重慶電網(wǎng)建設(shè)抽水蓄能電站必要性分析

王 鵬

(上?？睖y設(shè)計研究院有限公司，上海市 200000)

0 引 言

當(dāng)下國際能源格局發(fā)生巨變，發(fā)展清潔能源成為能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的必然趨勢。由于水電出力受流域來水影響，風(fēng)電、光伏發(fā)電的出力又具有間歇性、波動性和隨機(jī)性，故以清潔能源為主導(dǎo)的新型電力系統(tǒng)將對電網(wǎng)的調(diào)峰能力提出更高的要求。抽水蓄能電站作為安全穩(wěn)定、技術(shù)成熟的調(diào)峰電源，在調(diào)峰、儲能等方面尤具優(yōu)勢，能夠高效地消納水、風(fēng)、光等清潔能源所發(fā)電力，對助力國家實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)能夠起到巨大作用。

本文基于重慶電網(wǎng)電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀特點(diǎn)和相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，預(yù)測2025年、2030年、2035年重慶地區(qū)用電負(fù)荷，依此進(jìn)行電力市場平衡分析；并通過擬定外送電方案，得出各水平年調(diào)峰缺口，論證重慶地區(qū)發(fā)展抽水蓄能電站的必要性。

1 社會經(jīng)濟(jì)及能源資源現(xiàn)狀

1.1 社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀

重慶市位于我國內(nèi)陸西南部，地處長江上游經(jīng)濟(jì)帶核心地區(qū)，GDP總量和人均生產(chǎn)總值均居全國前列，是我國四大直轄市之一，也是我國經(jīng)濟(jì)活力較強(qiáng)、發(fā)展水平較高的城市之一。根據(jù)重慶市第七次人口普查結(jié)果，截至2020年11月， 全市常住人口3 205.42萬人，與2010年第六次人口普查的2 884.62萬人相比，年平均增長率為1.06%。2020年，重慶市全年地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到25 002.79億元，同比增長3.9%。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值1 803.33億元，增長4.7%；第二產(chǎn)業(yè)增加值9 992.21億元，增長4.9%；第三產(chǎn)業(yè)增加值13 207.25億元，增長2.9%。三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為7.2∶40.0∶52.8。全市經(jīng)濟(jì)已逐步形成工業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)雙主導(dǎo)的新型產(chǎn)業(yè)格局。

1.2 能源資源現(xiàn)狀

重慶市屬于能源短缺地區(qū)，遠(yuǎn)期重慶市將有大量的煤炭、電力、天然氣、成品油從外區(qū)送入。

1.2.1 煤炭資源

重慶市已探明的煤炭基礎(chǔ)儲量為20.3億t，主要分布在南桐、永榮、華鎣山、紅巖煤田以及渝南、渝東、巴山含煤區(qū)。重慶市煤炭資源開發(fā)程度高，利用率已超70%，后備資源不足，人均占有煤炭資源量低于全國平均水平，屬貧煤區(qū)。從煤質(zhì)上看，80%為含硫超過3%的高硫煤。

1.2.2 天然氣資源

重慶市是我國開發(fā)最早、產(chǎn)量最大的氣區(qū)之一?，F(xiàn)已探明儲量3 650億m3，可開采儲量2 678億m3，剩余可采儲量為1 768億m3。重慶市有一定的天然氣資源優(yōu)勢，但發(fā)展面臨天然氣凈化設(shè)施能力不足、天然氣管道設(shè)施陳舊等困難。

1.2.3 風(fēng)力資源

重慶市風(fēng)力資源總體不豐富，較好的風(fēng)能資源主要分布在重慶的東北部(大巴山、巫山、七曜山東段一帶)和東南部高山(武陵山、大婁山北緣山地、方斗山一帶)地區(qū)，尤其是地勢高突的高山草場、山脊的風(fēng)能資源最好，西部地區(qū)及市內(nèi)其他低海拔地區(qū)風(fēng)能資源較小。風(fēng)能資源存在著明顯的季節(jié)變化特征：東北部的風(fēng)能資源以春季最大，冬季次之，夏季最小，東南部的分能資源是春季最大，夏冬次之。由于受自然條件的制約，風(fēng)電場的出力和電量變幅較大，在負(fù)荷高峰時存在不能充分利用裝機(jī)的可能。

1.2.4 太陽能資源

重慶市地處四川盆地東南部，屬于太陽能資源一般地區(qū)，年平均日照小時約1 100 h，太陽能年均總輻射量在3 100 MJ/m2·a，屬太陽能資源分類的五類地區(qū)。同時，重慶多山少平地，森林覆蓋率較高，可利用土地資源較少，而光伏電站單位占地面積較大，總體而言不具備發(fā)展太陽能的優(yōu)勢。

1.2.5 水能資源(常規(guī)水電)

水力資源集中在長江、嘉陵江、烏江、涪江等流域。全市技術(shù)可開發(fā)水力資源量9 800 MW，其中經(jīng)濟(jì)可開發(fā)容量8 200 MW。目前重慶市已開發(fā)水電規(guī)模占據(jù)經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量的比例已逾90%。

1.2.6 抽水蓄能站點(diǎn)資源

重慶市抽水蓄能電站站點(diǎn)資源豐富，建設(shè)條件優(yōu)越，單位kW造價較低，單位千瓦靜態(tài)投資在3 500～4 700元，低于或接近火電投資，具有較強(qiáng)的競爭力，是重慶電網(wǎng)及西南電網(wǎng)理想的調(diào)峰電源。截至2020年底，除蟠龍(1 200 MW)抽水蓄能電站在建以外，重慶市無其他已建、在建抽水蓄能電站。

2 電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及規(guī)劃

2.1 電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

截至2019年底，重慶全市發(fā)電裝機(jī)容量24 450 MW，其中水電7 680 MW，占比31.4%；火電(含燃?xì)獍l(fā)電、生物質(zhì)發(fā)電)15 480 MW，占比63.3%；風(fēng)電640 MW，占比2.6%；光伏650 MW，占比2.7%。

2019年，重慶全社會用電量為1 160億kW·h，同比增長3.70%；最大用電負(fù)荷23 600 MW，同比增長4.90%。2019年日最高負(fù)荷及日最高用電量均發(fā)生在8月26日，最高負(fù)荷為21 380 MW，同比增長4.39%；日最高用電量為4.24億kW·h，同比增長3.92%。

2016—2019年期間，重慶市用電結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。第一產(chǎn)業(yè)用電量僅占全社會用電量的0.30%左右，年增長率不足10%；第二產(chǎn)業(yè)用電量占據(jù)主導(dǎo)地位，達(dá)到全社會用電量60%；第三產(chǎn)業(yè)用電量占全社會用電量的20%左右，其占比逐年呈緩幅增長趨勢。

重慶電網(wǎng)目前區(qū)外購入電力主要為四川水電及三峽水電。四川方向水電中，二灘水電站年送電量43億kW·h，最大容量880 MW；錦屏水電站年送電量102億kW·h，最大容量2 000 MW；四川方向其余小水電年送電量9億kW·h，最大容量320 MW。三峽水電站年送電量40億kW·h，最大容量640 MW。

2.2 電力發(fā)展規(guī)劃

2.2.1 負(fù)荷預(yù)測

根據(jù)重慶電網(wǎng)“十四五”發(fā)展規(guī)劃的負(fù)荷預(yù)測結(jié)果，結(jié)合西南電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)研究相關(guān)成果，重慶市全社會電力需求預(yù)測結(jié)果如下所示(見表1)。

表1 重慶電網(wǎng)全社會需電量和最大負(fù)荷預(yù)測

經(jīng)預(yù)測，重慶電網(wǎng)典型年負(fù)荷曲線及典型日負(fù)荷曲線如下所示(見圖1、圖2)。

圖1 重慶電網(wǎng)冬、夏典型日負(fù)荷曲線預(yù)測

圖2 重慶電網(wǎng)典型年負(fù)荷曲線預(yù)測

2.2.2 電源建設(shè)規(guī)劃

根據(jù)重慶市中長期電源規(guī)劃，考慮在建、核準(zhǔn)和列入規(guī)劃的電源項目，2025年、2030年及2035年全市全社會電源新增裝機(jī)時序如下所示(見表2)。

表2 重慶電網(wǎng)電源發(fā)展規(guī)劃 萬kW

2.2.3 區(qū)外來電規(guī)劃

根據(jù)重慶電力公司的相關(guān)安排和計劃，在上一節(jié)區(qū)外購電的規(guī)模上，2020年起重慶每年向四川增購電力約330萬kW，2023年起每年向新疆增購電力約800萬kW。

3 電力系統(tǒng)平衡分析

3.1 電力市場供需平衡

根據(jù)重慶市電力負(fù)荷預(yù)測和電源發(fā)展規(guī)劃結(jié)果，進(jìn)行重慶電網(wǎng)2025年、2030年、2035年電力市場空間計算分析(見表3)。

表3 重慶電網(wǎng)電力平衡表 萬kW

根據(jù)電力平衡分析結(jié)果，結(jié)合相關(guān)輸電工程等，初步擬定2025年、2030年及2035年區(qū)外購電方案以實現(xiàn)電力平衡，依此進(jìn)行重慶電網(wǎng)調(diào)峰平衡分析。擬定外購電方案如下：2025年增購新疆電力800萬kW、川藏電力107萬kW；2030年增購新疆電力800萬kW、川藏電力909萬kW；2035年增購新疆電力800萬kW、川藏電力1 660萬kW。

3.2 調(diào)峰空間平衡

3.2.1 調(diào)峰平衡計算原則

(1)火電

2019年重慶電網(wǎng)火電綜合調(diào)峰幅度已逾50%，對發(fā)電經(jīng)濟(jì)性和機(jī)組安全運(yùn)行均較為不利。規(guī)劃水平年從火力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性、安全性和穩(wěn)定性等角度考慮，擬定各水平年火電調(diào)峰深度為45%。

(2)常規(guī)水電

水電豐、枯期調(diào)峰能力分別按開機(jī)容量的50%、40%考慮。

(3)風(fēng)電、光伏發(fā)電

風(fēng)電具有反調(diào)峰特性，其反調(diào)峰能力按額定容量的60%；光伏不參與調(diào)峰。

(4)區(qū)外購電

對于現(xiàn)狀外購電源，三峽及四川小水電基本承擔(dān)基荷運(yùn)行，二灘及錦屏水電按20%參與調(diào)峰。對于規(guī)劃水平年，外購新疆電力初步考慮30%調(diào)峰能力，購入川藏電力暫不考慮其調(diào)峰能力。

3.2.2 調(diào)峰平衡分析結(jié)果

根據(jù)調(diào)峰平衡原則，按前文所擬定的外購電方案，對重慶電網(wǎng)2025年、2030年、2035年分別進(jìn)行調(diào)峰平衡分析(見表4)。

表4 重慶電網(wǎng)調(diào)峰平衡表 萬kW

4 重慶電網(wǎng)抽水蓄能電站建設(shè)必要性

4.1 符合重慶電網(wǎng)電力系統(tǒng)需求

根據(jù)重慶電網(wǎng)電力系統(tǒng)平衡分析結(jié)果，“十四五”以后重慶電網(wǎng)存在較大的電力缺口和調(diào)峰缺口。在依托規(guī)劃明確的本地電源和現(xiàn)行區(qū)外購電方案的情況下，2025年、2030年和2035年的重慶電網(wǎng)電力缺額最高可達(dá)907萬kW、1 709萬kW和2 406萬kW，電力缺口龐大。根據(jù)重慶電網(wǎng)特性，合理擬定各水平年區(qū)外購電方案以填補(bǔ)電力缺口，并考慮蟠龍抽蓄、栗子灣抽蓄按期投產(chǎn)，經(jīng)計算2025年、2030年和2035年的調(diào)峰缺口分別為166萬kW、281萬kW和611萬kW。若僅考慮抽水蓄能填補(bǔ)各水平年調(diào)峰缺口，上述各水平年重慶電網(wǎng)對建設(shè)抽水蓄能電站的需求分別為83萬kW、141萬kW、306萬kW。

4.2 優(yōu)化重慶電網(wǎng)電源運(yùn)行狀況

對于火電，抽水蓄能電站有利于降低本地火電綜合調(diào)峰幅度，節(jié)約系統(tǒng)煤耗，促進(jìn)火電經(jīng)濟(jì)、安全、穩(wěn)定運(yùn)行；對于水電，抽水蓄能電站既可以減少區(qū)內(nèi)水電站的“棄水”，提高電能的利用效率，也有利于促進(jìn)區(qū)外水電的消納；對于風(fēng)電、光伏發(fā)單，抽水蓄能電站有利于減少“棄風(fēng)”、“棄光”，促進(jìn)風(fēng)電、光電的消納。

4.3 促進(jìn)重慶電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

目前，重慶負(fù)荷中心已建成220 kV雙環(huán)網(wǎng)和500 kV骨干網(wǎng)架，是典型的受端電網(wǎng)，為防范遠(yuǎn)距離輸電發(fā)生故障時對重慶電網(wǎng)造成的巨大沖擊，要求重慶地區(qū)建設(shè)運(yùn)行靈活、反應(yīng)快速的支撐電源，以其良好的動態(tài)響應(yīng)特性保障電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和可靠性。

抽水蓄能電站除具有優(yōu)越的調(diào)峰、填谷功能外，還具有運(yùn)行靈活、啟?？焖俚奶攸c(diǎn)，從啟動到滿負(fù)荷運(yùn)行只需1～2 min，由抽水工況轉(zhuǎn)換到發(fā)電工況也僅需3～4 min，是電網(wǎng)出色的頻率調(diào)節(jié)和電壓穩(wěn)定電源。抽水蓄能電站的運(yùn)行過程有助于提高電網(wǎng)的電壓和頻率合格水平，在電網(wǎng)發(fā)生故障時，有助于提高電網(wǎng)的動態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定水平。

4.4 促進(jìn)清潔能源發(fā)展，響應(yīng)國家“雙碳”目標(biāo)

2020年9月，習(xí)近平主席在第75屆聯(lián)合國大會期間提出：“中國二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”?！半p碳”目標(biāo)下，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等清潔能源發(fā)電產(chǎn)業(yè)將迎來較大發(fā)展，火電裝機(jī)比例將進(jìn)一步降低。抽水蓄能電站對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大，一方面，抽水蓄能電站本身為清潔型電站，其運(yùn)行過程并不會對周圍環(huán)境造成破壞或污染；另一方面，清潔能源出力不穩(wěn)定，清潔能源裝機(jī)容量的提高將對電網(wǎng)調(diào)峰能力帶來巨大挑戰(zhàn)，發(fā)展抽水蓄能電站可以促進(jìn)清潔能源的消納，優(yōu)化電網(wǎng)的運(yùn)行。

5 結(jié) 論

通過分析重慶電力系統(tǒng)供需平衡情況及重慶地區(qū)建設(shè)抽水蓄能電站的必要性，結(jié)論如下：

(1) 重慶電網(wǎng)2025年、2030年和2035年分別存在166萬kW、281萬kW和611萬kW的調(diào)峰缺口，調(diào)峰需求迫切。

(2) 重慶電網(wǎng)發(fā)展抽水蓄能電站對于解決電網(wǎng)調(diào)峰需求、優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、促成“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。

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