浅论抽水蓄能电站对重庆电网发展的影响

2011-06-01黄矗

重庆电力高等专科学校学报 2011年5期

黄矗

(1.重庆市电力公司建设分公司，重庆400112;2.湖北工业大学，湖北武汉430068)

抽水蓄能电站作为一种特殊的电源形式，以其运行方式灵活和反应快速的特点，在电力系统中发挥削峰填谷、调频、调相、紧急事故备用和黑启动等多种功能。它对促进电网和谐发展，保证供电质量、促进资源节约、减少污染排放，提高电力系统运行的经济性等方面发挥着巨大的作用。在当前电力行业深化改革的前提下，建设适当容量的抽水蓄能电站，对实现电力系统的节能减排、提高系统总体经济效益具有重要意义。

1 抽水蓄能电站在国际上的广泛应用

世界上发达国家的调峰手段各有千秋，受技术的限制，刚开始大多数国家用火电机组冷、热备用调节。其后热衷于水电机组调节。目前、抽水蓄能电站以其运行灵活、开停机速度快、调峰性能好、调频及备用适用性强、成本低，对环境污染少等突出的优点，在全世界得到日益广泛的应用。据不完全统计，1960年世界抽水蓄能装机容量为3.48GW，1970年为16.03GW，1980年为45.91GW，1990年则接近100GW。到2010年，美国《Water Power＆Dam Construction》杂志列举了31个国家的部分统计资料中，已建、在建抽水蓄能机组就有1371台之多，总装机容量达1290GW。

2 抽水蓄能电站在我国的应用

我国抽水蓄能电站建设虽然起步较晚，但发展较快，近20年来，抽水蓄能在我国也经历了从无到有，从有到优的高速发展阶段。从电站规模上、从技术水平上均已跻身世界先进行列。我国广州抽水蓄能电站装机2400MW(8×300MW)，是目前世界上最大的抽水蓄能电站。

我国实施西部大开发战略，电力行业西电东送、南北互供、特高压全国联网等一系列规划的实施，要求电力资源优化配置势在必行。新能源的迅速发展也需要加速抽水蓄能电站的建设。风电作为清洁的可再生能源是国家鼓励发展的产业，核电是国家大力发展的新型能源，风电和核电的大力发展，是我国能源结构优化的必然结果。

风能是一种随机性、间歇性的能源，发电稳定性和连续性较差，这就给风电并网后电力系统实时平衡、保持电网安全稳定运行带来巨大挑战。2011年2月24日，内蒙古额尔多斯风电场因事故停机，导致风电场自身约840MW负荷脱网。因为内蒙古电网本身容量有限，脱网事故造成内蒙古电网大幅度波动，险些酿成重大电网事故。抽水蓄能电站具有启动灵活、爬坡速度快等独具的优点和低谷储能的特点，可以极大缓解风电给电力系统带来的不利影响。

核电机组虽然运行费用低，但是，由于核电机组单机容量较大，一旦机组停机，将对电网造成很大的冲击，严重时可能会造成整个电网的崩溃。在日本大地震中，我们也看到因为福岛核电站受到地震影响而紧急关闭后，导致整个日本电网遭受巨大冲击，差点面临解网局面。所以电网需要有强大调节能力的电源与之配合，建设抽水蓄能电站配合核电机组，可辅助核电尽可能长时间的发基荷，多发电，能有效降低核电发电成本。

从我国目前的电源构成和布局看，根据各区域电网的负荷特性、电源规划、“西电东送”及联网规划和抽水蓄能规划设计成果，国内专家学者认为，抽水蓄能电站的合理规模应在电力总装机的6～10%之间。国家发改委能源局分析测算抽水蓄能电站合理建设规模，全国在2010年、2015年、2020年三个水平年的抽水蓄能装机规模分别达到18GW(扣除供香港60OMW后，下同)、34GW、50GkW。

3 重庆电网特点

重庆市地处较为发达的东部地区和资源丰富的西部地区结合部。重庆电网作为华中电网的重要组成部分，担负着重庆地区国民经济发展和3000万人民群众的生产生活供电。重庆成立直辖市14年来，全市经济结构调整初见成效，一、二、三产业比重由直辖前1996年的24.2%、41.8%、34.0%调整至2010年的16.0%、41.9%、42.1%，三产比重上升较快，其比重高出全国平均水平8.3个百分点。随着重庆经济的发展，用电负荷的峰谷差也在增大，从1998年1054MW，增长到2002年的1570MW，年增长为14.4%，2009年达到1850MW，增加17.2%，近几年，增长率也一直维持在15%以上。面对日益增加大峰谷差，电网自生调节容量已经不能满足要求，电网运行比较困难。

重庆电网年最大负荷均出现在的7、8月份，夏季高温负荷与温暖春季和凉爽秋季之间的负荷差异逐步拉大，系统季不均衡系数下降较快，2001～2010年分别降到0.768和0.774，最大负荷利用小时也分别降为4716小时和4712小时。

重庆电网自身装机容量不能满足负荷要求。每年有25%左右的电量需要从四川和贵州调入。但是到夏季高峰时段，由于四川和贵州电网和重庆电网位于同一纬度，高峰负荷时间一致。在加上其自身负荷也很重，对重庆电网的支持也是有限的。

通过对重庆市2010～2015年电源扩展优化，系统配置一定规模的、具有良好调峰和快速反应能力的抽水蓄能电源是十分必要的。

4 抽水蓄能电站对重庆电网的积极影响

可以看到，对重庆电网和其他区域电网进行综合比较，可以得出:抽水蓄能电站将成为重庆电网中经济的调峰电源。因此提高重庆电网运行稳定性、可靠性和安全性，将成为实现“西电东送”的重要保障。

截至2010年，重庆电网已形成陈家桥—北碚—长寿—涪陵—彭水—綦江—永川—陈家桥的500kV环网。四川的部分电力需经重庆的500kV网络送往重庆与华东地区。即重庆500kV环网不仅是重庆市的负荷中心，而且是川电外送的主要受电电网和中转通道，其电网运行的稳定性与可靠性对保证川电的外送也至关重要。抽水蓄能电站建成后接入500kV骨干网，作为重庆500kV受端系统的主要支撑电源，对提高重庆电网运行的安全稳定性和可靠性有重要作用。其作用主要体现在以下两个方面:

(1)在正常运行时，有助于提高重庆电网的电压和频率合格水平:抽水蓄能电站是系统的主力调频调相电源之一。以其良好的负荷跟踪性能、灵活迅速的承卸负荷能力，可很好地承担系统调频调相任务。重庆电网在系统大方式时，川电东送潮流较重，受端系统电压普遍偏低，抽水蓄能电站对提高电压水平有一定作用。在系统小方式时，由于负荷较轻，受端系统电压普遍偏高，抽水蓄能电站此时以抽水方式作为电动机运行，可吸收过剩的无功，降低受端系统的电压水平。

(2)在系统故障时，有助于提高重庆电网的动态和暂态稳定水平:当四川送往重庆的500kV线路故障、或任意主力电源故障时，都将造成受端系统功率失去平衡，导致频率下降。如安全控制措施动作不当，将引发系统频率崩溃。抽水蓄能电站机组起动灵活、迅速，适于承担系统紧急事故备用，有利于维持系统动态稳定。

5 抽水蓄能电站开发前景预测

在参照国外抽水蓄能电站经验的基础上，根据负荷预测和抽水蓄能电站容量比重关系后，我们得到:在煤电为主的电力系统中，建设容量占系统总发电负荷容量8～15%的抽水蓄能电站是最经济方案。对重庆而言，国调电网规模较小，常规水电比重也相对较小，目前尚无抽水蓄能电站，装机容量大大低于全国抽水蓄能占总装机容量1.6%的平均水平。火电总体调节性能较差，待开发的水电存在诸如淹没损失、库区移民等问题，且水电资源的总量有限。结合川渝电网电源优化结果表明:四川电网在丰水期向重庆电网送基荷或低谷电，而重庆电网建设一定规模的抽水蓄能电站，用四川廉价的低谷电抽水，在重庆电网用电高峰期间调峰运行，一方面降低本网发电成本，另一方面可减小川电外送成本。根据有关资料推算，2010年、2015年、2020年按接受川电基荷600MW、2600MW、3600MW 考虑，重庆电网合理的抽水蓄能装机规模约为600MW、1200MW、1800MW。

煤水联合运行方式下的经济效益:在对重庆电网有抽水蓄能电站和无抽水蓄能电站电源扩展优化进行计算后，其结果表明:抽水蓄能电站可代替燃煤火电机组装机容量600MW;如果按照燃煤火电机组单位千瓦造价4000元/kW计算，替代火电静态投资为24亿元;按照燃煤火电的固定运行费用3.5%计算，则年运行费用节省8400万元;按照抽水蓄能电站设计使用寿命30年计算，共计节省固定运行费25.2亿元;抽水蓄能电站替代火电系统，每年少耗标煤25万吨，(按标煤500元/吨计算)，替代可变运行费用(燃料费用)13500万元，按照抽水蓄能电站设计使用寿命30年计算，共计节省燃料费用37.6亿元。

同样，抽水蓄能电站代替相同规模的煤电装机600MW，节约电网基建投资7.5l亿元。电站全部机组投入电网运行后，抽水蓄能电站内部经济收益率达到63.52%，远大于社会折现率12%，经济净现值达91199万元，工程经济指标十分优越。

6 赢利能力分析

抽水蓄能电站作为新兴事物，我们对其赢利能力进行了分析。按照“个别成本法”考虑财务内部收益率，如按8%测算，电站经营期间，上网电价折算为我国的现行电价体制的电度电价为0.707元/kW·h，虽然高于普通电站的上网电价，但仍然远低于按“可避免成本法”计算出的电度电价1.42元/kW·h。通过计算，若2015年本项目能投入系统运行，可使届时电网总成本下降0.0083元/kW·h，也即重庆电网年运行成本下降3.34亿元。

作为新建电站，我们最关心的指标是单位千瓦投资。重庆抽水蓄能(蟠龙)电站作为西南地区的第—座抽水蓄能电站，在西南地区暂时没有可比性。因此，我们收集了国内其它电站的相关资料，以资比较，见表1。

表1 国内抽水蓄能电站单位千瓦投资比较表

表1数据表明，重庆抽水蓄能(蟠龙)电站的单位千瓦投资在国内仍然处于先进水平。

按照“可避免成本法”测算，重庆蟠龙抽水蓄能电站所有项目全部投资财务内部收益率和资本金财务内部收益率分别为20.19%和49.66%，计算回收期为7.64年。表明该项目财务赢利能力较强。

7 结束语

抽水蓄能电站可以较好地解决重庆电网调峰问题，优化电网电源结构，提高系统稳定性和可靠性，使系统资源得到更为合理的配置，节约宝贵的一次能源，更好地建立西电东送、稳定可靠的中转通道，缓解“十二五”期间重庆电力供需紧张矛盾，响应国家实施西部大开发战略，满足国民经济持续稳定发展。且投资省、效益显著，一定程度上可以推动重庆经济持续稳定的发展，因此，加速发展抽水蓄能电站，是今后一个时期的必然选择。

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