進一步研究
  服務于電網內的抽水蓄能電站主要承擔電力系統的調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用及保安等作用,其大多數運行方式為在負荷高峰時發電、低谷時抽水,雖然其動態效益難以量化,但其在電網中由于調峰填谷產生的靜態經濟效益可通過電源擴展優化量化計算。
  配合大基地外送的抽水蓄能電站其主要運行方式為在風電、光電出力大系統無法消納時抽水儲能,風電、光電出力變化較大時或系統負荷高峰時發電,提高可再生能源利用率、平抑風、光電出力波動對電網安全穩定影響,其主要靜態效益包括容量效益、提高可再生能源電量利用率、提高輸電線路經濟性等,與網內配套抽水蓄能電站的運行方式和評價方法不同,如何量化計算配合大基地外送抽水蓄能電站的效益有待進一步研究,以合理評價其經濟性。
  促進西北地區抽水蓄能電站發展的措施建議
  1、做好選點規劃工作,重新認識抽水蓄能電站。目前,西北五省(區)中陜西、甘肅、新疆、寧夏抽水蓄能電站選點規劃已完成,青海抽水蓄能電站選點規劃已開展,隨著經濟社會的不斷發展以及電網結構和新能源發展的變化,應適時開展動態的選點規劃以適應新的要求。西北地區因黃河上游水電較強的調峰能力,還沒有建成的抽水蓄能電站,對抽水蓄能電站在電力系統尤其是配合新能源運行等方面的作用和意義有待重新認識,需在做好必要性論證的基礎上加大抽水蓄能電站的宣傳力度,認識和接受抽水蓄能電站。
  2、加快開展前期工作,優化工程設計。西北地區僅陜西鎮安、新疆阜康、甘肅肅南正式開展了前期勘察設計工作,新疆哈密、甘肅玉門、寧夏中寧、青海格爾木等配合風電、光電運行的抽水蓄能電站均未正式開展前期工作,這些區域風電、光電規模大,發展速度快,而抽水蓄能電站建設周期較長,為保障新能源消納,需加快開展西北地區抽水蓄能電站前期工作。同時,為合理降低抽水蓄能電站投資,保障項目的經濟合理性,在設計中應加強方案比較論證,優化工程設計。
 3、加強系統理論研究,尤其要加強抽水蓄能電站促進新能源發展的作用和效益研究。電價機制的不完善也是影響抽水蓄能電站建設的重要原因,應盡快開展價格機制研究,理順價格體制。
  4、加強建設管理和運行管理,建立完善的建設運行管理機制。
 

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