陜西電網建設抽水蓄能電站的作用與效益分析

暢彩娥

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

文章編號：1006—2610(2015)05—0005—03

陜西電網建設抽水蓄能電站的作用與效益分析

暢彩娥

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

陜西電網是以火電為主的電網，其調峰主要依靠火電。但隨著負荷增長，峰谷差加大，再加上風電、光電等新能源的投入，僅靠火電和有限的水電調峰已不能滿足電網經濟調峰需求。文章通過陜西電網調峰電源優化配置研究，論證了抽水蓄能電站在陜西電網內的作用和效益，并提出了抽水蓄能電站的經濟規模。

抽水蓄能電站;調峰填谷;經濟運行;節能減排

1 陜西電網調峰需求

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

目前，陜西電網調峰任務主要由省內火電、水電及甘青水電承擔。隨著國家新能源戰略的實施，甘肅、青海積極開發部署風電及光電等新能源基地。風電和光電的大規模并網，甘青電網將沒有富余調峰容量向陜西省輸送。

另一方面，隨著經濟的快速發展及產業結構的調整，陜西電網峰谷差進一步加大，2000年為1 910 MW，2005年為2 660 MW，預測2020年為10 480 MW，需要的調峰能力將進一步增加。同時，陜西電網內風電及光電的投產發電，也將需要更大的調峰容量。

根據西北電網有限公司2011年3月編制的《西北電網“十二五”規劃》報告，2020年水平陜西電網最高負荷為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，陜西電網內水電總裝機容量約4 790.9 MW、風電和光電裝機容量至少1 450 MW。

考慮風電及光電并網后，陜西電網2020年12月份峰谷差為10 974 MW，7月份峰谷差為11 075 MW。計入旋轉備用容量后，12月份所需的調峰容量為13 216 MW，7月份所需的調峰容量為13 311 MW。而當電網內無抽水蓄能電站時，所有電源所能提供的調峰容量12月份僅有11 116 MW、7月份僅有10 767 MW，電網12月份缺調峰容量達2 100 MW、7月份缺調峰容量達2 543 MW(見表1)。

以上分析可見，陜西電網缺調峰容量，迫切需要在負荷中心附近加強調峰電源建設。

2 解決陜西電網調峰問題的主要措施分析

陜西煤炭資源豐富，為建設火電站提供了有利的條件。目前大型火電機組雖已具有60%～70%的設計調峰能力，但在實際運行中，由于煤質往往難以達到設計標準，導致火電機組調峰能力難以達到設計值，單機容量300和600 MW火電機組一般僅具有40%～50%的技術調峰能力，而當無抽水蓄能電站時，若要滿足陜西電網的調峰容量平衡，則需新增火電的調峰率高達60%以上(見表1)，顯然僅靠火電和有限的水電難以滿足陜西電網調峰需求，且燃煤火電機組調峰運行的靈活性和經濟性均較差，其升荷、卸荷速度滿足不了電網負荷急速變化的要求，同時煤耗高。

表1 陜西電網2020年調峰容量平衡表 /MW

有調節能力的水電站是電網調峰的理想電源，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，而黃河北干流梯級運行將受下游河段防凌、防洪、沖淤、灌溉、補水等一系列影響，其調峰能力有限；至2020年，漢江梯級中只有石泉和安康水電站具有季調節性能，其它均為日調節電站，當汛期漢江來水較多時，為了多發電，電站多數時間應在基荷運行。

抽水蓄能電站是理想的調峰電源之一，其主要特點是具有啟停迅速，升荷、卸荷速度快，運行靈活可靠，既能削峰又可填谷，能夠很好地適應電力系統負荷變化，改善火電機組運行條件，提高電網經濟效益，亦可作為調頻、調相、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，但根據中國具有“少油氣多煤炭”的資源特點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狀，結合《西北電網“十二五”規劃》中的電源規劃，陜西電網暫不宜發展燃氣電站。

根據陜西省的能源資源特點，解決陜西電網調峰問題的主要措施為：在充分發揮水電調峰能力的前提下，合理配套發展燃煤火電和抽水蓄能電站。

3 陜西電網調峰電源優化配置

陜西常規水電站的調峰能力有限，在充分發揮常規水電調峰能力的前提下，為了電網能夠安全經濟運行，需要通過經濟比較對調峰電源進行優化配置。

根據電網情況，現對無抽水蓄能電站和抽水蓄能電站裝機容量分別為1 100、1 400、1 700、2 000、2 300、2 600、2 900 MW 等8個方案進行分析，各方案所缺調峰容量由火電補充。

在同等程度滿足陜西電網2020年電力電量平衡與調峰容量平衡的前提下，各調峰方案對應的電網內電源組成、火電調峰率及耗煤量見表2。

圖1 陜西電力系統電源優化配置方案經濟比較圖

經投資費用分析計算，各方案的總費用現值見圖1。由圖1可知，“抽水蓄能裝機容量2 600 MW”方案的總費用現值最小。即在充分發揮常規水電調峰能力的條件下，陜西電網內配置裝機容量2 600 MW左右的抽水蓄能電站、其余調峰需求由火電提供時，電網運行最為經濟。

表2 不同調峰方案對應的2020年電網電源組成、火電調峰率及煤耗量表

當陜西電網內配置裝機容量2 600 MW左右的抽水蓄能電站時，為滿足調峰需求，需火電裝機容量25 672.5 MW，相應火電綜合調峰率為26.95%～34.05%，處于合理范圍；電力系統耗煤量為4 486.84萬t，是各方案中的最低值。

因此，陜西電網內調峰電源應由常規水電、抽水蓄能電站和火電組成，其中2020年抽水蓄能電站的規模在2 600 MW左右較為經濟。

4 抽水蓄能電站的作用與效益

(1) 陜西電網內電源以火電為主，比重接近90%。陜西電網與甘肅、青海、寧夏構成了統一調度的區域電網。陜西、寧夏電網以火電為主，青海電網以水電為主，長期以來，陜甘青寧電網實行水火互濟，青海、甘肅的水電為陜西電網調峰做出了重要貢獻。但隨著甘肅、青海風能和太陽能的大規模開發，甘肅、青海的調峰容量將不足自給。陜西電網調峰問題已日益突出，尤其缺乏快速反應和跟蹤負荷的電源，迫切需要優化電源結構，特別需要在負荷中心附近布局一定規模的快速反應電源。

抽水蓄能電站是世界公認的最佳調峰電源，它既能在電力負荷高峰時期調峰發電，提供電網急需的峰荷出力，又能在負荷低谷時期填補負荷缺口，消納富余電量，具有2倍于裝機容量的調峰能力；抽水蓄能電站具有快速反應性能及黑啟動能力，是保障電網安全穩定運行的重要措施。對于以火電為主的陜西電網，配置一定規模的抽水蓄能電站，有利于優化電源結構，提高電網安全穩定運行保障水平，增強電網調峰能力。

(2) 抽水蓄能電站投入運行后，能有效減小陜西電網內火電調峰幅度，在節約系統總燃料消耗的同時，提高火電裝機年利用小時數，降低系統運行成本。與無抽水蓄能電站相比，當抽水蓄能規模為2 600 MW時，2020年水平可降低火電調峰率16.99%～17.66%，節省火電耗煤量11.69萬t，提高火電裝機年利用小時數553 h，降低電力系統總費用現值約29 258萬元。

(3) 根據規劃，至2020年，陜西電網內至少將建設1 450 MW的風電與其它新能源電站。抽水蓄能電站是當前最為經濟和清潔環保的大規模儲能設施，抽水蓄能電站的投運將有助于電網更有效地接納風電與其它新能源發電量，并相應減少電網內火電站CO2、SO2、CO等有害氣體排放，起到節能減排效果。

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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，教授級高工，主要從事規劃水能設計工作.

TM732;TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.002