海南省抽水蓄能電站建設(shè)必要性分析

摘" 要：抽水蓄能電站建設(shè)步入“快車道”，然而由于歷史和現(xiàn)實的種種原因，海南省抽水蓄能電站的發(fā)展還存在一定的問題和困難。對海南省抽水蓄能電站發(fā)展情況進(jìn)行總結(jié)，分析當(dāng)前存在的問題和困難，并對電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢和對抽水蓄能的需求進(jìn)行預(yù)測，對海南省抽水蓄能電站建設(shè)必要性進(jìn)行分析，成果可以為海南省及其他類似地區(qū)抽水蓄能發(fā)展提供一定理論參考。

關(guān)鍵詞：海南;抽水蓄能電站;電力系統(tǒng);發(fā)展趨勢;必要性

中圖分類號：TV743" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）18-0108-05

Abstract： The construction of pumped storage power station has stepped into the \"fast lane\". However， due to various historical and practical reasons， there are still some problems and difficulties in the development of pumped storage power station in Hainan Province. This paper summarizes the development of pumped storage power stations in Hainan Province， analyzes the existing problems and difficulties， forecasts the development trend of power system and the demand for pumped storage， and analyzes the necessity of the construction of pumped storage power stations in Hainan Province. The results can provide some theoretical reference for the development of pumped storage in Hainan Province and other similar areas.

Keywords： Hainan; pumped storage power station; power system; development trend; necessity

抽水蓄能電站以提供調(diào)峰容量效益為主[1]，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮了顯著的靜態(tài)效益和動態(tài)效益，是電力系統(tǒng)不可缺少的調(diào)節(jié)工具[2-3]。為推進(jìn)抽水蓄能快速發(fā)展，適應(yīng)新型電力系統(tǒng)建設(shè)和大規(guī)模高比例新能源發(fā)展需要，助力實現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，2021年9月，國家能源局發(fā)布《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》（以下簡稱《規(guī)劃》）。《規(guī)劃》指出，當(dāng)前我國正處于能源綠色低碳轉(zhuǎn)型發(fā)展的關(guān)鍵時期，風(fēng)電、光伏發(fā)電等新能源大規(guī)模高比例發(fā)展，對調(diào)節(jié)電源的需求更加迫切，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)對抽水蓄能發(fā)展提出更高要求。隨著當(dāng)前能源生產(chǎn)及供應(yīng)形式變得多樣，能源產(chǎn)業(yè)已步入多元化時代，以可再生能源為主的多能互補已成為能源可持續(xù)發(fā)展的新潮流[4]。

海南電網(wǎng)抽水蓄能正在有序發(fā)展[5]，然而由于各種歷史和現(xiàn)實原因，海南省抽水蓄能電站的發(fā)展還存在一定的問題和困難。對海南省抽水蓄能電站發(fā)展情況進(jìn)行了總結(jié)，分析了當(dāng)前存在的問題和困難，并對海南省抽水蓄能電站建設(shè)必要性進(jìn)行了分析。

1" 海南省抽水蓄能發(fā)展情況

2011年5月，國家能源局以“國能新能〔2011〕155號”文對海南省抽水蓄能電站選點規(guī)劃報告進(jìn)行了批復(fù)，同意推薦瓊中（大豐）、三亞（羊林）站點作為海南電網(wǎng)2020年新增抽水蓄能電站的推薦站點。目前，海南瓊中抽水蓄能電站[6]已投產(chǎn)運行，是海南省建成的首座也是唯一一座抽水蓄能電站。

海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣境內(nèi)，與?？谑?、三亞市直線距離分別為106、110 km，與海南昌江核電站直線距離98 km。電站裝機容量60萬 kW，安裝3臺單機容量20萬kW的可逆式水泵水輪發(fā)電機組，按日調(diào)節(jié)性能設(shè)計，裝機連續(xù)滿發(fā)小時數(shù)6 h。上水庫正常蓄水位567 m，死水位560 m，調(diào)節(jié)庫容499.6萬m3，下水庫正常蓄水位253 m，死水位239 m，調(diào)節(jié)庫容499.5萬m3。

電站于2014年4月1日開工建設(shè)，2017年12月23日首臺機組發(fā)電，2018年7月29日3臺機組全面投產(chǎn)。工程建成后主要承擔(dān)海南電力系統(tǒng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、緊急事故備用和黑啟動等任務(wù)，以4回220 kV交流出線接入海南電網(wǎng)。

截至2021年5月11日，電站累計發(fā)電啟動967次， 抽水啟動686次，調(diào)相運行694次，應(yīng)急運行8次;累計發(fā)電量約4.87億kW·h，抽水電量約5.73億kW·h。電站機組投運以來運行穩(wěn)定、性能良好，年均綜合效率優(yōu)于設(shè)計效率75%，基本實現(xiàn)了承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相及緊急事故備用的功能，有效緩解了系統(tǒng)調(diào)峰壓力，提升了系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和電壓穩(wěn)定水平，為保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行發(fā)揮了較大的作用。尤其是在系統(tǒng)出現(xiàn)緊急事故或故障條件下，每年平均應(yīng)急啟動3次左右，啟動成功率100%，很好地發(fā)揮了保安作用。

2" 電力系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題

2.1" 海南電力系統(tǒng)現(xiàn)狀

截至2020年底，海南省發(fā)電裝機總?cè)萘?88萬kW，其中常規(guī)水電裝機88萬kW，約占9%;抽水蓄能電站裝機60萬kW，約占6%;煤電裝機324萬kW，占33%;氣電裝機151萬kW，約占15%;核電裝機130萬kW，約占13%;風(fēng)電裝機29萬kW，約占3%;光伏裝機141萬kW，約占14%;其他電源65萬kW，約占7%。如圖1所示。

2020年，海南全社會用電量為362億kW·h，統(tǒng)調(diào)發(fā)電量312.5億kW·h，其中煤電、核電、氣電、可再生能源發(fā)電量分別為147.3億、95.6億、27.2億和42.4億kW·h，約占統(tǒng)調(diào)發(fā)電量比重分別為47%、31%、9%和14%。如圖2所示。全社會最大負(fù)荷591萬 kW，“十三五”期間年均增速8.0%。

截至2020年底，海南省已建成二回500 kV聯(lián)網(wǎng)海底電纜線路與南方電網(wǎng)主網(wǎng)相連，省內(nèi)主網(wǎng)架已形成“雙回外聯(lián)、目字內(nèi)環(huán)”的總體格局。重點城市供電可靠性指標(biāo)提高到99.95%，電壓合格率99.6%;全省配電網(wǎng)可轉(zhuǎn)供電率提升至80%，配電自動化覆蓋率提升至90%;110 kV及以下電網(wǎng)覆蓋各市縣，鄉(xiāng)鎮(zhèn)和行政村通電率達(dá)100%。

目前，海南省擁有500 kV變電容量150萬 kVA、220 kV變電容量1 131萬 kVA、110 kV變電容量1 212萬 kVA;擁有500 kV輸電線路總長度68 km、220 kV輸電線路總長度4 463 km、110 kV輸電線路總長度4 179 km。

2.2" 海南電力系統(tǒng)存在的問題

電力系統(tǒng)峰谷差較大，電網(wǎng)調(diào)峰問題突出。海南省經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中第二產(chǎn)業(yè)占比不高，用電負(fù)荷穩(wěn)定的工業(yè)用戶比例小，電力系統(tǒng)峰谷差較大，2018年、2019年海南省統(tǒng)調(diào)最大峰谷差分別為217.8萬kW、223萬 kW。未來隨著自由貿(mào)易港的建設(shè)，海南省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化，第三產(chǎn)業(yè)和居民用電比重不斷上升，電力系統(tǒng)峰谷差將進(jìn)一步加大。受來水、供氣不足影響，傳統(tǒng)水電、氣電等調(diào)峰電源調(diào)峰能力受到一定制約，煤電機組需參與深度調(diào)峰，系統(tǒng)調(diào)峰壓力較大。隨著清潔能源島和新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，未來省內(nèi)新能源、核電裝機比重將不斷增高，電力系統(tǒng)將面臨更為嚴(yán)峻的調(diào)峰壓力。

電源布局與負(fù)荷分布不均衡，分區(qū)電力交換較大。受海南主導(dǎo)風(fēng)向（由東向西）的影響和廠址資源建設(shè)條件的制約，省內(nèi)電源主要分布在西部和北部地區(qū)，東部及南部地區(qū)裝機匱乏，電源布局不均衡。同時，省內(nèi)各分區(qū)負(fù)荷分布不均，北部負(fù)荷最高，西部、南部次之，東部和中部負(fù)荷較低。電源與負(fù)荷分布不均衡及集中電源與負(fù)荷中心的“錯位”使得省內(nèi)各分區(qū)間的電力交換較大，易引起電壓波動，給電網(wǎng)建設(shè)和安全穩(wěn)定運行造成較大壓力。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較薄弱，抗災(zāi)能力較差。海南省高壓電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較薄弱，運行風(fēng)險比較突出，中壓配電網(wǎng)供電半徑較長，城市電纜落地不足，抗極端天氣能力弱，整體網(wǎng)架抵御臺風(fēng)等自然災(zāi)害的能力較差。

可再生能源發(fā)電面臨諸多因素制約，尚未形成規(guī)模。近年來，海南省可再生能源的發(fā)展取得了一定成績，但規(guī)模仍偏小。海南可用于發(fā)展集中式光伏電站的荒山、荒坡等未利用土地面積有限，集中式光伏電站發(fā)展緩慢;分布式光伏由于屋頂產(chǎn)權(quán)及配套保障措施不完善等多重因素制約，難以大規(guī)模推廣;陸上風(fēng)電發(fā)展與沿海岸線資源開發(fā)利用相沖突，基本停滯;海上風(fēng)電受技術(shù)水平、地質(zhì)條件、資源條件勘測和投資能力等因素制約，尚處于前期起步階段;生物質(zhì)資源開發(fā)利用受到資源收集范圍大、資源量小、原料價格波動較大等因素影響，難以規(guī)模化利用。

3" 電力系統(tǒng)發(fā)展趨勢和對抽水蓄能的需求

3.1" 海南電網(wǎng)電源發(fā)展方向

3.1.1" 各類電源建設(shè)條件分析

1）燃煤火電。海南省本地產(chǎn)煤數(shù)量少、質(zhì)量低，不能滿足發(fā)電用煤需要。燃煤電廠排放的廢氣、廢水對環(huán)境影響較大。海南國際旅游島戰(zhàn)略實施后，環(huán)保政策更加嚴(yán)格，禁止新增煤電裝機。

2）燃?xì)怆娬?。海南省天然氣資源相對豐富，但天然氣的開采進(jìn)展緩慢，且已開發(fā)的天然氣資源優(yōu)先用于化工行業(yè)。隨著人民生活水平的提高及環(huán)保意識的增強，居民生活對天然氣的需求明顯增加。根據(jù)規(guī)劃，海南省“十四五”期間將大力發(fā)展氣電，從經(jīng)濟(jì)性方面分析，盡管燃?xì)怆娬窘ㄔO(shè)成本相對較低，但受制于氣源和氣價，其運行維護(hù)費和燃料成本較高，與抽水蓄能電站相比，氣電調(diào)峰經(jīng)濟(jì)性不具備優(yōu)勢。

3）水電。海南省水力資源技術(shù)可開發(fā)容量僅為119萬kW，目前開發(fā)利用程度已達(dá)74%，剩余部分具備開發(fā)條件的水電站主要為農(nóng)村小水電，分布相對分散，后續(xù)開發(fā)潛力小。

4）核電。海南省四面環(huán)海，沿海地區(qū)適宜發(fā)展核電，儋州、昌江、萬寧等地的廠址已初步選定。經(jīng)測算，初選廠址可支撐裝機約1 400～1 700萬kW的核電站建設(shè)。

5）風(fēng)電。海南省風(fēng)能資源豐富，特別是海上風(fēng)電發(fā)展?jié)摿^大，沿海分布有多個大容量優(yōu)質(zhì)風(fēng)電場，預(yù)計資源潛力在3 000萬kW以上。海南省高度重視海上風(fēng)電發(fā)展，目前正積極推動大容量風(fēng)電場的開發(fā)建設(shè)。

6）抽水蓄能電站。海南省抽水蓄能電站的資源站點較為豐富，且部分站點成庫條件較優(yōu)、技術(shù)難度較小，具有一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。目前，瓊中抽水蓄能電站已投產(chǎn)發(fā)電，后續(xù)站點正在積極開展前期工作。為滿足系統(tǒng)調(diào)峰填谷、儲能、調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等要求，保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運行，滿足建設(shè)自由貿(mào)易港的高質(zhì)量電力供應(yīng)要求，在海南建設(shè)一定規(guī)模的抽水蓄能電站已成為共識。

7）其他電源。海南省太陽能、潮汐能、地?zé)崮芎蜕镔|(zhì)能等其他新能源資源也較豐富，具有較好的開發(fā)潛力。但目前太陽能開發(fā)較為分散、發(fā)電不穩(wěn)定;潮汐能、地?zé)崮?、生物質(zhì)等發(fā)電裝機容量較小且不具備大規(guī)模開發(fā)的條件，不宜作為主力電源。

3.1.2" 海南電網(wǎng)電源發(fā)展方向

綜合考慮上述海南省能源資源稟賦和各類電源建設(shè)條件，在推進(jìn)實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略背景下，海南電網(wǎng)未來電源發(fā)展的主要方向為核電、海上風(fēng)電、氣電和抽水蓄能電站，其中抽水蓄能電站作為主力調(diào)節(jié)電源，是保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵支撐。

3.2" 抽水蓄能電站需求分析

對海南電網(wǎng)開展2030年、2035年水平電力盈虧分析和調(diào)峰容量盈虧分析，成果見表1、表2。2030年、2035年電力缺口分別為278萬、504萬kW。2030年水平海南電網(wǎng)開機容量缺額為201萬kW、調(diào)峰容量最大缺額265萬kW。2035年水平開機容量缺額84～412萬kW、調(diào)峰容量最大缺額742萬kW。

海南未來電量增量主要由新能源補充，新能源可用容量較小。根據(jù)海南省各類電源特性，調(diào)峰電源以抽水蓄能電站最優(yōu)。經(jīng)分析，2030年、2035年水平海南電網(wǎng)需新增抽水蓄能電站規(guī)模分別約280萬、500萬 kW（含2030年水平新增）。

4" 海南省建設(shè)抽水蓄能電站必要性分析

4.1" 保障海南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電力需求快速增長

海南省經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中用電負(fù)荷穩(wěn)定的工業(yè)用戶比例小，電力系統(tǒng)峰谷差較大。隨著自由貿(mào)易港、海洋強國、“一帶一路”倡議等的深入推進(jìn)，海南省經(jīng)濟(jì)將保持平穩(wěn)較快發(fā)展，旅游業(yè)、現(xiàn)代服務(wù)業(yè)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)等現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)將進(jìn)一步推動第三產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，未來海南電網(wǎng)電力容量需求和調(diào)峰容量需求將更加迫切，且隨著省內(nèi)新能源、核電裝機比重的不斷增高，電力系統(tǒng)將面臨更為嚴(yán)峻的調(diào)峰壓力。

抽水蓄能電站在低谷時抽水蓄能，在高峰時發(fā)電，具有雙倍解決系統(tǒng)峰谷差的功能，發(fā)展抽水蓄能是緩解電力系統(tǒng)調(diào)峰矛盾最為經(jīng)濟(jì)有效的手段，對于保障海南省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和電力需求快速增長具有重要意義。

4.2" 促進(jìn)高比例大規(guī)模清潔能源消納

在推進(jìn)實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的戰(zhàn)略背景下，未來海南電力系統(tǒng)電源結(jié)構(gòu)更趨清潔化，海上風(fēng)電、光伏發(fā)電、核電等將成為電源發(fā)展的主力。根據(jù)分析，海南省海上風(fēng)電開發(fā)潛力在3 000萬kW以上，光伏發(fā)電可開發(fā)容量在500萬kW以上，核電廠址資源也相當(dāng)豐富。

風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電具備間歇性、波動性大等特點，加之海南電力系統(tǒng)容量較小，大規(guī)模新能源并網(wǎng)可能對電網(wǎng)造成沖擊，需要配套大規(guī)模調(diào)節(jié)電源和儲能設(shè)施。抽水蓄能電站是目前最為成熟和最具經(jīng)濟(jì)性的大規(guī)模調(diào)節(jié)電源和儲能設(shè)施，其配合新能源運行，可根據(jù)負(fù)荷對新能源的出力進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，平抑新能源出力的不均衡性和對電網(wǎng)的不利影響，大大促進(jìn)新能源的消納。核電是海南電網(wǎng)主力電源之一，適合帶基荷運行，抽水蓄能電站與核電聯(lián)合運行，可以保障核電平穩(wěn)高效運行，提高其經(jīng)濟(jì)性和安全性。因此，發(fā)展抽水蓄能電站是適應(yīng)新能源快速發(fā)展的必然選擇，是構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的重要支撐。

4.3" 保障新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行

隨著海南省新型電力系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)程不斷加快，新能源、微電網(wǎng)、互動式設(shè)備將大量接入，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性及電力供應(yīng)的質(zhì)量提出了更高的要求，需要電網(wǎng)配備更高的靈活性調(diào)節(jié)電源來進(jìn)行發(fā)、輸、配、變和用的平衡。另外，海南電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，抵御臺風(fēng)等自然災(zāi)害的能力較差，電網(wǎng)對快速啟動電源和緊急事故備用電源的要求迫切。

抽水蓄能電站具有啟停迅速、跟蹤負(fù)荷能力強等特點，可對系統(tǒng)負(fù)荷的急劇變化做出快速反應(yīng)，具備在系統(tǒng)中承擔(dān)事故備用、調(diào)頻調(diào)相、快速負(fù)荷調(diào)整及黑啟動等任務(wù)的良好功能。當(dāng)發(fā)生重大電網(wǎng)事故時，抽水蓄能機組不僅可調(diào)相運行，為電網(wǎng)提供電壓支持，而且能在短時間內(nèi)從任何工況下轉(zhuǎn)為滿負(fù)荷發(fā)電，從而防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)電壓崩潰。因此，發(fā)展抽水蓄能對提高電力系統(tǒng)供電質(zhì)量、保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有重要作用。

4.4" 帶動地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展

抽水蓄能電站的開發(fā)建設(shè)將使當(dāng)?shù)氐膭趧恿Y源得到大量利用，增加地方就業(yè)機會的同時，還將增加對建筑材料、工程機械、日常生活用品等物資的需求，對工程所在地經(jīng)濟(jì)有較大的拉動作用。電站建成后可有效增加地方政府財政、稅收收入，同時形成一個新的風(fēng)景點，促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜伟l(fā)展。電站建設(shè)將進(jìn)一步完善當(dāng)?shù)亟煌ā⒐┧?、供電、通信和文教衛(wèi)等基礎(chǔ)設(shè)施，極大地改善工程所在地的基礎(chǔ)設(shè)施和發(fā)展條件，提高當(dāng)?shù)厝罕娚钯|(zhì)量。因此，發(fā)展抽水蓄能對帶動和促進(jìn)海南省經(jīng)濟(jì)社會全面發(fā)展具有重要作用，經(jīng)濟(jì)及社會效益顯著。