加快发展抽水蓄能是构建以新能源为主体的新型电力系统的迫切要求

国家能源局日前印发《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》,明确了“碳达峰、碳中和”目标和新型电力系统建设形势下抽水蓄能中长期发展路线,为我国抽水蓄能发展按下了“快进键”。规划指出,抽水蓄能是当前技术最成熟、全生命周期碳减排效益最显著、经济性最优且最具大规模开发条件的电力系统灵活调节电源,加快发展抽水蓄能是构建以新能源为主体的新型电力系统的迫切要求。

抽水蓄能在电力系统负荷低谷时利用系统富余电力将水从下水库抽到上水库储存,在负荷高峰时将上水库储存的水放到下水库进行发电,将上、下库中水的势能变化转化为电力系统电能的充放和功率的调节,是电力系统最成熟的调节电源。

抽水蓄能在系统中具有调峰、调频、调相、储能、系统备用、黑启动等“六大功能”,其功能的发挥与不同时期电力系统特点和调节需求息息相关。早期建设抽水蓄能电站时,电力系统还没有形成大范围联网,电源以火电为主,外来电较少,装机容量总体偏紧,系统调峰资源紧张,系统安全稳定运行面临较大压力。抽水蓄能在系统中的作用主要以调峰填谷、配合火电核电提高运行经济性为主,助力缓解系统调峰供需矛盾,支撑系统安全稳定运行。随着以特高压为骨干网架的大电网快速发展和新能源大规模并网,系统面临安全稳定运行的挑战更大,对紧急事故支撑、新能源消纳和系统平衡调节提出了新的要求。抽水蓄能依托容量大、工况多、速度快、可靠性高、经济性好等“五大技术经济优势”,在电力系统中的作用发挥得到进一步拓展,承担着保障电力系统安全稳定运行、提升新能源消纳水平和改善系统各环节性能等重要作用,是保障大电网安全的忠诚卫士,促进清洁能源消纳的友好伙伴,优化系统整体性能的普惠使者。

“碳达峰、碳中和”目标下,传统电力系统将向以新能源为主体的新型电力系统跨越升级。新型电力系统承载着能源转型的历史使命,是清洁低碳、安全高效能源体系的重要组成部分,具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动的基本特征。推动构建新型电力系统,新能源将逐渐成为电源主体,电力电子设备大量应用,系统技术基础、控制基础和运行机理将发生深刻变化,面临的复杂性和不确定性大幅提升,电力电量平衡、安全稳定控制等将面临前所未有的挑战。因此,新形势下,以新能源供给为主体,增强系统调节能力,保障电网安全稳定运行和可靠供电,是构建新型电力系统需要解决的主要矛盾。

抽水蓄能作为电力系统最为优质的调节电源,在新型电力系统中,其基础性、综合性、公共性特点更为凸显。

现阶段,抽水蓄能、燃气发电等灵活调节电源装机容量占比小,火电依然发挥着基础性调节作用。随着碳中和目标的加速推进,新能源装机和电量比重持续上升,火电并网容量逐渐减少,以抽水蓄能为代表的调节电源规模持续扩大,将成为提供系统灵活性调节能力的“主力军”,在新型电力系统调节电源中充分发挥基础性作用

在交直流混联大电网中,高比例新能源会带来系统供需平衡波动、安全风险提升、惯量水平下降等一系列问题,抽水蓄能作为调节电源快速响应系统调节需求,作为可切除负荷保障系统安全稳定,同时可提供转动惯量提高系统抗扰动能力,将在保障新型电力系统安全稳定运行上充分发挥综合性作用

新型电力系统源网荷储各环节将发生重大转变,系统各环节对调节资源的需求更加迫切,抽水蓄能运行惠及电网、供给侧各类电源和负荷侧所有用户,将在促进新型电力系统“源网荷储协同互动”上充分发挥公共性作用

总体来看,抽水蓄能作为新型电力系统的重要组成部分,是新型电力系统中调节电源的主体、系统安全稳定运行的关键支撑、新能源大规模发展的重要保障。

构建新型电力系统,是一项极具挑战性、开创性的战略性工程。在新型电力系统中,抽水蓄能的作用发挥将更加全面和突出,主要体现在“六应对、六提升”

有效应对高比例新能源为电力系统带来的潜在安全影响,提升电力系统安全稳定运行能力。新型电力系统中,电网逐步形成以交直流混联大电网为主干、各级电网相互协调的新形态,电网控制更为复杂,风险防控要求更高。抽水蓄能承担系统紧急备用功能,凭借快速启停、快速功率调节特性随时响应突发调节需求。同时抽水蓄能负荷低谷水泵运行深入参与电力系统“三道防线”建设,在电力系统出现严重故障时,能以毫秒级响应切除负荷,应对电网大规模功率缺额冲击。

有效应对高比例新能源带来的系统调峰困难,提升电力系统大容量调峰能力。抽水蓄能具有抽水和发电双向调节能力,凭借双倍调峰容量优势,可有效缓解因新能源出力不稳定导致的高峰负荷供给问题和因低谷时段新能源大发导致的消纳困难问题,尤其是通过中午和夜间抽水,完美匹配了新型电力系统午间光伏和夜间风电大发引起的反向调峰特性。

有效应对高比例新能源的随机性和波动性,提升电力系统快速调节能力。抽水蓄能可凭借出力调节速率优势进行负荷快速跟随,助力电力系统更好地适应因风电、光伏的随机性、波动性造成的系统频率波动,有效缓解光伏早晚高峰出力陡增陡降造成的快速调节问题,满足新能源“靠天吃饭”带来的灵活调节需求。

有效应对高比例新能源出力与电力系统负荷需求不匹配,提升新能源利用水平。传统电力系统生产模式是“源随荷动”,强调实时供需平衡。新型电力系统中新能源装机远超实际负荷,新能源大发时,系统因负荷水平较低而产生弃电,新能源出力不足时恰逢用电高峰而出现电力短缺。抽水蓄能通过储能调节,将新能源电力在不同时间进行存储和释放,从而实现新能源发电与电力负荷在时间上的解耦,提升新能源利用水平。

有效应对高比例新能源电力系统转动惯量不足,提升电力系统抗扰动能力。在新型电力系统中,电源结构由可控连续出力的煤电装机占主导,向新能源发电装机占主导转变,高比例电力电子元件接入,使电力系统转动惯量快速降低,对系统稳定带来严重影响。在新型电力系统中火电并网比例下降后,相较其它储能电源,抽水蓄能机组连续挂网运行可以为系统提供转动惯量,增强电力系统抗扰动能力,维持系统稳定。

有效应对高比例新能源上网带来的高调节成本问题,提升电力系统整体经济性。抽水蓄能单位千瓦造价水平较低,是整体经济性最好的灵活调节电源。抽水蓄能通过常规电源替代,可以有力减少启停成本,降低排放。通过与各类新型储能和灵活调节技术配合联动,可有力促进新能源消纳,降低电力系统调节成本,提升全系统运行的经济性。

加快抽水蓄能发展,恰逢其时,未来可期。

作者系国网新源控股有限公司运营监测中心主任常玉红

 

2021年9月14日 08:47
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