對配套風(fēng)電開發(fā)的抽水蓄能電站發(fā)展的若干問題分析

摘 要:提出有關(guān)實施抽水蓄能電站滾動規(guī)劃調(diào)整、節(jié)水設(shè)計和重視選址等思路;研究與風(fēng)電配套抽水蓄能電站調(diào)峰運行應(yīng)關(guān)注的若干問題;探討抽水蓄能電站的有關(guān)投資和經(jīng)營管理制度政策的改進(jìn)方式。

關(guān)鍵詞:電力規(guī)劃風(fēng)電基地抽水蓄能電站配套電源調(diào)峰清潔發(fā)展

中圖分類號:TM7 文獻(xiàn)標(biāo)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(dá)到15%左右、單位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的目標(biāo),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(fēng)電集中開發(fā)基地。隨著我國風(fēng)電的大規(guī)模開發(fā)和快速發(fā)展,受風(fēng)電間歇性和不穩(wěn)定性影響,急需規(guī)劃建設(shè)一定容量與風(fēng)電配套的調(diào)峰電源,提高電網(wǎng)對風(fēng)電的消納程度,綜合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性比較看,現(xiàn)階段抽水蓄能電站是與風(fēng)電配套的調(diào)峰電源的最好選擇[1]。為促進(jìn)風(fēng)電開發(fā),推動與風(fēng)電配套抽水蓄能電站發(fā)展,對影響目前抽水蓄能電站發(fā)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(yīng)解決措施。

1 對規(guī)劃設(shè)計方面若干問題的分析

與風(fēng)電配套的調(diào)峰抽水蓄能電站,在規(guī)劃設(shè)計上,首先要從更好滿足風(fēng)電開發(fā)要求出發(fā),實施對抽水蓄能電站容量建設(shè)規(guī)劃的滾動調(diào)整;同時要認(rèn)識自然環(huán)境條件對抽水蓄能電站建設(shè)的制約,考慮對電站運行進(jìn)行節(jié)水設(shè)計;還應(yīng)圍繞我國大風(fēng)電基地開發(fā)要求做好抽水蓄能電站站址儲備和促進(jìn)抽水蓄能電站技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新[2]。基于以上思路,提出如下在設(shè)計階段應(yīng)考慮的問題:

一是對與風(fēng)電基地配套的抽水蓄能電站應(yīng)實施滾動規(guī)劃。近期我國有關(guān)研究機(jī)構(gòu)已初步提出了到2020年配合風(fēng)電基地開發(fā)的抽水蓄能電站合理比例,但考慮我國風(fēng)電發(fā)展較快,需要配套建設(shè)的抽水蓄能電站容量和投資規(guī)模大,實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理開發(fā)風(fēng)電要重視對配套抽水蓄能電站的滾動規(guī)劃研究;一是要考慮各風(fēng)電基地風(fēng)機(jī)容量增長、所在電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)變化等情況,調(diào)整確定不同年份與不同風(fēng)電基地配套的抽水蓄能電站規(guī)劃發(fā)展容量;二是我國大規(guī)模開發(fā)的風(fēng)電,要逐步融入大電網(wǎng)平衡,隨電網(wǎng)輸電能力和聯(lián)網(wǎng)范圍的擴(kuò)大,風(fēng)電將逐步實現(xiàn)遠(yuǎn)距離外送和消納范圍的擴(kuò)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(guī)劃容量也會有較大的調(diào)整;三是一些大風(fēng)電基地如新疆哈密、甘肅酒泉、蒙西、蒙東等所在電網(wǎng)負(fù)荷水平低、系統(tǒng)規(guī)模小,就地消納風(fēng)電的能力十分有限,伴隨風(fēng)電快速發(fā)展的規(guī)模保持配置合理適度的抽水蓄能電站容量,對促進(jìn)風(fēng)電有序開發(fā)以及合理消納具有重要意義,實行滾動規(guī)劃研究,有利于保證抽水蓄能電站容量配置的科學(xué)化和合理化,是科學(xué)化開發(fā)大型風(fēng)電基地的必然要求。

二是針對西北部地區(qū)干旱缺水環(huán)境,應(yīng)開展抽水蓄能電站節(jié)水研究設(shè)計。我國西北及內(nèi)蒙古地區(qū)風(fēng)資源儲量豐富,但氣候條件干旱缺水,年蒸發(fā)量較大,如新疆地區(qū)測算的年蒸發(fā)量1000～1700mm之間,內(nèi)蒙古地區(qū)年蒸發(fā)量大部分地區(qū)都高于l200毫米,選擇抽水蓄能電站作為與風(fēng)電配套調(diào)峰電源,自然環(huán)境中水資源不足是重要的制約影響因素。由于電站抽水發(fā)電過程是水的循環(huán)利用,抽水蓄能電站上、下庫的庫容相對常規(guī)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(fā)量l000毫米計算,1000萬m3的上下兩庫,年需補(bǔ)充的蒸發(fā)損失水量100萬m3,針對西部地區(qū)的氣候特點,應(yīng)在電站設(shè)計上考慮水源的充足補(bǔ)給,對于水源補(bǔ)給困難電站要從多方面研究電站節(jié)水設(shè)計,如實施上下庫體的的防滲漏設(shè)計、在有條件的站址加大水庫蓄水深度以減少水面蒸發(fā)面積、對年蒸發(fā)量大而水面面積較小的水庫可借鑒我國新疆地區(qū)發(fā)明的坎兒井保水方法原理,研究可實現(xiàn)水面封閉的防蒸發(fā)設(shè)計,通過節(jié)水設(shè)計減少抽水蓄能電站水量利用損失,突破干旱缺水地區(qū)對抽水蓄能電站建設(shè)的限制,使抽水蓄能電站發(fā)揮出與風(fēng)電配套電源作用,更好促進(jìn)西北部干旱地區(qū)風(fēng)電資源的開發(fā)和利用。

三是應(yīng)圍繞我國已規(guī)劃的8個千萬kW級風(fēng)電基地開發(fā),作好配套抽水蓄能電站的規(guī)劃選址和推進(jìn)抽水蓄能電站關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)的研發(fā)。一是應(yīng)重視電站的選址工作。在千萬kW級風(fēng)電基地省(區(qū))內(nèi),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(chǔ)情況,為后續(xù)風(fēng)電開發(fā)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(jī)組設(shè)備的研發(fā)投入。目前抽水蓄能電站具有向高水頭(600～800m)、大容量(>300MW)的機(jī)組技術(shù)發(fā)展的趨勢,我國應(yīng)抓住目前風(fēng)電開發(fā)需要配套建設(shè)大量抽水蓄能電站的機(jī)遇,在做好引進(jìn)技術(shù)、消化吸收的同時,在機(jī)組水力和結(jié)構(gòu)設(shè)計、可變速蓄能、設(shè)備系統(tǒng)連接和整組等關(guān)鍵技術(shù)方面,加大研發(fā)資金投入支持,實行技術(shù)攻關(guān)招標(biāo),激勵國內(nèi)企業(yè)開展相關(guān)技術(shù)設(shè)計和研發(fā)創(chuàng)新,縮小我國與技術(shù)先進(jìn)國家的差距并實現(xiàn)技術(shù)突破,通過技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)一步提高機(jī)組抽水發(fā)電能效轉(zhuǎn)換系數(shù),降低建設(shè)造價。

2 對抽水蓄能電站運行方式相關(guān)問題的分析

抽水蓄能電站與風(fēng)電配套進(jìn)行調(diào)峰運行,既要考慮風(fēng)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(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的,因此,還要加入對具體電網(wǎng)內(nèi)電源結(jié)構(gòu)、負(fù)荷過程、電網(wǎng)輸電能力、聯(lián)網(wǎng)范圍等因素的影響,運行方式較為復(fù)雜。考慮我國幾個規(guī)劃中的大型風(fēng)電基地將陸續(xù)建成,風(fēng)電的合理消納方式是影響風(fēng)電開發(fā)效益的重要環(huán)節(jié),具有緊迫性,因此,有必要在現(xiàn)階段著手開展此項研究工作。搞好抽水蓄能電站與風(fēng)電配套的調(diào)峰運行,應(yīng)從分析風(fēng)電特性出發(fā)作好基礎(chǔ)風(fēng)速測量和數(shù)據(jù)收集工作,發(fā)揮和組織多個研究單位的專業(yè)力量,開展合作研究,同時,要與實際應(yīng)用緊密結(jié)合,在不斷總結(jié)經(jīng)驗中提高調(diào)度運行水平。應(yīng)關(guān)注以下幾項工作。

一是要收集盡可能豐富的風(fēng)電基地風(fēng)速數(shù)據(jù)。風(fēng)速是隨時間變化的,并與高程關(guān)系密切,風(fēng)機(jī)發(fā)電出力與風(fēng)速具有一定的函數(shù)關(guān)系,隨著風(fēng)電開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步,風(fēng)機(jī)有向高空逐步發(fā)展的趨勢。受過去需求不足和測量技術(shù)手段限制,目前所掌握的風(fēng)電基地的風(fēng)速資料往往歷史年限不長,高空風(fēng)速數(shù)據(jù)較為缺乏,為有效利用風(fēng)能資源,把握風(fēng)電分布規(guī)律,應(yīng)重視對規(guī)劃建設(shè)的風(fēng)電基地風(fēng)速的測量和數(shù)據(jù)資料收集工作。風(fēng)電開發(fā)企業(yè)要與氣象監(jiān)測部門建立聯(lián)系,在風(fēng)資源豐富的重點區(qū)域,合理布控測點和設(shè)置測量取樣周期;對高空風(fēng)速的測量,要支持開展自動測量技術(shù)和系統(tǒng)的相關(guān)研究。從研究抽水蓄能電站與風(fēng)電配套調(diào)峰運行方式看,通過分析掌握詳實風(fēng)速數(shù)據(jù),可以預(yù)測把握風(fēng)電基地偏長期風(fēng)力發(fā)電過程,為協(xié)調(diào)與風(fēng)電配套抽水蓄能電站同電網(wǎng)的關(guān)系,開展風(fēng)電資源在電網(wǎng)內(nèi)的長期合理消納方式相關(guān)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

二是應(yīng)組織多個單位開展聯(lián)合研究。與風(fēng)電配套的抽水蓄能電站在電網(wǎng)內(nèi)的運行方式,隨風(fēng)電基地的陸續(xù)建成和快速發(fā)展,相應(yīng)研究任務(wù)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(shù)難度,為適應(yīng)我國電網(wǎng)的發(fā)展特點,吸納利用國內(nèi)外已有的先進(jìn)調(diào)度運行技術(shù),最終形成智能化的應(yīng)用成果,在起步階段,應(yīng)將研究工作作為一個系統(tǒng)工程進(jìn)行管理。調(diào)峰運行在技術(shù)上綜合了電力系統(tǒng)內(nèi)多個專業(yè)領(lǐng)域的知識,因此在管理上,可采用“一家牽頭,多家承擔(dān)”的合作模式開展研究。可選擇與調(diào)度運行部門聯(lián)系密切的研究機(jī)構(gòu)作為牽頭單位,負(fù)責(zé)頂層設(shè)計和謀劃整體研究安排,從發(fā)揮多家研究單位專業(yè)特長出發(fā),通過技術(shù)招標(biāo)等激勵形式,發(fā)現(xiàn)和選擇技術(shù)最適合的合作單位參與承擔(dān)研究。研究進(jìn)程可由牽頭機(jī)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)督和統(tǒng)籌協(xié)調(diào),遵循由易到難的原則逐步開展,以更好地解決大規(guī)模間歇式電源在電網(wǎng)內(nèi)運行面臨的有關(guān)技術(shù)難題,保證電網(wǎng)消納風(fēng)電的順利實現(xiàn)。

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(fēng)電配套的調(diào)峰運行水平。一定模式的運行方式投入實際應(yīng)用后,可能在一些環(huán)節(jié)由于解決方式過于簡化,或?qū)嶋H情況發(fā)生調(diào)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(jìn)行檢驗和評價,挖掘存在的問題,總結(jié)運行規(guī)律的一種研究方法。對現(xiàn)階段已建成的風(fēng)電開發(fā)項目,可采用“運行方式后分析”方法不斷循環(huán)改進(jìn)配套調(diào)峰運行效果。開展與風(fēng)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(jī)制,其中包括:調(diào)度運行部門需要對調(diào)度信息進(jìn)行必要的披露,由專門研究機(jī)構(gòu)收集各方提出的改進(jìn)建議,根據(jù)存在的問題研究制定解決方案,將措施反饋到調(diào)度等相關(guān)部門,并實行定期修正調(diào)度方式的制度。

3 抽水蓄能電站的投資和經(jīng)營管理

近年來,一些地區(qū)風(fēng)電場建成后出現(xiàn)了“發(fā)得出,送不上”的局面,入網(wǎng)難,入網(wǎng)率低造成了風(fēng)電資源的棄風(fēng)損失。分析原因,除電網(wǎng)外送輸電規(guī)模不足因素外,也與目前抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模相對滯后,在投資和經(jīng)營管理上缺乏可操作的政策制度有關(guān)。國家發(fā)改委對抽水蓄能電站的建設(shè)管理先后出臺了《國家發(fā)展改革委關(guān)于抽水蓄能電站建設(shè)管理有關(guān)問題的通知》(發(fā)改能源[2004]71號)和《關(guān)于桐柏、泰安抽水蓄能電站電價問題的通知》(發(fā)改價格[2007] 1517號),對規(guī)范抽水蓄能電站有序化建設(shè)、促進(jìn)資源優(yōu)化配置和避免重復(fù)建設(shè)起到了重要規(guī)范作用。在風(fēng)電等新能源大規(guī)模開發(fā)背景下,抽水蓄能電站又面臨著新的發(fā)展機(jī)遇,從促進(jìn)風(fēng)電開發(fā)的目標(biāo)看,有必要對現(xiàn)行抽水蓄能電站建設(shè)投資和經(jīng)營管理制度進(jìn)行梳理和完善。

一是以有利于促進(jìn)風(fēng)電開發(fā)為標(biāo)準(zhǔn),選擇與風(fēng)電配套的抽水蓄能電站投資主體構(gòu)成模式。一些研究顯示,風(fēng)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(fēng)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(shè)資金來滿足配套抽水蓄能電站大規(guī)模發(fā)展將成為未來管理的重要任務(wù)。考慮多方參與對減少未來市場風(fēng)險的影響、控制有序發(fā)展、協(xié)調(diào)與電站所在的地方關(guān)系等,相對電網(wǎng)作為單一投資主體模式,由電網(wǎng)、風(fēng)電企業(yè)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(shè),體現(xiàn)了電站建設(shè)為風(fēng)電開發(fā)服務(wù)的大方向。同時,多元投資模式在保證資金來源、維護(hù)有序發(fā)展、滿足合理建設(shè)規(guī)模、創(chuàng)造良好投資環(huán)境上更具優(yōu)勢。借鑒現(xiàn)有政策的有效管理因素,現(xiàn)階段可考慮采用“電網(wǎng)控股,多元投資”的投資結(jié)構(gòu)政策模式,促進(jìn)抽水蓄能電站與風(fēng)電的發(fā)展。

二是抽水蓄能電站建設(shè)作為與風(fēng)電開發(fā)配套調(diào)峰的重要環(huán)節(jié),應(yīng)納入補(bǔ)貼政策范圍。為鼓勵風(fēng)電新能源開發(fā),國家發(fā)改委先后頒布了《可再生能源發(fā)電價格和費用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》(發(fā)改價格[2006]7號)和《可再生能源電價附加收入調(diào)配暫行辦法》(發(fā)改價格[2007]44號),明確了對風(fēng)電發(fā)電成本和風(fēng)電接入電網(wǎng)費用的補(bǔ)償政策。2009年,發(fā)改委又發(fā)布了《關(guān)于完善風(fēng)力發(fā)電上網(wǎng)電價政策的通知》(發(fā)改價格[2009]1906號),按風(fēng)能資源狀況和工程建設(shè)條件在全國規(guī)定了四類風(fēng)能資源區(qū),針對四類風(fēng)能資源區(qū)分別設(shè)定了風(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價,發(fā)電成本補(bǔ)貼額度按當(dāng)?shù)仫L(fēng)電標(biāo)桿上網(wǎng)電價與燃煤脫硫機(jī)組標(biāo)桿上網(wǎng)電價的差額確定。風(fēng)電場發(fā)電、配套調(diào)峰電源建設(shè)、接入電網(wǎng)消納是實現(xiàn)風(fēng)電開發(fā)的3個重要環(huán)節(jié),抽水蓄能電站作為與風(fēng)電配套的調(diào)峰電源,建設(shè)開發(fā)成本應(yīng)納入可再生能源開發(fā)的整體政策體系獲得補(bǔ)償,補(bǔ)償額度應(yīng)按合理補(bǔ)償成本、合理收益、合理稅賦的原則測算確定[4]。在現(xiàn)階段風(fēng)電發(fā)電成本高于電網(wǎng)火電脫硫標(biāo)桿上網(wǎng)電價下,對與風(fēng)電配套的抽水蓄能電站,成本應(yīng)通過一定的經(jīng)濟(jì)測算劃分為兩類:一類是配合風(fēng)電的調(diào)峰運行成本,另一類是其他配合電網(wǎng)運行的成本。對于配合風(fēng)電的調(diào)峰運行成本應(yīng)按可再生能源發(fā)電費用分?jǐn)傓k法原則,在全國銷售電量范圍內(nèi)通過調(diào)整銷售電價實現(xiàn)對應(yīng)成本全額補(bǔ)償[5];對于其他配合電網(wǎng)運行的成本應(yīng)依據(jù)其為電網(wǎng)提供輔助服務(wù)、改進(jìn)燃煤火電機(jī)組運行狀態(tài)、提高用戶供電質(zhì)量等效益比例大小,在抽水蓄能電站所在地的電網(wǎng)企業(yè)、燃煤電廠和用戶之間進(jìn)行分?jǐn)偸鑼?dǎo)。

4 結(jié)語

綜合以上分析,目前在規(guī)劃設(shè)計方面,應(yīng)對與風(fēng)電基地配套的抽水蓄能電站實施滾動規(guī)劃,對我國西北干旱缺水地區(qū)抽水蓄能電站建設(shè)要開展節(jié)水研究設(shè)計,應(yīng)圍繞我國已規(guī)劃的風(fēng)電基地開發(fā)要求,作好配套抽水蓄能電站的規(guī)劃選址和關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)的研發(fā)。在運行方式研究方面,應(yīng)作好基礎(chǔ)風(fēng)速測量和數(shù)據(jù)收集工作,應(yīng)組織多個單位開展聯(lián)合研究,可利用“運行方式后分析”方法,提高與風(fēng)電配套抽水蓄能電站的調(diào)度運行管理水平。在投資和經(jīng)營管理方面,可采用“電網(wǎng)控股,多元投資”的管理模式,有序、積極推動抽水蓄能電站發(fā)展,應(yīng)爭取將與風(fēng)電配套抽水蓄能電站建設(shè)成本納入可再生能源發(fā)電價格政策補(bǔ)貼范圍,對配合風(fēng)電的調(diào)峰運行成本在全國銷售電量范圍內(nèi)通過調(diào)整銷售電價實現(xiàn)補(bǔ)償。

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