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1、第 29卷 第 1期 2010年 2月水? 力? 发? 电? 学? 报 JOURNAL OF HYDROELECTRIC ENGINEER I NGVo.l 29? No . 1 Feb . , 2010水电发展论坛 Foru m on the Development ofHydropower应积极鼓励支持抽水蓄能电站的发展王婷婷, 邱彬如, 靳亚东(中国水电顾问集团北京勘测设计研究院, 北京?100024)Support and pro mote the development of pump?storage hydropantsWANG T ingting , QI U B inru ,J
2、I N Yadong (BeijingHydroelectric Investigation and Design Institute, Beijing?100024)收稿日期:2009?08?28作者简介: 王婷婷 ( 1978?), 女, 工程师.E?mai:l wangtt bjgd. cn0? 前言抽水蓄能电站运行灵活、 反应迅速, 在电力系统中承担调峰填谷、 调频、 调相、 紧急事故备用和黑启动等多种功能, 对优化电源结构、 提高电力系统的安全、 稳定、 经济运行、 促进电力系统节能降耗、 改善电能质量和供电可靠性等具有不可替代的作用。 我国抽水蓄能电站建设起步较晚, 二十世纪八十年
3、代末才开始第一座大型混流式抽水蓄能电站技术的研究工作, 九十年代初期建成了第一批大型混流式抽水蓄能电站: 广蓄一期和十三陵抽水蓄能电站。二十一世纪初期, 我国抽水蓄能电站迎来了第二个建设高潮, 有十九座抽水蓄能电站陆续开工建设, 至 2009年 10月投产运行的装机容量达到 11785 MW 1 3, 如图 1所示. 。然而, 近年来我国基本没有新的抽水蓄能电站核准项目, 抽水蓄能电站建设速度有所放缓。图 1? 我国抽水蓄能电站发展历程Fig . 1? H istory ofPump?storage station developing in China第 1期王婷婷等: 应积极鼓励支持抽水蓄
4、能电站的发展63? ? ?随着 西电东送!和 一特四大!等发展战略的实施, 以及新能源电源点的储能要求, 为抽水蓄能电站建设提供了新的契机, 抽水蓄能电站又将迎来新一轮的建设高峰。1? 能源发展战略亟待调整抽水蓄能电站战略布局抽水蓄能电站是电网重要的保安电源, 尤其是对于大规模接收 西电 !的电网、 火电比重大的电网、 水电调节性能差的电网或者核电、 风电有一定规模的电网, 建设一定规模的抽水蓄能电站, 对于改善电网的运行条件, 提高电网的安全性是非常必要的。可以说, 随着我国经济以及能源发展战略的调整, 抽水蓄能电站的布局需要从简单 的负荷中心附近向资源中心和经济中心扩展, 抽水蓄能电站的战
5、略布局亟待调整。1?1? 西电东送!迫切需要调整受电电网抽水蓄能电站战略规划布局根据 全国联网、 西电东送、 南北互供 !的发展战略, 我国西电东送形成了南、 中、 北三大输电通道。远距离送电难以避免在输送电力过程中发生故障, 对电网产生冲击, 严重影响电网安全稳定运行。 抽水蓄能电站是世界各国公认的电力系统运行过程中应对事故最为有力和有效的工具。因此, 在西电东送受电地区配套建设一批抽水蓄能电站, 一方面可解决电网的调峰和事故备用容量, 另一方面可有效保证西电东送的送电质量和电网的安全运行。 西电东送受电端主要为我国东部水资源比较缺乏的地区, 电网主要以火电为主, 受电电网自身调峰手段匮乏,
6、 加之外送电力在电力系统中运行灵活性相对较差, 工作位置一般在电网中的基腰荷, 从而也影响了电力系统整体的调峰性能。经调峰电源优化配置初步计算, 受电区域 2020年对抽水蓄能电站建设规模的需求总规模达到66120 MW 92120MW, 才能满足电网经济运行要求。各地区对抽水蓄能电站的需求见表 1 。由表可知, 以系统运 行最经济来看, 各地区对抽水蓄能电站需求规模均是比较大的。表 1? 不同水平年东部各地区抽水蓄能电站需求分析成果表?单位:MWTable 1? Analysis of pu m p?storage power de m andsin EastChina for differ
7、ent level ?years电力系统水平年2020年2030年需求总规模66120 92120102320 146720其中: 华北电网17400 2700024300 43000? ?华东电网28220左右40220左右 ? ?华中电网3000 1660013000 32600? ?广东电网11200左右16100左右 ? ?东北电网6300 91009000 14800? 然而, 各地区储备站点明显不足。根据华北电网各站点资源综合条件分析, 考虑丰宁 ( 3600 MW )、文 登 ( 1800 MW )、海 阳 ( 1000 MW ) 和 徂 徕 山 ( 1800 MW )等优越站点
8、全部建设投产, 其规模也不足 2020年需求总规模低限的一半; 华东电网考虑所有已开展可研、 预可研的项目在 2020年前建成投 产, 仍缺少蓄能规模 15520MW。可以说, 各电网抽水蓄能电站项目均不同程度存在储备不足、 无后续建设点等问题, 加之许多电网抽水蓄能电站站址资源普查及规划成果完成时间较早, 已不能反映近期 站址条件的变化及电网发展的情况。为此, 2009年8月, 以中国水电顾问集团为首的各直属设计院已展开全国范围内的新一轮的抽水蓄能电站站址资源复查和选点规划工作, 抽水蓄能电站建设即将迎来新的建设 高峰。1?2? 能源基地需要配备一定规模的抽水蓄能电站随着千万千瓦级风电基地、
9、 核电站等新能源电源点的规划开发, 抽水蓄能电站布局应逐步向资源点分散, 以降低新能源并网时对电网的冲击, 改善电网运行条件。尤其对于新疆、 内蒙等电网本身较为脆弱, 但风电资源又 较为丰富的地区, 由于风力发电稳定性和连续性较差, 电网很难承受风电并网带来的冲击。现阶段, 已建风电场不能并网发电的现象时有发生。通过在资源地区建设抽水蓄能电站能够有效解决这类问题。根据蒙西千万千瓦级风电基地规划报告 #, 2020年风电规划装机规模将达到为 38300 MW, 如果仅按风电装 机容量的 20 % 进行配套抽水蓄能电站规模估算, 仅蒙西就需要配置 7660MW 的蓄能电站。然而, 现阶段除呼蓄(
10、1200 MW )外, 蒙西尚无储备蓄能电站电源点。此外, 蒙东、 甘肃、 新疆等千万千瓦级风电基地均未开展有关蓄能选点规划工作。从电网安全和资源合理利用考虑, 资源地区配套一定规模的蓄能电站是十分必要的。2? 一特四大 !发展战略需要蓄能电站为电网保驾护航2?1? 一特四大!发展战略我国特殊的能源资源布局和结构, 以及能源资源与电力需求呈逆向分布的情况, 决定了未来我国电力发展必64? ? ?水? 力? 发? 电? 学? 报2010年须坚持 一特四大 !的发展战略, 即积极发展以特高压电网为骨干网架的坚强电网, 促进大水电、 大煤电、 大核电、大可再生能源基地的建设。2009年 7月国家电网
11、公司召开 促进新能源发展工作会议!并大胆预测, 2020年, 我国新能源发电装机 2. 9亿 k W, 约占总装机的 17 %。其中, 核电装机将达到 8600万 k W, 风电装机接近 1?5亿 k W, 太阳能发电装机将达 到 2000万 k W, 生物质能发电装机将达到 3000万 k W, 分别是 核电中长期发展规划 ( 2005- 2020年 ) #和 可再生能源中长期发展规划#规划目标的 2?2倍、 5倍、 11?1倍和 1倍, 届时风电装机将占新能源发电装机的 51?7 %,占整个电力系统装机的 8?8 % , 而核电装机也要占整个电力系统装机的 5 %。 大型核电、 大型水电和
12、大型风电基地的集约化开发, 必将带来电网调峰和电网运行控制方面的一系列问题,这就需要保障电网的安全稳定运行。2?2? 抽水蓄能电站可为 一特四大!的发展保驾护航加快开发核电和各种可再生能源是我国能源发展的主要任务之一。然而, 风电受自然因素的影响较大, 不具 备调节能力, 在电力系统中工作位置具有随机性; 核电从经济与保证安全运行的角度考虑, 应主要承担基荷。因此, 仅从运行方式来看, 大规模新能源电源入网后, 迫切需要电网提供大量经济、 高效的调峰电源, 以保障电网安全稳定运行。抽水蓄能电站技术成熟可靠, 具备 200 % 的调峰能力, 其建设必然能够从优化电源结构这一根本出 发, 满足电网
13、调峰需求的同时, 充分发挥发电辅助服务功能, 保障电网安全稳定运行。此外, 随着未来特高压电网的逐渐形成, 跨区送电规模将逐渐增加, 为保证受端电网的电压支撑、 解决送电线路故障带来的电网安全稳定问题、 克服故障工况下受端电网的有功功率和无功功率不足等问题, 应在受端负荷中心建设适当规模的抽水蓄能电站作为保安电源, 化解电网运行风险, 提高系统运行安全性。 抽水蓄能电站是现代电力系统稳定、 安全运行有效、 不可或缺的调节工具。然而, 从 2008年统计数据来看,东北电网、 华北电网、 华中电网、 华东电网和南方电网中, 抽水蓄能占本电网总装机的比重分别仅为 0?55 %、1?65 %、 0?1
14、1 % 、 2?75 % 、 1?72 %, 远不能满足未来电网对抽水蓄能电站的需求。因此, 从 一特四大!发展战略来看, 为了保障电网安全稳定运行、 与我国电力系统发展相匹配, 必须加快抽水蓄能电站建设进程。3? 大规模风电入网需要电网提供可靠的储能电源近年来, 我国风电得到了快速发展, 截至 2008年底, 全国累计安装了 11600台风机, 总装机容量 12153 MW, 计划到 2020年风电装机容量达到 150000 MW。国家已经在河北、 蒙东、 甘肃、 吉林、 蒙西、 新疆、 江苏等地规划了 7个千万千瓦级风电基地。风能是一种随机性、 间歇性的能源, 风电场不能提供持续稳定的功率
15、, 发电稳定性和连续性较差, 这就给风电并网后电力系统实时平衡、 保持电网安全稳定运行带来巨大挑战, 同时风电的运行方式必将受到电力系统负荷需求的诸多限制。大规模风电并网对系统的稳定运行及电能质量产生较大影响, 并网受限 问题也较为突出。诸多研究成果及工程实例证实, 通过建设储能系统, 能够降低风电等新能源电源对电力系统的影响 4。3?1? 抽水蓄能电站是电网成熟可靠的储能电源 当前的储能技术主要有抽水蓄能储能、 压缩空气储能、 钠硫电池储能、 流体电池储能、 锂离子电池储能和飞轮储能等, 依据其储能容量等级可分为分布式储能技术和大规模储能技术。其中, 以钠硫电池、 液流电池和锂离子电池为代表
16、的分布式储能技术, 功率一般在 k W 100 MW 之间, 储能容量在 k W h 10MWh之间, 优势是能够以分散形式灵活应用, 缺点是远不能满足大规模新能源发电基地实现峰值转移或提高风电场调度能力的要求, 且电池 储能循环寿命短, 环保问题突出。以抽水蓄能电站和大型压缩空气储能系统为代表的大规模储能技术, 系统本身功率在 50 MW 以上, 储能容量也在百 MWh以上, 其优势是储能规模大, 缺点是地理资源条件高。其中, 大型压缩空气储能系统目前尚未开 展在风电场中的应用, 而抽水蓄能电站则是技术上成熟可靠并已在实践中得以应用的储能电源。如西班牙为了开发利用 EI H ierro岛、 Canary岛的风能资源, 建设了相应的抽水蓄能电站与之联合运行, 在德国、 丹麦、 美国等风能利用发达国家都不乏这样的工程实例 5 8。经调查, 当前技术条件下, 与风电实现联合运用的储能系统仅有抽水蓄能储能、 钠硫电池和液流电池储能装 置。由表 2可知, 与抽水蓄能电站相比, 钠硫电池和液流电池储能的单位千瓦投资是抽水蓄能的
