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电力系统和电力市场功能定位研究

我国抽水蓄能电站经过50年发展,成为电力系统安全保障和储能调节的坚强支撑。为了从更高层次满足人民美好生活日益增长对电力消费的需要,解决新时代电力发展不平衡的问题,结合电力体制改革的深入,进一步研究抽水蓄能在电力系统和电力市场中的功能定位,推动抽水蓄能发展理论深化提升迫在眉睫。在当前能源消费增长减速换挡、结构优化步伐加快、发展动力开始转换的能源发展新常态下,围绕能源供给侧结构性改革工作主线,国家能源局将加快抽水蓄能建设作为推进能源结构调整和补强能源系统短板的重要内容,坚持五大发展理念,围绕质量第一、效益优先的原则,强化治理机制,优化支撑平台,提升社会责任,确保安全健康发展。

1当前电力系统中的抽水蓄能电站功能定位

当前阶段,抽水蓄能在电力系统中以保电网安全稳定为主要功能,同时发挥调峰填谷、提供消纳新能源储能等综合功能。1.1保障电力系统安全稳定运行,提高供电可靠性和供电质量。抽水蓄能首要功能是为电网提供“战略性”安保服务。目前,我国电力系统已进入大电网运行时代,系统内电源结构持续调整优化,给电网安全运行带来新的挑战。抽水蓄能利用双向调节技术优势,平抑系统峰谷波动,提高电网运行稳定性,降低风险。同时,抽水蓄能机组启停灵活、响应迅速,通过快速跟踪适应系统负荷急剧变化、电压和频率调节需要,并能提供紧急事故备用、黑启动等动态服务功能,提高系统抵御事故冲击的能力。1.2改善燃煤(供热)机组和核电机组运行状况,提升系统安全、环保和经济运行水平。随着电源结构逐步优化,系统供需总体平衡有余,燃煤机组运行负荷普遍下降、备用时间长,对燃煤机组金属部件和设备损害较大。合理安排抽水蓄能机组调峰填谷,可以减少燃煤机组调峰幅度和启停次数,提高燃煤机组负荷率,降低燃料消耗和污染排放,提高设备运行寿命。核电机组调峰幅度受技术和安全制约,而且由于单机容量大,配合抽水蓄能机组运行,可以有效防范机组本身和电网安全的冲击。1.3适应新能源持续快速发展,提高系统应对大规模新能源并网安全保障和电能消纳能力。近年来,我国新能源快速发展,风电、光伏已成为我国新增电源装机重要来源。风电、光伏电源随机性和间歇性特点突出,稳定性较差,大规模并入电网对系统实时平衡、电网安全稳定带来巨大压力。同时,我国新能源资源与电力需求在地理分布上存在巨大差异,电源一般都远离负荷中心,必须远距离大容量输送,新能源发电集中开发和集中并网后,系统调峰调频压力巨大,系统转动惯量弱化,加剧电网安全隐患。抽水蓄能电站可以与新能源互补,既可以平滑新能源发电出力,又可以平衡新能源发电量的不均衡性、减少新能源对电网的冲击。同时,抽水蓄能电站的调峰填谷特性,还能很好地发挥储能作用,提升电力系统接纳新能源能力。1.4促进电网安全清洁协调和智能发展,保障特高压输电送受端电网安全。建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网,推动电力系统向“广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共享”新一代电力系统升级,是未来电力系统发展必然。利用大型抽水蓄能电站的有功功率、无功功率双向、平稳、快捷的调节特性,承担特高压电网的无功平衡和改善无功调节特性,对电力系统起到非常重要的无功/电压动态支撑作用,有效防范电网发生故障的风险,防止事故扩大和系统崩溃。

2电力市场中的抽水蓄能电站功能定位

2.1当前我国抽水蓄能电站建设运营模式基本情况。当前我国抽水蓄能电站的建设和运营主体主要还是以电网公司为主导。近几年来,国家鼓励社会资金和其他多种渠道参与抽水蓄能电站的投资建设。关于抽水蓄能电站的效益,主要分为电量效益和容量效益2个部分。抽水蓄能电站的电量效益由发电和抽水的电量和电价形成。即电量效益=发电电量×发电电价-抽水电量×抽水电价。容量电价主要体现抽水蓄能电站提供备用、调频、调相和黑启动等辅助服务价值,按照弥补抽水蓄能电站固定成本及准许收益的原则核定。2.2电力市场中抽水蓄能电站功能定位研究的意义。对抽水蓄能的认识由“定性”向“定量”提升,是对抽水蓄能电站能发展和管理提升的内在要求。与其它电源形式相比,抽水蓄能电站功能更多,运行方式更复杂,致使长期以来对其功能价值的研究以定性分析为主,定量分析相对缺失。抽水蓄能电站开发建设周期长,投资大,要求抽水蓄能企业高度重视抽水蓄能的投资决策风险,对其功能、价值和市场前景进行“定量”分析,提升决策水平,降低决策风险。2.3电力市场中抽水蓄能电站功能定位研究的主要问题。(1)关于抽水蓄能电站的运行方式。在竞争的电力市场中,电能和辅助服务的价值通过相应的电价得以体现。而在完全开放的电力市场中,电价一般通过市场的竞标或者双向合同的谈判确定。由于抽水蓄能电站具备良好的调峰填谷特性以及提供多种辅助服务的特性,在竞争性的电力市场环境下,抽水蓄能电站可以发挥比较大的作用,因此其运行方式也会比较特殊和复杂。在电力市场条件下,电力调度机构和电站运行管理单位应加强对已建抽水蓄能电站运行情况和利用状况的分析,结合区域电力系统实际,研究抽水蓄能电站在电力市场中承担的调峰、填谷、调频、调相、备用等任务,以及与新能源电站联合优化运行方案,科学合理确定抽水蓄能电站经济运行方式,促进抽水蓄能电站作用的有效发挥。电网企业应该根据电力市场化改革的发展情况,不断调整完善电价机制,制定电力系统辅助服务政策,最终形成以市场起决定性作用的抽水蓄能电站运营机制。(2)科学审视抽水蓄能电站的节煤效益。系统的电源结构对于抽水蓄能的节煤效益有重大影响。抽水蓄能机组的节煤效益,与电网中常规火电机组的类型和系统综合负荷率有一定关系,但关系不大。在不计电站建设、运营成本的情况下,当承担紧急事故备用功能、基本不发生抽/发电量时,抽水蓄能电站的节煤效益达到最大值。当承担调峰填谷功能时,抽水蓄能电站的节煤效益随着抽/发电量增加而降低。抽水蓄能机组的节煤效应,不足以支撑其投资和运营成本的回收。开展抽水蓄能电站建设技术必要性和经济可行性评价和投资决策,需要进一步综合考虑其他因素,或者寻找别的指标。(3)定量分析电力系统调频原理、调频需求,科学评价抽水蓄能电站调频服务能力。常规意义上的调频,主要指一次调频、二次调频。对于电力系统的售电价而言,一次调频和二次调频所占比重都是微乎其微的。过度夸大抽水蓄能的调频功能,一般都是对调频与紧急事故备用(应对)功能的混淆。对频率控制进行深入分析,厘清抽水蓄能机组在不同类型调频事件中的功能特点,是认识抽水蓄能对电力系统功能的有效切入点,对于准确把握抽水蓄能的功能有着重要意义。(4)科学分析抽水蓄能低谷调峰基本原理,定量分析抽水蓄能低谷调峰技术和经济价值。就调峰问题而言,高峰、低谷2个典型时间点的发电调整能力,是电力系统容量平衡的关键。针对电力系统的低谷调峰需求,弃风、调停常规火电机组、建设运行抽水蓄能等不同电源方案的技术价值相当。如果要作出科学的投资决策,需要进一步比较不同电源方案的经济指标。以调峰填谷功能为主的抽水蓄能电站的能量指标(电站装机容量和机组利用小时数)确定原则,应以抽水需求为导向,而不是传统的发电需求。抽水蓄能电站在调峰填谷中的作用,表现为避免常规火电机组停机/重启调峰,而不是传统意义上的降低常规火电机组低谷时段发电煤耗。调峰填谷型抽水蓄能的价值,与常规火电机组技术进步,特别是低谷调峰能力的改善和停机重启技术方案和经济性的变化息息相关。

3建议

在传统的电力系统和当前不完全的电力市场环境条件下,电价并不能完全反映出抽水蓄能电站的功能和价值。在未来的市场环境下,电力系统中抽水蓄能的功能大致分为两类:一是为系统提供普通服务。这类服务技术上有替代方案,需要通过经济性比较,作出投资决策。二是为系统提供战略性服务。这类服务在技术上没有替代方案,不容易通过经济可行性进行分析。这类服务,需要系统的需求方(电网)就服务的必要性和合理规模提出建议,经国家有关部门确认后,纳入电网容许成本,确定投资收益机制。通过以上分析,笔者建议,一是对传统的抽水蓄能电站功能定位理论进行系统全面总结,为进一步分析研究奠定数据基础。二是建立抽水蓄能电站的功能特性与电力系统需求的具体技术、经济指标关系。三是以功能定位为基础,形成全面系统的抽水蓄能发展理论体系、技术标准体系,投资决策指标体系,运营监管指标体系,系统解决项目开发建设的技术必要性、经济可行性、政策支撑等核心问题。

作者:宋自飞 单位:广东省水利电力规划勘测设计研究院

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