對配套風電開發的抽水蓄能電站發展的若干問題分析

摘 要:提出有關實施抽水蓄能電站滾動規劃調整、節水設計和重視選址等思路;研究與風電配套抽水蓄能電站調峰運行應關注的若干問題;探討抽水蓄能電站的有關投資和經營管理制度政策的改進方式。

關鍵詞:電力規劃風電基地抽水蓄能電站配套電源調峰清潔發展

中圖分類號:TM7 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0070-02

我國政府明確提出了爭取到2020年我國非化石能源消費占一次能源消費的比重達到15%左右、單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的目標,為此,國家確定了新疆哈密、甘肅酒泉、河北、吉林、江蘇沿海、蒙東、蒙西、山東等8個千萬千瓦級風電集中開發基地。隨著我國風電的大規模開發和快速發展,受風電間歇性和不穩定性影響,急需規劃建設一定容量與風電配套的調峰電源,提高電網對風電的消納程度,綜合技術及經濟性比較看,現階段抽水蓄能電站是與風電配套的調峰電源的最好選擇[1]。為促進風電開發,推動與風電配套抽水蓄能電站發展,對影響目前抽水蓄能電站發展的一些較為重要的問題,有必要加以深入分析并研究提出相應解決措施。

1 對規劃設計方面若干問題的分析

與風電配套的調峰抽水蓄能電站,在規劃設計上,首先要從更好滿足風電開發要求出發,實施對抽水蓄能電站容量建設規劃的滾動調整;同時要認識自然環境條件對抽水蓄能電站建設的制約,考慮對電站運行進行節水設計;還應圍繞我國大風電基地開發要求做好抽水蓄能電站站址儲備和促進抽水蓄能電站技術研發創新[2]。基于以上思路,提出如下在設計階段應考慮的問題:

一是對與風電基地配套的抽水蓄能電站應實施滾動規劃。近期我國有關研究機構已初步提出了到2020年配合風電基地開發的抽水蓄能電站合理比例,但考慮我國風電發展較快,需要配套建設的抽水蓄能電站容量和投資規模大,實現經濟合理開發風電要重視對配套抽水蓄能電站的滾動規劃研究;一是要考慮各風電基地風機容量增長、所在電網的電源結構變化等情況,調整確定不同年份與不同風電基地配套的抽水蓄能電站規劃發展容量;二是我國大規模開發的風電,要逐步融入大電網平衡,隨電網輸電能力和聯網范圍的擴大,風電將逐步實現遠距離外送和消納范圍的擴大,考慮實際平衡范圍的變化,對不同年份需要配套的抽水蓄能電站規劃容量也會有較大的調整;三是一些大風電基地如新疆哈密、甘肅酒泉、蒙西、蒙東等所在電網負荷水平低、系統規模小,就地消納風電的能力十分有限,伴隨風電快速發展的規模保持配置合理適度的抽水蓄能電站容量,對促進風電有序開發以及合理消納具有重要意義,實行滾動規劃研究,有利于保證抽水蓄能電站容量配置的科學化和合理化,是科學化開發大型風電基地的必然要求。

二是針對西北部地區干旱缺水環境,應開展抽水蓄能電站節水研究設計。我國西北及內蒙古地區風資源儲量豐富,但氣候條件干旱缺水,年蒸發量較大,如新疆地區測算的年蒸發量1000～1700mm之間,內蒙古地區年蒸發量大部分地區都高于l200毫米,選擇抽水蓄能電站作為與風電配套調峰電源,自然環境中水資源不足是重要的制約影響因素。由于電站抽水發電過程是水的循環利用,抽水蓄能電站上、下庫的庫容相對常規水電要小得多,一般在1000萬m3左右或更小。以平均庫深20m,年凈蒸發量l000毫米計算,1000萬m3的上下兩庫,年需補充的蒸發損失水量100萬m3,針對西部地區的氣候特點,應在電站設計上考慮水源的充足補給,對于水源補給困難電站要從多方面研究電站節水設計,如實施上下庫體的的防滲漏設計、在有條件的站址加大水庫蓄水深度以減少水面蒸發面積、對年蒸發量大而水面面積較小的水庫可借鑒我國新疆地區發明的坎兒井保水方法原理,研究可實現水面封閉的防蒸發設計,通過節水設計減少抽水蓄能電站水量利用損失,突破干旱缺水地區對抽水蓄能電站建設的限制,使抽水蓄能電站發揮出與風電配套電源作用,更好促進西北部干旱地區風電資源的開發和利用。

三是應圍繞我國已規劃的8個千萬kW級風電基地開發,作好配套抽水蓄能電站的規劃選址和推進抽水蓄能電站關鍵設備技術的研發。一是應重視電站的選址工作。在千萬kW級風電基地省(區)內,作好抽水蓄能電站可選站址的勘測和普查,摸請電站資源基礎情況,為后續風電開發儲備更多抽水蓄能電站站址資源;二是加大對抽水蓄能電站機組設備的研發投入。目前抽水蓄能電站具有向高水頭(600～800m)、大容量(>300MW)的機組技術發展的趨勢,我國應抓住目前風電開發需要配套建設大量抽水蓄能電站的機遇,在做好引進技術、消化吸收的同時,在機組水力和結構設計、可變速蓄能、設備系統連接和整組等關鍵技術方面,加大研發資金投入支持,實行技術攻關招標,激勵國內企業開展相關技術設計和研發創新,縮小我國與技術先進國家的差距并實現技術突破,通過技術創新進一步提高機組抽水發電能效轉換系數,降低建設造價。

2 對抽水蓄能電站運行方式相關問題的分析

抽水蓄能電站與風電配套進行調峰運行,既要考慮風電特點,也要兼顧抽水蓄能電站運行特性。這種配套運行方式是在電網系統內進行的,因此,還要加入對具體電網內電源結構、負荷過程、電網輸電能力、聯網范圍等因素的影響,運行方式較為復雜。考慮我國幾個規劃中的大型風電基地將陸續建成,風電的合理消納方式是影響風電開發效益的重要環節,具有緊迫性,因此,有必要在現階段著手開展此項研究工作。搞好抽水蓄能電站與風電配套的調峰運行,應從分析風電特性出發作好基礎風速測量和數據收集工作,發揮和組織多個研究單位的專業力量,開展合作研究,同時,要與實際應用緊密結合,在不斷總結經驗中提高調度運行水平。應關注以下幾項工作。

一是要收集盡可能豐富的風電基地風速數據。風速是隨時間變化的,并與高程關系密切,風機發電出力與風速具有一定的函數關系,隨著風電開發技術的進步,風機有向高空逐步發展的趨勢。受過去需求不足和測量技術手段限制,目前所掌握的風電基地的風速資料往往歷史年限不長,高空風速數據較為缺乏,為有效利用風能資源,把握風電分布規律,應重視對規劃建設的風電基地風速的測量和數據資料收集工作。風電開發企業要與氣象監測部門建立聯系,在風資源豐富的重點區域,合理布控測點和設置測量取樣周期;對高空風速的測量,要支持開展自動測量技術和系統的相關研究。從研究抽水蓄能電站與風電配套調峰運行方式看,通過分析掌握詳實風速數據,可以預測把握風電基地偏長期風力發電過程,為協調與風電配套抽水蓄能電站同電網的關系,開展風電資源在電網內的長期合理消納方式相關研究提供可靠的數據支撐。

二是應組織多個單位開展聯合研究。與風電配套的抽水蓄能電站在電網內的運行方式,隨風電基地的陸續建成和快速發展,相應研究任務面臨著緊迫性,制定其合理運行方式既具有較大效益潛力,也面臨較大技術難度,為適應我國電網的發展特點,吸納利用國內外已有的先進調度運行技術,最終形成智能化的應用成果,在起步階段,應將研究工作作為一個系統工程進行管理。調峰運行在技術上綜合了電力系統內多個專業領域的知識,因此在管理上,可采用“一家牽頭,多家承擔”的合作模式開展研究。可選擇與調度運行部門聯系密切的研究機構作為牽頭單位,負責頂層設計和謀劃整體研究安排,從發揮多家研究單位專業特長出發,通過技術招標等激勵形式,發現和選擇技術最適合的合作單位參與承擔研究。研究進程可由牽頭機構進行監督和統籌協調,遵循由易到難的原則逐步開展,以更好地解決大規模間歇式電源在電網內運行面臨的有關技術難題,保證電網消納風電的順利實現。

三是探索采用“運行方式后分析”,不斷提高抽水蓄能電站與風電配套的調峰運行水平。一定模式的運行方式投入實際應用后,可能在一些環節由于解決方式過于簡化,或實際情況發生調整,不斷暴露出一些問題需要解決。“運行方式后分析”是對已采用的運行模式的實際效果進行檢驗和評價,挖掘存在的問題,總結運行規律的一種研究方法。對現階段已建成的風電開發項目,可采用“運行方式后分析”方法不斷循環改進配套調峰運行效果。開展與風電配套的抽水蓄能電站“運行方式后分析”,需要建立一種修正機制,其中包括:調度運行部門需要對調度信息進行必要的披露,由專門研究機構收集各方提出的改進建議,根據存在的問題研究制定解決方案,將措施反饋到調度等相關部門,并實行定期修正調度方式的制度。

3 抽水蓄能電站的投資和經營管理

近年來,一些地區風電場建成后出現了“發得出,送不上”的局面,入網難,入網率低造成了風電資源的棄風損失。分析原因,除電網外送輸電規模不足因素外,也與目前抽水蓄能電站建設規模相對滯后,在投資和經營管理上缺乏可操作的政策制度有關。國家發改委對抽水蓄能電站的建設管理先后出臺了《國家發展改革委關于抽水蓄能電站建設管理有關問題的通知》(發改能源[2004]71號)和《關于桐柏、泰安抽水蓄能電站電價問題的通知》(發改價格[2007] 1517號),對規范抽水蓄能電站有序化建設、促進資源優化配置和避免重復建設起到了重要規范作用。在風電等新能源大規模開發背景下,抽水蓄能電站又面臨著新的發展機遇,從促進風電開發的目標看,有必要對現行抽水蓄能電站建設投資和經營管理制度進行梳理和完善。

一是以有利于促進風電開發為標準,選擇與風電配套的抽水蓄能電站投資主體構成模式。一些研究顯示,風電與抽水蓄能電站配套容量比例約為1:0.25[3],按照2020年建成2億kW風電計算,需要2500萬kW的抽水蓄能電站與之配套。保證吸引足夠建設資金來滿足配套抽水蓄能電站大規模發展將成為未來管理的重要任務。考慮多方參與對減少未來市場風險的影響、控制有序發展、協調與電站所在的地方關系等,相對電網作為單一投資主體模式,由電網、風電企業和地方投資形成的多元投資模式,更有利于推動抽水蓄能電站建設,體現了電站建設為風電開發服務的大方向。同時,多元投資模式在保證資金來源、維護有序發展、滿足合理建設規模、創造良好投資環境上更具優勢。借鑒現有政策的有效管理因素,現階段可考慮采用“電網控股,多元投資”的投資結構政策模式,促進抽水蓄能電站與風電的發展。

二是抽水蓄能電站建設作為與風電開發配套調峰的重要環節,應納入補貼政策范圍。為鼓勵風電新能源開發,國家發改委先后頒布了《可再生能源發電價格和費用分攤管理試行辦法》(發改價格[2006]7號)和《可再生能源電價附加收入調配暫行辦法》(發改價格[2007]44號),明確了對風電發電成本和風電接入電網費用的補償政策。2009年,發改委又發布了《關于完善風力發電上網電價政策的通知》(發改價格[2009]1906號),按風能資源狀況和工程建設條件在全國規定了四類風能資源區,針對四類風能資源區分別設定了風電標桿上網電價,發電成本補貼額度按當地風電標桿上網電價與燃煤脫硫機組標桿上網電價的差額確定。風電場發電、配套調峰電源建設、接入電網消納是實現風電開發的3個重要環節,抽水蓄能電站作為與風電配套的調峰電源,建設開發成本應納入可再生能源開發的整體政策體系獲得補償,補償額度應按合理補償成本、合理收益、合理稅賦的原則測算確定[4]。在現階段風電發電成本高于電網火電脫硫標桿上網電價下,對與風電配套的抽水蓄能電站,成本應通過一定的經濟測算劃分為兩類:一類是配合風電的調峰運行成本,另一類是其他配合電網運行的成本。對于配合風電的調峰運行成本應按可再生能源發電費用分攤辦法原則,在全國銷售電量范圍內通過調整銷售電價實現對應成本全額補償[5];對于其他配合電網運行的成本應依據其為電網提供輔助服務、改進燃煤火電機組運行狀態、提高用戶供電質量等效益比例大小,在抽水蓄能電站所在地的電網企業、燃煤電廠和用戶之間進行分攤疏導。

4 結語

綜合以上分析,目前在規劃設計方面,應對與風電基地配套的抽水蓄能電站實施滾動規劃,對我國西北干旱缺水地區抽水蓄能電站建設要開展節水研究設計,應圍繞我國已規劃的風電基地開發要求,作好配套抽水蓄能電站的規劃選址和關鍵設備技術的研發。在運行方式研究方面,應作好基礎風速測量和數據收集工作,應組織多個單位開展聯合研究,可利用“運行方式后分析”方法,提高與風電配套抽水蓄能電站的調度運行管理水平。在投資和經營管理方面,可采用“電網控股,多元投資”的管理模式,有序、積極推動抽水蓄能電站發展,應爭取將與風電配套抽水蓄能電站建設成本納入可再生能源發電價格政策補貼范圍,對配合風電的調峰運行成本在全國銷售電量范圍內通過調整銷售電價實現補償。

參考文獻

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[4] 劉樹杰,楊娟.抽水蓄能電力產品的分類、社會屬性與成本分攤[J].電力技術經濟,2009,21(4):1～3.

[5] 李紅軍,李成仁,王衛軍,等.當前抽水蓄能電站電價疏導問題分析[J].能源技術經濟,2010,22(9):38～42.