當前位置: 首頁 > 新聞 > 深度閱讀

抽水蓄能,構建新型電力系統(tǒng)的強心劑

能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時間:2021-10-09 00:00:00

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

編者按

在構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標的新形勢下,加快抽水蓄能發(fā)展已勢在必行。9月9日,國家能源局正式宣布印發(fā)實施《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021-2035)》,規(guī)劃為今后中長期抽水蓄能產業(yè)發(fā)展、建設與運行提出了清晰的時間表、任務書和路線圖,是指導抽水蓄能行業(yè)發(fā)展的重要指南。《能源發(fā)展與政策》從今日起特刊發(fā)能源領域部分專家的文章,以饗讀者。

 

 

新型電力系統(tǒng),從電源結構組成來說,“新”在以新能源為主體。未來將逐步經(jīng)歷化石能源電源為主導、化石能源與新能源在功能主體上各半壁江山、以新能源主體的轉化過程。而風電、太陽能等新能源因其隨機性、波動性、間歇性的特點,隨著規(guī)模占比的逐漸增大,對新型電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行會帶來比較大的沖擊,因此迫切需要建設抽水蓄能電站以提高電力系統(tǒng)調節(jié)能力和促進大規(guī)模新能源發(fā)展。

 

眾所周知,抽水蓄能電站是利用低谷時其他電源(包括火電、核電、水電),特別是即將成為電力系統(tǒng)主角的風電、光伏的多余電能,抽水到上水庫存儲起來,待尖峰負荷時發(fā)電。也就是說,抽水蓄能抽水時相當于一個用電大戶,其作用是把日負荷曲線的低谷填平,即實現(xiàn)抽水蓄能電站獨一無二的“填谷”作用。通過“填谷”,使火電出力平衡,降低了煤耗,實現(xiàn)了碳減排;通過“填谷”,將“棄風棄電”變廢為寶,實現(xiàn)了“綠色抽水”,提高了風電光伏資源的利用率;通過“填谷”,平抑了新能源發(fā)電出力的波動性,維護了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

 

可以說,抽水蓄能電站是優(yōu)化當?shù)仉娫唇Y構的“平衡器”、提高清潔能源消納的“調節(jié)器”和電力系統(tǒng)安全可靠的“穩(wěn)定器”,是綠色低碳清潔的電力系統(tǒng)調節(jié)方式,是構建新型電力系統(tǒng)的保障軍和強心劑。

 

一、綠色之能,推動能源結構綠色轉型

 

 

新型電力系統(tǒng)為什么要以新能源為主體?這是實現(xiàn)“碳達峰碳中和”目標的必然選擇。為實現(xiàn)“雙碳”目標,必將倒逼能源行業(yè)以清潔低碳為方向,全面加快結構綠色轉型。近十年來,我國風能、太陽能等新能源發(fā)電迅猛增長,裝機占比從5%提高到24%,煤電裝機比重2020年歷史性降到了50%以下。預計2030年中國新能源發(fā)電裝機規(guī)模將超過煤電,成為第一大電源;2060年前,新能源發(fā)電量占比有望超過50%,成為電量主體。

 

大規(guī)模新能源并網(wǎng),對電力系統(tǒng)有影響嗎?有!風電、光伏等新能源具有隨機性、波動性、間歇性,大規(guī)模開發(fā)并網(wǎng)后,電力系統(tǒng)“雙高雙峰”特征日益凸顯,對確保電網(wǎng)安全運行和電力可靠供應帶來巨大挑戰(zhàn)。

 

大規(guī)模新能源并網(wǎng)對電網(wǎng)的沖擊,靠什么來解決呢?抽水蓄能。現(xiàn)階段抽水蓄能電站是唯一兼?zhèn)浼夹g成熟、規(guī)模大、壽命長、造價低等優(yōu)勢的調峰儲能電源,是任何其他蓄能電源所不可替代的,可顯著提高新能源的消納規(guī)模,保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

 

以呼和浩特抽水蓄能電站為例,電站裝機容量1200MW,服務內蒙古電網(wǎng)。內蒙古電網(wǎng)風電大發(fā)期與供熱期重疊,風電夜間大發(fā)出力遠大于最低負荷,此時火電無降負荷深度調峰的能力,減少“棄風”只能依靠抽水蓄能電站。根據(jù)相關研究統(tǒng)計,呼和浩特抽水蓄能電站投產后,棄風率減少5%以上,棄光率減少2%以上,消納新能源作用顯著。

 

總體而言,在新型電力系統(tǒng)構建的過程中,抽水蓄能的存在,已然成為電力系統(tǒng)綠色轉型的強心劑;抽水蓄能抽水的電,亦將逐漸由火電等化石能源過渡到新能源綠色余電,并發(fā)出高質量綠電供用戶使用。從抽到發(fā),抽水蓄能不但提升了新能源的資源利用率,而且提供了綠色環(huán)保的高峰電能,說它是綠色之能,當之無愧。

 

二、低碳之能,助力雙碳目標實現(xiàn)

 

 

任何時期的電力系統(tǒng),對負荷的調節(jié)需求都是非常重要的,因為電力系統(tǒng)的負荷變化會威脅到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定,嚴重時,會使整個電力系統(tǒng)發(fā)生崩潰,特別是構建新型電力系統(tǒng)的過程中,風電、光伏發(fā)電等新能源發(fā)電電源比例的逐步大規(guī)模提高,亟需電力系統(tǒng)內有一定規(guī)模的、調節(jié)性能好的調峰電源進行調節(jié),以保證電力系統(tǒng)運行的安全。目前,我國大多數(shù)電力系統(tǒng)傳統(tǒng)調峰電源都是以火電為主,而火電調峰,一是負荷調整速度比較慢,難以適應電力系統(tǒng)負荷急劇變化;二是在進行深度調峰時,發(fā)電煤耗增加較大,能耗大、不環(huán)保、碳排放大、運行不經(jīng)濟;三是以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)中,若仍依靠火電高能耗深度調峰,不但違背了國家低碳轉型的政策導向,也與“綠色火電”發(fā)展理念相悖。

 

抽水蓄能電站是目前唯一同時兼?zhèn)湎鞣?、填谷雙重功能的大規(guī)模儲能電源。抽水蓄能電站能有效地承擔系統(tǒng)的調峰任務,從而替代了煤耗率高、發(fā)電成本貴的調峰火電機組,使系統(tǒng)燃料消耗減少,調峰碳減排效益明顯。

 

另外,抽水蓄能電站在系統(tǒng)負荷低谷時,利用腰荷火電機組空閑容量所發(fā)出的電能作為抽水電源,從而使這部分腰荷轉變成基荷,這部分火電機組能在均勻、穩(wěn)定的負荷下高效率的運行,即改善了火電機組的運行條件,又提高了機組設備利用率,降低了廠用電率和煤耗率,填谷的碳減排效益同樣顯著。

 

據(jù)統(tǒng)計,若京津及冀北電網(wǎng)2030年新增抽水蓄能電站120萬千瓦,電站建成后電力系統(tǒng)每年可節(jié)約標煤19.2萬噸,減少CO2排放45.5萬t、減少飛灰4.8萬t。如果考慮其對整個電力系統(tǒng)的碳減排效果,即使僅考慮其對系統(tǒng)內火電的影響,也可通過節(jié)約系統(tǒng)煤耗,使整個電力系統(tǒng)能量利用率達到130%以上。

 

從對整個電力系統(tǒng)的碳減排效果來看,采用抽水蓄能電站調峰,可減少火電深度調峰次數(shù),延長火電機組在高效率區(qū)平穩(wěn)運行時間,從而有效降低系統(tǒng)內火電煤耗,節(jié)省燃料及減少二氧化碳排放量,降低電力系統(tǒng)運行成本,達到節(jié)能減排的效果。可以說,在任何時期的電力系統(tǒng)中,抽水蓄能電站都始終扮演著節(jié)能減排小能手的角色,稱它為低碳之能,當之無愧。

 

三、清潔之能,引領儲能創(chuàng)新發(fā)展

 

 

抽水蓄能電站以水為介質,通過水量循環(huán),實現(xiàn)了勢能和電能的轉化,是先進能源技術的巨大創(chuàng)新應用。

 

抽水蓄能電站與常規(guī)水電不同,既是發(fā)電廠,又是用電戶。也就是在電網(wǎng)用電最少的時候,通常所說的負荷低谷時段,利用電網(wǎng)內部消耗不掉的電能將下水庫的水抽到上水庫,轉換成水的勢能儲存起來,此時抽水蓄能電站是電網(wǎng)內的一個用戶;等到電網(wǎng)用電高峰的時候,通過水輪發(fā)電機發(fā)電將上水庫的水放到下水庫,從而完成水的勢能到電能的轉換,達到彌補用電缺口的目的,這個時候抽水蓄能電站是電網(wǎng)內的一個發(fā)電站。抽水蓄能電站通過能量轉換可有效減小系統(tǒng)峰谷差,將系統(tǒng)價值低、多余的低谷電能轉換為價值高、必需的高峰電能。抽水蓄能電站是以水為介質的清潔能源電源,在整個能量轉換過程中不耗水,不產生污染的水。

 

目前,我國儲能領域中,抽水蓄能是唯一的技術成熟可靠的大規(guī)模儲能電源,其次為電化學儲能,截至2020年底,我國已投運儲能項目累計裝機規(guī)模為3560萬千瓦,電化學儲能僅占9.2%。雖然儲能電池的發(fā)展迅速,但其在生產環(huán)節(jié),以鋰電池為例,據(jù)統(tǒng)計平均提取每噸鋰大約需要190萬升水,對周圍的生態(tài)系統(tǒng)有一定的影響;同時,在回收利用環(huán)節(jié),儲能電池中含有汞、鉛等重金屬物質,回收處理不當,會污染地下水和土壤,面臨較大的環(huán)境影響和環(huán)境安全問題。且儲能電池壽命較短,大規(guī)模的推廣使用也會面臨巨大的回收壓力。

 

抽水蓄能電站通過抽水、發(fā)電運行,消納了不穩(wěn)定的新能源,發(fā)出了優(yōu)質的高峰電,未產生污染的水。因此,稱之為清潔之能,當之無愧。

 

總之,實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標是黨中央的重大決策部署,是一場廣泛而深刻的經(jīng)濟社會系統(tǒng)性變革。構建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),迫切需要通過發(fā)展儲能等措施提升靈活調節(jié)和電能存儲能力。作為目前公認的最安全、最穩(wěn)定、最成熟、最環(huán)保、最經(jīng)濟的儲能電源,抽水蓄能優(yōu)勢明顯。大力發(fā)展抽水蓄能,發(fā)揮其綠色、低碳、清潔的調節(jié)作用,對于更好地服務“雙碳”目標和保障新型電力系統(tǒng)安全,具有十分重要和深遠的意義。

 

未來已來,以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)正逐步構建,綠色低碳清潔的抽水蓄能電站,已做好準備。(作者系中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司規(guī)劃發(fā)展研究院室主任)

 

來源:中國改革報《能源發(fā)展》周刊

 

評論

用戶名:   匿名發(fā)表  
密碼:  
驗證碼:
最新評論0

相關閱讀

無相關信息