重庆电网建设抽水蓄能电站必要性分析

王 鹏

(上海勘测设计研究院有限公司，上海市 200000)

0 引 言

当下国际能源格局发生巨变，发展清洁能源成为能源转型发展的必然趋势。由于水电出力受流域来水影响，风电、光伏发电的出力又具有间歇性、波动性和随机性，故以清洁能源为主导的新型电力系统将对电网的调峰能力提出更高的要求。抽水蓄能电站作为安全稳定、技术成熟的调峰电源，在调峰、储能等方面尤具优势，能够高效地消纳水、风、光等清洁能源所发电力，对助力国家实现“双碳”目标能够起到巨大作用。

本文基于重庆电网电力系统的现状特点和相关发展规划，预测2025年、2030年、2035年重庆地区用电负荷，依此进行电力市场平衡分析；并通过拟定外送电方案，得出各水平年调峰缺口，论证重庆地区发展抽水蓄能电站的必要性。

1 社会经济及能源资源现状

1.1 社会经济现状

重庆市位于我国内陆西南部，地处长江上游经济带核心地区，GDP总量和人均生产总值均居全国前列，是我国四大直辖市之一，也是我国经济活力较强、发展水平较高的城市之一。根据重庆市第七次人口普查结果，截至2020年11月， 全市常住人口3 205.42万人，与2010年第六次人口普查的2 884.62万人相比，年平均增长率为1.06%。2020年，重庆市全年地区生产总值达到25 002.79亿元，同比增长3.9%。其中，第一产业增加值1 803.33亿元，增长4.7%；第二产业增加值9 992.21亿元，增长4.9%；第三产业增加值13 207.25亿元，增长2.9%。三次产业结构比为7.2∶40.0∶52.8。全市经济已逐步形成工业和现代服务业双主导的新型产业格局。

1.2 能源资源现状

重庆市属于能源短缺地区，远期重庆市将有大量的煤炭、电力、天然气、成品油从外区送入。

1.2.1 煤炭资源

重庆市已探明的煤炭基础储量为20.3亿t，主要分布在南桐、永荣、华蓥山、红岩煤田以及渝南、渝东、巴山含煤区。重庆市煤炭资源开发程度高，利用率已超70%，后备资源不足，人均占有煤炭资源量低于全国平均水平，属贫煤区。从煤质上看，80%为含硫超过3%的高硫煤。

1.2.2 天然气资源

重庆市是我国开发最早、产量最大的气区之一。现已探明储量3 650亿m3，可开采储量2 678亿m3，剩余可采储量为1 768亿m3。重庆市有一定的天然气资源优势，但发展面临天然气净化设施能力不足、天然气管道设施陈旧等困难。

1.2.3 风力资源

重庆市风力资源总体不丰富，较好的风能资源主要分布在重庆的东北部(大巴山、巫山、七曜山东段一带)和东南部高山(武陵山、大娄山北缘山地、方斗山一带)地区，尤其是地势高突的高山草场、山脊的风能资源最好，西部地区及市内其他低海拔地区风能资源较小。风能资源存在着明显的季节变化特征：东北部的风能资源以春季最大，冬季次之，夏季最小，东南部的分能资源是春季最大，夏冬次之。由于受自然条件的制约，风电场的出力和电量变幅较大，在负荷高峰时存在不能充分利用装机的可能。

1.2.4 太阳能资源

重庆市地处四川盆地东南部，属于太阳能资源一般地区，年平均日照小时约1 100 h，太阳能年均总辐射量在3 100 MJ/m2·a，属太阳能资源分类的五类地区。同时，重庆多山少平地，森林覆盖率较高，可利用土地资源较少，而光伏电站单位占地面积较大，总体而言不具备发展太阳能的优势。

1.2.5 水能资源(常规水电)

水力资源集中在长江、嘉陵江、乌江、涪江等流域。全市技术可开发水力资源量9 800 MW，其中经济可开发容量8 200 MW。目前重庆市已开发水电规模占据经济可开发量的比例已逾90%。

1.2.6 抽水蓄能站点资源

重庆市抽水蓄能电站站点资源丰富，建设条件优越，单位kW造价较低，单位千瓦静态投资在3 500～4 700元，低于或接近火电投资，具有较强的竞争力，是重庆电网及西南电网理想的调峰电源。截至2020年底，除蟠龙(1 200 MW)抽水蓄能电站在建以外，重庆市无其他已建、在建抽水蓄能电站。

2 电力系统现状及规划

2.1 电力系统现状

截至2019年底，重庆全市发电装机容量24 450 MW，其中水电7 680 MW，占比31.4%；火电(含燃气发电、生物质发电)15 480 MW，占比63.3%；风电640 MW，占比2.6%；光伏650 MW，占比2.7%。

2019年，重庆全社会用电量为1 160亿kW·h，同比增长3.70%；最大用电负荷23 600 MW，同比增长4.90%。2019年日最高负荷及日最高用电量均发生在8月26日，最高负荷为21 380 MW，同比增长4.39%；日最高用电量为4.24亿kW·h，同比增长3.92%。

2016—2019年期间，重庆市用电结构相对稳定。第一产业用电量仅占全社会用电量的0.30%左右，年增长率不足10%；第二产业用电量占据主导地位，达到全社会用电量60%；第三产业用电量占全社会用电量的20%左右，其占比逐年呈缓幅增长趋势。

重庆电网目前区外购入电力主要为四川水电及三峡水电。四川方向水电中，二滩水电站年送电量43亿kW·h，最大容量880 MW；锦屏水电站年送电量102亿kW·h，最大容量2 000 MW；四川方向其余小水电年送电量9亿kW·h，最大容量320 MW。三峡水电站年送电量40亿kW·h，最大容量640 MW。

2.2 电力发展规划

2.2.1 负荷预测

根据重庆电网“十四五”发展规划的负荷预测结果，结合西南电网网架结构研究相关成果，重庆市全社会电力需求预测结果如下所示(见表1)。

表1 重庆电网全社会需电量和最大负荷预测

经预测，重庆电网典型年负荷曲线及典型日负荷曲线如下所示(见图1、图2)。

图1 重庆电网冬、夏典型日负荷曲线预测

图2 重庆电网典型年负荷曲线预测

2.2.2 电源建设规划

根据重庆市中长期电源规划，考虑在建、核准和列入规划的电源项目，2025年、2030年及2035年全市全社会电源新增装机时序如下所示(见表2)。

表2 重庆电网电源发展规划 万kW

2.2.3 区外来电规划

根据重庆电力公司的相关安排和计划，在上一节区外购电的规模上，2020年起重庆每年向四川增购电力约330万kW，2023年起每年向新疆增购电力约800万kW。

3 电力系统平衡分析

3.1 电力市场供需平衡

根据重庆市电力负荷预测和电源发展规划结果，进行重庆电网2025年、2030年、2035年电力市场空间计算分析(见表3)。

表3 重庆电网电力平衡表 万kW

根据电力平衡分析结果，结合相关输电工程等，初步拟定2025年、2030年及2035年区外购电方案以实现电力平衡，依此进行重庆电网调峰平衡分析。拟定外购电方案如下：2025年增购新疆电力800万kW、川藏电力107万kW；2030年增购新疆电力800万kW、川藏电力909万kW；2035年增购新疆电力800万kW、川藏电力1 660万kW。

3.2 调峰空间平衡

3.2.1 调峰平衡计算原则

(1)火电

2019年重庆电网火电综合调峰幅度已逾50%，对发电经济性和机组安全运行均较为不利。规划水平年从火力发电的经济性、安全性和稳定性等角度考虑，拟定各水平年火电调峰深度为45%。

(2)常规水电

水电丰、枯期调峰能力分别按开机容量的50%、40%考虑。

(3)风电、光伏发电

风电具有反调峰特性，其反调峰能力按额定容量的60%；光伏不参与调峰。

(4)区外购电

对于现状外购电源，三峡及四川小水电基本承担基荷运行，二滩及锦屏水电按20%参与调峰。对于规划水平年，外购新疆电力初步考虑30%调峰能力，购入川藏电力暂不考虑其调峰能力。

3.2.2 调峰平衡分析结果

根据调峰平衡原则，按前文所拟定的外购电方案，对重庆电网2025年、2030年、2035年分别进行调峰平衡分析(见表4)。

表4 重庆电网调峰平衡表 万kW

4 重庆电网抽水蓄能电站建设必要性

4.1 符合重庆电网电力系统需求

根据重庆电网电力系统平衡分析结果，“十四五”以后重庆电网存在较大的电力缺口和调峰缺口。在依托规划明确的本地电源和现行区外购电方案的情况下，2025年、2030年和2035年的重庆电网电力缺额最高可达907万kW、1 709万kW和2 406万kW，电力缺口庞大。根据重庆电网特性，合理拟定各水平年区外购电方案以填补电力缺口，并考虑蟠龙抽蓄、栗子湾抽蓄按期投产，经计算2025年、2030年和2035年的调峰缺口分别为166万kW、281万kW和611万kW。若仅考虑抽水蓄能填补各水平年调峰缺口，上述各水平年重庆电网对建设抽水蓄能电站的需求分别为83万kW、141万kW、306万kW。

4.2 优化重庆电网电源运行状况

对于火电，抽水蓄能电站有利于降低本地火电综合调峰幅度，节约系统煤耗，促进火电经济、安全、稳定运行；对于水电，抽水蓄能电站既可以减少区内水电站的“弃水”，提高电能的利用效率，也有利于促进区外水电的消纳；对于风电、光伏发单，抽水蓄能电站有利于减少“弃风”、“弃光”，促进风电、光电的消纳。

4.3 促进重庆电网安全稳定运行

目前，重庆负荷中心已建成220 kV双环网和500 kV骨干网架，是典型的受端电网，为防范远距离输电发生故障时对重庆电网造成的巨大冲击，要求重庆地区建设运行灵活、反应快速的支撑电源，以其良好的动态响应特性保障电网运行的稳定性、安全性和可靠性。

抽水蓄能电站除具有优越的调峰、填谷功能外，还具有运行灵活、启停快速的特点，从启动到满负荷运行只需1～2 min，由抽水工况转换到发电工况也仅需3～4 min，是电网出色的频率调节和电压稳定电源。抽水蓄能电站的运行过程有助于提高电网的电压和频率合格水平，在电网发生故障时，有助于提高电网的动态和暂态稳定水平。

4.4 促进清洁能源发展，响应国家“双碳”目标

2020年9月，习近平主席在第75届联合国大会期间提出：“中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”。“双碳”目标下，水电、风电、光伏发电等清洁能源发电产业将迎来较大发展，火电装机比例将进一步降低。抽水蓄能电站对实现“双碳”目标意义重大，一方面，抽水蓄能电站本身为清洁型电站，其运行过程并不会对周围环境造成破坏或污染；另一方面，清洁能源出力不稳定，清洁能源装机容量的提高将对电网调峰能力带来巨大挑战，发展抽水蓄能电站可以促进清洁能源的消纳，优化电网的运行。

5 结 论

通过分析重庆电力系统供需平衡情况及重庆地区建设抽水蓄能电站的必要性，结论如下：

(1) 重庆电网2025年、2030年和2035年分别存在166万kW、281万kW和611万kW的调峰缺口，调峰需求迫切。

(2) 重庆电网发展抽水蓄能电站对于解决电网调峰需求、优化电源结构、促进电网安全稳定运行、促成“双碳”战略目标具有重要意义。

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