对配套风电开发的抽水蓄能电站发展的若干问题分析

摘 要:提出有关实施抽水蓄能电站滚动规划调整、节水设计和重视选址等思路;研究与风电配套抽水蓄能电站调峰运行应关注的若干问题;探讨抽水蓄能电站的有关投资和经营管理制度政策的改进方式。

关键词:电力规划风电基地抽水蓄能电站配套电源调峰清洁发展

中图分类号:TM7 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)06(a)-0070-02

我国政府明确提出了争取到2020年我国非化石能源消费占一次能源消费的比重达到15%左右、单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%～45%的目标,为此,国家确定了新疆哈密、甘肃酒泉、河北、吉林、江苏沿海、蒙东、蒙西、山东等8个千万千瓦级风电集中开发基地。随着我国风电的大规模开发和快速发展,受风电间歇性和不稳定性影响,急需规划建设一定容量与风电配套的调峰电源,提高电网对风电的消纳程度,综合技术及经济性比较看,现阶段抽水蓄能电站是与风电配套的调峰电源的最好选择[1]。为促进风电开发,推动与风电配套抽水蓄能电站发展,对影响目前抽水蓄能电站发展的一些较为重要的问题,有必要加以深入分析并研究提出相应解决措施。

1 对规划设计方面若干问题的分析

與风电配套的调峰抽水蓄能电站,在规划设计上,首先要从更好满足风电开发要求出发,实施对抽水蓄能电站容量建设规划的滚动调整;同时要认识自然环境条件对抽水蓄能电站建设的制约,考虑对电站运行进行节水设计;还应围绕我国大风电基地开发要求做好抽水蓄能电站站址储备和促进抽水蓄能电站技术研发创新[2]。基于以上思路,提出如下在设计阶段应考虑的问题:

一是对与风电基地配套的抽水蓄能电站应实施滚动规划。近期我国有关研究机构已初步提出了到2020年配合风电基地开发的抽水蓄能电站合理比例,但考虑我国风电发展较快,需要配套建设的抽水蓄能电站容量和投资规模大,实现经济合理开发风电要重视对配套抽水蓄能电站的滚动规划研究;一是要考虑各风电基地风机容量增长、所在电网的电源结构变化等情况,调整确定不同年份与不同风电基地配套的抽水蓄能电站规划发展容量;二是我国大规模开发的风电,要逐步融入大电网平衡,随电网输电能力和联网范围的扩大,风电将逐步实现远距离外送和消纳范围的扩大,考虑实际平衡范围的变化,对不同年份需要配套的抽水蓄能电站规划容量也会有较大的调整;三是一些大风电基地如新疆哈密、甘肃酒泉、蒙西、蒙东等所在电网负荷水平低、系统规模小,就地消纳风电的能力十分有限,伴随风电快速发展的规模保持配置合理适度的抽水蓄能电站容量,对促进风电有序开发以及合理消纳具有重要意义,实行滚动规划研究,有利于保证抽水蓄能电站容量配置的科学化和合理化,是科学化开发大型风电基地的必然要求。

二是针对西北部地区干旱缺水环境,应开展抽水蓄能电站节水研究设计。我国西北及内蒙古地区风资源储量丰富,但气候条件干旱缺水,年蒸发量较大,如新疆地区测算的年蒸发量1000～1700mm之间,内蒙古地区年蒸发量大部分地区都高于l200毫米,选择抽水蓄能电站作为与风电配套调峰电源,自然环境中水资源不足是重要的制约影响因素。由于电站抽水发电过程是水的循环利用,抽水蓄能电站上、下库的库容相对常规水电要小得多,一般在1000万m3左右或更小。以平均库深20m,年净蒸发量l000毫米计算,1000万m3的上下两库,年需补充的蒸发损失水量100万m3,针对西部地区的气候特点,应在电站设计上考虑水源的充足补给,对于水源补给困难电站要从多方面研究电站节水设计,如实施上下库体的的防渗漏设计、在有条件的站址加大水库蓄水深度以减少水面蒸发面积、对年蒸发量大而水面面积较小的水库可借鉴我国新疆地区发明的坎儿井保水方法原理,研究可实现水面封闭的防蒸发设计,通过节水设计减少抽水蓄能电站水量利用损失,突破干旱缺水地区对抽水蓄能电站建设的限制,使抽水蓄能电站发挥出与风电配套电源作用,更好促进西北部干旱地区风电资源的开发和利用。

三是应围绕我国已规划的8个千万kW级风电基地开发,作好配套抽水蓄能电站的规划选址和推进抽水蓄能电站关键设备技术的研发。一是应重视电站的选址工作。在千万kW级风电基地省(区)内,作好抽水蓄能电站可选站址的勘测和普查,摸请电站资源基础情况,为后续风电开发储备更多抽水蓄能电站站址资源;二是加大对抽水蓄能电站机组设备的研发投入。目前抽水蓄能电站具有向高水头(600～800m)、大容量(>300MW)的机组技术发展的趋势,我国应抓住目前风电开发需要配套建设大量抽水蓄能电站的机遇,在做好引进技术、消化吸收的同时,在机组水力和结构设计、可变速蓄能、设备系统连接和整组等关键技术方面,加大研发资金投入支持,实行技术攻关招标,激励国内企业开展相关技术设计和研发创新,缩小我国与技术先进国家的差距并实现技术突破,通过技术创新进一步提高机组抽水发电能效转换系数,降低建设造价。

2 对抽水蓄能电站运行方式相关问题的分析

抽水蓄能电站与风电配套进行调峰运行,既要考虑风电特点,也要兼顾抽水蓄能电站运行特性。这种配套运行方式是在电网系统内进行的,因此,还要加入对具体电网内电源结构、负荷过程、电网输电能力、联网范围等因素的影响,运行方式较为复杂。考虑我国几个规划中的大型风电基地将陆续建成,风电的合理消纳方式是影响风电开发效益的重要环节,具有紧迫性,因此,有必要在现阶段着手开展此项研究工作。搞好抽水蓄能电站与风电配套的调峰运行,应从分析风电特性出发作好基础风速测量和数据收集工作,发挥和组织多个研究单位的专业力量,开展合作研究,同时,要与实际应用紧密结合,在不断总结经验中提高调度运行水平。应关注以下几项工作。

一是要收集尽可能丰富的风电基地风速数据。风速是随时间变化的,并与高程关系密切,风机发电出力与风速具有一定的函数关系,随着风电开发技术的进步,风机有向高空逐步发展的趋势。受过去需求不足和测量技术手段限制,目前所掌握的风电基地的风速资料往往历史年限不长,高空风速数据较为缺乏,为有效利用风能资源,把握风电分布规律,应重视对规划建设的风电基地风速的测量和数据资料收集工作。风电开发企业要与气象监测部门建立联系,在风资源丰富的重点区域,合理布控测点和设置测量取样周期;对高空风速的测量,要支持开展自动测量技术和系统的相关研究。从研究抽水蓄能电站与风电配套调峰运行方式看,通过分析掌握详实风速数据,可以预测把握风电基地偏长期风力发电过程,为协调与风电配套抽水蓄能电站同电网的关系,开展风电资源在电网内的长期合理消纳方式相关研究提供可靠的数据支撑。

二是应组织多个单位开展联合研究。与风电配套的抽水蓄能电站在电网内的运行方式,随风电基地的陆续建成和快速发展,相应研究任务面临着紧迫性,制定其合理运行方式既具有较大效益潜力,也面临较大技术难度,为适应我国电网的发展特点,吸纳利用国内外已有的先进调度运行技术,最终形成智能化的应用成果,在起步阶段,应将研究工作作为一个系统工程进行管理。调峰运行在技术上综合了电力系统内多个专业领域的知识,因此在管理上,可采用“一家牵头,多家承担”的合作模式开展研究。可选择与调度运行部门联系密切的研究机构作为牵头单位,负责顶层设计和谋划整体研究安排,从发挥多家研究单位专业特长出发,通过技术招标等激励形式,发现和选择技术最适合的合作单位参与承担研究。研究进程可由牵头机构进行监督和统筹协调,遵循由易到难的原则逐步开展,以更好地解决大规模间歇式电源在电网内运行面临的有关技术难题,保证电网消纳风电的顺利实现。

三是探索采用“运行方式后分析”,不断提高抽水蓄能电站与风电配套的调峰运行水平。一定模式的运行方式投入实际应用后,可能在一些环节由于解决方式过于简化,或实际情况发生调整,不断暴露出一些问题需要解决。“运行方式后分析”是对已采用的运行模式的实际效果进行检验和评价,挖掘存在的问题,总结运行规律的一种研究方法。对现阶段已建成的风电开发项目,可采用“运行方式后分析”方法不断循环改进配套调峰运行效果。开展与风电配套的抽水蓄能电站“运行方式后分析”,需要建立一种修正机制,其中包括:调度运行部门需要对调度信息进行必要的披露,由专门研究机构收集各方提出的改进建议,根据存在的问题研究制定解决方案,将措施反馈到调度等相关部门,并实行定期修正调度方式的制度。

3 抽水蓄能电站的投资和经营管理

近年来,一些地区风电场建成后出现了“发得出,送不上”的局面,入网难,入网率低造成了风电资源的弃风损失。分析原因,除电网外送输电规模不足因素外,也与目前抽水蓄能电站建设规模相对滞后,在投资和经营管理上缺乏可操作的政策制度有关。国家发改委对抽水蓄能电站的建设管理先后出台了《国家发展改革委关于抽水蓄能电站建设管理有关问题的通知》(发改能源[2004]71号)和《关于桐柏、泰安抽水蓄能电站电价问题的通知》(发改价格[2007] 1517号),对规范抽水蓄能电站有序化建设、促进资源优化配置和避免重复建设起到了重要规范作用。在风电等新能源大规模开发背景下,抽水蓄能电站又面临着新的发展机遇,从促进风电开发的目标看,有必要对现行抽水蓄能电站建设投资和经营管理制度进行梳理和完善。

一是以有利于促进风电开发为标准,选择与风电配套的抽水蓄能电站投资主体构成模式。一些研究显示,风电与抽水蓄能电站配套容量比例约为1:0.25[3],按照2020年建成2亿kW风电计算,需要2500万kW的抽水蓄能电站与之配套。保证吸引足够建设资金来满足配套抽水蓄能电站大规模发展将成为未来管理的重要任务。考虑多方参与对减少未来市场风险的影响、控制有序发展、协调与电站所在的地方关系等,相对电网作为单一投资主体模式,由电网、风电企业和地方投资形成的多元投资模式,更有利于推动抽水蓄能电站建设,体现了电站建设为风电开发服务的大方向。同时,多元投资模式在保证资金来源、维护有序发展、满足合理建设规模、创造良好投资环境上更具优势。借鉴现有政策的有效管理因素,现阶段可考虑采用“电网控股,多元投资”的投资结构政策模式,促进抽水蓄能电站与风电的发展。

二是抽水蓄能电站建设作为与风电开发配套调峰的重要环节,应纳入补贴政策范围。为鼓励风电新能源开发,国家发改委先后颁布了《可再生能源发电价格和费用分摊管理试行办法》(发改价格[2006]7号)和《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》(发改价格[2007]44号),明确了对风电发电成本和风电接入电网费用的补偿政策。2009年,发改委又发布了《关于完善风力发电上网电价政策的通知》(发改价格[2009]1906号),按风能资源状况和工程建设条件在全国规定了四类风能资源区,针对四类风能资源区分别设定了风电标杆上网电价,发电成本补贴额度按当地风电标杆上网电价与燃煤脱硫机组标杆上网电价的差额确定。风电场发电、配套调峰电源建设、接入电网消纳是实现风电开发的3个重要环节,抽水蓄能电站作为与风电配套的调峰电源,建设开发成本应纳入可再生能源开发的整体政策体系获得补偿,补偿额度应按合理补偿成本、合理收益、合理税赋的原则测算确定[4]。在现阶段风电发电成本高于电网火电脱硫标杆上网电价下,对与风电配套的抽水蓄能电站,成本应通过一定的经济测算划分为两类:一类是配合风电的调峰运行成本,另一类是其他配合电网运行的成本。对于配合风电的调峰运行成本应按可再生能源发电费用分摊办法原则,在全国销售电量范围内通过调整销售电价实现对应成本全额补偿[5];对于其他配合电网运行的成本应依据其为电网提供辅助服务、改进燃煤火电机组运行状态、提高用户供电质量等效益比例大小,在抽水蓄能电站所在地的电网企业、燃煤电厂和用户之间进行分摊疏导。

4 结语

综合以上分析,目前在规划设计方面,应对与风电基地配套的抽水蓄能电站实施滚动规划,对我国西北干旱缺水地区抽水蓄能电站建设要开展节水研究设计,应围绕我国已规划的风电基地开发要求,作好配套抽水蓄能电站的规划选址和关键设备技术的研发。在运行方式研究方面,应作好基础风速测量和数据收集工作,应组织多个单位开展联合研究,可利用“运行方式后分析”方法,提高与风电配套抽水蓄能电站的调度运行管理水平。在投资和经营管理方面,可采用“电网控股,多元投资”的管理模式,有序、积极推动抽水蓄能电站发展,应争取将与风电配套抽水蓄能电站建设成本纳入可再生能源发电价格政策补贴范围,对配合风电的调峰运行成本在全国销售电量范围内通过调整销售电价实现补偿。

参考文献

[1] 张乐平,宋臻.抽水蓄能与风电互补的探讨[J].西北水电,2007(1):79～81,87.

[2] 王楠.我国抽水蓄能电站发展现状与前景分析[J].电力技术经济,2008,20(2):18～20.

[3] 于洪海.抽水蓄能电站建设加快[N/OL].中国能源报,2010-02-08(20)[2011-05-23].http://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2010-02/08/content_453778.html.

[4] 刘树杰,杨娟.抽水蓄能电力产品的分类、社会属性与成本分摊[J].电力技术经济,2009,21(4):1～3.

[5] 李红军,李成仁,王卫军,等.当前抽水蓄能电站电价疏导问题分析[J].能源技术经济,2010,22(9):38～42.