暢彩娥

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

文章編號(hào)：1006—2610(2015)05—0005—03

陜西電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站的作用與效益分析

暢彩娥

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

陜西電網(wǎng)是以火電為主的電網(wǎng)，其調(diào)峰主要依靠火電。但隨著負(fù)荷增長(zhǎng)，峰谷差加大，再加上風(fēng)電、光電等新能源的投入，僅靠火電和有限的水電調(diào)峰已不能滿(mǎn)足電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)調(diào)峰需求。文章通過(guò)陜西電網(wǎng)調(diào)峰電源優(yōu)化配置研究，論證了抽水蓄能電站在陜西電網(wǎng)內(nèi)的作用和效益，并提出了抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

抽水蓄能電站;調(diào)峰填谷;經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;節(jié)能減排

1 陜西電網(wǎng)調(diào)峰需求

陜西電網(wǎng)位于陜甘青寧電網(wǎng)的東部，是陜甘青寧電網(wǎng)的重要組成部分，電源以燃煤火電為主，占總裝機(jī)容量的90%。

目前，陜西電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)主要由省內(nèi)火電、水電及甘青水電承擔(dān)。隨著國(guó)家新能源戰(zhàn)略的實(shí)施，甘肅、青海積極開(kāi)發(fā)部署風(fēng)電及光電等新能源基地。風(fēng)電和光電的大規(guī)模并網(wǎng)，甘青電網(wǎng)將沒(méi)有富余調(diào)峰容量向陜西省輸送。

另一方面，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，陜西電網(wǎng)峰谷差進(jìn)一步加大，2000年為1 910 MW，2005年為2 660 MW，預(yù)測(cè)2020年為10 480 MW，需要的調(diào)峰能力將進(jìn)一步增加。同時(shí)，陜西電網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電及光電的投產(chǎn)發(fā)電，也將需要更大的調(diào)峰容量。

根據(jù)西北電網(wǎng)有限公司2011年3月編制的《西北電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃》報(bào)告，2020年水平陜西電網(wǎng)最高負(fù)荷為28 030 MW，年需電量為1 544億kWh，夏季平均符合率γ=0.846、最小符合率β=0.625；冬季γ=0.833、β=0.644，至2020年，陜西電網(wǎng)內(nèi)水電總裝機(jī)容量約4 790.9 MW、風(fēng)電和光電裝機(jī)容量至少1 450 MW。

考慮風(fēng)電及光電并網(wǎng)后，陜西電網(wǎng)2020年12月份峰谷差為10 974 MW，7月份峰谷差為11 075 MW。計(jì)入旋轉(zhuǎn)備用容量后，12月份所需的調(diào)峰容量為13 216 MW，7月份所需的調(diào)峰容量為13 311 MW。而當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)無(wú)抽水蓄能電站時(shí)，所有電源所能提供的調(diào)峰容量12月份僅有11 116 MW、7月份僅有10 767 MW，電網(wǎng)12月份缺調(diào)峰容量達(dá)2 100 MW、7月份缺調(diào)峰容量達(dá)2 543 MW(見(jiàn)表1)。

以上分析可見(jiàn)，陜西電網(wǎng)缺調(diào)峰容量，迫切需要在負(fù)荷中心附近加強(qiáng)調(diào)峰電源建設(shè)。

2 解決陜西電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題的主要措施分析

陜西煤炭資源豐富，為建設(shè)火電站提供了有利的條件。目前大型火電機(jī)組雖已具有60%～70%的設(shè)計(jì)調(diào)峰能力，但在實(shí)際運(yùn)行中，由于煤質(zhì)往往難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致火電機(jī)組調(diào)峰能力難以達(dá)到設(shè)計(jì)值，單機(jī)容量300和600 MW火電機(jī)組一般僅具有40%～50%的技術(shù)調(diào)峰能力，而當(dāng)無(wú)抽水蓄能電站時(shí)，若要滿(mǎn)足陜西電網(wǎng)的調(diào)峰容量平衡，則需新增火電的調(diào)峰率高達(dá)60%以上(見(jiàn)表1)，顯然僅靠火電和有限的水電難以滿(mǎn)足陜西電網(wǎng)調(diào)峰需求，且燃煤火電機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行的靈活性和經(jīng)濟(jì)性均較差，其升荷、卸荷速度滿(mǎn)足不了電網(wǎng)負(fù)荷急速變化的要求，同時(shí)煤耗高。

表1 陜西電網(wǎng)2020年調(diào)峰容量平衡表 /MW

有調(diào)節(jié)能力的水電站是電網(wǎng)調(diào)峰的理想電源，但陜西水能資源比較缺乏，僅在漢江和黃河北干流上有興建大中型水電站的條件，而黃河北干流梯級(jí)運(yùn)行將受下游河段防凌、防洪、沖淤、灌溉、補(bǔ)水等一系列影響，其調(diào)峰能力有限；至2020年，漢江梯級(jí)中只有石泉和安康水電站具有季調(diào)節(jié)性能，其它均為日調(diào)節(jié)電站，當(dāng)汛期漢江來(lái)水較多時(shí)，為了多發(fā)電，電站多數(shù)時(shí)間應(yīng)在基荷運(yùn)行。

抽水蓄能電站是理想的調(diào)峰電源之一，其主要特點(diǎn)是具有啟停迅速，升荷、卸荷速度快，運(yùn)行靈活可靠，既能削峰又可填谷，能夠很好地適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化，改善火電機(jī)組運(yùn)行條件，提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，亦可作為調(diào)頻、調(diào)相、事故備用電源，提高供電可靠性。陜西抽水蓄能電站資源較豐富，為建設(shè)抽水蓄能電站提供了有利條件。

陜西天然氣資源豐富，但根據(jù)中國(guó)具有“少油氣多煤炭”的資源特點(diǎn)以及陜西省目前已向本省、北京和上海等地提供居民生活用氣的現(xiàn)狀，結(jié)合《西北電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃》中的電源規(guī)劃，陜西電網(wǎng)暫不宜發(fā)展燃?xì)怆娬尽?/p>

根據(jù)陜西省的能源資源特點(diǎn)，解決陜西電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題的主要措施為：在充分發(fā)揮水電調(diào)峰能力的前提下，合理配套發(fā)展燃煤火電和抽水蓄能電站。

3 陜西電網(wǎng)調(diào)峰電源優(yōu)化配置

陜西常規(guī)水電站的調(diào)峰能力有限，在充分發(fā)揮常規(guī)水電調(diào)峰能力的前提下，為了電網(wǎng)能夠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要通過(guò)經(jīng)濟(jì)比較對(duì)調(diào)峰電源進(jìn)行優(yōu)化配置。

根據(jù)電網(wǎng)情況，現(xiàn)對(duì)無(wú)抽水蓄能電站和抽水蓄能電站裝機(jī)容量分別為1 100、1 400、1 700、2 000、2 300、2 600、2 900 MW 等8個(gè)方案進(jìn)行分析，各方案所缺調(diào)峰容量由火電補(bǔ)充。

在同等程度滿(mǎn)足陜西電網(wǎng)2020年電力電量平衡與調(diào)峰容量平衡的前提下，各調(diào)峰方案對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)內(nèi)電源組成、火電調(diào)峰率及耗煤量見(jiàn)表2。

圖1 陜西電力系統(tǒng)電源優(yōu)化配置方案經(jīng)濟(jì)比較圖

經(jīng)投資費(fèi)用分析計(jì)算，各方案的總費(fèi)用現(xiàn)值見(jiàn)圖1。由圖1可知，“抽水蓄能裝機(jī)容量2 600 MW”方案的總費(fèi)用現(xiàn)值最小。即在充分發(fā)揮常規(guī)水電調(diào)峰能力的條件下，陜西電網(wǎng)內(nèi)配置裝機(jī)容量2 600 MW左右的抽水蓄能電站、其余調(diào)峰需求由火電提供時(shí)，電網(wǎng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)。

表2 不同調(diào)峰方案對(duì)應(yīng)的2020年電網(wǎng)電源組成、火電調(diào)峰率及煤耗量表

當(dāng)陜西電網(wǎng)內(nèi)配置裝機(jī)容量2 600 MW左右的抽水蓄能電站時(shí)，為滿(mǎn)足調(diào)峰需求，需火電裝機(jī)容量25 672.5 MW，相應(yīng)火電綜合調(diào)峰率為26.95%～34.05%，處于合理范圍；電力系統(tǒng)耗煤量為4 486.84萬(wàn)t，是各方案中的最低值。

因此，陜西電網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰電源應(yīng)由常規(guī)水電、抽水蓄能電站和火電組成，其中2020年抽水蓄能電站的規(guī)模在2 600 MW左右較為經(jīng)濟(jì)。

4 抽水蓄能電站的作用與效益

(1) 陜西電網(wǎng)內(nèi)電源以火電為主，比重接近90%。陜西電網(wǎng)與甘肅、青海、寧夏構(gòu)成了統(tǒng)一調(diào)度的區(qū)域電網(wǎng)。陜西、寧夏電網(wǎng)以火電為主，青海電網(wǎng)以水電為主，長(zhǎng)期以來(lái)，陜甘青寧電網(wǎng)實(shí)行水火互濟(jì)，青海、甘肅的水電為陜西電網(wǎng)調(diào)峰做出了重要貢獻(xiàn)。但隨著甘肅、青海風(fēng)能和太陽(yáng)能的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，甘肅、青海的調(diào)峰容量將不足自給。陜西電網(wǎng)調(diào)峰問(wèn)題已日益突出，尤其缺乏快速反應(yīng)和跟蹤負(fù)荷的電源，迫切需要優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，特別需要在負(fù)荷中心附近布局一定規(guī)模的快速反應(yīng)電源。

抽水蓄能電站是世界公認(rèn)的最佳調(diào)峰電源，它既能在電力負(fù)荷高峰時(shí)期調(diào)峰發(fā)電，提供電網(wǎng)急需的峰荷出力，又能在負(fù)荷低谷時(shí)期填補(bǔ)負(fù)荷缺口，消納富余電量，具有2倍于裝機(jī)容量的調(diào)峰能力；抽水蓄能電站具有快速反應(yīng)性能及黑啟動(dòng)能力，是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施。對(duì)于以火電為主的陜西電網(wǎng)，配置一定規(guī)模的抽水蓄能電站，有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行保障水平，增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)峰能力。

(2) 抽水蓄能電站投入運(yùn)行后，能有效減小陜西電網(wǎng)內(nèi)火電調(diào)峰幅度，在節(jié)約系統(tǒng)總?cè)剂舷牡耐瑫r(shí)，提高火電裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。與無(wú)抽水蓄能電站相比，當(dāng)抽水蓄能規(guī)模為2 600 MW時(shí)，2020年水平可降低火電調(diào)峰率16.99%～17.66%，節(jié)省火電耗煤量11.69萬(wàn)t，提高火電裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)553 h，降低電力系統(tǒng)總費(fèi)用現(xiàn)值約29 258萬(wàn)元。

(3) 根據(jù)規(guī)劃，至2020年，陜西電網(wǎng)內(nèi)至少將建設(shè)1 450 MW的風(fēng)電與其它新能源電站。抽水蓄能電站是當(dāng)前最為經(jīng)濟(jì)和清潔環(huán)保的大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)施，抽水蓄能電站的投運(yùn)將有助于電網(wǎng)更有效地接納風(fēng)電與其它新能源發(fā)電量，并相應(yīng)減少電網(wǎng)內(nèi)火電站CO2、SO2、CO等有害氣體排放，起到節(jié)能減排效果。

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Analysis on Functions and Benefits of Pumped Storage Power Plants in Shaanxi Power Grid

CHANG Cai-e

(POWERCHINA Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065, China)

Shaanxi power grid is the one with thermal power as backbone. Its regulation at peak load mainly relies on the thermal power. With the load increase, difference between the peak and valley is increasing. With the increasing input of the new energy such as wind power and solar power, the peak shaving by the thermal power and limited hydropower only cannot satisfy requirement of the economic peak shaving of the grid. Through study on the optimizing arrangement of the peak-shaving power sources in Shaanxi power grid, functions and benefits of the pumped storage power plant in Shaanxi power grid are demonstrated. Meanwhile, the economic scale of the pumped storage power plants are proposed. Key words:pumped storage power plant; peak shaving and valley filling; economic operation; energy conservation and emission reduction

2014-03-31

暢彩娥(1965- )，女，陜西省乾縣人，教授級(jí)高工，主要從事規(guī)劃水能設(shè)計(jì)工作.

TM732;TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.002