西北地區(qū)發(fā)展抽水蓄能電站的意義

　　《能源發(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，2015年全國并網(wǎng)風電裝機10000萬kw，太陽能發(fā)電2100萬kw?！犊稍偕茉窗l(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，到2020年累計并網(wǎng)風電裝機達到20000萬kw，并網(wǎng)太陽能發(fā)電達到5000萬kw。截止2012年底，全國并網(wǎng)風電6083萬kw，并網(wǎng)太陽能發(fā)電328萬kw，距規(guī)劃目標尚有一定的距離，因此規(guī)?；_發(fā)風電與光電，實現(xiàn)大基地開發(fā)對實現(xiàn)能源發(fā)展規(guī)劃具有重要的意義。

　　1 、西北地區(qū)是我國重要的新能源基地

　　西北地區(qū)能源資源富集，在我國能源發(fā)展總體布局和“西電東送”戰(zhàn)略規(guī)劃中，是重要的能源外送基地。近年來，西北地區(qū)積極加快電力發(fā)展，推進電力送出通道和本區(qū)電網(wǎng)的建設，促進能源資源在全國實現(xiàn)更好的優(yōu)化配置。風能和太陽能是西北地區(qū)的優(yōu)勢能源資源之一，適合建設大基地集中開發(fā)及外送，在我國能源和電力發(fā)展戰(zhàn)略中具有重要地位。

　　西北地區(qū)是我國風能資源最豐富地區(qū)之一，特別是新疆、甘肅等省區(qū)風能資源開發(fā)潛力巨大。根據(jù)氣象部門風能資源詳查成果，新疆和甘肅70m高風能資源技術可開發(fā)量分別為4億kw和2.4億kw，僅次于內(nèi)蒙古。為了有效利用西北地區(qū)的風能資源，國家從2005年開始組織完成了甘肅酒泉和新疆哈密千萬千瓦基地規(guī)劃工作，并在2010年的風電接入電網(wǎng)和市場消納研究中就西北地區(qū)風電的市場消納做了重點研究，進一步明確了西北各省(區(qū))風電的可開發(fā)潛力和消納市場。基于上述研究，國家在全國風電“十二五”發(fā)展規(guī)劃中，將新疆、甘肅以及寧夏列為重點開發(fā)區(qū)域，初步規(guī)劃到2015年西北地區(qū)實現(xiàn)風電裝機2600萬kw以上，其中新疆規(guī)劃規(guī)模1000萬kw，甘肅規(guī)劃1100萬kw，寧夏規(guī)劃規(guī)模300萬kw，青海和陜西規(guī)劃規(guī)模力爭達到200萬kw以上?！犊稍偕茉窗l(fā)展“十二五”規(guī)劃》提出，到2020年，甘肅、新疆風電裝機分別達到2000萬kw，寧夏達到400萬kw。

　　西北地區(qū)也是我國太陽能資源最豐富地區(qū)之一，根據(jù)全國太陽能發(fā)電“十二五”發(fā)展規(guī)劃，預計到2015年西北地區(qū)實現(xiàn)安裝規(guī)模560萬kw以上，其中：青海規(guī)劃200萬kw，新疆規(guī)劃200萬kw，甘肅規(guī)劃100萬kw，寧夏規(guī)劃100萬kw，陜西規(guī)劃60萬kw。

　　為解決西北地區(qū)新能源的市場消納問題，國家規(guī)劃建設新疆哈密至河南鄭州、哈密至重慶、甘肅酒泉至湖南株洲、寧東-浙江±800kv直流輸電通道以及新疆至陜甘青寧電網(wǎng)750kv第二通道。

　　2 、風電與光電并網(wǎng)存在的主要問題

　目前西北電網(wǎng)新能源接納存在的主要問題有：

　　(1)西北電網(wǎng)負荷水平相對較低，對風電、光電等新能源的接納空間有限。西北地區(qū)風能資源、太陽能資源富集區(qū)均遠離主電網(wǎng)負荷中心，大多位于電網(wǎng)末端，當?shù)叵{能力十分有限。

　　(2)電網(wǎng)調(diào)峰能力不足。陜西、寧夏、新疆主電網(wǎng)等都是以火電為主的電力系統(tǒng)，加上熱電機組比較多、常規(guī)水電受綜合利用制約，調(diào)峰能力成為制約電網(wǎng)接納風電、光電能力的重要因素。

　　(3)配套的電網(wǎng)送出工程、調(diào)峰電源建設滯后。大規(guī)模風電、光電等新能源僅僅依托西北電網(wǎng)以750kv為主的主網(wǎng)架和網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰電源無法完全消納，需和其它具有調(diào)峰調(diào)頻能力電源共同組建輸電平臺，依托特高壓輸電線路外送至區(qū)外消納。風電、光電工程建設周期短，相應配套的電網(wǎng)送出工程和調(diào)峰電源建設周期均較長，兩者的建設管理模式亦不同，協(xié)調(diào)難度較大，制約了風電、光電等新能源的大規(guī)模開發(fā)。

　　(4)風、光功率預測系統(tǒng)，電能質(zhì)量在線監(jiān)測等新能源接入電網(wǎng)相關技術仍需進一步完善;動態(tài)無功補償裝置、功率控制系統(tǒng)等裝備水平有待進一步提高。

　　上述問題涉及輸送通道建設、負荷水平、調(diào)峰能力、運行調(diào)度及管理體制等多方面。對于輸送通道不足的問題，需加強規(guī)劃協(xié)調(diào)，加快電網(wǎng)和配套電源建設;對于負荷水平低，電力市場空間不足的問題，需考慮將一部分新能源外送消納;對于電網(wǎng)調(diào)峰能力和快速反應能力不足的問題，在充分發(fā)揮黃河上游常規(guī)水電調(diào)峰能力的基礎上，還需配置一定規(guī)模的抽水蓄能電站。

　　3 、抽水蓄能電站對促進風電與光電消納具有重要的作用

　　(1)抽水蓄能電站可以增強電網(wǎng)調(diào)峰能力，并相應提高電網(wǎng)接納風電、光電的能力。抽水蓄能電站調(diào)峰能力強，反應速度快，運行方式靈活，可顯著提高電網(wǎng)調(diào)峰和快速反應能力，相應提高電網(wǎng)對風電、光電的接納能力。

　　(2)抽水蓄能電站是當前最具規(guī)模化和最經(jīng)濟的“儲能”方式。利用這種獨特的“儲能”功能，可以平滑風電、光電的出力過程，減輕對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的影響。

　　(3)抽水蓄能電站是構(gòu)建“多能互補”平臺的關鍵組成部分。抽水蓄能、風電、光電、水電、火電等多種電源合理組合形成“多能互補”平臺，能夠取長補短，發(fā)揮各類電源的優(yōu)勢，能對出力過程進行控制、調(diào)節(jié)和優(yōu)化。抽水蓄能電站具有發(fā)電和抽水，即增、減出力的雙重功能，因此，是調(diào)節(jié)、優(yōu)化出力過程的關鍵和有效措施。

　　(4)抽水蓄能與風電、光電具有較好的容量和電量互補特性。風電、光電主要為電網(wǎng)提供電量，而抽水蓄能電站則以容量作用為主，因此，抽水蓄能是風電、光電合適的配套互補電源。抽水蓄能與風電、光電協(xié)同發(fā)展，配合運行，對促進風電、光電規(guī)?；掷m(xù)發(fā)展具有重要作用和長遠意義。

　　西北地區(qū)風電、光電的快速發(fā)展對建設抽水蓄能電站提出了迫切要求。在風電大規(guī)模并網(wǎng)之前，西北電網(wǎng)依靠常規(guī)水電和火電調(diào)峰就能滿足電網(wǎng)調(diào)峰需要，未規(guī)劃建設抽水蓄能電站。但隨著風電、光電并網(wǎng)規(guī)模不斷加大，加之常規(guī)水電資源大部分已得到開發(fā)，后勁不足，僅靠常規(guī)水電和火電調(diào)峰已難以滿足風電、光電快速發(fā)展對調(diào)峰的要求。目前，甘肅、新疆等地已經(jīng)出現(xiàn)因為電網(wǎng)調(diào)峰能力不足而制約風電消納的情況，今后更大規(guī)模的風電、光電并網(wǎng)對電網(wǎng)調(diào)峰能力的要求將更高，因此，在這些地區(qū)建設抽水蓄能電站已變得十分必要。

　　在遠離負荷中心的大型風電、光電基地附近，配套建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站和其他電源，構(gòu)建“多能互補”平臺和堅強送端電網(wǎng)，可顯著提高長距離外送電力的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。甘肅酒泉、新疆哈密千萬千瓦風電基地和青海柴達木千萬千瓦光電基地，都具有大規(guī)模開發(fā)的優(yōu)良資源條件，但遠離負荷中心，并且也難以全部在本區(qū)電網(wǎng)內(nèi)消納，所以需要長距離輸送到其他區(qū)域消納。在這些基地附近配套建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站，構(gòu)建“多能互補”平臺，對促進大型風電、光電基地開發(fā)和電力外送，實現(xiàn)可再生能源在更大區(qū)域范圍的優(yōu)化配置，具有重要作用和深遠影響。

　　西北地區(qū)發(fā)展抽水蓄能電站面臨的主要問題

　　1、前期工作推進難度大

　　近年來根據(jù)國家發(fā)改委、能源局的安排，水電水利規(guī)劃設計總院、國網(wǎng)新源公司委托西北院相繼完成了新疆、甘肅、陜西、寧夏等省區(qū)的抽水蓄能電站選點規(guī)劃，規(guī)劃結(jié)果表明，西北地區(qū)具有一定的抽水蓄能站點資源，但是前期工作推進困難。長期以來，西北地區(qū)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中重工業(yè)比重較大，日負荷率保持在0.8左右，電力供給中電量需求矛盾為主，而與之相交，電源結(jié)構(gòu)中，水電比重保持在30%左右，且調(diào)節(jié)性能較好，電網(wǎng)調(diào)峰矛盾不突出，因此難以接受抽水蓄能電站對電量的消耗，前期工作推進慢，配合千萬千瓦級新能源基地外送的抽蓄前期工作遠滯后于輸電通道的工作進程。

　　2 、工程投資相對較高

　　西北地區(qū)由于其獨特的地理位置、地形地質(zhì)條件與氣候條件，西北地區(qū)的抽水蓄能電站有自己獨有的特點。

　　西北大部分地區(qū)海拔高，新疆、青海、甘肅抽水蓄能電站基本位于海拔2000-3500m高程。陜西以外，西北其他地區(qū)極端最低氣溫在-30℃以下，甚至達到-40℃。降雨量小、蒸發(fā)量大，陜西以外省區(qū)年降雨量在150-300mm，蒸發(fā)量在2000mm以上。河流含沙量高。

　　因此，保證過機含沙量不超標、保證電站發(fā)電用水及冰凍期電站安全運行是西北地區(qū)抽水蓄能電站設計中需要解決的重要問題。此外，適應風電與光伏發(fā)電隨機性、間歇性、波動性的調(diào)頻、調(diào)峰要求，機組運行工況轉(zhuǎn)換頻次增加，對機組性能也會有更高的要求。

　　目前，防止冰凍和處理冰的問題尚在研究中。為保證發(fā)電用水，設計中考慮了水損備用庫容。保證過機含沙量滿足要求的主要措施是建攔沙壩，即，在水源庫上游再修建一座壩和泄洪排沙洞，通過泄洪排沙洞將高含沙量(超過過機含沙量要求)水流排至水庫下游，并能保證給水庫補充清水。

　　與我國南方的抽水蓄能電站相比，西北地區(qū)抽水蓄能電站受水源條件、地形地質(zhì)條件的制約，其上、下水庫成庫自然條件較差，備用庫容也要大一些，壩體普遍較高;為滿足過機含沙量要求，抽水蓄能電站普遍在庫尾布置了攔沙壩。因此，西北地區(qū)抽水蓄能電站建設投資相對較大，根據(jù)目前進行前期工作的項目分析，西北地區(qū)抽水蓄能電站單位千瓦投資較好的站點在4800元左右，一般在5000元左右。

　　3 、配合大基地外送抽水蓄能電站的運行方式及評價方法有待進一步研究

　　服務于電網(wǎng)內(nèi)的抽水蓄能電站主要承擔電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用及保安等作用，其大多數(shù)運行方式為在負荷高峰時發(fā)電、低谷時抽水，雖然其動態(tài)效益難以量化，但其在電網(wǎng)中由于調(diào)峰填谷產(chǎn)生的靜態(tài)經(jīng)濟效益可通過電源擴展優(yōu)化量化計算。

　　配合大基地外送的抽水蓄能電站其主要運行方式為在風電、光電出力大系統(tǒng)無法消納時抽水儲能，風電、光電出力變化較大時或系統(tǒng)負荷高峰時發(fā)電，提高可再生能源利用率、平抑風、光電出力波動對電網(wǎng)安全穩(wěn)定影響，其主要靜態(tài)效益包括容量效益、提高可再生能源電量利用率、提高輸電線路經(jīng)濟性等，與網(wǎng)內(nèi)配套抽水蓄能電站的運行方式和評價方法不同，如何量化計算配合大基地外送抽水蓄能電站的效益有待進一步研究，以合理評價其經(jīng)濟性。

　　促進西北地區(qū)抽水蓄能電站發(fā)展的措施建議

　　1、做好選點規(guī)劃工作，重新認識抽水蓄能電站。目前，西北五省(區(qū))中陜西、甘肅、新疆、寧夏抽水蓄能電站選點規(guī)劃已完成，青海抽水蓄能電站選點規(guī)劃已開展，隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和新能源發(fā)展的變化，應適時開展動態(tài)的選點規(guī)劃以適應新的要求。西北地區(qū)因黃河上游水電較強的調(diào)峰能力，還沒有建成的抽水蓄能電站，對抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)尤其是配合新能源運行等方面的作用和意義有待重新認識，需在做好必要性論證的基礎上加大抽水蓄能電站的宣傳力度，認識和接受抽水蓄能電站。

　　2、加快開展前期工作，優(yōu)化工程設計。西北地區(qū)僅陜西鎮(zhèn)安、新疆阜康、甘肅肅南正式開展了前期勘察設計工作，新疆哈密、甘肅玉門、寧夏中寧、青海格爾木等配合風電、光電運行的抽水蓄能電站均未正式開展前期工作，這些區(qū)域風電、光電規(guī)模大，發(fā)展速度快，而抽水蓄能電站建設周期較長，為保障新能源消納，需加快開展西北地區(qū)抽水蓄能電站前期工作。同時，為合理降低抽水蓄能電站投資，保障項目的經(jīng)濟合理性，在設計中應加強方案比較論證，優(yōu)化工程設計。

　　3、加強系統(tǒng)理論研究，尤其要加強抽水蓄能電站促進新能源發(fā)展的作用和效益研究。電價機制的不完善也是影響抽水蓄能電站建設的重要原因，應盡快開展價格機制研究，理順價格體制。

　　4、加強建設管理和運行管理，建立完善的建設運行管理機制。

　　(作者分別為中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司副總工程師、中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司規(guī)劃發(fā)展研究院副院長)