西北地區(qū)發(fā)展抽水蓄能電站的意義

　　《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，2015年全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)10000萬(wàn)kw，太陽(yáng)能發(fā)電2100萬(wàn)kw。《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，到2020年累計(jì)并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)達(dá)到20000萬(wàn)kw，并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電達(dá)到5000萬(wàn)kw。截止2012年底，全國(guó)并網(wǎng)風(fēng)電6083萬(wàn)kw，并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電328萬(wàn)kw，距規(guī)劃目標(biāo)尚有一定的距離，因此規(guī)模化開(kāi)發(fā)風(fēng)電與光電，實(shí)現(xiàn)大基地開(kāi)發(fā)對(duì)實(shí)現(xiàn)能源發(fā)展規(guī)劃具有重要的意義。

　　1 、西北地區(qū)是我國(guó)重要的新能源基地

　　西北地區(qū)能源資源富集，在我國(guó)能源發(fā)展總體布局和“西電東送”戰(zhàn)略規(guī)劃中，是重要的能源外送基地。近年來(lái)，西北地區(qū)積極加快電力發(fā)展，推進(jìn)電力送出通道和本區(qū)電網(wǎng)的建設(shè)，促進(jìn)能源資源在全國(guó)實(shí)現(xiàn)更好的優(yōu)化配置。風(fēng)能和太陽(yáng)能是西北地區(qū)的優(yōu)勢(shì)能源資源之一，適合建設(shè)大基地集中開(kāi)發(fā)及外送，在我國(guó)能源和電力發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要地位。

　　西北地區(qū)是我國(guó)風(fēng)能資源最豐富地區(qū)之一，特別是新疆、甘肅等省區(qū)風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)潛力巨大。根據(jù)氣象部門風(fēng)能資源詳查成果，新疆和甘肅70m高風(fēng)能資源技術(shù)可開(kāi)發(fā)量分別為4億kw和2.4億kw，僅次于內(nèi)蒙古。為了有效利用西北地區(qū)的風(fēng)能資源，國(guó)家從2005年開(kāi)始組織完成了甘肅酒泉和新疆哈密千萬(wàn)千瓦基地規(guī)劃工作，并在2010年的風(fēng)電接入電網(wǎng)和市場(chǎng)消納研究中就西北地區(qū)風(fēng)電的市場(chǎng)消納做了重點(diǎn)研究，進(jìn)一步明確了西北各省(區(qū))風(fēng)電的可開(kāi)發(fā)潛力和消納市場(chǎng)。基于上述研究，國(guó)家在全國(guó)風(fēng)電“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，將新疆、甘肅以及寧夏列為重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)域，初步規(guī)劃到2015年西北地區(qū)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電裝機(jī)2600萬(wàn)kw以上，其中新疆規(guī)劃規(guī)模1000萬(wàn)kw，甘肅規(guī)劃1100萬(wàn)kw，寧夏規(guī)劃規(guī)模300萬(wàn)kw，青海和陜西規(guī)劃規(guī)模力爭(zhēng)達(dá)到200萬(wàn)kw以上。《可再生能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，到2020年，甘肅、新疆風(fēng)電裝機(jī)分別達(dá)到2000萬(wàn)kw，寧夏達(dá)到400萬(wàn)kw。

　　西北地區(qū)也是我國(guó)太陽(yáng)能資源最豐富地區(qū)之一，根據(jù)全國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電“十二五”發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)到2015年西北地區(qū)實(shí)現(xiàn)安裝規(guī)模560萬(wàn)kw以上，其中：青海規(guī)劃200萬(wàn)kw，新疆規(guī)劃200萬(wàn)kw，甘肅規(guī)劃100萬(wàn)kw，寧夏規(guī)劃100萬(wàn)kw，陜西規(guī)劃60萬(wàn)kw。

　　為解決西北地區(qū)新能源的市場(chǎng)消納問(wèn)題，國(guó)家規(guī)劃建設(shè)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(wǎng)750kv第二通道。

　　2 、風(fēng)電與光電并網(wǎng)存在的主要問(wèn)題

　目前西北電網(wǎng)新能源接納存在的主要問(wèn)題有：

　　(1)西北電網(wǎng)負(fù)荷水平相對(duì)較低，對(duì)風(fēng)電、光電等新能源的接納空間有限。西北地區(qū)風(fēng)能資源、太陽(yáng)能資源富集區(qū)均遠(yuǎn)離主電網(wǎng)負(fù)荷中心，大多位于電網(wǎng)末端，當(dāng)?shù)叵{能力十分有限。

　　(2)電網(wǎng)調(diào)峰能力不足。陜西、寧夏、新疆主電網(wǎng)等都是以火電為主的電力系統(tǒng)，加上熱電機(jī)組比較多、常規(guī)水電受綜合利用制約，調(diào)峰能力成為制約電網(wǎng)接納風(fēng)電、光電能力的重要因素。

　　(3)配套的電網(wǎng)送出工程、調(diào)峰電源建設(shè)滯后。大規(guī)模風(fēng)電、光電等新能源僅僅依托西北電網(wǎng)以750kv為主的主網(wǎng)架和網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰電源無(wú)法完全消納，需和其它具有調(diào)峰調(diào)頻能力電源共同組建輸電平臺(tái)，依托特高壓輸電線路外送至區(qū)外消納。風(fēng)電、光電工程建設(shè)周期短，相應(yīng)配套的電網(wǎng)送出工程和調(diào)峰電源建設(shè)周期均較長(zhǎng)，兩者的建設(shè)管理模式亦不同，協(xié)調(diào)難度較大，制約了風(fēng)電、光電等新能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)。

　　(4)風(fēng)、光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)，電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)等新能源接入電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)仍需進(jìn)一步完善;動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置、功率控制系統(tǒng)等裝備水平有待進(jìn)一步提高。

　　上述問(wèn)題涉及輸送通道建設(shè)、負(fù)荷水平、調(diào)峰能力、運(yùn)行調(diào)度及管理體制等多方面。對(duì)于輸送通道不足的問(wèn)題，需加強(qiáng)規(guī)劃協(xié)調(diào)，加快電網(wǎng)和配套電源建設(shè);對(duì)于負(fù)荷水平低，電力市場(chǎng)空間不足的問(wèn)題，需考慮將一部分新能源外送消納;對(duì)于電網(wǎng)調(diào)峰能力和快速反應(yīng)能力不足的問(wèn)題，在充分發(fā)揮黃河上游常規(guī)水電調(diào)峰能力的基礎(chǔ)上，還需配置一定規(guī)模的抽水蓄能電站。

　　3 、抽水蓄能電站對(duì)促進(jìn)風(fēng)電與光電消納具有重要的作用

　　(1)抽水蓄能電站可以增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力，并相應(yīng)提高電網(wǎng)接納風(fēng)電、光電的能力。抽水蓄能電站調(diào)峰能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，運(yùn)行方式靈活，可顯著提高電網(wǎng)調(diào)峰和快速反應(yīng)能力，相應(yīng)提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電、光電的接納能力。

　　(2)抽水蓄能電站是當(dāng)前最具規(guī)模化和最經(jīng)濟(jì)的“儲(chǔ)能”方式。利用這種獨(dú)特的“儲(chǔ)能”功能，可以平滑風(fēng)電、光電的出力過(guò)程，減輕對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

　　(3)抽水蓄能電站是構(gòu)建“多能互補(bǔ)”平臺(tái)的關(guān)鍵組成部分。抽水蓄能、風(fēng)電、光電、水電、火電等多種電源合理組合形成“多能互補(bǔ)”平臺(tái)，能夠取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各類電源的優(yōu)勢(shì)，能對(duì)出力過(guò)程進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)和優(yōu)化。抽水蓄能電站具有發(fā)電和抽水，即增、減出力的雙重功能，因此，是調(diào)節(jié)、優(yōu)化出力過(guò)程的關(guān)鍵和有效措施。

　　(4)抽水蓄能與風(fēng)電、光電具有較好的容量和電量互補(bǔ)特性。風(fēng)電、光電主要為電網(wǎng)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(fēng)電、光電合適的配套互補(bǔ)電源。抽水蓄能與風(fēng)電、光電協(xié)同發(fā)展，配合運(yùn)行，對(duì)促進(jìn)風(fēng)電、光電規(guī)模化持續(xù)發(fā)展具有重要作用和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。

　　西北地區(qū)風(fēng)電、光電的快速發(fā)展對(duì)建設(shè)抽水蓄能電站提出了迫切要求。在風(fēng)電大規(guī)模并網(wǎng)之前，西北電網(wǎng)依靠常規(guī)水電和火電調(diào)峰就能滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要，未規(guī)劃建設(shè)抽水蓄能電站。但隨著風(fēng)電、光電并網(wǎng)規(guī)模不斷加大，加之常規(guī)水電資源大部分已得到開(kāi)發(fā)，后勁不足，僅靠常規(guī)水電和火電調(diào)峰已難以滿足風(fēng)電、光電快速發(fā)展對(duì)調(diào)峰的要求。目前，甘肅、新疆等地已經(jīng)出現(xiàn)因?yàn)殡娋W(wǎng)調(diào)峰能力不足而制約風(fēng)電消納的情況，今后更大規(guī)模的風(fēng)電、光電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)調(diào)峰能力的要求將更高，因此，在這些地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站已變得十分必要。

　　在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的大型風(fēng)電、光電基地附近，配套建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站和其他電源，構(gòu)建“多能互補(bǔ)”平臺(tái)和堅(jiān)強(qiáng)送端電網(wǎng)，可顯著提高長(zhǎng)距離外送電力的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。甘肅酒泉、新疆哈密千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地和青海柴達(dá)木千萬(wàn)千瓦光電基地，都具有大規(guī)模開(kāi)發(fā)的優(yōu)良資源條件，但遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，并且也難以全部在本區(qū)電網(wǎng)內(nèi)消納，所以需要長(zhǎng)距離輸送到其他區(qū)域消納。在這些基地附近配套建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站，構(gòu)建“多能互補(bǔ)”平臺(tái)，對(duì)促進(jìn)大型風(fēng)電、光電基地開(kāi)發(fā)和電力外送，實(shí)現(xiàn)可再生能源在更大區(qū)域范圍的優(yōu)化配置，具有重要作用和深遠(yuǎn)影響。

　　西北地區(qū)發(fā)展抽水蓄能電站面臨的主要問(wèn)題

　　1、前期工作推進(jìn)難度大

　　近年來(lái)根據(jù)國(guó)家發(fā)改委、能源局的安排，水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院、國(guó)網(wǎng)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(qū)的抽水蓄能電站選點(diǎn)規(guī)劃，規(guī)劃結(jié)果表明，西北地區(qū)具有一定的抽水蓄能站點(diǎn)資源，但是前期工作推進(jìn)困難。長(zhǎng)期以來(lái)，西北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中重工業(yè)比重較大，日負(fù)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(jié)構(gòu)中，水電比重保持在30%左右，且調(diào)節(jié)性能較好，電網(wǎng)調(diào)峰矛盾不突出，因此難以接受抽水蓄能電站對(duì)電量的消耗，前期工作推進(jìn)慢，配合千萬(wàn)千瓦級(jí)新能源基地外送的抽蓄前期工作遠(yuǎn)滯后于輸電通道的工作進(jìn)程。

　　2 、工程投資相對(duì)較高

　　西北地區(qū)由于其獨(dú)特的地理位置、地形地質(zhì)條件與氣候條件，西北地區(qū)的抽水蓄能電站有自己獨(dú)有的特點(diǎn)。

　　西北大部分地區(qū)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(qū)極端最低氣溫在-30℃以下，甚至達(dá)到-40℃。降雨量小、蒸發(fā)量大，陜西以外省區(qū)年降雨量在150-300mm，蒸發(fā)量在2000mm以上。河流含沙量高。

　　因此，保證過(guò)機(jī)含沙量不超標(biāo)、保證電站發(fā)電用水及冰凍期電站安全運(yùn)行是西北地區(qū)抽水蓄能電站設(shè)計(jì)中需要解決的重要問(wèn)題。此外，適應(yīng)風(fēng)電與光伏發(fā)電隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性的調(diào)頻、調(diào)峰要求，機(jī)組運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換頻次增加，對(duì)機(jī)組性能也會(huì)有更高的要求。

　　目前，防止冰凍和處理冰的問(wèn)題尚在研究中。為保證發(fā)電用水，設(shè)計(jì)中考慮了水損備用庫(kù)容。保證過(guò)機(jī)含沙量滿足要求的主要措施是建攔沙壩，即，在水源庫(kù)上游再修建一座壩和泄洪排沙洞，通過(guò)泄洪排沙洞將高含沙量(超過(guò)過(guò)機(jī)含沙量要求)水流排至水庫(kù)下游，并能保證給水庫(kù)補(bǔ)充清水。

　　與我國(guó)南方的抽水蓄能電站相比，西北地區(qū)抽水蓄能電站受水源條件、地形地質(zhì)條件的制約，其上、下水庫(kù)成庫(kù)自然條件較差，備用庫(kù)容也要大一些，壩體普遍較高;為滿足過(guò)機(jī)含沙量要求，抽水蓄能電站普遍在庫(kù)尾布置了攔沙壩。因此，西北地區(qū)抽水蓄能電站建設(shè)投資相對(duì)較大，根據(jù)目前進(jìn)行前期工作的項(xiàng)目分析，西北地區(qū)抽水蓄能電站單位千瓦投資較好的站點(diǎn)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(yùn)行方式及評(píng)價(jià)方法有待進(jìn)一步研究

　　服務(wù)于電網(wǎng)內(nèi)的抽水蓄能電站主要承擔(dān)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用及保安等作用，其大多數(shù)運(yùn)行方式為在負(fù)荷高峰時(shí)發(fā)電、低谷時(shí)抽水，雖然其動(dòng)態(tài)效益難以量化，但其在電網(wǎng)中由于調(diào)峰填谷產(chǎn)生的靜態(tài)經(jīng)濟(jì)效益可通過(guò)電源擴(kuò)展優(yōu)化量化計(jì)算。

　　配合大基地外送的抽水蓄能電站其主要運(yùn)行方式為在風(fēng)電、光電出力大系統(tǒng)無(wú)法消納時(shí)抽水儲(chǔ)能，風(fēng)電、光電出力變化較大時(shí)或系統(tǒng)負(fù)荷高峰時(shí)發(fā)電，提高可再生能源利用率、平抑風(fēng)、光電出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響，其主要靜態(tài)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(jīng)濟(jì)性等，與網(wǎng)內(nèi)配套抽水蓄能電站的運(yùn)行方式和評(píng)價(jià)方法不同，如何量化計(jì)算配合大基地外送抽水蓄能電站的效益有待進(jìn)一步研究，以合理評(píng)價(jià)其經(jīng)濟(jì)性。

　　促進(jìn)西北地區(qū)抽水蓄能電站發(fā)展的措施建議

　　1、做好選點(diǎn)規(guī)劃工作，重新認(rèn)識(shí)抽水蓄能電站。目前，西北五省(區(qū))中陜西、甘肅、新疆、寧夏抽水蓄能電站選點(diǎn)規(guī)劃已完成，青海抽水蓄能電站選點(diǎn)規(guī)劃已開(kāi)展，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和新能源發(fā)展的變化，應(yīng)適時(shí)開(kāi)展動(dòng)態(tài)的選點(diǎn)規(guī)劃以適應(yīng)新的要求。西北地區(qū)因黃河上游水電較強(qiáng)的調(diào)峰能力，還沒(méi)有建成的抽水蓄能電站，對(duì)抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)尤其是配合新能源運(yùn)行等方面的作用和意義有待重新認(rèn)識(shí)，需在做好必要性論證的基礎(chǔ)上加大抽水蓄能電站的宣傳力度，認(rèn)識(shí)和接受抽水蓄能電站。

　　2、加快開(kāi)展前期工作，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。西北地區(qū)僅陜西鎮(zhèn)安、新疆阜康、甘肅肅南正式開(kāi)展了前期勘察設(shè)計(jì)工作，新疆哈密、甘肅玉門、寧夏中寧、青海格爾木等配合風(fēng)電、光電運(yùn)行的抽水蓄能電站均未正式開(kāi)展前期工作，這些區(qū)域風(fēng)電、光電規(guī)模大，發(fā)展速度快，而抽水蓄能電站建設(shè)周期較長(zhǎng)，為保障新能源消納，需加快開(kāi)展西北地區(qū)抽水蓄能電站前期工作。同時(shí)，為合理降低抽水蓄能電站投資，保障項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)合理性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)方案比較論證，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。

　　3、加強(qiáng)系統(tǒng)理論研究，尤其要加強(qiáng)抽水蓄能電站促進(jìn)新能源發(fā)展的作用和效益研究。電價(jià)機(jī)制的不完善也是影響抽水蓄能電站建設(shè)的重要原因，應(yīng)盡快開(kāi)展價(jià)格機(jī)制研究，理順價(jià)格體制。

　　4、加強(qiáng)建設(shè)管理和運(yùn)行管理，建立完善的建設(shè)運(yùn)行管理機(jī)制。

　　(作者分別為中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司副總工程師、中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司規(guī)劃發(fā)展研究院副院長(zhǎng))