抽水蓄能电站消纳新能源的作用分析

抽水蓄能电站消纳新能源的作用分析

张欢

单位名称：内蒙古呼和浩特抽水蓄能发电有限责任公司

单位省市：内蒙古呼和浩特市

单位邮编：10010

摘要：随着风电、光伏等新能源大规模并网运行,其较强的波动性和较弱的调节性导致了大量弃风、弃光现象出现;抽水蓄能电站规模大、启动迅速、调节灵活,可有效降低电力系统弃风弃光率,保障系统安全经济稳定运行。通过分析某自治区电网中消纳新能源的3种途径,初步量化了抽水蓄能电站消纳新能源的规模。总体来看,在化学储能等其他储能方式大规模商业化运营之前,在比较长的一段时间内,尤其在安全低碳的总要求和新能源快速发展的背景下,抽水蓄能作为一种成熟经济绿色的储能方式,在消纳新能源方面具有较大的优势和能力,应该加快抽水蓄能电站的发展。

关键词：新能源消纳;弃风;弃光;抽水蓄能电站;

引言

抽水蓄能电站作为一种关键的能源储备和调节装置，长期以来在优化电源结构、稳定电力系统安全以及提高新能源消纳量等方面发挥着举足轻重的作用。它的灵活性和储能能力使其成为电力系统的重要组成部分。然而，尽管其重要性被广泛认可，却存在一些困扰和限制因素，使抽水蓄能电站的价值未能得到充分认可。

首先，抽水蓄能电站的电价疏导问题是一个关键挑战。当前的电力市场定价机制并不能充分考虑抽水蓄能电站的动态效益，如调频、备用和清洁能源消纳等方面的优势。这些动态效益往往难以量化，导致抽水蓄能电站的价值无法得到准确评估和认可。因此，急需制定更加科学和综合的电价机制，以充分激发抽水蓄能电站的潜在价值。

其次，抽水蓄能电站面临着火电占据调峰主力的情况。由于火电改造成本相对较低，火电厂在调峰能力方面占据主导地位，而抽水蓄能电站的扩建或新建所需投资较高。这导致火电在新能源消纳方面发挥了一定的作用，限制了抽水蓄能电站的全面发展。为了实现清洁能源的大规模消纳，必须寻求解决方案，以提高抽水蓄能电站的竞争力和优势，使其在调峰方面发挥更大的作用。

此外，抽水蓄能电站的动态效益无法得到准确量化，也是一个亟待解决的问题。调频、备用和清洁能源消纳等动态效益对于电力系统的稳定运行和新能源的有效利用至关重要。然而，目前缺乏合适的评估方法和指标，无法准确衡量抽水蓄能电站在这些方面的贡献。因此，需要加强相关研究，开发出科学可行的评估模型，以量化抽水蓄能电站的动态效益，并为决策制定提供可靠依据。

1 电网结构概况

本文以我国某自治区电网为例，阐释抽水蓄能电站消纳新能源的作用。本地区截至2019年末，全区装机容量约为1.25亿k W，火电装机为8 000万k W，风电为2 800万k W，光伏为970万k W。受电源结构限制，电网调峰能力稍有欠缺，尤其是冬季供热期，机组长期满发运行，调峰能力明显不足。伴随新能源比重增大，对电网调峰能力要求逐日增强，意味着其电网结构无法满足大规模光伏发电消纳需求，这是造成弃光弃风的主要因素。通过分析与取证，该地区电网联系薄弱，尚未融入国家大电网，仅存500 k W丰万双回线、汉沽双回线外送通道，常规运行送电能力约为420万k W，无法满足自治区能源基地风电与火电输送需求[1]。

2 抽水蓄能电站消纳新能源的途径

截止目前，该自治区建有一座H抽水蓄能电站，但大规模储能电源较少。由于电网供热机组占比大，大风期与供热期重叠，尤其是冬季夜间低谷时段，风电输出较多，当风电输出量超过最低负荷时，火电无法降低负荷，不具备调峰能力，抽水蓄能电站作为该地唯一的大规模填谷储能设备，此时可用其消纳风电，减少风电弃量。借助储能系统和风电系统的协调配合，既可以减小风电电源对系统的冲击与影响，还可确保电源电力供应，一方面降低了电力系统备用量，另一方面提高了新能源利用率，提高了经济效益，让新能源得到充分利用与存储。抽水蓄能电站运行情况见表1。

表1 2016年—2019年抽水蓄能电站运行情况

如表1所示，2016年—2019年间，H抽水蓄能电站发电量与抽水量整体呈上升趋势，2018年增幅明显，这说明H抽水蓄能电站至2018年开始启动频繁，与其对应的是该自治区弃光弃风比率显著下降，这说明抽水蓄能电站可有效消纳新能源。

表2 2017年—2019年抽水蓄能电站调峰填谷情况

通过表2可发现，抽水蓄能电站的调峰填谷功能可发挥新能源消纳的作用，有效降低了弃光弃风比率，实现了新能源的有效利用与吸收。综上，抽水蓄能电站消纳新能源需结合新能源出力形式和抽水蓄能电站填谷功能。从各项数据分析，H抽水蓄能电站是该地区消纳新能源的重要媒介，具有消纳新能源的显著优势。

表3 2018年和2019年新能源消纳比率对比表

通过表3可知，2019年新能源消纳比率高于2018年，意味着新能消纳比率成上升趋势，但考虑到冬季大发时和抽水蓄能电站蓄能能力不匹配的问题，该自治区尚无法完全消纳所有新能源。

3 抽水蓄能电站消纳新能源的作用

抽水蓄能电站具有削峰填谷的作用，为消纳新能源提供了保障。首先，抽水蓄能电站具备顶峰发电的能力，可避免传统机组开机运行的模式，降低常规机组技术出力与高峰时段机组承载，为消纳新能量提供了空间与条件。其次，在弃光弃风时，抽水蓄能电站可借助抽水蓄能将原本的弃风弃光电量存储起来，提高新能源利用率。最后，抽水蓄能电站具有调节便捷与反应迅速的特点，可实现对高比例的新能源系统的有功波动性的及时应对。

3.1 实现新能源的“双升双降”

抽水蓄能电站可提升新能源的利用水平。夜间低谷时段风电消纳困难，午间平峰时段光伏消纳难度大，在此背景下，抽水蓄能电站的顶峰填谷优势得以显现，可在平峰与低谷通过提高抽水频率的方式消纳新能源，降低了弃光弃风比率。例如，华东电网午间光伏大发时段电网调峰难度大，通过安排抽水蓄能电站在午间增加抽水的方式帮助华东地区对新能源进行全额消纳；东北电网新能源装机至今超过4 000万k W，其夜间低谷风电消纳难度大。

3.2 提升电网消纳区外电力的能力

我国属于用电大国，同时地域广阔也决定了新能源来源量大且广。我国属于潮汛灾害多发的国家，汛期对水电外送需求高。华东电网几乎不参与受段调峰，当处于夜间低谷时，该电网面临巨大的调峰压力。所以，华东电网借助抽水蓄能电站调节低谷时段电力。华东电网配备的抽水蓄能电站满抽状态可达到800万k W，可有效消纳其他区域输送的新能源电力，解决新能源跨区输送废率高的问题。

3.3 提升系统压力调节能力

伴随新能源的广泛应用，新能源装机比例显著提升，系统有功波动性随之增大，加大了系统调节难度，应具备可灵活调节电源的能力。随着抽水蓄能电站的持续优化，如今已经具备调节便利、随用随停的功能。值得一提的是计划启停模式逐渐取代机组利用方式，可依照电力系统调峰需求、调节频率等对系统进行灵活调节，解决了新能源消纳率低的问题。

4 结语

综上所述，抽水蓄能电站作为一种可靠、成熟的储能方式，在新能源消纳方面具有巨大潜力。通过继续深入研究和改进，我们可以进一步发挥抽水蓄能电站的优势，提高其消纳清洁能源的效率和可持续性，为电网的稳定运行做出贡献。未来，我们应继续关注抽水蓄能电站的发展，并采取相应的政策和措施，推动其在能源转型中的广泛应用，实现可持续发展的目标。

参考文献：

[1] D电厂热电联产机组实施灵活性改造和参与深度调峰的经济性分析[J]. 薛云.中国总会计师,2019(12)

[2] 火电机组灵活性改造形势及技术应用[J]. 侯玉婷;李晓博;刘畅;薛建中;周明;纪江明;杨柏依.热力发电,2018(05)

[3] 以减少电网弃风为目标的风电与抽水蓄能协调运行[J]. 邹金;赖旭;汪宁渤.电网技术,2015(09)

[4] 论抽水蓄能电站的特殊性及其产业政策--关于我国发展抽水蓄能电站的再思考[J]. 胡亚益;毛三军;汪聿为;吴迪.中国三峡,2013(12)

[5] 抽水蓄能电站在我国电力工业发展中的重要作用[J]. 曹明良.水电能源科学,2009(02)

[6] 国外抽水蓄能电站的运营模式和电价机制[J]. 唐瑱;高苏杰;郑爱民.中国电力,2007(09)