國外抽水蓄能電站發(fā)展及啟示

1、視野】國外抽水蓄能電站發(fā)展及啟示2014-04-24能源情報文/羅莎莎劉云劉國中聶金峰中國能源建設(shè)集團南方電網(wǎng)能源情報按：國家電網(wǎng)公司擬推出實行混合所有制的領(lǐng)域包括抽水蓄能電站，看看國外的情況有助于理解國內(nèi)的發(fā)展方向。1前言世界上第一座抽水蓄能電站于1882年在瑞士蘇黎士建成，但直到20世紀50年代，抽水蓄能的發(fā)展仍然十分緩慢，主要集中在西歐少數(shù)國家。從20世紀50年代開始，抽水蓄能電站的發(fā)展進入起步階段，年均新增裝機容量約30萬kW，至1960年，抽水蓄能裝機容量達到350萬kW，約占總裝機容量的0.62%。20世紀60年代以后，抽水蓄能電站得到了快速發(fā)展，至1990年裝機容量達到8300萬

2、kW，占總裝機容量的3.15%，30年內(nèi)裝機容量增長近23倍，占總裝機容量的比例增長了4倍。2010年，全球抽水蓄能裝機容量約13500萬kW，繼續(xù)保持較快增長。據(jù)中國儲能研究院預測，2015年全球抽水蓄能裝機容量將達到18800萬kW。作為一種特殊的電源形式，抽水蓄能電站既可以調(diào)峰填谷、優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)各類電源工作位置，又可以承擔事故備用、調(diào)頻、調(diào)相和黑啟動等動態(tài)功能，從而起到提高供電質(zhì)量、保障供電安全、減少停電時間、降低環(huán)境污染等作用。建設(shè)合理規(guī)模的抽水蓄能電站，是解決電網(wǎng)調(diào)峰問題、保障電網(wǎng)運行安全、促進各類電源經(jīng)濟運行的重要手段。本文在總結(jié)典型國家抽水蓄能電站發(fā)展概況及年發(fā)電利用小時數(shù)的基礎(chǔ)上

3、，分析了抽水蓄能電站在不同電力系統(tǒng)中的作用及功能定位，并進一步對影響抽水蓄能電站配置規(guī)模的主要因素進行了深入分析，以期為我國抽水蓄能電站的發(fā)展提供一定的借鑒和參考。國外抽水蓄能電站發(fā)展現(xiàn)狀目前，日本是世界范圍內(nèi)抽水蓄能電站裝機容量最大、裝機比例最高的國家。截至2010年底，日本共有抽水蓄能電站45座（其中百萬千瓦級以上抽水蓄能電站7座），裝機容量合計2537萬kW,占總裝機容量的11.13%。此外，韓國、西班牙、法國、德國、意大利等國家的抽水蓄能電站裝機比例也均接近或者超過5%，美國抽水蓄能電站裝機比例雖然只有2.2%，但其總裝機容量仍處于世界領(lǐng)先水平。2010年主要國家抽水蓄能電站裝機容量及

4、年發(fā)電利用小時數(shù)見表1國外抽水蓄能電站年發(fā)電小時數(shù)大部分集中在4001000h之間，超過1000h的有美國、英國和德國，低于400h的有挪威、日本和澳大利亞，其中澳大利亞抽水蓄能電站的年發(fā)電小時數(shù)僅67h。&12M1I年國外抽水S能裝機容屋A年K電小時K國家抽忒蒂能裝機抽水薔能甞雖門0%謝裝機占比，年發(fā)電小時齡卄i莫國2743.201168美國22202.20怖輕國“呂465E0IS踹典1031W)法國砂工96744茸國3904.937IS四班牙5355.26測加拿疆侶0.145%意大利7547.52波蘭1414474Z6日術(shù)257II.H3站軸威1294.453J0澳犬制亞!4勺2,6467

5、枚捋來虬圜冢電阿罷司2012年國際能源與電謝6St爭痹冗典型地區(qū)抽水蓄能發(fā)展趨勢及功能定位3.1資源匱乏地區(qū)日本能源資源極度匱乏，能源對外依存度大，80%的化石能源依賴進口。由于福島核電站事故，核電發(fā)展受到多方限制，能源問題日益凸顯。日本計劃打破可再生能源實際運用面臨的技術(shù)和成本壁壘，大力發(fā)展風能、太陽能等新能源，到2020年使可再生能源發(fā)電量比例提高至20%。較高的抽水蓄能裝機比例，使日本的抽水蓄能電站不再僅僅是具備削峰填谷、提供電力的功能，而是逐步成為了電力系統(tǒng)的管理工具，主要承擔電網(wǎng)的調(diào)頻、調(diào)相、負荷跟蹤和事故備用等功能，提高供電質(zhì)量和維持系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。韓國能源自給率只有3%，主要

6、依賴進口，水能資源只有漢江可供開發(fā)利用。韓國主要通過適當調(diào)節(jié)基荷、腰荷以及峰荷發(fā)電設(shè)施之間的比例來穩(wěn)定電力的供應截至2006年底，韓國擁有抽水蓄能電站6座，總裝機容量390萬kW,直到2010年未新增抽水蓄能電站。韓國現(xiàn)有的抽水蓄能電站用于滿足調(diào)峰填谷、事故備用、提高電網(wǎng)運行效益。3.2新能源發(fā)展較快地區(qū)2000年以來，西班牙新能源發(fā)電裝機迅猛發(fā)展，裝機比例大幅提高。20002010年間，風電裝機新增1855萬kW,并網(wǎng)規(guī)模由4.5%增加到20.4%；太陽能裝機也由1萬kW猛增至460萬kW,裝機比例由不足0.1%增加到4.5%。同時，西班牙的油電調(diào)峰裝機也基本實現(xiàn)了與風電的同步增長，使其備用

7、裝機比例進一步增大，系統(tǒng)裝機容量與最大用電負荷之比高達2.2。因此，西班牙電網(wǎng)內(nèi)有大量的靈活調(diào)節(jié)電源，調(diào)峰能力較強，調(diào)峰能力不再是限制風電發(fā)展的主要因素，抽水蓄能電站的發(fā)展空間受到擠壓，20002010年間僅新增裝機約6萬kW。但由于負荷在低谷時段變化不大，當風電總出力超過低谷負荷需要時，則可能出現(xiàn)風電限電現(xiàn)象，這種情況近年來在西班牙屢有發(fā)生。抽水蓄能電站獨有的填谷功能，成為西班牙進一步發(fā)展風電、避免風電限電的重要保障。德國煤炭資源豐富，煤電發(fā)電量比重在50%左右；風電裝機容量始終位于世界前列，在系統(tǒng)中占比為18%左右。2005年德國抽水蓄能裝機容量為420萬kW,之后每年都有新的抽水蓄能發(fā)電

8、機組投運，至2010年，德國共有抽水蓄能電站31座，裝機容量達到678萬kW。由于德國的水電裝機比例較低，其消納大量風電的主要措施是配置較高比例的抽水蓄能電站和與周邊國家聯(lián)網(wǎng)，使電網(wǎng)能基本就地解決調(diào)峰容量的平衡問題，因而德國的抽水蓄能不僅裝機比例較高，年發(fā)電小時數(shù)也較高。3.3火電或核電裝機比例較大地區(qū)目前，全球范圍內(nèi)核電機組所占比例最大的國家為法國。截至2010年底，法國核電裝機容量達到6313萬kW，占總裝機容量的54%，2010年核電全年發(fā)電量4286億kWh,約占全系統(tǒng)總發(fā)電量的75%。法國已建成10MW以上、機組容量和特點各異的抽水蓄能電站18座，主要由法國電力公司(EDF)統(tǒng)一建設(shè)

9、經(jīng)營和管理。抽水蓄能電站并沒有獨立的經(jīng)營權(quán)，完全按照EDF的調(diào)度要求進行抽水、發(fā)電運行。抽水蓄能電站除用于調(diào)峰、填谷、備用外，有10%的容量用于調(diào)頻和與外國交換電能，調(diào)相的時間占總運行時間的12%20%。美國能源資源豐富，是全球最大的能源生產(chǎn)、消費和進口國。截至2010年底，美國火電裝機容量達到76443萬kW，占總裝機容量的76%，2010年火電全年發(fā)電量31336億kWh,約占全系統(tǒng)總發(fā)電量的72%。自2000年以來，美國新增的裝機容量幾乎全部來自天然氣發(fā)電，其他類型電源基本維持不變。目前，美國超過20萬kW的抽水蓄能電站有20多座，綜合年發(fā)電利用小時數(shù)約為1000h。但是美國不同抽水蓄能

10、電站的年發(fā)電利用小時數(shù)差別巨大，最高達1953h，在系統(tǒng)中承擔調(diào)峰填谷、促進電力系統(tǒng)合理經(jīng)濟運行的任務；有一半的抽水蓄能電站年發(fā)電利用小時數(shù)少于1000h，最少的僅34h，它們在系統(tǒng)中除參與調(diào)峰，主要擔負調(diào)頻、調(diào)相、提高電壓穩(wěn)定性和供電質(zhì)量的任務，以及作為事故備用。此外，美國多數(shù)抽水蓄能電站每天工況轉(zhuǎn)換次數(shù)大多在6次以上，在電力系統(tǒng)運行中相當活躍，充分發(fā)揮了其動態(tài)效益。抽水蓄能電站規(guī)模配置影響因素分析通過總結(jié)國外抽水蓄能電站的發(fā)展概況可見，影響其配置比例的主要因素包括技術(shù)和經(jīng)濟兩大類。技術(shù)層面，是指系統(tǒng)對調(diào)峰的需求和系統(tǒng)的調(diào)峰能力，區(qū)域負荷特性、電源結(jié)構(gòu)、互聯(lián)系統(tǒng)調(diào)峰支援能力、新能源規(guī)模以及電

11、網(wǎng)所能提供的抽水電能等均直接影響蓄能電站的配置比例；經(jīng)濟層面，建設(shè)條件、建設(shè)成本以及系統(tǒng)其他調(diào)峰手段的經(jīng)濟性也影響著抽水蓄能電站的建設(shè)和落實。不同地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)達程度和用電結(jié)構(gòu)決定了系統(tǒng)的調(diào)峰需求，這是影響抽水蓄能電站合理配置比例的一個重要因素。地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達程度對系統(tǒng)電能質(zhì)量提出了不同的要求，發(fā)達地區(qū)對電能質(zhì)量的要求通常比欠發(fā)達地區(qū)要高。抽水蓄能電站對提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量往往能起到十分重要的作用，因而發(fā)達國家對抽水蓄能的要求更加迫切，再加上發(fā)達國家抽水蓄能電站建設(shè)起步和發(fā)展比較早，諸多因素均導致發(fā)達國家抽水蓄能電站裝機比例普遍超過發(fā)展中國家。尤其是日本、意大利、法國、西班牙、德國等老牌發(fā)達國家，抽

12、水蓄能電站裝機比例均接近或超過5%，而發(fā)展中國家如印度、南非、巴西等至今尚無抽水蓄能電站。電源結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)調(diào)峰能力的決定性因素之一，系統(tǒng)內(nèi)各類電源的機組特性決定了系統(tǒng)的調(diào)峰能力。多數(shù)核電裝機比例高的國家，其抽水蓄能電站配置比例也較高，如法國、日本、韓國、德國的核電裝機比例都在15%以上，而抽水蓄能電站的規(guī)模也比較大。常規(guī)水電比例大的國家，配置抽水蓄能電站的幾率較小，如巴西、加拿大、瑞典、芬蘭、俄羅斯、印度等國的水電比例均超過20%，幾乎沒有抽水蓄能電站。發(fā)達國家十分重視合理的電源結(jié)構(gòu)，使基荷、腰荷、峰荷電源保持在最佳比例，一般峰荷電源占總裝機容量的25%35%。區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)的調(diào)峰支援能力影響本地

13、的抽水蓄能電站建設(shè)規(guī)模。對非獨立電力系統(tǒng)而言，當互聯(lián)系統(tǒng)中外地電源調(diào)峰性能較好時，可減輕本地電網(wǎng)的調(diào)峰壓力，減少對抽水蓄能電站等調(diào)峰電源的需求。以丹麥為例，2010年風電裝機容量占全國電源總裝機容量的比例高達29%，為了適應風電裝機規(guī)模和發(fā)電量的不斷提高，需要配套一定規(guī)模的調(diào)峰電源。由于丹麥電網(wǎng)與北歐強大電網(wǎng)相聯(lián)，可借助北部水電大國挪威來調(diào)峰，因此本國并沒有配置抽水蓄能電站，而是通過區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)提高風電利用率，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。抽水蓄能電站的建設(shè)條件是影響電力系統(tǒng)中抽水蓄能電站規(guī)模的關(guān)鍵性因素。抽水蓄能電站的建設(shè)對地理條件要求很高，需要考慮的因素包括地理位置、地形條件、地質(zhì)條件、水源條件、

14、環(huán)境影響等。若不具備建設(shè)抽水蓄能電站的合適站址，則不論系統(tǒng)對抽水蓄能電站的容量需求有多大，該地區(qū)配置的抽水蓄能電站容量也只能為零。即便具備建設(shè)抽水蓄能電站的基本條件，也需要權(quán)衡建設(shè)條件的優(yōu)劣，因為這直接影響到建設(shè)成本。系統(tǒng)中其他調(diào)峰手段的經(jīng)濟性會直接影響抽水蓄能電站的建設(shè)規(guī)模。抽水蓄能電站能夠替代一定容量的燃煤機組，發(fā)揮容量效益。如果單位千瓦投資和年運行費比替代調(diào)峰火電廠低，投資方則往往愿意多建抽水蓄能電站而少建調(diào)峰火電廠；反之，投資方會更多地考慮抽水蓄能電站所能提供的其他輔助服務，容量替代效益則大打折扣。除了技術(shù)因素和經(jīng)濟因素以外，國家的宏觀政策、抽水蓄能電站的建設(shè)體制以及電價機制等政策體制

15、類因素也會影響抽水蓄能電站的長遠發(fā)展和企業(yè)的投資熱情，甚至決定其發(fā)展和建設(shè)規(guī)模。5.對我國抽水蓄能電站發(fā)展的啟示我國幅員遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、電源結(jié)構(gòu)、負荷特性等均存在較大差異。抽水蓄能建設(shè)應根據(jù)廠址條件，按照區(qū)域電網(wǎng)進行統(tǒng)一配置，并與電網(wǎng)、常規(guī)能源和新能源統(tǒng)一納入電力中長期發(fā)展規(guī)劃，實現(xiàn)全系統(tǒng)效益最優(yōu)。從長遠看，建議將抽水蓄能電站提供的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相以及系統(tǒng)備用等各項功能納入系統(tǒng)輔助服務補償范疇，這樣既能保證抽水蓄能電站的合理收益，又能充分發(fā)揮抽水蓄能電站的各項功能，使其逐步進入輔助服務市場，充分發(fā)揮市場優(yōu)化配置資源的作用，通過市場給出價格信號，合理引導規(guī)劃和投資，促進電力資源優(yōu)化配置。6結(jié)語抽水蓄能電站發(fā)展至今