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促进清洁能源消纳:配合特高压实现大范围资源优化配置
东部省份浙江能源需求非常旺盛,截至2016年年底,浙江省装机容量8311万千瓦,预计到2020年装机容量将超过1亿千瓦,其中核电和区外来电超过3000万千瓦,是典型的受端电网。这种能源结构特点,使浙江非常期待抽水蓄能电站的建设。
从2008年开始,特高压的建设逐渐加速。目前,已有8条特高压直流线路的落点选在华东,输送电力包括四川的水电、“三北”地区的新能源发电,输送容量达到3976万千瓦。
如此大规模的清洁能源输入,电网安全成为重要的考量因素。
7月13~27日,浙江安吉,在天荒坪抽水蓄能电站工作的卢衍海告诉记者,近期天荒坪机组的启停次数频频升高,达到日启动21次,日均发电量968万千瓦时,为高温天气下电网安全稳定运行提供了保障。
“相较其他的调峰手段,抽水蓄能电站启停速度快,调峰容量大,尤其对于外来电比较多的特高压受端地区,能有效保证电网安全稳定运行。”华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司副总经理朱兴兵告诉记者。
抽水蓄能机组在旋转备用时,几秒内就能满负荷运行,机组全停到满负荷运行也仅需要两分钟的时间,而在运行中紧急切掉负荷,只需要零点几秒的时间。相比较下,火电机组从全停到满负荷运行,至少要1小时左右。
“抽水蓄能电站既能满足快速发电的要求,又能响应因为系统故障导致电量多余这种紧急情况的处理。它发挥作用后,对于特高压电网消纳清洁能源是强有力的保障。”朱兴兵介绍,天荒坪抽水蓄能电站,满负荷运行,能提供5个小时的电能。他们目前还在研究“同抽同发”模式和紧急支援系统功能,这意味着未来抽水蓄能处理电网紧急事故的能力将提升到秒级别。
华东电网的另一个特点,也让抽水蓄能显得格外重要。
“在受端电网建设抽水蓄能电站,有两个主要的功能。首先是保证电网安全运行,作为重要的备用电源使用。二是消纳系统低谷清洁电能,并作为网内用户负荷应急切除。”国网新源公司发展策划部主任余贤华表示。
“华东电网2016年可调配容量达到2.78亿万千瓦,最高负荷1.85亿万千瓦,最高峰谷差6000多万千瓦。”天荒坪抽水蓄能电站有限公司总经理李浩良介绍,华东电网峰谷差大,外来电多,晚上必须要有“大客户”来消纳外来的低谷风电,这个“大客户”,就是抽水蓄能电站。
如果没有抽水蓄能电站,夜间负荷低谷时,为保证风电充分消纳,将导致火电机组功率降低,甚至被迫停机,而白天需要再开机运行。一开一关,增加了火电机组单位发电煤耗和污染排放。
“天荒坪抽水蓄能电站把夜间低谷的清洁电储存起来,白天为系统提供更多充足的高峰电。”天荒坪公司运检部副主任王海涛说,这一储一发之间,抽水蓄能电站的综合效益充分体现:吸纳清洁能源,又生产清洁发电,达到零排放、零污染,对当地的环境改善助益很大。
据统计,天荒坪抽水蓄能电站投运以来,已累计消纳清洁来电450余亿千瓦时。节能减排效果也非常明显,天荒坪电站年均节约标煤11.45万吨,减少二氧化硫445吨,减少二氧化碳25.18万吨,已成为消纳华东电网外来清洁电,提高电能质量,改善当地环境的有效方式。
这样的例子不仅仅发生在华东。根据北京电力交易中心发布的报告,华中区域抽水蓄能电站机组利用效率显著提高,利用抽蓄低谷调峰能力省间清洁能源消纳成效显著。
2016年,湖北白莲河、湖南黑麋峰、河南宝泉三座抽水蓄能电站完成发电量46亿千瓦时。2016年全年湖北消纳四川、重庆富余低谷水电3亿千瓦时,计划外消纳西北新能源13亿千瓦时,有效减少了低谷时段的弃风、弃光、弃水。
跃居“世界第一”:抽水蓄能正处于加快发展的重要机遇期
“新能源出力具有波动性和随机性,特别是高比例新能源电源接入电力系统后,要实现有效消纳,系统内必须配备必要的灵活调节电源。”余贤华说,“这就需要有大规模、高效环保的安全保障辅助服务和储能需求设备作为系统调节器。”
从国内外发展经验看,抽水蓄能电站的发展,与各国新能源发电规模快速扩大保持着近似“同步”的节拍。它以水能转换为载体,通过提供系统储能服务和多工况调度运行,在电网中承担调峰、填谷、调频、调相、事故备用、黑启动等任务,已经成为现代电力系统不可或缺的重要组成部分。
今年5月,我国抽水蓄能电站装机容量达到2773万千瓦,超过日本成为世界上抽水蓄能装机容量最大的国家。在建机组容量达到3095万千瓦,我国抽水蓄能在建和运行电站机组容量均居世界第一。
根据对国外抽水蓄能产业发展规模的调查,一般电力系统内配备5%、10%到12%不等比例的抽蓄电站作为调节电源。
“究竟我国需要配备多大比例的抽水蓄能电源,有人提出5%,也有人认为还要高一点。尽管我国抽水蓄能装机规模已位居世界首位,但是目前装机容量占发电总装机比例仅为1.7%,这个比例在后两年还有下降的趋势,总体上,发展规模是远低于合理水平的。但是,由于不同区域需求差异较大,后期发展既要关注增量,更要关注布局的优化。”余贤华说,而这也意味着,我国抽水蓄能的发展空间和潜能,依旧很大,但布局优化更显重要。
根据国家能源局《电力发展“十三五”规划》和《水电发展“十三五”规划》的要求,未来,我国将快速大幅提高抽水蓄能机组比例。“十三五”期间,计划新开工抽水蓄能容量6000万千瓦左右,到2020年中国抽水蓄能运行容量将达到4000万千瓦。
“抽水蓄能正处于加快发展的重要机遇期。未来更多抽水蓄能电站的投运,将充分发挥削峰填谷等综合辅助服务的功能,有助于电网安全调控能力和调峰能力的提升,将为促进新能源大规模、大范围消纳打好基础。”余贤华说。
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