中國儲能網訊：從1968年崗南抽水蓄能電站投產至今，經過幾代人的不懈努力，我國已在抽水蓄能機組制造、設計、施工、運行、管理機制等多方面積累了豐富的經驗，取得了巨大的成就。抽水蓄能已成為保障我國電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經濟運行的重要工具。
當前，隨著新能源的大規(guī)模發(fā)展，分布式發(fā)電的接入，以及國家取消大用戶直購電試點審批，電網的可靠性和智能化程度需求不斷增強，電力系統(tǒng)對抽水蓄能的需求不斷增加。今年6月，《國家能源局關于加強抽水蓄能電站運行管理工作的通知》（國能新能【2013】243號文）對新形勢下我國抽水蓄能效益的發(fā)揮提出了更高要求。
成熟實用的大規(guī)模電能儲存方式
抽水蓄能電站是一種具有儲能功能的發(fā)電方式，兼有發(fā)電與儲能的特性。20世紀50年代，西歐各國領導著世界抽水蓄能電站建設的潮流，西歐抽水蓄能電站裝機容量占世界抽水蓄能電站總裝機容量的35%?40%。到60年代后期，美國抽水蓄能電站裝機容量躍居世界第一。進入90年代后，日本后來居上，超過美國成為抽水蓄能電站裝機規(guī)模最大的國家，保持至今。
截至2012年年底，我國共有抽水蓄能電站34座。其中，投運26座，投運容量2064.5萬千瓦，在建8座，在建容量894萬千瓦，總裝機容量達2958.5萬千瓦，約占全國總裝機的1.7%。
抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的合理規(guī)模與電力系統(tǒng)的電源結構、網架結構、負荷特性等多種因素有關。2009年，英國、美國、日本等國在燃氣機組占本國裝機比重較大的情況下，抽水蓄能裝機仍分別達到了本國裝機比重的3.55%、2.22%和10.7%。世界發(fā)達國家的抽水蓄能占系統(tǒng)總裝機的比重一般在3%?10%之間。與世界發(fā)達國家相比，我國抽水蓄能裝機明顯不足，遠不能滿足我國經濟社會快速發(fā)展和以煤為主的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經濟運行的需要，不能滿足電力系統(tǒng)節(jié)能減排、清潔能源大規(guī)模遠距離輸送、分布式發(fā)電大規(guī)模接入，以及智能化電網建設的需要。
與常規(guī)發(fā)電方式相比，抽水蓄能不能利用一次能源發(fā)電，不能增加電力系統(tǒng)的電能供給，具有其他發(fā)電方式沒有的儲能功能。在所有發(fā)電方式中，只有常規(guī)水電與單循環(huán)燃氣輪機的調峰速度能與抽水蓄能相比，但受資源條件限制，常規(guī)水電資源已經開發(fā)殆盡；單循環(huán)燃氣輪機燃氣價格較高，調峰成本較大，且受通流部分溫度變化影響，不可能像抽水蓄能這樣頻繁啟停調峰。比如蒲石河抽水蓄能電站，2013年上半年機組啟動1900臺次，發(fā)電運行1080臺次，抽水運行786臺次，抽水調相運行175臺次。抽水蓄能的最大調峰能力最大，啟動升負荷速度最快，是唯一具有填谷功能的電源，抽水蓄能是各種電源中運行方式最靈活的發(fā)電方式。
目前，大規(guī)模的儲能裝置除抽水蓄能外，僅有壓縮空氣儲能、部分化學電池儲能裝置。大規(guī)模壓縮空氣儲能，對地下洞室的地質條件、嚴密性等要求比較苛刻，同時需要燃氣輪機配合運行，在國外處于示范運行階段，在我國尚沒有應用實例。化學儲能存在深度充放電時間長、效率衰減快和單位投資高、運行環(huán)境要求較高、廢舊電池電解液對環(huán)境污染大等問題，且目前批量生產能力有限。各化學儲能電池的單位千瓦造價為液流電池2.5萬元/千瓦，鈉硫電池2.8萬元/千瓦，鋰電池1萬元/千瓦。壽命周期與充放電次數有關，一般不大于15年；工作過程中對環(huán)境溫度有較高要求，必須配備空調降溫。
與這些儲能裝置相比，抽水蓄能電站投資較低，單位千瓦造價3000?5000元；使用壽命長，機組使用壽命25年，水工建筑物使用壽命達百年以上；能量轉換效率穩(wěn)定，不存在衰減問題，對環(huán)境影響小。因此，抽水蓄能是目前電力系統(tǒng)中最成熟、最實用的大規(guī)模儲能方式。
抽水蓄能電站調峰填谷具有明顯的節(jié)煤作用，一是減少了火電機組參與調峰啟停次數，提高火電機組負荷率并在高效區(qū)運行，降低機組的燃料消耗。二是在經濟調度情況下，低谷電由系統(tǒng)中煤耗最低的基荷機組發(fā)出，而高峰電由系統(tǒng)中煤耗最高的調峰機組發(fā)出。抽水蓄能電站用高效、低煤耗機組發(fā)出的電，來替代低效高煤耗機組發(fā)出的電，從而實現(xiàn)電力系統(tǒng)有效節(jié)能減排。
我國電力系統(tǒng)裝機以煤電為主。煤電機組的調峰幅度相對較小、調峰能力相對較差，雖能滿足系統(tǒng)正常運行要求，但遠不能保障電力系統(tǒng)事故情況下的快速調節(jié)要求。抽水蓄能電站具有適應負荷快速變化的特性，從抽水工況到滿負荷運行一般只有2?3分鐘，可以快速大范圍調節(jié)出力。
抽水蓄能電站對于提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平，保證供電質量具有重要作用。一是抽水蓄能電站啟停靈活、反應快速，具有在電力系統(tǒng)中擔任緊急事故備用和黑啟動等任務的良好動態(tài)性能，可有效提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平；二是抽水蓄能電站跟蹤負荷迅速，能適應負荷的急劇變化，是電力系統(tǒng)中靈活可靠的調節(jié)頻率和穩(wěn)定電壓的電源，可有效地保證和提高電網運行頻率、電壓穩(wěn)定性，更好地滿足廣大用電客戶對供電質量和可靠性的更高要求；三是抽水蓄能電站利用其調峰填谷性能可以降低系統(tǒng)峰谷差，提高電網運行的平穩(wěn)性，有效減少電網拉閘限電次數，減少對企業(yè)和居民等廣大用電客戶生產和生活的影響。
同時，抽水蓄能電站可以配合風電等可再生能源大規(guī)模發(fā)展，提高電力系統(tǒng)對風電等可再生能源的消納能力。我國新能源資源與能源需求在地理分布上存在巨大差異，風電、光伏發(fā)電等新能源電源遠離負荷中心，必須遠距離大容量輸送。風電受當地風力變化影響，發(fā)電極不穩(wěn)定，對系統(tǒng)沖擊非常大。
電力系統(tǒng)建設適當規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮抽水蓄能與風電運行的互補性，利用抽水蓄能電站既可以平衡風電、太陽能發(fā)電出力，減小其隨機性、波動性，提高輸電線路的經濟性，又可以平衡風電發(fā)電量的不均衡性、參加電網運行調頻，減少風電對電網的沖擊，解決當前風電開發(fā)送出困難的實際問題。
此外，抽水蓄能電站還可以配合核電大規(guī)模發(fā)展，減少系統(tǒng)調峰調頻壓力。核電適宜長期穩(wěn)定帶基荷運行，大規(guī)模發(fā)展核電將給以煤電為主的電力系統(tǒng)調峰帶來極大壓力。建設適當規(guī)模的抽水蓄能電站與核電配合運行，可解決核電在基荷運行時的調峰問題，提高核電站的運行效益和安全性。廣州抽水蓄能電站對大亞灣核電站的調節(jié)是當前我國抽水蓄能與核電配合運行的成功范例。
抽水蓄能還是提高電網智能化水平，應對大用戶直購和分布式發(fā)電接入，保障大電網安全的重要手段。國家取消大用戶直購試點審批后，直購電試點規(guī)模和范圍有可能擴大，將對電網的管理模式、運行模式、技術支持系統(tǒng)等提出較高要求。分布式發(fā)電的發(fā)展，使低壓電網從無源變?yōu)橛性矗娋W的運行情況更加復雜，對電網的智能化水平、安全穩(wěn)定性等要求進一步增強。
在電網的發(fā)、供、用的各個環(huán)節(jié)，優(yōu)化配置適當規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮抽水蓄能電站獨有的快速反應特性，有效防范電網發(fā)生故障的風險。抽水蓄能是實現(xiàn)高度智能化電網調度的可靠保證，是堅強智能電網建設的重要有機組成部分。堅強智能電網建設，迫切需要在不同電壓等級、不同電網結構、發(fā)輸配用的各個環(huán)節(jié)配置不同調節(jié)性能、不同規(guī)模大小的抽水蓄能，滿足電力系統(tǒng)新的需要。
我國抽水蓄能未來發(fā)展重點
受認識水平的影響，我國抽水蓄能在取得較大成就的同時，也存在著一些體制機制方面的問題。進入新世紀以來，尤其是2009年國家能源局抽水蓄能電站工作座談會后，各方對抽水蓄能的認識逐步統(tǒng)一，全國范圍抽水蓄能選點規(guī)劃和布局優(yōu)化研究、抽水蓄能規(guī)劃、專業(yè)人才培養(yǎng)和經驗積累等，為我國抽水蓄能發(fā)展打下了堅實基礎。未來，我國抽水蓄能的發(fā)展將重點體現(xiàn)在以下幾個方面。
第一，對抽水蓄能在節(jié)能減排、智能電網建設、電源結構調整中作用的認識進一步統(tǒng)一。隨著我國節(jié)能減排要求的不斷提高，產業(yè)結構和能源結構調整步伐逐步加快，高耗能企業(yè)用電逐漸減少，電力系統(tǒng)峰谷差不斷增大，風電、核電等清潔能源的大規(guī)模發(fā)展，大用戶直購電和分布式電源快速發(fā)展，對電網的安全性和智能化程度提出更高要求，堅強智能電網將成為全社會的共同選擇，人們對抽水蓄能在節(jié)能減排和電網智能化發(fā)展中重要作用的認識將獲得廣泛的、高度的統(tǒng)一，抽水蓄能是我國當前實現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能減排和清潔化、智能化發(fā)展的必然選擇。
第二，根據各區(qū)域、各省份電力系統(tǒng)的特點，確定功能定位，積極引導各抽水蓄能電站效益發(fā)揮。受一次能源和經濟社會發(fā)展影響，我國各區(qū)域、各省電力系統(tǒng)的電源結構、負荷特性差異較大。四川、湖南、湖北等地水電比重較大，山東、河北以火電為主，甘肅、新疆、內蒙古等省風電發(fā)展迅猛，浙江等沿海省份大規(guī)模接受區(qū)外來電……
由于電力系統(tǒng)的差異性，不同省份的抽水蓄能電站發(fā)揮的功能作用不同，有的以蓄能為主，如甘肅、新疆等；有的以事故備用為主，如山東、山西；有的以調峰填谷為主，如東北三省、華東沿海?！秶夷茉淳株P于加強抽水蓄能電站運行管理工作的通知》要求建立健全抽水蓄能考核監(jiān)督制度，加強對已建蓄能電站運行情況和利用狀況的分析，研究完善抽水蓄能運行管理機制和措施。這就要求以電力系統(tǒng)為分析邊界，結合電力系統(tǒng)特點、運行特性，綜合考慮抽水蓄能電站在相應電力系統(tǒng)中的功能定位，抽水蓄能電站功能的區(qū)域性和時段性特點，客觀、全面地評價抽水蓄能電站的運行效益，積極引導抽水蓄能電站綜合效益的發(fā)揮。
第三，國家對抽水蓄能的政策環(huán)境不斷完善，引導抽水蓄能投資。由于抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的巨大作用，國家會逐步完善抽水蓄能政策環(huán)境，著手解決影響抽水蓄能發(fā)展的種種問題，給予抽水蓄能合理投資回報，引導抽水蓄能開發(fā)的積極性。由于我國電源結構以煤電為主，煤電調峰不能滿足風電和核電大規(guī)模發(fā)展的需要，抽水蓄能在解決影響風電大規(guī)模發(fā)展的消納問題、核電大規(guī)模并網帶來的調峰壓力，提高智能電網運行的靈活性和安全性方面具有重要作用，國家很可能完善相關政策，提高抽水蓄能投資回報率，引導加大抽水蓄能投資力度。
第四，抽水蓄能按容量與定位在不同電壓等級電網中優(yōu)化配置，與其他各種儲能裝置和諧發(fā)展，促進電力系統(tǒng)智能化發(fā)展。抽水蓄能作為一種重要調節(jié)工具，是智能電網的有機組成部分，智能電網建設為抽水蓄能發(fā)展提供了難得的機遇。為最大限度提高智能電網的安全穩(wěn)定性和供電靈活性，抽水蓄能將根據裝機容量及其在系統(tǒng)中的作用定位，優(yōu)先規(guī)劃建設大容量、有重大影響作用的抽水蓄能電站，進而規(guī)劃建設較小容量的抽水蓄能電站進行局部甚至配電網的精細化調節(jié)，使不同抽水蓄能有選擇接入不同電壓等級電力系統(tǒng)，實現(xiàn)分級優(yōu)化配置，抽水蓄能的裝機規(guī)模和調節(jié)性能將更加合理，實現(xiàn)在電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配、用的合理分布，充分發(fā)揮其在電力系統(tǒng)中的各項作用。抽水蓄能與飛輪儲能、電容器、電動汽車電池等小型儲能裝置和諧發(fā)展，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高度智能化發(fā)展，大幅度提高供電質量。
考慮我國風電、光伏發(fā)電和核電的大規(guī)模發(fā)展，未來我國抽水蓄能在電力系統(tǒng)中所占的比重將逐步提高，合理規(guī)模應達到總裝機的5%以上。2020年，預計我國抽水蓄能的合理規(guī)模應達到8000萬千瓦；2030年，預計我國抽水蓄能的合理規(guī)模應達到1.2億?1.4億千瓦以上。
第五，抽水蓄能集團化運作、集約化發(fā)展、專業(yè)化管理的模式將進一步加強。抽水蓄能與一般發(fā)電方式不同，它是電力系統(tǒng)的一種調節(jié)工具，其裝機規(guī)模、布局優(yōu)化，以及作用發(fā)揮與電力系統(tǒng)的電源結構、負荷特性、網架結構等密切相關。抽水蓄能的開發(fā)規(guī)劃必須從電力系統(tǒng)的整體需求出發(fā)進行周密的研究，盲目的競爭不利于其作用的發(fā)揮和行業(yè)發(fā)展。
當前，國家電網公司和南方電網公司采用集團化運作、集約化發(fā)展、專業(yè)化管理的模式，實現(xiàn)了抽水蓄能選點規(guī)劃、布局優(yōu)化與滿足電網需求的緊密結合，總結運行電站經驗，優(yōu)化新開發(fā)電站設計，促進了各抽水蓄能電站之間運行方式、技術創(chuàng)新、管理經驗的有效交流，對促進我國抽水蓄能良性可持續(xù)發(fā)展起到了重要的作用，已成為我國抽水蓄能發(fā)展的中堅力量。因此，隨著對抽水蓄能認識的進一步提高，我國抽水蓄能集團化運作、集約化發(fā)展、專業(yè)化管理的模式只會加強，而不會削弱。從地方、局部利益出發(fā)進行抽水蓄能開發(fā)的現(xiàn)象將進一步受到限制。
（作者單位：國網新源控股有限公司）
