我国抽水蓄能电站开发现状及建设前景

2019-11-28 09:37:05 86

  抽水蓄能电站以水作为能量转换载体,在工作时,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。我国从六十年代开始建设抽水蓄能电站,经过50年的发展,抽水蓄能电站的总装机容量、已运行容量和在建容量均已经超越日本、美国,跃居世界。本文详细列出了我国截止到2017年底,全国已经投入运行的和在建的抽水蓄能电站装机容量情况,分析了目前抽水蓄能电站在各地开发建设的差异,提出未来我国抽水蓄能电站的建设不但要注重增速,更要关注布局的优化。

  储能是指通过介质或设备把能量存储起来,在需要时再释放出来的过程。储能能够为电网运行提供调峰、调频、备用、黑启动、需求响应支撑等多种服务,是提升传统电力系统灵活性、经济性和安全性的重要手段;储能能够显著提高风、光等可再生能源的消纳水平,支撑分布式电力及微网,是推动主体能源由化石能源向可再生能源更替的关键技术;储能能够促进能源生产消费开放共享和灵活交易、实现多能协同,是构建能源互联网,推动电力体制改革和促进能源新业态发展的核心基础。
我国抽水蓄能电站开发现状及建设前景

  根据能量存储形式,电力储能可分为电储能、机械储能、化学储能和储热。电储能方式包括电容/超级电容和超导,机械储能方式包括抽水蓄能、压缩空气储能和飞轮储能,化学储能包括铅酸电池、锂离子电池和液流电池等,储热包括各种低温储热和高温储热。

  在众多储能方式中,抽水蓄能具有技术成熟、效率高、容量大、储能周期长、清洁环保等优点,尽管其受到地理环境、土木工程技术、天气等多项条件的制约,但是其高效及成熟的技术,使得其得以大规模推广和应用。是目前应用最广泛、商业化程度最高的电力储能技术。

  在政策层面,能源局发布的《水电发展“十三五”规划》提出,抽水蓄能总量偏小,而能源结构的转型升级要求抽水蓄能占比快速大幅提高,以适应新能源大规模开发需要,保障电力系统安全运行。

  1 中国抽水蓄能电站的发展现状

  1.1 发展历程

  从我国抽水蓄能电站的发展趋势来看,在时间上呈现为年代波浪式发展,空间上则呈现为跨区辐射式发展[4]。

  中国抽水蓄能电站建设起步较晚,六十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。在近50年中,前20多年蓄能电站的发展几乎处于停顿状态,九十年代初才开始有了新的发展。九十年代中期建成了批大型抽水蓄能电站。在二十一世纪初期,我国抽水蓄能电站迎来了第二个建设高潮,有19座抽水蓄能电站陆续开工建设[4]。根据表1的数据绘制我国抽水蓄能电站装机容量的增长趋势图,见。

  我国开展抽水蓄能电站建设已经四十余年。在这期间,基于大型水电建设所积累的技术和工程经验,加上引进和消化吸收国外先进技术,及一批大型抽水蓄能电站的建设实践,已让我国累积了丰富的建设经验,掌握了较先进的机组制造技术,形成了较为完备的规划、设计、建设、运行管理体系,电站的整体设计、制造和安装技术更是达到了国际先进水平。例如,已建成的西龙池电站是世界上水头最高(640米)的抽水蓄能电站之一,而在建的丰宁电站(360万千瓦)则将是世界上装机规模最大的抽水蓄能电站。可以说,我国抽水蓄能电站建设已有较高的起点,抽水蓄能机组设备的已建总装机规模和单个电站的装机规模均位居世界前列。

  1.2 开发现状

  根据笔者的调查统计,截止2017年底,全国已经建成和在建的抽水蓄能电站共有61座,其中已经投入运行的抽蓄电站35座,在建电站28座(广东深圳2017年11月30日首台机组投产发电,海南琼中2017年12月26日首台机组投产发电,这两个抽水蓄能电站仅部分机组投入运行)。根据表1的数据统计,截止2017年底,我国抽水蓄能电站总装机容量为67675.5MW;其中运行容量28765.5MW;在建容量38910MW。我国抽水蓄能电站的容量无论是运行机组容量还是在建机组容量均居世界。

  我国各地抽水蓄能电站装机容量的差异很大。华东地区已经投产的抽水蓄能电站的规模最大,达到10060MW;华北、华中、华南地区投产的抽水蓄能电站规模基本相当,分别是5503MW、4990MW和6580MW;东北、西南地区的规模相对较小,而西北地区还没有建成投入运行的抽蓄电站。可以看出,抽水蓄能电站的建设主要集中在华东、华北、华中和华南等经济发达地区及新能源大规模发展和核电不断增长的区域。在这些经济发达地区,其电网运行的特点就是用电量大,峰谷差悬殊。这种情况下,为了保证电网的安全稳定运行,技术成熟、启停速度快,调峰容量大的抽水蓄能电站成为了选择。

  此外,从资源和自然条件看,华东、华中和华南地区的水资源丰富,具备建设高效抽水蓄能电站的选点较多,这也是抽水蓄能电站能在这些地区快速发展的必然。

  2 建设前景

  虽然我国抽水蓄能装机规模已位居世界首位,但“十三五”之前的装机容量占发电总装机比例仅为1.5%[6],总体上,发展规模是远低于合理水平。为满足能源结构转型升级需要,能源局在《电力发展“十三五”规划》和《水电发展“十三五”规划》中提出,要快速大幅提高抽水蓄能机组的比例,明确到2020年全国将新开工抽水蓄能6000万千瓦,到2020年中国抽水蓄能运行容量将达到4000万千瓦[。可见我国抽水蓄能的发展空间和潜力依旧很大,抽水蓄能处于加快發展的重要机遇期。

  從区域分布方面来看,西北地区目前还没有建成投入运行的抽水蓄能电站。然而,西北地区是风能太阳能等新能源聚集的地区,近几年用电需求增速放缓,消纳市场总量不足,弃风弃光问题突出。在这种背景下,为了保证新能源平安上网、灵活消纳和安全送出,迫切需要在发电端配套调峰能力强、储能优势突出、经济性好,且能提高输电线路经济性的抽水蓄能电站。此外,对于华东、华南等经济发达地区,是典型的受端电网。电网峰谷差大,外来电多,晚上必须要有容量大的抽水蓄能电站来消纳外来的大量电能。可见,对于今后抽水蓄能电站的发展,既要关注增速,还要关注布局的优化。

  3 结论

  3.1 我国从六十年代开始建设抽水蓄能电站,经过50年的发展,抽水蓄能电站的总装机容量、已投产容量和在建容量均已经超越日本、美国,跃居世界,但是占比仅约1.5%,远未达合理水平,仍有很大的发展空间。

  3.2 我国华东、华中、华南等经济发达地区能源需求旺盛,电网峰谷差大,而且这些地区具备修建高效抽水蓄能的的地点较多。我国能源资源禀赋与能源需求结构决定了建设抽水蓄能电站的必要。

  3.3 从区域空间分布来看,西北地区还没有建成投产的抽水蓄能电站,而西北地区又是风能太阳能等新能源发电占比最高的地区,迫切需要建设抽水蓄能电站来消纳新能源发电,降低弃风弃光率等。

  综上所述,我国抽水蓄能电站的发展前景广阔,应该加快建设,