基于抽水蓄能電站與煤電機(jī)組一體化的運(yùn)營研究

陳偉中

(神華國華清遠(yuǎn)發(fā)電有限責(zé)任公司， 廣東清遠(yuǎn) 513000)

《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出大力推進(jìn)能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，優(yōu)化粵港澳大灣區(qū)能源結(jié)構(gòu)和布局。根據(jù)中長期電力工業(yè)規(guī)劃研究可以看出，預(yù)計(jì)到2025年，廣東省年最大負(fù)荷利用時(shí)間均在5 000 h以上，需要補(bǔ)充一定規(guī)模的電源以適應(yīng)電力需求增長。

受制于資源條件及裝備技術(shù)水平，廣東省發(fā)展可再生能源成本仍偏高，并且配套建成大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置以及智能、高效、靈活的智慧電網(wǎng)系統(tǒng)的投資成本較高導(dǎo)致用能成本提升。

從能源成本可承受角度，低成本的清潔煤電和抽水蓄能仍然是廣東省能源轉(zhuǎn)型進(jìn)程中不可或缺的能源形式。在不突破煤炭消費(fèi)總量的前提下，廣東省地區(qū)需要發(fā)展一批清潔煤電項(xiàng)目，以適度平抑能源結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致的用電成本漲幅，同時(shí)需要建設(shè)一批抽水蓄能電站緩解廣東省的調(diào)峰形勢，提高廣東省吸納核電、海上風(fēng)電和云貴水電的能力。

煤電機(jī)組具有投資回報(bào)率高、運(yùn)行靈活的特點(diǎn)，但是在參與電網(wǎng)調(diào)峰的過程，隨著機(jī)組負(fù)荷降低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性下降較快。為提高電力系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，充分發(fā)揮各類型電源的優(yōu)勢，開展煤電機(jī)組與抽水蓄能電站一體化運(yùn)營研究非常必要。

1 清潔煤電項(xiàng)目

1.1 戰(zhàn)略作用

隨著粵港澳大灣區(qū)清潔低碳、安全高效的能源供給體系逐步建設(shè)，預(yù)計(jì)未來粵港澳大灣區(qū)煤電機(jī)組將逐步退役。粵港澳大灣區(qū)內(nèi)土地資源緊張，大規(guī)模建設(shè)可再生能源電站的難度較大，未來粵港澳大灣區(qū)電力的主要補(bǔ)充來源是核電和天然氣發(fā)電(簡稱氣電)。受核電廠址資源條件、氣價(jià)等因素影響，未來粵港澳大灣區(qū)需要增大區(qū)外送入電力的規(guī)模。

廣東省一次能源相對(duì)匱乏，省內(nèi)能源供應(yīng)大規(guī)模依靠省外調(diào)入和進(jìn)口，發(fā)展一定規(guī)模的煤電，有助于平抑發(fā)展海上風(fēng)電等高價(jià)電源帶來的電價(jià)壓力。煤炭的發(fā)展應(yīng)朝著高效清潔利用的方向，通過大規(guī)模壓減非發(fā)電用煤，把煤炭消費(fèi)集中到大容量、高參數(shù)、低排放的清潔煤電。因此，結(jié)合廣東省能源資源、安全性和經(jīng)濟(jì)性要求，在珠三角以外地區(qū)發(fā)展清潔煤電是重要的戰(zhàn)略選擇。

1.2 項(xiàng)目概況

正在建設(shè)中的某煤電項(xiàng)目位于廣東省英德市，緊鄰廣州、佛山等珠三角西北部負(fù)荷中心，是負(fù)荷中心電源供應(yīng)補(bǔ)充的重要來源。

該項(xiàng)目2臺(tái)1 000 MW機(jī)組采用國內(nèi)620 ℃等級(jí)超超臨界二次再熱技術(shù)，項(xiàng)目區(qū)域競爭優(yōu)勢明顯，投產(chǎn)首年單位售電成本低于同期電廠，是粵港澳大灣區(qū)電源供應(yīng)的重要補(bǔ)充，不僅可緩解廣東省，尤其是珠三角西北部地區(qū)未來電力供應(yīng)不足問題，還有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)和布局、提高電網(wǎng)供電可靠性、減少運(yùn)行損耗、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。

1.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

該煤電項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)結(jié)果見表1。

表1 煤電經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

根據(jù)《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》及《火力發(fā)電廠工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》，按照項(xiàng)目所屬區(qū)域較為合理的上網(wǎng)電價(jià)為416元/(MW·h)，供熱價(jià)格為56.94元/GJ，其他評(píng)價(jià)參數(shù)按照該煤電項(xiàng)目可行性研究文件，測算該煤電項(xiàng)目全投資內(nèi)部收益率(稅前)為12.38%，具有較高的投資回報(bào)率。

2 抽水蓄能電站項(xiàng)目

廣東省某抽水蓄能電站項(xiàng)目規(guī)劃同屬廣東省英德市， 與上述煤電項(xiàng)目距離約70 km。電站規(guī)劃裝機(jī)容量240萬 kW，分兩期建設(shè)。該抽水蓄能電站項(xiàng)目靜態(tài)總投資約90億元，一期擬建設(shè)4臺(tái)300 MW級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組，以2回500 kV接入電力系統(tǒng)，主要承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和黑啟動(dòng)等任務(wù)。

2.1 抽水蓄能電站的作用和地位

隨著廣東省電網(wǎng)西部分區(qū)核電、海上風(fēng)電、云貴水電規(guī)模增大，廣東省電網(wǎng)西部分區(qū)調(diào)峰形勢愈加嚴(yán)峻，該抽水蓄能電站項(xiàng)目建成后，將能夠一定程度上緩解廣東省電網(wǎng)西部分區(qū)的調(diào)峰形勢，提高廣東省電網(wǎng)西部分區(qū)吸納核電、海上風(fēng)電和云貴水電的能力。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)必要性分析

2.2.1 緩解系統(tǒng)調(diào)峰壓力

廣東省已形成包含煤電、氣電、核電、抽水蓄能、水電、風(fēng)電和云貴水電在內(nèi)的多元化電源體系。預(yù)計(jì)到2020年末，廣東省核電裝機(jī)容量將達(dá)到16 136 MW、海上風(fēng)電規(guī)模將達(dá)到2 000 MW、云貴水電規(guī)模將達(dá)到40 080 MW，這些電站在夏季高峰負(fù)荷時(shí)期調(diào)峰能力有待提高，尤其是風(fēng)電還存在反調(diào)峰特性，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的影響，加大了電網(wǎng)的調(diào)峰壓力，對(duì)廣東省電網(wǎng)的調(diào)峰運(yùn)行提出了較高要求。

抽水蓄能電站具有反應(yīng)迅速、運(yùn)行靈活、啟停方便的特點(diǎn)，是廣東省電力系統(tǒng)中性能優(yōu)良的調(diào)峰電源，建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站對(duì)于促進(jìn)云貴水電、核電以及風(fēng)電等清潔能源的發(fā)展具有重要意義。

2.2.2 有利于優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)

抽水蓄能電站的建設(shè)可替代同等規(guī)模的主力電源，與新增同等規(guī)模的煤電機(jī)組比較，可降低煤電平均調(diào)峰率，提高燃煤機(jī)組發(fā)電利用時(shí)間，節(jié)約系統(tǒng)煤耗，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。廣東省北部地區(qū)小水電規(guī)模大，夏季汛期調(diào)峰性能差，廣東省電網(wǎng)西部分區(qū)還接收了大量西南水電，對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰需求大，建設(shè)抽水蓄能電站，能夠優(yōu)化該區(qū)域的電源結(jié)構(gòu)，改善附近區(qū)域燃煤機(jī)組運(yùn)行工況，降低煤耗，提高系統(tǒng)運(yùn)行靈活性。

2.2.3 提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平

抽水蓄能電站從靜止?fàn)顟B(tài)到滿載發(fā)電只需2～4 min，從空載到滿載只需30～35 s，從抽水狀態(tài)緊急轉(zhuǎn)換到滿載狀態(tài)也只需3～4 min，可滿足系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式的要求，具有較好的負(fù)荷跟蹤能力，是性能優(yōu)良的調(diào)頻電源[1]。廣東省電力負(fù)荷峰谷差大，系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)難度大。大負(fù)荷運(yùn)行方式(簡稱大方式)時(shí)，建設(shè)抽水蓄能電站可為系統(tǒng)提供有力的動(dòng)態(tài)電壓支持；小負(fù)荷運(yùn)行方式(簡稱小方式時(shí))，由于系統(tǒng)負(fù)載輕、無功電源過剩，利用抽水蓄能電站進(jìn)相運(yùn)行，吸收系統(tǒng)過剩無功，降低電壓水平。此外，抽水蓄能電站還具備黑啟動(dòng)功能，能夠在系統(tǒng)嚴(yán)重故障情況下，發(fā)揮恢復(fù)系統(tǒng)的功能[2]。伴隨廣東省電力系統(tǒng)規(guī)模的快速擴(kuò)大，對(duì)事故備用容量的要求也相應(yīng)增加，在廣東省繼續(xù)發(fā)展一定規(guī)模的抽水蓄能電站，可很大程度上增強(qiáng)系統(tǒng)的事故反應(yīng)能力，適應(yīng)云貴水電東送輸電網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的運(yùn)行要求，保證系統(tǒng)安全，對(duì)提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平具有重要作用。

2.3 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

按照原國家電力公司頒布的《抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)暫行辦法實(shí)施細(xì)則》、國家發(fā)展改革委和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》以及國家現(xiàn)行的財(cái)稅規(guī)定，結(jié)合該項(xiàng)目初步經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)，年供電量考慮1 800 GW·h，廠用電率初定2%。在滿足資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率8%的前提下，根據(jù)初步測算出項(xiàng)目的容量租賃價(jià)格為631元/(kW·a)。兩部制電價(jià)模式(由容量對(duì)應(yīng)的基本電價(jià)和與用電量對(duì)應(yīng)的電量電價(jià)結(jié)合決定的電價(jià)模式)下電量電價(jià)補(bǔ)償了項(xiàng)目變動(dòng)運(yùn)維成本(主要是抽水購電成本)，容量電價(jià)則保證了項(xiàng)目投入資本和固定運(yùn)維費(fèi)用的回收以及投資收益[3]。抽水蓄能電站項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)結(jié)果見表2。

表2 抽水蓄能電站項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

3 一體化運(yùn)營方案

一體化運(yùn)營方案將煤電項(xiàng)目和抽水蓄能電站項(xiàng)目作為同一調(diào)度對(duì)象統(tǒng)一調(diào)度，需要改進(jìn)發(fā)電側(cè)營銷模式，創(chuàng)新調(diào)度方式，改變目前按機(jī)組調(diào)度的管理模式，推動(dòng)按廠、按節(jié)點(diǎn)調(diào)度的管理創(chuàng)新。

(1) 兩個(gè)項(xiàng)目均處在珠三角負(fù)荷中心的北側(cè)，從所處位置分析，均可接入庫灣變電站，當(dāng)向珠三角負(fù)荷中心輸送電能時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)煤電機(jī)組到抽水蓄能電站再到負(fù)荷中心的流向，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)上為一體化運(yùn)營的電網(wǎng)調(diào)度提供了更大的可行性。

(2)兩個(gè)電站作為統(tǒng)一調(diào)度目標(biāo)，當(dāng)電網(wǎng)給出較低負(fù)荷要求時(shí)，通過一體化運(yùn)營，可以通過提高抽水蓄能電站的儲(chǔ)能能力，適當(dāng)提高煤電機(jī)組負(fù)荷，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

3.1 優(yōu)勢分析

3.1.1 進(jìn)一步提升能源利用效率

在一體化運(yùn)營情況下，可以替代等容量的電源裝機(jī)，發(fā)揮其容量效益。在系統(tǒng)負(fù)荷低谷時(shí)刻，若煤電機(jī)組的負(fù)荷率從40%提升至50%，汽輪機(jī)熱耗、鍋爐效率和廠用電率的變化將導(dǎo)致機(jī)組供電煤耗減少14～22 g/(kW·h)，具有明顯的節(jié)能效益。

除了發(fā)揮容量效益和節(jié)能效益外，抽水蓄能電站項(xiàng)目還發(fā)揮了調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)、事故備用等輔助服務(wù)功能[4]。

3.1.2 契合數(shù)字電網(wǎng)發(fā)展方向

一體化運(yùn)營方式契合南方電網(wǎng)《數(shù)字化轉(zhuǎn)型和數(shù)字南網(wǎng)建設(shè)行動(dòng)方案》，有利于實(shí)現(xiàn)大電網(wǎng)自主巡航、電力市場有序運(yùn)轉(zhuǎn)、系統(tǒng)資源最優(yōu)利用的數(shù)字化電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)。

3.2 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

一體化運(yùn)營如按抽水電量24億kW·h(年發(fā)電利用時(shí)間1 580 h)，可提高煤電機(jī)組年利用時(shí)間1 200 h，即年利用時(shí)間5 700 h。一體化運(yùn)營方案項(xiàng)目投資稅后內(nèi)部收益率能達(dá)到10.09%，項(xiàng)目具備較好的盈利能力。經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)具體結(jié)果見表3。

表3 一體化運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)

表3(續(xù))

兩個(gè)項(xiàng)目處于同區(qū)域，具有良好的互補(bǔ)優(yōu)勢，可以釋放煤電機(jī)組調(diào)峰壓力，減少煤電機(jī)組啟停和負(fù)荷調(diào)整次數(shù)，提高煤電機(jī)組利用時(shí)間，降低系統(tǒng)運(yùn)行成本，改善電能生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。

3.3 未來盈利預(yù)期

3.3.1 容量電價(jià)和輔助服務(wù)補(bǔ)償

在《2019年上半年全國電力供需形勢分析預(yù)測報(bào)告》中指出建議根據(jù)電力供需趨緊形勢，加快系統(tǒng)調(diào)峰能力建設(shè),加強(qiáng)需求側(cè)管理,進(jìn)一步完善市場機(jī)制調(diào)動(dòng)煤電機(jī)組靈活性改造積極性，盡快研究出臺(tái)容量電價(jià)，建立容量市場和輔助服務(wù)市場。

保證能源的穩(wěn)定供應(yīng)，提高供應(yīng)彈性，非常重要的就是加強(qiáng)能源儲(chǔ)備。要多措并舉加強(qiáng)電力調(diào)峰機(jī)組建設(shè)，結(jié)合電力現(xiàn)貨市場建設(shè)，探索建立頂峰機(jī)組交易運(yùn)行機(jī)制。

未來儲(chǔ)能設(shè)施參與電力輔助服務(wù)市場并獲得容量電價(jià)和輔助服務(wù)補(bǔ)償可以成為一體化運(yùn)營新的利潤增長點(diǎn)。

3.3.2 峰谷電價(jià)補(bǔ)償

根據(jù)《國家發(fā)展改革委關(guān)于創(chuàng)新和完善促進(jìn)綠色發(fā)展價(jià)格機(jī)制的意見》(發(fā)改價(jià)格規(guī)〔2017〕943號(hào))，進(jìn)一步建立完善峰谷電價(jià)政策，為儲(chǔ)能行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造條件，探索建立儲(chǔ)能容量電費(fèi)機(jī)制，推動(dòng)儲(chǔ)能參與電力市場交易獲得合理補(bǔ)償。

從南方電力現(xiàn)貨市場2019年6月交易情況，發(fā)電側(cè)平均價(jià)格最低70元/(MW·h)，最高687元/(MW·h)，反映峰谷電價(jià)存在較大的價(jià)差空間。可見未來通過調(diào)峰、填谷，獲取峰谷電價(jià)差，將為一體化運(yùn)營獲取更大的利潤空間。

4 結(jié)語

煤電機(jī)組與抽水蓄能電站一體化運(yùn)營的管理模式符合創(chuàng)新型、一體化發(fā)展理念，契合廣東省電力市場發(fā)展趨勢。

實(shí)施一體化運(yùn)營能更好發(fā)揮煤電項(xiàng)目的技術(shù)優(yōu)勢，發(fā)揮抽水蓄能電站調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)、事故備用等輔助服務(wù)功能。

實(shí)施一體化運(yùn)營具有“1+1>2”的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。未來容量電價(jià)、峰谷差電價(jià)、輔助服務(wù)收益等具有較好前景，助力實(shí)現(xiàn)收益最大化。