中国储能网讯:新年伊始,国家能源局发布《能源发展“十三五”规划》及《可再生能源发展“十三五”规划》,在优化能源系统方面,提出加快补上能源发展短板,增强电力系统调峰能力,加快抽水蓄能电站等调峰电站建设。而此前发布的《电力发展“十三五”规划》《水电发展“十三五”规划》中,也提出加快发展抽水蓄能电站建设。
2016年12月8日,辽宁清原、江苏句容、福建厦门、新疆阜康抽水蓄能电站工程开工。至此,国家电网公司自2015年以来累计开工建设的抽水蓄能电站数量达到了11座,在运、在建规模分别达到1878.5万千瓦、2212.5万千瓦。按照国家能源局提出的“十三五”新开工抽水蓄能电站6000万千瓦,到2020年抽水蓄能装机达到4000万千瓦的目标,我国抽水蓄能电站已经进入高速发展的新阶段。
抽水蓄能电站正蓄势待发,迎接一个全新的发展时期。
基本功能:保障电网安全运行
从世界上第一座抽水蓄能电站——奈特拉抽水蓄能电站于1882年在瑞士苏黎世诞生至今,抽水蓄能电站已经走过134年的历史。对于抽水蓄能电站在电力系统中发挥的功用,早已有了明确的定论:启停灵活、反应迅速,是目前技术最成熟、运行最可靠、使用最经济的调峰电源和储能电源。
抽水蓄能电站在负荷低谷时,通过抽水将系统难以消耗的电能转换为势能;在负荷高峰或系统需要时,通过发电将势能转换为系统需要的电能。在电力系统中,抽水蓄能主要承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用任务,是重要的调节工具,可以有效平抑区外来电与新能源出力的波动,提高系统运行的平稳性,提高大电网安全稳定运行能力,提高电力系统经济运行水平,实现社会整体资源配置最优。
抽水蓄能电站对于保障电网安全运行究竟能发挥多大功用?这样一组数据,可能会让你惊诧不已:以华东电网为例,2016年,网内300兆瓦以上容量机组共428台,台均跳闸或紧急停机0.55次,接近于平均每36小时就有一台机组跳闸或紧急停机。这种情况下,快速启动抽水蓄能,可以防止事故扩大,赢得处理故障时间。同年,华东地区28台抽水蓄能机组台均启停次数达到1150次,这些数字也在一定程度上说明了抽水蓄能电站在快速响应电网负荷变化、保障电源平稳出力等方面所发挥的作用。如果要给抽水蓄能电站贴上个标签,那它无疑就是电网的稳定器、调节器和平衡器。
我国目前有31座抽水蓄能电站,总装机容量2672.5万千瓦,在全国15亿千瓦的发电装机总容量中占比不足2%。相较于抽水蓄能装机容量占电力装机总容量比例较高的日本、法国、意大利、西班牙等国家,我国抽水蓄能电站仍属“稀缺资源”。
我国抽水蓄能电站建设起步较晚,上世纪60年代后期才开始研究抽水蓄能电站的开发,1968年和1973年先后在中国华北地区建成岗南和密云两座小型混合式抽水蓄能电站,装机容量分别为11兆瓦和22兆瓦。
上世纪80年代起,改革开放带来经济社会的快速发展,我国电网规模不断扩大。以火电为主的电网由于缺少经济的调峰手段,调峰矛盾日益突出。再加上当时全国出现了电力供需形势紧张的局面,修建抽水蓄能电站以解决调峰问题逐步形成共识。从那时起,我国迎来了抽水蓄能电站建设的一次高峰。1991年至2000年,潘家口、广蓄(一、二期)、十三陵、天荒坪等大型抽水蓄能电站陆续建成。这一批抽水蓄能电站不负众望,在系统历次迎峰度夏、迎峰度冬中发挥了重要的调峰填谷作用。“十五”期间,我国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。然而,与快速发展的常规电源相比,抽水蓄能电站的发展仍然滞后。
发展滞后,与对抽水蓄能电站功能认识不足有关,也与不同时期、不同区域电网发展变化有关。
功能过渡:由单一向综合性转变
缺乏灵活的调峰电源对于电网安全无疑是硬伤。
进入新世纪以后,电力进入高速增长阶段,新能源起步并迅速发展,建设调峰电源成为整个系统的刚性需求。然而,受到站址资源与服务范围等因素制约,抽蓄电站的发展必须要有一个国家级的规划来保证其健康、有序发展。
2009年,按照国家能源局统一部署,作为国家电网公司经营区域抽水蓄能开发、建设、经营管理的专业化公司,国网新源控股有限公司联合水规总院开展了选点规划工作。本次选点规划遍及国家电网经营区域的东北、西北、华北、华东、华中5大区域电网的20个省(市、自治区),历时4年,共选出推荐站点52个,规划容量6765万千瓦,备选站点13个,规划容量1600万千瓦。
彼时,正值“十二五”中后期,我国经济发展进入新常态,经济增速换挡,产业结构优化调整,能源电力行业发展也面临着新的课题。一方面,电力负荷增长放缓,电源基建投产规模持续保持高位,电力供应由总体平衡、局部偏紧的状态逐步转向相对宽松、局部过剩。另一方面,大容量远距离跨区域电力输送通道的快速推进,以及可再生能源比重大幅提高,必然要求系统调节和保障手段同步增强。必须要有足够容量的抽水蓄能电站来满足持续增长的调峰需求,及时为超大电网受送端安全稳控提供支持。
在不同区域电网内,抽水蓄能电站所应发挥的作用,都因电源结构、网架结构、负荷特性和电力供需平衡而有所差异,但是保障电网安全运行的基础功能从未改变。
以火电装机为主的华东电网为例,近年来受入电力规模和核电比重逐年扩大,在当前“强直弱交”的大电网格局下,区内抽水蓄能应逐步由调峰填谷为主向保证电网安全稳定运行功能过渡,并兼顾调峰填谷作用。同是以火电装机为主的华北电网,由于近年来风电装机比例增加,系统调节能力下降,加之冬季供电机组开机多,区内抽水蓄能还需以调峰填谷为主。对于火电装机多为供热机组、风电消纳压力较大的东北电网,抽水蓄能电站以填谷削峰,同时辅以调频调相等功能,在冬季供热机组运行且风电大发期间,还需增加系统对新能源的消纳能力。
随着电力系统的不断发展,源—网—荷之间尚未形成新的有机平衡。正如《“十三五”规划纲要》中提到的,向“源—网—荷—储”协调发展、集成互补的能源互联网阶段跨越,更需要作为综合调节性能优异的抽水蓄能电站进一步挖掘其功能作用,从保证电力电量平衡的调峰作用,向承担综合性辅助服务功能转变。这一转变,从2016年抽水蓄能电站提高利用小时数上,便可看出一二。抽水蓄能利用储能功能,提升系统的清洁能源消纳能力,也将服务省域平衡向服务区域或更大范围内的电力、电量平衡转变,以更好地发挥安保、调峰、储能等综合性作用。
未来发展:依靠专业化支撑
我国抽水蓄能电站建设虽然起步较晚,但有大规模常规水电建设所积累的经验,加上多年来引进国外先进技术和管理经验,使我国抽水蓄能电站站在较高的起点上。
按照国家电网公司对抽水蓄能电站做出“加重、加快、加大”建设的部署,“十三五”期间,规划新开工建设抽水蓄能电站20多座,容量3000多万千瓦,每年开工建设5~6个。到2020年,在运抽水蓄能容量2000多万千瓦,在建容量4000多万千瓦。作为主要负责开发建设和经营管理国家电网公司经营区域内抽水蓄能电站的国网新源控股有限公司,面临着前所未有的发展机遇和艰巨繁重的管理任务。
从2005年成立至今,国网新源公司以做强做优抽水蓄能(水电)核心业务为主线,扎实推进“三步走”发展战略,实现了主营业务由多元到突出、管控体系由分散到集团、专业管理由粗放到集约、企业文化由差异到融合的重大转变,在规划、建设、生产、运维等方面形成初具特色的专业化管控模式。以总体策划、典型设计、标准工艺、关键管控为重点,形成了流程覆盖全面的“5+1”基建管控体系。研究推广运维一体化管控模式,实现了水电生产管理的重大变革;成立检修公司,建设检修专业化服务平台,实现各电站检修工程集约化、标准化管理;成立建设公司,建成“一级平台管控、两级集中采购、三级物资供应”运作模式,形成科学合理的仓储网络;组建技术中心,为项目规划、建设、运维、科研提供技术支撑;建设专业技术委员会和可再生能源定额站抽水蓄能分站,开展技术攻关、技术革命和技术改造,提升行业影响力和话语权。
随着抽水蓄能电站的大规模建设开工,国网新源公司管理单位点多、面广、线长的特点将更加突出,资产管理跨度、装机容量持续扩大,前期、基建、生产单位并存,管理更加复杂,对发展支撑和管控能力提出了新的挑战。
国网新源公司以建设“数字化智能型电站、信息化智慧型企业”为目标,开展理念、机制、科技等创新,丰富和完善科学先进的现代企业管理理念;完善高质高效的管理机制,优化核心业务全过程管控模式,构建统一集约、运转协同、资源共享、风险可控的运营机制;强化重点领域科技攻关,掌握抽水蓄能核心技术,构建完善的技术标准体系和科技创新机制,实现行业技术引领和标准引领,广泛运用“大云物移”等信息化新技术,实现对电站工程建设和生产运维全过程数字化、信息化管控。国网新源公司正在向着国际一流的调峰调频电源专业运营公司和清洁能源公司的发展战略目标全速前进,抽水蓄能行业正在专业化的支撑下蓄势待发。