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抽水蓄能電站能夠在送端電網發揮高效調節作用，在受端電網快速削峰填谷，與特高壓輸電配合，能促進清潔能源大范圍輸送和消納。抽水蓄能電站在未來新能源大規模接入電網、電力系統智能化程度越來越高的趨勢下，將扮演越來越重要的角色。我國已經成為世界上抽水蓄能裝機容量最大的國家。
抽蓄電站：高效調節促清潔能源消納
今年上半年，我國棄風率、棄光率相比同期分別下降7個百分點和4.5個百分點。新疆、甘肅、遼寧、吉林、寧夏棄風率下降超過10個百分點；黑龍江、內蒙古棄風率下降超過5個百分點。新疆棄光率同比下降6個百分點，甘肅棄光率同比下降近10個百分點。
大規模新能源接入電網，由資源中心運送到負荷中心，考驗著整個電力系統的友好性、靈活性和安全性，對電力系統技術和管理提出了更加嚴苛的要求。
“抽水蓄能電站啟停迅速，運行調節靈活，電網系統中建設適當規模的抽水蓄能電站，可以充分發揮抽水蓄能電站與光伏、風電運行的互補性，減少新能源大規模隨機并網對系統的沖擊。”在世界水電大會上，國網新源控股有限公司代表在發言中提到。
作為電網系統內重要的“調節器”“穩壓器”“平衡器”，如今，抽水蓄能電站已成為接納大規模清潔能源入網后的首選“標配”。它是如何在促進新能源消納中發揮作用的？
快速削峰填谷：保障清潔能源安全入網
大規模新能源消納一直是世界性難題。在中國，能源中心與負荷中心分布不均的矛盾由來已久。“三北”地區新能源聚集，電源結構單一，靈活調節電源比重偏低，特別是近幾年用電需求增速放緩，消納市場總量不足。怎樣保證新能源平安上網、靈活消納和安全送出，是新能源快速發展必須面對的挑戰。
東北電網正面臨這樣的難題。
一方面，火電機組多，尤其是供熱機組比重大，調峰能力弱。另一方面，蒙東、遼寧、吉林等地蓬勃發展的風電卻“等著”上網。如何減少風電上網對電力系統的擾動？
“東北電網是典型的送端電網，電力供需形勢總體上供大于求，系統調峰調頻能力嚴重不足。東北電網裝機容量13268萬千瓦，火電占總容量的68.06%，風電占20.50%，而具備靈活調峰能力的水電和抽水蓄能電站僅占4.96%、1.13%。”國網發展部相關負責人說。
2012年之后，隨著遼寧丹東蒲石河抽水蓄能電站的投運，這種狀況有所改變。機組啟停速度快、適應性強、電能穩定，讓蒲石河抽水蓄能電站能夠適應電網負荷急劇增長或下降的狀況。這正符合了風電“來去自如”的特性。
“抽水蓄能電站快速轉變的靈活性，可以彌補風力等新能源發電的隨機性和不均勻性，突破電網規模對新能源容量的限制，為大力發展新能源創造條件。抽水蓄能電站建在送端電網，主要是減少大規模新能源接入后對電網的沖擊，為電網接納更多新能源打好基礎。”遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司總工程師袁波說。
同時，蒲石河電站在電力系統中還可以發揮調峰、調頻、調相和事故備用等重要功能，對保障供電安全、提高供電質量發揮重要作用。
每天夜晚，蒲石河的抽水機組準時啟動，將下水庫的水抽上來，將富余電力轉換成水的勢能儲存。白天的用電高峰期，再將水能轉換成電能輸送回電網，起到削峰填谷的作用。因為風電出力“隨機”，有時候，蒲石河的機組每天要啟動十幾次，以幫助電網達到平衡的狀態，減少頻率波動對電網造成的影響。
自投產運行至今，蒲石河抽水蓄能電站累計消納清潔能源95.78億千瓦時，累計發電78.33億千瓦時。在消納清潔能源，減少化能源消耗，改善大氣環境和保障電網安全方面發揮了重要作用。
這只是抽水蓄能電站在消納清潔能源方面的一個縮影。近年來，國家電網公司持續加快電網調峰能力建設，發揮抽水蓄能電站作用，促進新能源多發多用。今年上半年，豐寧等抽水蓄能電站和豐滿重建工程順利推進。下半年將開工建設河南洛寧、浙江寧海等6座抽水蓄能電站。“十三五”期間，公司規劃開工29座抽水蓄能電站，總投資超過2000億元。
促進清潔能源消納：配合特高壓實現大范圍資源優化配置
東部省份浙江能源需求非常旺盛，截至2016年年底，浙江省裝機容量8311萬千瓦，預計到2020年裝機容量將超過1億千瓦，其中核電和區外來電超過3000萬千瓦，是典型的受端電網。這種能源結構特點，使浙江非常期待抽水蓄能電站的建設。
從2008年開始，特高壓的建設逐漸加速。目前，已有8條特高壓直流線路的落點選在華東，輸送電力包括四川的水電、“三北”地區的新能源發電，輸送容量達到3976萬千瓦。
如此大規模的清潔能源輸入，電網安全成為重要的考量因素。
7月13～27日，浙江安吉，在天荒坪抽水蓄能電站工作的盧衍海告訴記者，近期天荒坪機組的啟停次數頻頻升高，達到日啟動21次，日均發電量968萬千瓦時，為高溫天氣下電網安全穩定運行提供了保障。
“相較其他的調峰手段，抽水蓄能電站啟停速度快，調峰容量大，尤其對于外來電比較多的特高壓受端地區，能有效保證電網安全穩定運行。”華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司副總經理朱興兵告訴記者。
抽水蓄能機組在旋轉備用時，幾秒內就能滿負荷運行，機組全停到滿負荷運行也僅需要兩分鐘的時間，而在運行中緊急切掉負荷，只需要零點幾秒的時間。相比較下，火電機組從全停到滿負荷運行，至少要1小時左右。
“抽水蓄能電站既能滿足快速發電的要求，又能響應因為系統故障導致電量多余這種緊急情況的處理。它發揮作用后，對于特高壓電網消納清潔能源是強有力的保障。”朱興兵介紹，天荒坪抽水蓄能電站，滿負荷運行，能提供5個小時的電能。他們目前還在研究“同抽同發”模式和緊急支援系統功能，這意味著未來抽水蓄能處理電網緊急事故的能力將提升到秒級別。
華東電網的另一個特點，也讓抽水蓄能顯得格外重要。
“在受端電網建設抽水蓄能電站，有兩個主要的功能。首先是保證電網安全運行，作為重要的備用電源使用。二是消納系統低谷清潔電能，并作為網內用戶負荷應急切除。”國網新源公司發展策劃部主任余賢華表示。
“華東電網2016年可調配容量達到2.78億萬千瓦，最高負荷1.85億萬千瓦，最高峰谷差6000多萬千瓦。”天荒坪抽水蓄能電站有限公司總經理李浩良介紹，華東電網峰谷差大，外來電多，晚上必須要有“大客戶”來消納外來的低谷風電，這個“大客戶”，就是抽水蓄能電站。
如果沒有抽水蓄能電站，夜間負荷低谷時，為保證風電充分消納，將導致火電機組功率降低，甚至被迫停機，而白天需要再開機運行。一開一關，增加了火電機組單位發電煤耗和污染排放。
“天荒坪抽水蓄能電站把夜間低谷的清潔電儲存起來，白天為系統提供更多充足的高峰電。”天荒坪公司運檢部副主任王海濤說，這一儲一發之間，抽水蓄能電站的綜合效益充分體現：吸納清潔能源，又生產清潔發電，達到零排放、零污染，對當地的環境改善助益很大。
據統計，天荒坪抽水蓄能電站投運以來，已累計消納清潔來電450余億千瓦時。節能減排效果也非常明顯，天荒坪電站年均節約標煤11.45萬噸，減少二氧化硫445噸，減少二氧化碳25.18萬噸，已成為消納華東電網外來清潔電，提高電能質量，改善當地環境的有效方式。
這樣的例子不僅僅發生在華東。根據北京電力交易中心發布的報告，華中區域抽水蓄能電站機組利用效率顯著提高，利用抽蓄低谷調峰能力省間清潔能源消納成效顯著。
2016年，湖北白蓮河、湖南黑麋峰、河南寶泉三座抽水蓄能電站完成發電量46億千瓦時。2016年全年湖北消納四川、重慶富余低谷水電3億千瓦時，計劃外消納西北新能源13億千瓦時，有效減少了低谷時段的棄風、棄光、棄水。
躍居“世界第一”：抽水蓄能正處于加快發展的重要機遇期
“新能源出力具有波動性和隨機性，特別是高比例新能源電源接入電力系統后，要實現有效消納，系統內必須配備必要的靈活調節電源。”余賢華說，“這就需要有大規模、高效環保的安全保障輔助服務和儲能需求設備作為系統調節器。”
從國內外發展經驗看，抽水蓄能電站的發展，與各國新能源發電規模快速擴大保持著近似“同步”的節拍。它以水能轉換為載體，通過提供系統儲能服務和多工況調度運行，在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相、事故備用、黑啟動等任務，已經成為現代電力系統不可或缺的重要組成部分。
今年5月，我國抽水蓄能電站裝機容量達到2773萬千瓦，超過日本成為世界上抽水蓄能裝機容量最大的國家。在建機組容量達到3095萬千瓦，我國抽水蓄能在建和運行電站機組容量均居世界第一。
根據對國外抽水蓄能產業發展規模的調查，一般電力系統內配備5%、10%到12%不等比例的抽蓄電站作為調節電源。
“究竟我國需要配備多大比例的抽水蓄能電源，有人提出5%，也有人認為還要高一點。盡管我國抽水蓄能裝機規模已位居世界首位，但是目前裝機容量占發電總裝機比例僅為1.7%，這個比例在后兩年還有下降的趨勢，總體上，發展規模是遠低于合理水平的。但是，由于不同區域需求差異較大，后期發展既要關注增量，更要關注布局的優化。”余賢華說，而這也意味著，我國抽水蓄能的發展空間和潛能，依舊很大，但布局優化更顯重要。
根據國家能源局《電力發展“十三五”規劃》和《水電發展“十三五”規劃》的要求，未來，我國將快速大幅提高抽水蓄能機組比例。“十三五”期間，計劃新開工抽水蓄能容量6000萬千瓦左右，到2020年中國抽水蓄能運行容量將達到4000萬千瓦。
“抽水蓄能正處于加快發展的重要機遇期。未來更多抽水蓄能電站的投運，將充分發揮削峰填谷等綜合輔助服務的功能，有助于電網安全調控能力和調峰能力的提升，將為促進新能源大規模、大范圍消納打好基礎。”余賢華說。
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