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这一拜,忠肝义胆,患难相随誓不分开。
——刘欢《这一拜》
(来源:水电水利规划设计总院 作者:规划部 韩冬)
我有一个研究抽水蓄能的朋友。
近来,国家能源局发布《新型电力系统发展蓝皮书(征求意见稿)》(以下简称蓝皮书),其中提到,“稳妥推动西南地区主要流域可再生能源一体化基地建设,实现水电、风电、光伏发电、抽水蓄能等一体化规划研究、开发建设、调度运行与电力消纳。”
可再生能源一体化嘛,水电、风电、光伏发电是可再生能源的三大主力,他们几个我都略有所知。
抽水蓄能在可再生能源一体化基地中发挥什么样的作用?
内事不决问张昭,外事不决问周瑜,抽水蓄能问朋友。
为此,我特备薄酒素菜,拟设宴请朋友答疑解惑。
他说,自古宴无好宴,我故深知。鸿门之上,项庄舞剑意在沛公,刀光剑影,惹得数位英雄前来救驾。曹刘青梅煮酒,一声惊雷,两个豪杰,步步心惊。东吴孙尚香夜宴刘备,刀枪剑戟、斧钺钩叉,闺房亦是战场。鲁肃宴云长,后面才有了单刀赴会的传奇,虎胆龙威,一缕长髯,千秋美名扬。
但是你就准备了一小盘花生米,一小瓶二锅头,此外还有半根拍黄瓜。敢说这是宴,不愧是你!
不过只要你敢听,我就敢说。
一、关于新型电力系统
人世间的感情逃不过因果,能源上的事情离不开平衡。
所谓能源的平衡,就是生产和消费的平衡。
对于电力系统来说,就是电力生产和电力消费之间的平衡。
如果生产大于消费,就会形成浪费;如果消费大于生产,就会造成短缺。
新型电力系统的四个要素:“源网荷储”,大家可以不要想得太复杂。
源就是电源,是电力生产单位。
网就是电网,是电力输配单位。
荷就是荷载,是电力消费用户。
储就是储能,是电力存储单位。
四个要素,一个生产、一个输配、一个消费、一个储存。
我们追求的是电源和负荷的平衡,然后通过坚强的电网来将生产出来的电从电源(发电厂)送给用户的电器。电的传播速度是光速,所以电力系统运行是一个瞬时动态的过程。
电力系统为了实现生产能力=消费能力(包括损耗)的平衡,这就需要电力系统具有较好的调节能力。尤其是新能源大量接入后,因为其随机性、间歇性的特点,通俗的解释就是用户正在愉快的哼着歌吃着电火锅呢,但是天上突然飘来一块云彩,光伏发电急剧减少,系统的备用容量又不够,那么生产就将严重滞后于消费。新能源的大量接入导致维持生产能力=消费能力这种动态平衡的难度更大。所以会经常出现生产能力>消费能力,抑或是生产能力<消费能力的情况。
当生产能力>消费能力的时候,如果不能把多的电能储存起来,就会出现大量的弃电。
当生产能力<消费能力的时候,如果没有新的备用电源投入使用,就需要拉闸限电。
因此新的平衡公式就是:
生产能力±存储能力(电源侧)=消费能力±存储能力(用户侧)
电网的输电和配电是连接电力生产和消费的桥梁。
这也就是我们对于蓝皮书中提到的“推动解决新能源发电随机性、波动性、季节不均衡性带来的系统平衡问题,多时间尺度储能技术规模化应用,系统形态逐步由‘源网荷’三要素向‘源网荷储’四要素转变”这句话的简单理解,增加的要素就是储能,就是为了实现高比例可再生能源条件下,电力生产和消费之间的平衡。
二、关于可再生能源一体化
(一)可再生能源资源禀赋
建设新型电力系统,为什么要推动可再生能源一体化基地开发?
这就要说到我们国家的可再生能源资源分布特点。
为了实现双碳目标,需要大量的非化石能源。而目前可以大规模技术、经济开发的非化石能源,主要就是水电、风电、光伏、核电。目前核电主要还是在沿海地区布局。可再生能源中,水电主要分布在我国的西南地区;风电主要分布在三北地区(西北、华北、东北),以及东部沿海地区;光伏主要分布在西北地区、华北地区和西南地区,这样的资源禀赋条件是特有的国情。总体来看,我国的可再生能源资源主要集中在西部地区,其中西南地区是水、光、风;西北地区是风、光、水。
电力需求和人口分布、经济社会发展程度有关,我国的资源消费区主要集中在东部地区,也就是胡焕庸线以东的区域。
资源承载区和资源消费区呈现很明显的逆向分布,所以需要大力推动西电东送,这就是战略选择。
夜光之珠,不必出于孟津之河;盈握之璧,不必采于昆仑之山。
——南朝宋•刘义庆
《“十四五”可再生能源发展规划》中提到,“坚持生态优先、因地制宜、多元融合发展,在‘三北’地区优化推动风电和光伏发电基地化规模化开发,在西南地区统筹推进水风光综合开发,在中东南部地区重点推动风电和光伏发电就地就近开发,在东部沿海地区积极推进海上风电集群化开发”。
具体怎么来干,这就是基于我国能源资源禀赋条件,综合考虑了需要和可能两方面的因素而作出的战术选择。
上述规划中还提到了“以区域布局优化发展、以重大基地支撑发展、以示范工程引领发展、以行动计划落实发展”,其中前两句,所说的也就是这个问题。
根据区域资源特点优化能源布局,集约化推动重大可再生能源基地建设,这是我国实现双碳目标的必然选择和必要抓手。
(二)为什么要可再生能源一体化?
为什么要推动可再生能源一体化发展。主要基于三点考虑。
一是水电和风电、光伏发电具有日内出力特性互补的特点。举个例子,同样装机的光伏发电,因日照强度的不同,能够发出的功率是不一样。具体来说,就是白天有,晚上没有;中午的时候多,早上和傍晚少;晴天的时候多,阴天的时候少。风电也很好理解,有风的时候有,没风的时候无;风大的时候多,风小的时候少。这就很让人恼火。比如说我们晚上做饭要用电的时候,太阳公公下山了,光伏也没有;正好惠风和畅,那么风电也指望不上。所以就必须有可以调节的电源。在光伏发电、风电赶上“好天气”,大发特发的时候,可以高风亮节不发电;在光伏发电、风电遇到“坏天气”,可以受命于危难之间,赶快顶上满足需求。
我国已建的水电大部分具有日以上的调节能力。这个日调节的意思简单来理解,就是一天之内的来水,我可以给你存在水库里面。然后先让风电和光伏发电,他们发了电,要是系统不缺电时我就不发电,要是还不够的时候我再来发。所以水电和风电、光伏就形成了非常好的日内互补电源组合。白天留给光伏、晚上留给风电,你们遇到了困难我再上,做好安全保供、兜底保障。
二是水电和风电、光伏发电具有年内出力特性互补的特点。我国的气候特点是雨热同期,也就是降雨主要出现在夏季,因此大部分河流的汛期也出现在6至10月之间。雨季的话,经常阴天下雨,所以光伏发电在夏天会少一点。直觉来看,冬天的风比夏天的大,所以风电在夏天也会少一点,在冬天多一点。所以水电和风电、光伏发电在年内正好形成了很好的互补关系,夏天的时候,雨一直下(气氛不算融洽),水电进入大发的阶段;秋冬的时候,风电、光伏发电进入多发的阶段。所以水+风+光的年内特性可以用于满足年内不同时段的需要。
三是水电和风电、光伏发电具有经济互补的特点。“十四五”期间风电、光伏发电进行了全面平价甚至低价的新阶段。目前已建的水电站大部分上网电价都比较便宜,是支撑我国经济社会高速发展的重要骨干电源。不过白菜心毕竟没那么多,最便宜的那部分水电已经开发的差不多了。剩下的水电主要集中在大江大河的上游,建设条件没有以前的那么好,开发成本自然也涨上去了。但是借助于风电、光伏全面平价、未来全面低价的契机,通过一体化开发,在年内和日内通过优势互补,形成一组具有很好调节能力、电能质量高、可以提供有效的电力供应能力,同时100%清洁绿色的可再生能源电源组,即使加上远距离输电成本,也可以做到和受端区域的其他可选电源经济性基本相当。
三、为什么是抽水蓄能?
(一)做事情的四个阶段
一般做事情的都要经历四个阶段:目的,措施,成效和经验。
目的就是我们到底要做什么?需要有个动因。
措施就是手段,为了实现不同的目的,我们可以选一个什么样的路径,采用什么样的手段。
成效就是结果怎么样?我们最后有没有达成我们的目的,我们的完成度如何。
经验就是复盘。做完了之后,我们回过头来看看整件事。目的选择的是否合适,措施采用的是否恰当,最后的结果有没有如我们所愿,在这件事情可以得到什么样的经验和教训?有没有可以提炼出来的一般规律和方法,有没有可以提炼出的标准和流程。
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