重慶電網建設抽水蓄能電站必要性分析

王 鵬

(上海勘測設計研究院有限公司，上海市 200000)

0 引 言

當下國際能源格局發生巨變，發展清潔能源成為能源轉型發展的必然趨勢。由于水電出力受流域來水影響，風電、光伏發電的出力又具有間歇性、波動性和隨機性，故以清潔能源為主導的新型電力系統將對電網的調峰能力提出更高的要求。抽水蓄能電站作為安全穩定、技術成熟的調峰電源，在調峰、儲能等方面尤具優勢，能夠高效地消納水、風、光等清潔能源所發電力，對助力國家實現“雙碳”目標能夠起到巨大作用。

本文基于重慶電網電力系統的現狀特點和相關發展規劃，預測2025年、2030年、2035年重慶地區用電負荷，依此進行電力市場平衡分析；并通過擬定外送電方案，得出各水平年調峰缺口，論證重慶地區發展抽水蓄能電站的必要性。

1 社會經濟及能源資源現狀

1.1 社會經濟現狀

重慶市位于我國內陸西南部，地處長江上游經濟帶核心地區，GDP總量和人均生產總值均居全國前列，是我國四大直轄市之一，也是我國經濟活力較強、發展水平較高的城市之一。根據重慶市第七次人口普查結果，截至2020年11月， 全市常住人口3 205.42萬人，與2010年第六次人口普查的2 884.62萬人相比，年平均增長率為1.06%。2020年，重慶市全年地區生產總值達到25 002.79億元，同比增長3.9%。其中，第一產業增加值1 803.33億元，增長4.7%；第二產業增加值9 992.21億元，增長4.9%；第三產業增加值13 207.25億元，增長2.9%。三次產業結構比為7.2∶40.0∶52.8。全市經濟已逐步形成工業和現代服務業雙主導的新型產業格局。

1.2 能源資源現狀

重慶市屬于能源短缺地區，遠期重慶市將有大量的煤炭、電力、天然氣、成品油從外區送入。

1.2.1 煤炭資源

重慶市已探明的煤炭基礎儲量為20.3億t，主要分布在南桐、永榮、華鎣山、紅巖煤田以及渝南、渝東、巴山含煤區。重慶市煤炭資源開發程度高，利用率已超70%，后備資源不足，人均占有煤炭資源量低于全國平均水平，屬貧煤區。從煤質上看，80%為含硫超過3%的高硫煤。

1.2.2 天然氣資源

重慶市是我國開發最早、產量最大的氣區之一。現已探明儲量3 650億m3，可開采儲量2 678億m3，剩余可采儲量為1 768億m3。重慶市有一定的天然氣資源優勢，但發展面臨天然氣凈化設施能力不足、天然氣管道設施陳舊等困難。

1.2.3 風力資源

重慶市風力資源總體不豐富，較好的風能資源主要分布在重慶的東北部(大巴山、巫山、七曜山東段一帶)和東南部高山(武陵山、大婁山北緣山地、方斗山一帶)地區，尤其是地勢高突的高山草場、山脊的風能資源最好，西部地區及市內其他低海拔地區風能資源較小。風能資源存在著明顯的季節變化特征：東北部的風能資源以春季最大，冬季次之，夏季最小，東南部的分能資源是春季最大，夏冬次之。由于受自然條件的制約，風電場的出力和電量變幅較大，在負荷高峰時存在不能充分利用裝機的可能。

1.2.4 太陽能資源

重慶市地處四川盆地東南部，屬于太陽能資源一般地區，年平均日照小時約1 100 h，太陽能年均總輻射量在3 100 MJ/m2·a，屬太陽能資源分類的五類地區。同時，重慶多山少平地，森林覆蓋率較高，可利用土地資源較少，而光伏電站單位占地面積較大，總體而言不具備發展太陽能的優勢。

1.2.5 水能資源(常規水電)

水力資源集中在長江、嘉陵江、烏江、涪江等流域。全市技術可開發水力資源量9 800 MW，其中經濟可開發容量8 200 MW。目前重慶市已開發水電規模占據經濟可開發量的比例已逾90%。

1.2.6 抽水蓄能站點資源

重慶市抽水蓄能電站站點資源豐富，建設條件優越，單位kW造價較低，單位千瓦靜態投資在3 500～4 700元，低于或接近火電投資，具有較強的競爭力，是重慶電網及西南電網理想的調峰電源。截至2020年底，除蟠龍(1 200 MW)抽水蓄能電站在建以外，重慶市無其他已建、在建抽水蓄能電站。

2 電力系統現狀及規劃

2.1 電力系統現狀

截至2019年底，重慶全市發電裝機容量24 450 MW，其中水電7 680 MW，占比31.4%；火電(含燃氣發電、生物質發電)15 480 MW，占比63.3%；風電640 MW，占比2.6%；光伏650 MW，占比2.7%。

2019年，重慶全社會用電量為1 160億kW·h，同比增長3.70%；最大用電負荷23 600 MW，同比增長4.90%。2019年日最高負荷及日最高用電量均發生在8月26日，最高負荷為21 380 MW，同比增長4.39%；日最高用電量為4.24億kW·h，同比增長3.92%。

2016—2019年期間，重慶市用電結構相對穩定。第一產業用電量僅占全社會用電量的0.30%左右，年增長率不足10%；第二產業用電量占據主導地位，達到全社會用電量60%；第三產業用電量占全社會用電量的20%左右，其占比逐年呈緩幅增長趨勢。

重慶電網目前區外購入電力主要為四川水電及三峽水電。四川方向水電中，二灘水電站年送電量43億kW·h，最大容量880 MW；錦屏水電站年送電量102億kW·h，最大容量2 000 MW；四川方向其余小水電年送電量9億kW·h，最大容量320 MW。三峽水電站年送電量40億kW·h，最大容量640 MW。

2.2 電力發展規劃

2.2.1 負荷預測

根據重慶電網“十四五”發展規劃的負荷預測結果，結合西南電網網架結構研究相關成果，重慶市全社會電力需求預測結果如下所示(見表1)。

表1 重慶電網全社會需電量和最大負荷預測

經預測，重慶電網典型年負荷曲線及典型日負荷曲線如下所示(見圖1、圖2)。

圖1 重慶電網冬、夏典型日負荷曲線預測

圖2 重慶電網典型年負荷曲線預測

2.2.2 電源建設規劃

根據重慶市中長期電源規劃，考慮在建、核準和列入規劃的電源項目，2025年、2030年及2035年全市全社會電源新增裝機時序如下所示(見表2)。

表2 重慶電網電源發展規劃 萬kW

2.2.3 區外來電規劃

根據重慶電力公司的相關安排和計劃，在上一節區外購電的規模上，2020年起重慶每年向四川增購電力約330萬kW，2023年起每年向新疆增購電力約800萬kW。

3 電力系統平衡分析

3.1 電力市場供需平衡

根據重慶市電力負荷預測和電源發展規劃結果，進行重慶電網2025年、2030年、2035年電力市場空間計算分析(見表3)。

表3 重慶電網電力平衡表 萬kW

根據電力平衡分析結果，結合相關輸電工程等，初步擬定2025年、2030年及2035年區外購電方案以實現電力平衡，依此進行重慶電網調峰平衡分析。擬定外購電方案如下：2025年增購新疆電力800萬kW、川藏電力107萬kW；2030年增購新疆電力800萬kW、川藏電力909萬kW；2035年增購新疆電力800萬kW、川藏電力1 660萬kW。

3.2 調峰空間平衡

3.2.1 調峰平衡計算原則

(1)火電

2019年重慶電網火電綜合調峰幅度已逾50%，對發電經濟性和機組安全運行均較為不利。規劃水平年從火力發電的經濟性、安全性和穩定性等角度考慮，擬定各水平年火電調峰深度為45%。

(2)常規水電

水電豐、枯期調峰能力分別按開機容量的50%、40%考慮。

(3)風電、光伏發電

風電具有反調峰特性，其反調峰能力按額定容量的60%；光伏不參與調峰。

(4)區外購電

對于現狀外購電源，三峽及四川小水電基本承擔基荷運行，二灘及錦屏水電按20%參與調峰。對于規劃水平年，外購新疆電力初步考慮30%調峰能力，購入川藏電力暫不考慮其調峰能力。

3.2.2 調峰平衡分析結果

根據調峰平衡原則，按前文所擬定的外購電方案，對重慶電網2025年、2030年、2035年分別進行調峰平衡分析(見表4)。

表4 重慶電網調峰平衡表 萬kW

4 重慶電網抽水蓄能電站建設必要性

4.1 符合重慶電網電力系統需求

根據重慶電網電力系統平衡分析結果，“十四五”以后重慶電網存在較大的電力缺口和調峰缺口。在依托規劃明確的本地電源和現行區外購電方案的情況下，2025年、2030年和2035年的重慶電網電力缺額最高可達907萬kW、1 709萬kW和2 406萬kW，電力缺口龐大。根據重慶電網特性，合理擬定各水平年區外購電方案以填補電力缺口，并考慮蟠龍抽蓄、栗子灣抽蓄按期投產，經計算2025年、2030年和2035年的調峰缺口分別為166萬kW、281萬kW和611萬kW。若僅考慮抽水蓄能填補各水平年調峰缺口，上述各水平年重慶電網對建設抽水蓄能電站的需求分別為83萬kW、141萬kW、306萬kW。

4.2 優化重慶電網電源運行狀況

對于火電，抽水蓄能電站有利于降低本地火電綜合調峰幅度，節約系統煤耗，促進火電經濟、安全、穩定運行；對于水電，抽水蓄能電站既可以減少區內水電站的“棄水”，提高電能的利用效率，也有利于促進區外水電的消納；對于風電、光伏發單，抽水蓄能電站有利于減少“棄風”、“棄光”，促進風電、光電的消納。

4.3 促進重慶電網安全穩定運行

目前，重慶負荷中心已建成220 kV雙環網和500 kV骨干網架，是典型的受端電網，為防范遠距離輸電發生故障時對重慶電網造成的巨大沖擊，要求重慶地區建設運行靈活、反應快速的支撐電源，以其良好的動態響應特性保障電網運行的穩定性、安全性和可靠性。

抽水蓄能電站除具有優越的調峰、填谷功能外，還具有運行靈活、啟停快速的特點，從啟動到滿負荷運行只需1～2 min，由抽水工況轉換到發電工況也僅需3～4 min，是電網出色的頻率調節和電壓穩定電源。抽水蓄能電站的運行過程有助于提高電網的電壓和頻率合格水平，在電網發生故障時，有助于提高電網的動態和暫態穩定水平。

4.4 促進清潔能源發展，響應國家“雙碳”目標

2020年9月，習近平主席在第75屆聯合國大會期間提出：“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。“雙碳”目標下，水電、風電、光伏發電等清潔能源發電產業將迎來較大發展，火電裝機比例將進一步降低。抽水蓄能電站對實現“雙碳”目標意義重大，一方面，抽水蓄能電站本身為清潔型電站，其運行過程并不會對周圍環境造成破壞或污染；另一方面，清潔能源出力不穩定，清潔能源裝機容量的提高將對電網調峰能力帶來巨大挑戰，發展抽水蓄能電站可以促進清潔能源的消納，優化電網的運行。

5 結 論

通過分析重慶電力系統供需平衡情況及重慶地區建設抽水蓄能電站的必要性，結論如下：

(1) 重慶電網2025年、2030年和2035年分別存在166萬kW、281萬kW和611萬kW的調峰缺口，調峰需求迫切。

(2) 重慶電網發展抽水蓄能電站對于解決電網調峰需求、優化電源結構、促進電網安全穩定運行、促成“雙碳”戰略目標具有重要意義。

■