四川省抽水蓄能電站建設(shè)必要性分析

何思聰，任 艷

(1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120)

0 引 言

抽水蓄能電站可在電力系統(tǒng)中通過電能轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)調(diào)峰填谷、吸豐補(bǔ)枯的作用，具有起停靈活、增減出力快的優(yōu)點，可提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，降低系統(tǒng)事故率，提高供電可靠性。此外，還具有緊急備用、負(fù)荷跟蹤、頻率調(diào)節(jié)、矯正電壓和功率因數(shù)等多種動態(tài)效益。抽水蓄能電站常與火電、核電配合運行。

四川省電源結(jié)構(gòu)以水電為主，日內(nèi)調(diào)峰能力較強(qiáng)(尤其是枯水期)?！八拇ú恍枰樗钅茈娬尽钡挠^點一直在水電業(yè)界中徘徊。目前，寸塘口抽水蓄能電站是四川省唯一建成的抽水蓄能電站，開展過一些前期工作的有木格措、李家山、小瀘溪、馬湖、龍泉驛老鷹巖等。由于長期以來對四川省建設(shè)抽水蓄能電站的必要性存在不同的認(rèn)識，一直沒有進(jìn)行較為全面的抽水蓄能普查、選點規(guī)劃工作。因此，四川省抽水蓄能電站的開發(fā)建設(shè)十分有限。

當(dāng)前，國家積極推動能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建高比例可再生能源利用的現(xiàn)代能源體系。未來，四川電力系統(tǒng)電量的增量需求將主要依靠清潔能源來滿足，但風(fēng)、光無法較好地滿足電力系統(tǒng)的調(diào)峰需求，迫切需要加強(qiáng)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力建設(shè)。抽水蓄能電站是優(yōu)越的調(diào)峰電源，以提供電力系統(tǒng)需要的容量為主，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)，為風(fēng)、光等新能

源消納提供保障和支撐。為此，本文在梳理四川省能源資源概況、電力系統(tǒng)現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃，以及開展供需平衡分析的基礎(chǔ)上，分析四川省建設(shè)抽水蓄能電站的必要性。

1 四川電力系統(tǒng)概況

1.1 能源資源

四川省是全國優(yōu)勢資源富集區(qū)之一，水力資源更是得天獨厚。常規(guī)能源資源主要包括水能、風(fēng)能、太陽能、煤炭、天然氣和石油等，能源資源具有水多、風(fēng)光較豐、氣較豐、煤少、油缺的特點。

四川省境內(nèi)河流眾多，徑流豐沛，落差巨大，蘊藏豐富的水能資源。全省水力資源理論蘊藏量為1.47億kW，技術(shù)可開發(fā)量1.48億kW。目前，全省水電正在開發(fā)裝機(jī)規(guī)模約9 350.2萬kW，技術(shù)可開發(fā)量開發(fā)程度為63.1%。風(fēng)能資源的理論蘊藏量約4 850萬kW，在西北部高原、西南部山區(qū)、盆地北部山區(qū)等地區(qū)開發(fā)條件較好，技術(shù)可開發(fā)量約2 000萬kW。全省每年太陽能理論蘊藏量約為2.33×1021J，技術(shù)可開發(fā)量約1.05億kW，技術(shù)可開發(fā)量約為4 300萬kW。

1.2 電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

截至2017年底，四川省電網(wǎng)全口徑裝機(jī)總?cè)萘? 571萬kW。其中，水電7 564萬kW，占比79.0%(已建季調(diào)節(jié)水庫電站總裝機(jī)容量2 772萬kW，占水電總裝機(jī)的36.6%)；火電(含垃圾、生物質(zhì)能等發(fā)電)1 536萬kW，占總裝機(jī)的16.0%；燃?xì)怆娬?25.92萬kW，占總裝機(jī)的1.3%；并網(wǎng)風(fēng)電210萬kW，占總裝機(jī)的2.2%；并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電135萬kW，占總裝機(jī)的1.4%。

2017年，四川省全口徑發(fā)電量為3 478億kW·h，同比增加7.1%。其中，水電3 051億kW·h，占全省全年發(fā)電量的87.7%，同比增長6.5%。2017年，四川省全社會用電量為2 205億kW·h ，全網(wǎng)最大用電負(fù)荷約為4 400萬kW，全網(wǎng)年利用小時數(shù)約為5 000 h。

目前，四川外送通道已經(jīng)形成了四直六交(復(fù)奉直流、錦蘇直流、賓金直流、德寶直流以及川渝3個交流通道)的格局，外送能力最高為3 050萬kW。

1.3 電力發(fā)展規(guī)劃

(1)負(fù)荷預(yù)測。根據(jù)《四川“十三五”電力發(fā)展規(guī)劃》、《全國水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》和《西部清潔能源發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》等有關(guān)成果，預(yù)計四川省2025年、2030年的全社會需電量分別為3 050億、3 700億kW·h ，最大負(fù)荷分別為5 850萬、7 200萬kW。四川省負(fù)荷預(yù)測成果見表1。以統(tǒng)調(diào)電網(wǎng)特性為原型預(yù)測全省負(fù)荷特性。典型日負(fù)荷特性指標(biāo)預(yù)測見表2。

表1 四川省電力系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測成果

表2 四川電網(wǎng)2020年、2030年水平日負(fù)荷特性

(2)電源建設(shè)規(guī)劃。四川省2020年～2030年水電電源規(guī)劃見表3。僅考慮已在建和已核準(zhǔn)開工項目，各水平年水電電源規(guī)劃見表4。

表3 四川省2020年～2030年水電電源建設(shè)安排(考慮可能開發(fā)電源) 萬kW

表4 四川省2020年～2030年水電電源建設(shè)安排(考慮已在建及核準(zhǔn)電源) 萬kW

(3)川電外送規(guī)劃。根據(jù)近年來開展的川電外送的課題研究及近期完成的《四川省電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》、全國《水電發(fā)展“十三五”規(guī)劃(2016年～2020年)》等成果，四川省外送容量：2020年及以后為2 500萬kW(不考慮金沙江界河)。四川與西北電網(wǎng)交換容量為300萬kW，互送電量和容量基本相等。

2 電力系統(tǒng)供需平衡

2.1 電力供需平衡分析

根據(jù)負(fù)荷預(yù)測成果和電源建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行電力供需平衡分析。計入前期工作較好，近期可能開發(fā)的水電站，四川省電力市場空間初步分析見表5。2020年、2025年四川電網(wǎng)電力供應(yīng)滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求，電力供需基本平衡。隨著四川省負(fù)荷需求增長，2030年四川電網(wǎng)缺電力約538萬kW。2025年～2030年間四川省電力市場空間增長約707萬kW。

表5 四川省電力市場空間分析(考慮可能開發(fā)電源) 萬kW

表6 四川省電力市場空間分析(考慮已在建和已核準(zhǔn)水電電源) 萬kW

表7 四川系統(tǒng)2025年、2030年最大峰谷差計算 萬kW

如果僅考慮已在建電源和已核準(zhǔn)水電電源，四川省電力市場空間初步分析見表6。2020年、2025年四川電網(wǎng)電力供應(yīng)滿足系統(tǒng)負(fù)荷要求，電力供需基本平衡。隨著四川省負(fù)荷需求增長，2030年四川電網(wǎng)缺電力約1 392萬kW。2025年～2030年間四川省電力市場空間增長約1 494萬kW。

2.2 調(diào)峰容量平衡分析

通過2025年、2030年調(diào)峰容量平衡計算，預(yù)測各水平年調(diào)峰容量缺口。

2.2.1最大峰谷差

以豐水期和枯水期控制月份8月和12月為代表，分析計算各水平年最大峰谷差。川電外送對于電力系統(tǒng)峰谷差本身即是一個調(diào)節(jié)器，本文暫按川電汛期全天滿送考慮。四川系統(tǒng)2020年8月、12月最大峰谷差分別為1 948萬、2 135萬kW；2 025年8月、12月最大峰谷差分別為2 597萬、2 794萬kW；2030年8月、12月最大峰谷差分別為3 042萬、3 641萬kW。雖然8月負(fù)荷最大，但由于冬季日最小負(fù)荷率小，四川電網(wǎng)最大峰谷差出現(xiàn)在12月。峰谷差計算見表7。

2.2.2調(diào)峰容量平衡

2020年、2025年、2030年供四川電網(wǎng)的日調(diào)節(jié)及以上能力的水電站分別超過5 861萬、7 043萬、7 785萬kW，調(diào)峰容量分別超過5 275萬、6 339萬、7 007萬kW，大于系統(tǒng)峰谷差。因此，四川系統(tǒng)枯水期雖然峰谷差較大，但各水平年均不缺調(diào)峰容量?？紤]常規(guī)水電不棄水的情況下，對豐水期8月份的調(diào)峰容量進(jìn)行平衡分析。

2.2.2.1 考慮可能開發(fā)電源的豐水期調(diào)峰容量分析

各水平年豐水期調(diào)峰容量平衡成果見表8。從表8可知：

(1)2020年水平。不考慮金沙江界河直送電源，調(diào)峰水電站主要包括錦屏一級、錦屏二級、二灘、桐子林、瀑布溝、深溪溝等水電站，以及冶勒、磽磧等年調(diào)節(jié)水電站，合計約2 156萬kW，調(diào)峰幅度按80%計，水電調(diào)峰容量為1 725萬kW，加上燃?xì)廨啓C(jī)、燃煤火電調(diào)峰后，系統(tǒng)調(diào)峰容量為2 315萬kW，滿足系統(tǒng)調(diào)峰及外送過程需求。

(2)2025年水平。2025年較2020年增加的調(diào)峰電源有兩河口、雙江口、金川等水電站，合計約2 742萬kW，調(diào)峰幅度按80%計，水電調(diào)峰容量為2 194萬kW，加上燃?xì)廨啓C(jī)、燃煤火電調(diào)峰后，系統(tǒng)調(diào)峰容量為2 784萬kW，滿足系統(tǒng)調(diào)峰及外送過程需求。通過對已建季調(diào)節(jié)以上水電站進(jìn)行擴(kuò)容以增加豐水期調(diào)峰容量，主要為二灘、桐子林、錦屏、官地、瀑布溝、深溪溝等水電站，初步估算約170萬kW。

(3)2030年水平。2030年較2025年增加的調(diào)峰電源有：已建季調(diào)節(jié)水庫電站擴(kuò)容約170萬kW，新增的牙根一級、孟底溝等水電站調(diào)峰容量約214萬kW。2030年系統(tǒng)調(diào)峰容量為3 167萬kW，系統(tǒng)缺調(diào)峰容量235萬kW。

表8 四川系統(tǒng)各水平年8月調(diào)峰容量平衡成果(考慮可能開發(fā)的水電) 萬kW

表9 四川系統(tǒng)各水平年8月調(diào)峰容量平衡成果(計入已在建及已核準(zhǔn)的水電) 萬kW

通過分析，2026年～2030年間，系統(tǒng)最大峰谷差增加806萬kW，系統(tǒng)增加豐水期調(diào)峰容量僅384萬kW(包括新建水電214萬kW和已建水電擴(kuò)容170萬kW)，較增加的峰谷差小422萬kW，致使2030年系統(tǒng)調(diào)峰容量不足。

2.2.2.2 考慮已在建及已核準(zhǔn)水電的豐水期調(diào)峰容量分析

考慮水電建設(shè)的不確定性，如果僅計入已在建及已核準(zhǔn)水電，各水平年豐水期調(diào)峰容量平衡成果見表9。由于水電站建設(shè)周期長，2025年前建成的電站應(yīng)基本上核準(zhǔn)開工，因此2020年、2025年計入已在建及已核準(zhǔn)水電電源情況調(diào)峰容量平衡成果與計入可能開發(fā)水電電源情況基本一致，只是2030年計入已在建及已核準(zhǔn)水電電源方案，由于“十五五”期間無水電投產(chǎn)，致使2030年調(diào)峰容量缺口達(dá)687萬kW。

通過分析，2026年～2030年間，系統(tǒng)最大峰谷差增加806萬kW，由于不考慮新增電源和已建電源擴(kuò)容，2030年系統(tǒng)調(diào)峰容量不足。

2.3 電量供需平衡分析

根據(jù)負(fù)荷預(yù)測成果和電源建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行電量供需平衡分析?？紤]開發(fā)建設(shè)前期工作較好，近期可能開發(fā)的水電站，以及現(xiàn)有機(jī)制下各流域已建季調(diào)節(jié)以上水庫電站擴(kuò)容約170萬kW，期間將新增水電電量約420億kW·h ，在維持外送規(guī)模不變的前提下，2030年將缺電量230億kW·h 。四川省電量空間初步分析見表10。

3 四川省抽水蓄能電站建設(shè)必要性分析

3.1 建設(shè)抽水蓄能電站以滿足遠(yuǎn)期豐水期調(diào)峰需求

四川系統(tǒng)枯水期各水平年均不缺調(diào)峰容量。由于“十四五”期間兩河口、雙江口2個龍頭水庫電站建成投產(chǎn)，系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力大幅提高，2020年、2025年四川電網(wǎng)豐水期可調(diào)峰容量基本滿足系統(tǒng)調(diào)峰需求。

表10 四川省電量空間分析(考慮可能開發(fā)電源) 億kW·h

隨著水電開發(fā)程度逐漸提高和負(fù)荷的持續(xù)增長，要維持外送電力2 500萬kW水平，2030年四川電網(wǎng)將缺電力約538萬kW，缺電量230億kW·h。2030年四川系統(tǒng)缺調(diào)峰容量約235萬kW。如果僅計入已在建及已核準(zhǔn)水電，則2030年四川電網(wǎng)將缺電力約1 392萬kW，缺電量650億kW·h ，缺調(diào)峰容量687萬kW。

從增量上分析，2026年～2030年間系統(tǒng)最大峰谷差增加806萬kW?？紤]構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，以及四川創(chuàng)建清潔能源示范省的要求，遠(yuǎn)期新增調(diào)峰電源不應(yīng)考慮火電。由于“十五五”期間沒有季調(diào)節(jié)能力以上水庫電站投產(chǎn)，增加的豐水期調(diào)峰容量有限，僅214萬kW，且水電站建設(shè)不確定性因素多、建設(shè)周期長，初步分析現(xiàn)有政策機(jī)制下，已建水電擴(kuò)容規(guī)模有限，僅170萬kW。

因此，為滿足四川系統(tǒng)2030年水平電力需求，由于豐水期調(diào)峰能力不足，而遠(yuǎn)期可開發(fā)的季調(diào)節(jié)能力以上水電有限，且已建水電擴(kuò)容規(guī)模有限，為增加系統(tǒng)調(diào)峰能力，減少系統(tǒng)水電棄水調(diào)峰，2030年四川省有必要建一定規(guī)模抽水蓄能電站。

3.2 建設(shè)季調(diào)節(jié)能力的抽水蓄能電站吸豐補(bǔ)枯是必要的

四川省能源結(jié)構(gòu)特點決定了電源以水電為主。水電徑流年內(nèi)分配不均，呈豐水期多枯水期少的特點，造成水電豐枯矛盾和汛期棄水的結(jié)構(gòu)性問題突出。為改善流域梯級水電站的出力特性，除需要建設(shè)具有季調(diào)節(jié)能力以上的水庫電站進(jìn)行調(diào)蓄外，在具有條件的地方，還可以考慮建設(shè)具有季調(diào)節(jié)能力以上抽水蓄能電站。

季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站吸豐補(bǔ)枯，一方面可將汛期的水量轉(zhuǎn)移到枯期發(fā)電，另一方面還可吸收消耗汛期水電群系統(tǒng)的富裕電量，減少系統(tǒng)水電群棄水。

3.3 建設(shè)抽水蓄能電站互補(bǔ)風(fēng)電光電是綠色低碳能源發(fā)展的戰(zhàn)略要求

隨著水電開發(fā)程度的提高，風(fēng)電和太陽能發(fā)電技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)性顯著改善，風(fēng)電和太陽能可再生能源發(fā)電將成為全國和部分地區(qū)的重要增量電源。四川省除了有豐富的水力資源外，還有豐富的風(fēng)能和太陽能資源。在水能資源富集的大中流域范圍內(nèi)聚集了較為豐富的風(fēng)能和太陽能。西部地區(qū)金沙江、雅礱江干流及其支流流域風(fēng)能資源技術(shù)可開發(fā)量約2 500萬kW，太陽能資源技術(shù)可開發(fā)量約4 000萬kW。風(fēng)能和太陽能資源分布與水能資源分布大體一致。

由于風(fēng)能、太陽能等可再生能源具不穩(wěn)定性和隨機(jī)性的特點，其出力過程不可控制，通常需要系統(tǒng)配備一定的日調(diào)節(jié)以上水電、抽水蓄能、電池儲能等調(diào)峰電源或儲能裝置，平抑風(fēng)電和光伏的出力過程，以便并網(wǎng)消納。根據(jù)水電電源建設(shè)規(guī)劃，2025年、2030年豐水期調(diào)峰容量不足以滿足調(diào)節(jié)風(fēng)能、太陽能發(fā)電要求，需要增加水電調(diào)峰能力或建抽水蓄能電站。

根據(jù)四川系統(tǒng)電量供需平衡分析，2026年～2030年間，四川電力系統(tǒng)需電量將增加650億kW·h?？紤]開發(fā)建設(shè)前期工作較好近期可能開發(fā)的水電站，以及當(dāng)前機(jī)制下已建季調(diào)節(jié)以上水庫電站擴(kuò)容等，期間將新增水電電量約420億kW·h ，在維持外送規(guī)模不變前提下，2026年～2030年將缺電量230億kW·h 。為填補(bǔ)電量缺口，可考慮開發(fā)四川省境內(nèi)豐富的太陽能、風(fēng)能資源。開發(fā)新能源僅能為系統(tǒng)提供電量，不能有效提供容量，需要增加水電調(diào)峰能力，或配套建設(shè)抽水蓄能電站。因此，采用配套建設(shè)抽水蓄能電站的方式互補(bǔ)新能源，滿足未來系統(tǒng)容量和電量需求。

3.4 有利于改善成都及川東地區(qū)負(fù)荷中心運行條件

成都是四川省省會，西南地區(qū)唯一副省級市，特大城市，是四川最大的負(fù)荷中心。成都電網(wǎng)擔(dān)負(fù)著成都市20個區(qū)(市、縣)的供電任務(wù)，供電區(qū)域13 016 km2(成都市全域14 605 km2)，供電客戶數(shù)597.79萬戶。2015年，成都市全口徑用電量為448.3億kW·h ，最大負(fù)荷為928.6萬kW；2017年7月27日，成都電網(wǎng)最大負(fù)荷達(dá)1 123萬kW，為歷史最高；2018年1月29日，成都電網(wǎng)負(fù)荷達(dá)1 107.1萬kW，為歷年冬季最大負(fù)荷。從負(fù)荷特性上看，夏冬季受空調(diào)用電影響較大，短時間內(nèi)負(fù)荷高峰，峰谷差逐漸拉大，即缺調(diào)峰電力。參照四川省各時期負(fù)荷增長率預(yù)測成都電網(wǎng)2020年、2025年、2030年全口徑最大負(fù)荷分別為1 302萬、1 613萬、1 986萬kW，最大峰谷差分別為669萬、860萬、1 098萬kW。

成都電網(wǎng)范圍內(nèi)規(guī)模較大的電站為僅裝機(jī)容量為120萬kW的金堂燃煤電廠，所需電力電量主要靠外購，是一個受端電網(wǎng)。成都周邊江油、內(nèi)江等也分布有較多火電廠，如內(nèi)江白馬循環(huán)流化床示范電廠(90萬kW)、華電內(nèi)江高壩電廠(10萬kW)、江油太白火電廠(60萬kW)、神華江油電廠(66萬kW)。為支撐成都周邊電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行，有必要配套建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站。

川東經(jīng)濟(jì)區(qū)位于四川省東北部，是四川省委省政府根據(jù)全省地理環(huán)境和經(jīng)濟(jì)狀況規(guī)劃的5大經(jīng)濟(jì)區(qū)之一，以蘭渝鐵路、達(dá)渝高速公路和嘉陵江航道等為依托，包括南充市、遂寧市、廣安市、達(dá)州市、廣元市、巴中市等6個地級市。川東經(jīng)濟(jì)區(qū)總?cè)丝诮? 000萬，占全省1/3，面積約7萬km2，占全省14.5%。2016年合計生產(chǎn)總值突破6 400億元。由于自然地理條件原因，川東區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)以火電為主且比重較大，包括廣安電廠(240萬kW)、華鎣山臨巴電廠(60萬kW)等，是四川省幾個火電為主的區(qū)域電網(wǎng)之一。為支撐川東區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行，有必要配套建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站。

4 結(jié) 語

本文在分析四川省電力系統(tǒng)供需平衡的基礎(chǔ)上，對四川省建設(shè)抽水蓄能電站的必要性進(jìn)行了研究，得出以下結(jié)論：

(1)四川省電力系統(tǒng)枯水期水電調(diào)峰能力強(qiáng)，但豐水期水電調(diào)峰能力相對較差。隨著負(fù)荷增長，調(diào)峰需求增加，2030年四川系統(tǒng)將缺調(diào)峰容量?？紤]減少系統(tǒng)水電棄水調(diào)峰，需要建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站，滿足遠(yuǎn)期豐水期系統(tǒng)調(diào)峰要求。

(2)四川省水電豐枯矛盾和汛期棄水問題突出?？山ㄔO(shè)具有季調(diào)節(jié)能力以上抽水蓄能電站吸豐補(bǔ)枯，并吸收消耗汛期富裕電量，改善流域梯級水電站的出力特性。

(3)為填補(bǔ)2030年四川電力系統(tǒng)電量缺口，未來可開發(fā)四川省內(nèi)豐富的太陽能、風(fēng)能資源。為平抑風(fēng)能、太陽能出力過程，系統(tǒng)需要建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站，配合風(fēng)電、太陽能發(fā)電運行。

(4)成都經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，火電大量分布在成都周邊；川東地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢頭良好，區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)以火電為主。為支撐成都及川東地區(qū)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行，有必要配套建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站。