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抽水蓄能的價(jià)值與功能作用

全國能源信息平臺(tái)發(fā)布時(shí)間:2020-08-07 10:07:48

  一 抽水蓄能的資源價(jià)值

  抽水蓄能是一種經(jīng)濟(jì)資源。抽水蓄能可以把低價(jià)值能源轉(zhuǎn)換成高價(jià)值能源,可以優(yōu)化系統(tǒng)能源資源的利用,實(shí)現(xiàn)對不同價(jià)值、不同質(zhì)量電能的時(shí)空移動(dòng),可以產(chǎn)生比他消耗的能源多得多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

  抽水蓄能是系統(tǒng)中一種不可缺少的特殊生產(chǎn)資源,依托于電力系統(tǒng)的高可靠性、頂峰填谷、調(diào)頻調(diào)相等客觀需求而存在的。常規(guī)電源有其調(diào)節(jié)約束,不能完全滿足系統(tǒng)在故障等運(yùn)行工況下的調(diào)節(jié)需求,需要備有一定容量的抽水蓄能,以備系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)的隨時(shí)的調(diào)用以應(yīng)對其客觀特性。

  抽水蓄能站址資源本身是一種稀缺資源。抽水蓄能站址選擇受制于外部環(huán)境因素,對水頭、地質(zhì)等要求較高,地理位置、自然條件優(yōu)良的站址有限。如同煤炭、石油及常規(guī)水電資源一樣,抽水蓄能站址資源本身是一個(gè)國家的稀缺資源。

  二 抽水蓄能電站功能作用

  1.保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行和電力有序供應(yīng)

  (1)充當(dāng)事故應(yīng)急電源,保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)發(fā)生大功率缺失后,為了保障頻率穩(wěn)定、控制潮流在運(yùn)行限額內(nèi),需要及時(shí)增加發(fā)電出力。相比煤電、氣電,抽水蓄能機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間短、調(diào)節(jié)速率快,可在一分鐘左右從停機(jī)開至滿發(fā);相比常規(guī)水電,抽水蓄能電站更靠近負(fù)荷中心,大幅增發(fā)不影響系統(tǒng)穩(wěn)定,且支撐系統(tǒng)電壓的作用更強(qiáng)。因此,抽水蓄能已經(jīng)成為電力系統(tǒng)中最優(yōu)先調(diào)用的應(yīng)急電源,在多次重大事故處理時(shí)緊急開機(jī)滿發(fā),有力地保障了系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,是安全保底電力系統(tǒng)的重要組成部分。

  抽水蓄能機(jī)組在應(yīng)對北京“5.29”燃?xì)鈾C(jī)組大規(guī)模停機(jī)事件中,為保障首都電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮重要作用。2019年5月29日,北京地區(qū)燃?xì)鈾C(jī)組因燃?xì)鈮毫Φ桶l(fā)生大規(guī)模停機(jī)事件,北京電網(wǎng)受電比例及各分區(qū)主變負(fù)載率迅速上升,網(wǎng)內(nèi)電壓支撐能力不足,系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重威脅。事故處置過程中,華北電力調(diào)控分中心迅速開啟十三陵抽水蓄能機(jī)組,有效緩解功率缺額、主變負(fù)載率過快上升及電壓支撐能力不足等問題,為保障首都電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮重要作用。

  抽水蓄能機(jī)組在英國“8.9”大停電事故中,為迅速恢復(fù)系統(tǒng)至正常運(yùn)行狀態(tài)發(fā)揮重要作用。當(dāng)?shù)貢r(shí)間2019年8月9日傍晚,英國發(fā)生大面積停電事故,波及包括首都倫敦在內(nèi)的英格蘭、威爾士等大片地區(qū),造成約100萬用戶停電。事故處置過程中,英國電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)積極采取措施,調(diào)用抽水蓄能機(jī)組等快速響應(yīng)能力,短時(shí)增加出力124萬千瓦,迅速恢復(fù)頻率至50Hz,恢復(fù)系統(tǒng)至正常運(yùn)行狀態(tài)。

  (2)作為黑啟動(dòng)電源,在大停電發(fā)生后及時(shí)恢復(fù)供電。近年來,美國、英國、印度、巴西等國發(fā)生的大停電事故警示我們,發(fā)生大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)始終存在,電力系統(tǒng)中須配置一定規(guī)模的黑啟動(dòng)電源。抽水蓄能電站上庫蓄能可靠、啟動(dòng)速度快、發(fā)電出力調(diào)節(jié)靈活、可持續(xù)供電時(shí)間長,是系統(tǒng)首選的黑啟動(dòng)電源,可為保障極端事故下的電力系統(tǒng)快速有序恢復(fù)提供有力支撐。

  (3)承擔(dān)系統(tǒng)尖峰負(fù)荷,保障電力有序供應(yīng),容量效益明顯。我國電力電量平衡格局總體呈現(xiàn)“電量平衡有余,季節(jié)性用電高峰期間電力平衡能力偏緊”的特點(diǎn)。充分發(fā)揮抽水蓄能電站容量效益,保障系統(tǒng)迎峰度夏期間尖峰負(fù)荷供給,減少了系統(tǒng)為應(yīng)對短時(shí)尖峰負(fù)荷的燃煤等機(jī)組裝機(jī)容量。

  例如,2017、2018年,“三華”電網(wǎng)負(fù)荷大于97%當(dāng)年最大負(fù)荷的小時(shí)數(shù)約在30小時(shí)左右,占全年時(shí)長比重在0.3%左右;大于95%當(dāng)年最大負(fù)荷的小時(shí)數(shù)約在50小時(shí)左右,占全年時(shí)長比重在0.6%左右。在夏季大負(fù)荷期間,華東電網(wǎng)抽水蓄能電站總體呈現(xiàn)“兩抽三發(fā)”或“三抽三發(fā)”方式運(yùn)行,華北、華中電網(wǎng)抽水蓄能電站總體呈現(xiàn)“一抽兩發(fā)”方式運(yùn)行,有力的保障電力平衡,減少了用戶有序用電。

  2.提升清潔能源利用水平

  抽水蓄能削峰填谷作用明顯,可有效助力系統(tǒng)消納清潔能源。一是抽水蓄能電站頂峰發(fā)電的能力,可減少常規(guī)機(jī)組開機(jī)方式,降低系統(tǒng)中常規(guī)機(jī)組的最低技術(shù)出力,為消納清潔能源騰出空間。二是棄電時(shí)段,抽水蓄能電站可以抽水儲(chǔ)能,將棄電量存儲(chǔ)起來,提升清潔能源利用水平。此外,抽水蓄能調(diào)節(jié)迅速靈活,是應(yīng)對高比例新能源系統(tǒng)有功波動(dòng)性變大的有效手段。

  (1)提升新能源利用水平,實(shí)現(xiàn)新能源消納“雙升雙降”。夜間低谷時(shí)段風(fēng)電消納、午間平峰時(shí)段光伏消納困難。充分發(fā)揮抽水蓄能電站頂峰填谷優(yōu)勢,電站在中午平峰、后夜低谷時(shí)段抽水使用頻繁,有效助力新能源消納。

  華東電網(wǎng)光伏裝機(jī)超4000萬千瓦,僅次于西北電網(wǎng),午間光伏大發(fā)時(shí)段電網(wǎng)調(diào)峰困難,安徽電網(wǎng)“凈負(fù)荷”曲線已呈現(xiàn)“鴨形曲線”。安排江蘇宜興、桐柏,浙江仙居,安徽響洪甸等抽水蓄能電站在午間增加一次抽水,可幫助華東地區(qū)實(shí)現(xiàn)新能源全額消納。

  東北電網(wǎng)新能源裝機(jī)超4000萬千瓦,夜間低谷時(shí)段風(fēng)電消納困難。東北電網(wǎng)蒲石河、白山抽水蓄能電站配合風(fēng)電運(yùn)行頻繁啟停,其中蒲石河電站在所有大中型電站中日臺(tái)均啟動(dòng)次數(shù)最高,幫助東北地區(qū)新能源利用率維持98%以上。

  華北電網(wǎng)風(fēng)電、光伏裝機(jī)均超4000萬千瓦。在棄電時(shí)段,積極調(diào)用山東泰山、河北張河灣、山西西龍池等抽水蓄能電站,幫助華北地區(qū)新能源利用率在98%以上。

  (2)提升華東電網(wǎng)消納區(qū)外清潔電力能力。每年三季度為西南、華中地區(qū)汛期,水電外送需求大,華東電網(wǎng)受入的復(fù)奉、錦蘇、賓金及三峽送出直流等跨區(qū)系統(tǒng)持續(xù)高功率運(yùn)行,基本不參與受端調(diào)峰,夜間負(fù)荷低谷時(shí)段華東電網(wǎng)調(diào)峰壓力大。加大華東地區(qū)抽水蓄能電站低谷抽水電力,最大抽水電力超800萬千瓦,接近滿抽,幫助華東地區(qū)消納區(qū)外清潔電。

  (3)有效應(yīng)對新能源裝機(jī)占比持續(xù)提升給系統(tǒng)帶來的調(diào)節(jié)壓力。隨著系統(tǒng)中新能源裝機(jī)比例持續(xù)增大,系統(tǒng)有功波動(dòng)性變大,極大增加了系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度,需要靈活調(diào)節(jié)電源配合運(yùn)行。充分發(fā)揮抽水蓄能電站啟停迅速、調(diào)節(jié)靈活的特點(diǎn),機(jī)組利用方式逐漸由計(jì)劃性的啟停調(diào)峰向根據(jù)系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻實(shí)際需要靈活啟停轉(zhuǎn)變,以更好的發(fā)揮促消納、保安全作用。2019年,新能源裝機(jī)占比較大的華北、東北地區(qū),電站啟動(dòng)次數(shù)同比增長7.9%、11.4%。

  3.改善系統(tǒng)發(fā)、配、用各環(huán)節(jié)性能

  (1)提升火電核電水電的綜合利用率,降低系統(tǒng)能耗。隨著負(fù)荷峰谷差拉大及新能源大規(guī)模接入,系統(tǒng)調(diào)峰需求逐漸擴(kuò)大。如全由火電、核電承擔(dān)調(diào)峰任務(wù),會(huì)增加系統(tǒng)安全隱患,并降低發(fā)電設(shè)備運(yùn)行效率。利用抽水蓄能電站調(diào)峰,能夠減輕其他電源的調(diào)峰壓力,提升系統(tǒng)效率。對于火電,抽水蓄能電站分擔(dān)調(diào)峰任務(wù),不僅可以減少煤電機(jī)組參與深度調(diào)峰及啟停調(diào)峰的次數(shù),還能提高煤電帶基荷、腰荷的時(shí)間及負(fù)荷率,兩者均可提升煤電機(jī)組效率,降低煤耗。對于核電,核電頻繁參與系統(tǒng)調(diào)峰,不僅增加機(jī)組控制難度,加大人因失誤風(fēng)險(xiǎn),影響設(shè)備可靠性,同時(shí)也會(huì)顯著提高核電的發(fā)電成本,建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站與核電配合運(yùn)行,可解決核電在基荷運(yùn)行時(shí)的調(diào)峰問題,提高核電站的運(yùn)行效益。對于常規(guī)水電,汛期水電大發(fā)時(shí),若要利用水電調(diào)峰則會(huì)造成棄水,利用抽水蓄能電站的調(diào)峰填谷功能,能夠減少或避免汛期棄水,提高水電經(jīng)濟(jì)效益。

  (2)配電側(cè)促進(jìn)分布式發(fā)電順利并網(wǎng)。大量分布式電源接入電力系統(tǒng),會(huì)帶來配電網(wǎng)局部電壓升高和向主網(wǎng)送電能力受限問題,影響配電網(wǎng)正常運(yùn)行。抽水蓄能配合分布式發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行,利用抽水蓄能電站的電壓調(diào)節(jié)和電能存儲(chǔ)能力,能夠解決分布式電源接入后引起的高電壓問題,緩解配電網(wǎng)輸送容量約束,有效提升系統(tǒng)接納分布式發(fā)電的能力。

  (3)減少頻率偏差,提升了用戶側(cè)電能質(zhì)量。為滿足國家規(guī)定的電力系統(tǒng)頻率要求,電網(wǎng)所選擇的調(diào)頻機(jī)組必須具備反應(yīng)靈敏的特點(diǎn),及時(shí)調(diào)整出力適應(yīng)負(fù)荷瞬時(shí)變化。由于抽水蓄能機(jī)組啟停迅速、運(yùn)行靈活可靠,且能大范圍調(diào)整出力,能很好地適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷急劇變化的趨勢,提高電網(wǎng)頻率合格率。以京津唐電網(wǎng)為例,在興建十三陵抽水蓄能電站前,其調(diào)頻任務(wù)由原來的陡河火電廠和大同第二火電廠承擔(dān),由于燃煤火電機(jī)組受設(shè)備的限制,對電網(wǎng)頻率的急劇變化適應(yīng)能力差,導(dǎo)致頻率合格率僅為98%左右,而在十三陵、潘家口等抽水蓄能電站投產(chǎn)后,頻率合格率提升至99.99%以上,除了電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大和供電狀況有所好轉(zhuǎn)外,抽水蓄能電站參與電網(wǎng)調(diào)頻起了重要作用。

  三 抽水蓄能電站具備公共產(chǎn)品屬性

  1.公共經(jīng)濟(jì)學(xué)對社會(huì)產(chǎn)品的劃分

  按照公共經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論,所有的社會(huì)產(chǎn)品都可歸為3類:私人產(chǎn)品、公共產(chǎn)品和準(zhǔn)公共產(chǎn)品。

  私人產(chǎn)品主要有2個(gè)特征:首先是消費(fèi)的競爭性,即A先生對某一物品的消費(fèi),肯定會(huì)減少B先生對此產(chǎn)品的消費(fèi);其次是消費(fèi)的排他性,即所有者和受益者明確,不存在他人“搭便車”的可能性。公共經(jīng)濟(jì)學(xué)通常以面包作為典型例證:只有一個(gè)面包,A多吃一口,B就得少吃一口;如果A為占有者,除非A準(zhǔn)許,否則B就不能享用。

  公共產(chǎn)品的性質(zhì)與私人產(chǎn)品正相反,它們也有2個(gè)特征:第一是消費(fèi)或使用上的非競爭性。公共產(chǎn)品一經(jīng)產(chǎn)出,就如陽光普照大地一樣,A多曬一會(huì)兒太陽,并不會(huì)影響B(tài)對日光浴的享受。第二是受益上的非排他性。一旦太陽高高升起,在其光輝照耀的范圍內(nèi),所有的人都可便捷地享用其帶來的明亮和溫暖。對這種享用進(jìn)行限制,即便有什么意義,也因所需成本太高而不具有可行性。典型的公共產(chǎn)品有國防、治安、市區(qū)道路等。

  準(zhǔn)公共產(chǎn)品的特征居于私人產(chǎn)品和公共產(chǎn)品之間。

  2.抽水蓄能是電力系統(tǒng)的公共產(chǎn)品

  從公共經(jīng)濟(jì)學(xué)角度,抽水蓄能提供的保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提升清潔能源利用水平、改善系統(tǒng)發(fā)電配電用電各環(huán)節(jié)性能(簡稱為“保安全、促清潔、提性能”)具備消費(fèi)非競爭性和受益非排他性兩個(gè)特征。

  消費(fèi)非競爭性體現(xiàn)在,抽水蓄能的保安全功能惠及系統(tǒng)內(nèi)所有用戶,一部分用戶的安全可靠用電,并不會(huì)降低系統(tǒng)對另一部分電力消費(fèi)者的供電質(zhì)量;抽水蓄能提升清潔能源利用水平,既有利于促進(jìn)國家能源清潔轉(zhuǎn)型,也有利于“綠水青山”國家戰(zhàn)略的實(shí)現(xiàn),而環(huán)境改善惠及的是所有人而不是某一部分人;抽水蓄能電站能夠同時(shí)多種輔助服務(wù),改善發(fā)電環(huán)節(jié)性能并不妨礙促進(jìn)分布式發(fā)電并網(wǎng)和提升用戶側(cè)電能質(zhì)量。

  受益非排他性體現(xiàn)在,在保安全方面,系統(tǒng)沒有可行的手段對用戶厚此薄彼,將一些用戶排除于系統(tǒng)的安全與可靠性之外;在促清潔方面,抽水蓄能有助于使所有人生活在優(yōu)美的環(huán)境中,要讓某些人不能享受到優(yōu)美環(huán)境的好處是不可能的;在提性能方面,要讓電力系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)獨(dú)享抽水蓄能的服務(wù)而阻礙其他環(huán)節(jié)享受相應(yīng)服務(wù),從技術(shù)上看不可行,從經(jīng)濟(jì)上看不合算。

  從服務(wù)對象角度,抽水蓄能電站服務(wù)的是電力系統(tǒng)全環(huán)節(jié)而非某一單獨(dú)主體或環(huán)節(jié)。電力行業(yè)屬于公用事業(yè),電力系統(tǒng)依靠公共管理才能運(yùn)行,而抽水蓄能電站提供“保安全、促清潔、提性能”等功能又主要服務(wù)于電力系統(tǒng)的公共管理。

  綜合以上兩方面因素,抽水蓄能作為電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”“調(diào)節(jié)器”“平衡器”,所提供的的調(diào)峰填谷、備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動(dòng)等服務(wù),是為了確保整個(gè)電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,抽水蓄能電站提供的產(chǎn)品相當(dāng)于電力系統(tǒng)的公共產(chǎn)品。

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