陕西电网建设抽水蓄能电站的作用与效益分析

畅彩娥

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

文章编号：1006—2610(2015)05—0005—03

陕西电网建设抽水蓄能电站的作用与效益分析

畅彩娥

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

陕西电网是以火电为主的电网，其调峰主要依靠火电。但随着负荷增长，峰谷差加大，再加上风电、光电等新能源的投入，仅靠火电和有限的水电调峰已不能满足电网经济调峰需求。文章通过陕西电网调峰电源优化配置研究，论证了抽水蓄能电站在陕西电网内的作用和效益，并提出了抽水蓄能电站的经济规模。

抽水蓄能电站;调峰填谷;经济运行;节能减排

1 陕西电网调峰需求

陕西电网位于陕甘青宁电网的东部，是陕甘青宁电网的重要组成部分，电源以燃煤火电为主，占总装机容量的90%。

目前，陕西电网调峰任务主要由省内火电、水电及甘青水电承担。随着国家新能源战略的实施，甘肃、青海积极开发部署风电及光电等新能源基地。风电和光电的大规模并网，甘青电网将没有富余调峰容量向陕西省输送。

另一方面，随着经济的快速发展及产业结构的调整，陕西电网峰谷差进一步加大，2000年为1 910 MW，2005年为2 660 MW，预测2020年为10 480 MW，需要的调峰能力将进一步增加。同时，陕西电网内风电及光电的投产发电，也将需要更大的调峰容量。

根据西北电网有限公司2011年3月编制的《西北电网“十二五”规划》报告，2020年水平陕西电网最高负荷为28 030 MW，年需电量为1 544亿kWh，夏季平均符合率γ=0.846、最小符合率β=0.625；冬季γ=0.833、β=0.644，至2020年，陕西电网内水电总装机容量约4 790.9 MW、风电和光电装机容量至少1 450 MW。

考虑风电及光电并网后，陕西电网2020年12月份峰谷差为10 974 MW，7月份峰谷差为11 075 MW。计入旋转备用容量后，12月份所需的调峰容量为13 216 MW，7月份所需的调峰容量为13 311 MW。而当电网内无抽水蓄能电站时，所有电源所能提供的调峰容量12月份仅有11 116 MW、7月份仅有10 767 MW，电网12月份缺调峰容量达2 100 MW、7月份缺调峰容量达2 543 MW(见表1)。

以上分析可见，陕西电网缺调峰容量，迫切需要在负荷中心附近加强调峰电源建设。

2 解决陕西电网调峰问题的主要措施分析

陕西煤炭资源丰富，为建设火电站提供了有利的条件。目前大型火电机组虽已具有60%～70%的设计调峰能力，但在实际运行中，由于煤质往往难以达到设计标准，导致火电机组调峰能力难以达到设计值，单机容量300和600 MW火电机组一般仅具有40%～50%的技术调峰能力，而当无抽水蓄能电站时，若要满足陕西电网的调峰容量平衡，则需新增火电的调峰率高达60%以上(见表1)，显然仅靠火电和有限的水电难以满足陕西电网调峰需求，且燃煤火电机组调峰运行的灵活性和经济性均较差，其升荷、卸荷速度满足不了电网负荷急速变化的要求，同时煤耗高。

表1 陕西电网2020年调峰容量平衡表 /MW

有调节能力的水电站是电网调峰的理想电源，但陕西水能资源比较缺乏，仅在汉江和黄河北干流上有兴建大中型水电站的条件，而黄河北干流梯级运行将受下游河段防凌、防洪、冲淤、灌溉、补水等一系列影响，其调峰能力有限；至2020年，汉江梯级中只有石泉和安康水电站具有季调节性能，其它均为日调节电站，当汛期汉江来水较多时，为了多发电，电站多数时间应在基荷运行。

抽水蓄能电站是理想的调峰电源之一，其主要特点是具有启停迅速，升荷、卸荷速度快，运行灵活可靠，既能削峰又可填谷，能够很好地适应电力系统负荷变化，改善火电机组运行条件，提高电网经济效益，亦可作为调频、调相、事故备用电源，提高供电可靠性。陕西抽水蓄能电站资源较丰富，为建设抽水蓄能电站提供了有利条件。

陕西天然气资源丰富，但根据中国具有“少油气多煤炭”的资源特点以及陕西省目前已向本省、北京和上海等地提供居民生活用气的现状，结合《西北电网“十二五”规划》中的电源规划，陕西电网暂不宜发展燃气电站。

根据陕西省的能源资源特点，解决陕西电网调峰问题的主要措施为：在充分发挥水电调峰能力的前提下，合理配套发展燃煤火电和抽水蓄能电站。

3 陕西电网调峰电源优化配置

陕西常规水电站的调峰能力有限，在充分发挥常规水电调峰能力的前提下，为了电网能够安全经济运行，需要通过经济比较对调峰电源进行优化配置。

根据电网情况，现对无抽水蓄能电站和抽水蓄能电站装机容量分别为1 100、1 400、1 700、2 000、2 300、2 600、2 900 MW 等8个方案进行分析，各方案所缺调峰容量由火电补充。

在同等程度满足陕西电网2020年电力电量平衡与调峰容量平衡的前提下，各调峰方案对应的电网内电源组成、火电调峰率及耗煤量见表2。

图1 陕西电力系统电源优化配置方案经济比较图

经投资费用分析计算，各方案的总费用现值见图1。由图1可知，“抽水蓄能装机容量2 600 MW”方案的总费用现值最小。即在充分发挥常规水电调峰能力的条件下，陕西电网内配置装机容量2 600 MW左右的抽水蓄能电站、其余调峰需求由火电提供时，电网运行最为经济。

表2 不同调峰方案对应的2020年电网电源组成、火电调峰率及煤耗量表

当陕西电网内配置装机容量2 600 MW左右的抽水蓄能电站时，为满足调峰需求，需火电装机容量25 672.5 MW，相应火电综合调峰率为26.95%～34.05%，处于合理范围；电力系统耗煤量为4 486.84万t，是各方案中的最低值。

因此，陕西电网内调峰电源应由常规水电、抽水蓄能电站和火电组成，其中2020年抽水蓄能电站的规模在2 600 MW左右较为经济。

4 抽水蓄能电站的作用与效益

(1) 陕西电网内电源以火电为主，比重接近90%。陕西电网与甘肃、青海、宁夏构成了统一调度的区域电网。陕西、宁夏电网以火电为主，青海电网以水电为主，长期以来，陕甘青宁电网实行水火互济，青海、甘肃的水电为陕西电网调峰做出了重要贡献。但随着甘肃、青海风能和太阳能的大规模开发，甘肃、青海的调峰容量将不足自给。陕西电网调峰问题已日益突出，尤其缺乏快速反应和跟踪负荷的电源，迫切需要优化电源结构，特别需要在负荷中心附近布局一定规模的快速反应电源。

抽水蓄能电站是世界公认的最佳调峰电源，它既能在电力负荷高峰时期调峰发电，提供电网急需的峰荷出力，又能在负荷低谷时期填补负荷缺口，消纳富余电量，具有2倍于装机容量的调峰能力；抽水蓄能电站具有快速反应性能及黑启动能力，是保障电网安全稳定运行的重要措施。对于以火电为主的陕西电网，配置一定规模的抽水蓄能电站，有利于优化电源结构，提高电网安全稳定运行保障水平，增强电网调峰能力。

(2) 抽水蓄能电站投入运行后，能有效减小陕西电网内火电调峰幅度，在节约系统总燃料消耗的同时，提高火电装机年利用小时数，降低系统运行成本。与无抽水蓄能电站相比，当抽水蓄能规模为2 600 MW时，2020年水平可降低火电调峰率16.99%～17.66%，节省火电耗煤量11.69万t，提高火电装机年利用小时数553 h，降低电力系统总费用现值约29 258万元。

(3) 根据规划，至2020年，陕西电网内至少将建设1 450 MW的风电与其它新能源电站。抽水蓄能电站是当前最为经济和清洁环保的大规模储能设施，抽水蓄能电站的投运将有助于电网更有效地接纳风电与其它新能源发电量，并相应减少电网内火电站CO2、SO2、CO等有害气体排放，起到节能减排效果。

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Analysis on Functions and Benefits of Pumped Storage Power Plants in Shaanxi Power Grid

CHANG Cai-e

(POWERCHINA Northwest Engineering Corporation Limited, Xi'an 710065, China)

Shaanxi power grid is the one with thermal power as backbone. Its regulation at peak load mainly relies on the thermal power. With the load increase, difference between the peak and valley is increasing. With the increasing input of the new energy such as wind power and solar power, the peak shaving by the thermal power and limited hydropower only cannot satisfy requirement of the economic peak shaving of the grid. Through study on the optimizing arrangement of the peak-shaving power sources in Shaanxi power grid, functions and benefits of the pumped storage power plant in Shaanxi power grid are demonstrated. Meanwhile, the economic scale of the pumped storage power plants are proposed. Key words:pumped storage power plant; peak shaving and valley filling; economic operation; energy conservation and emission reduction

2014-03-31

畅彩娥(1965- )，女，陕西省乾县人，教授级高工，主要从事规划水能设计工作.

TM732;TV743

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.002