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创建时间:2022-06-27 16:22

型储能发展未来应重点做好三方面工作

国家发展改革委、国家能源局印发的《“十四五”现代能源体系规划》提出,到“十四五”末,在运抽水蓄能装机容量要达到6200万千瓦以上,实现翻倍增长;到2030年,抽水蓄能投产总规模较“十四五”要再翻一番,达到1.2亿千瓦。新形势下,抽水蓄能和新型储能如何发挥更大作用、实现更大发展?记者采访了国家电网公司抽水蓄能和新能源事业部主任刘永奇。

国家电网:随着电力系统不断发展,新能源占比越来越高,电力系统在安全运行方面将面临哪些挑战?

刘永奇:当前,新能源占比越来越高、电力电子设备接入越来越广泛,交直流混联、远距离输电成为主要运行方式。这些变化和特点将使电力系统的传统安全问题更加突出,同时涌现出一些非传统安全问题。
传统安全问题更加突出。同步机被电力电子设备替代,旋转设备变为静止设备,由物理特性主导变为人工控制算法主导,使得维持同步电力系统鲁棒性的“基因”被削弱,有功和无功调节支撑能力不足,相同的故障扰动可能造成更严重的后果,传统的功角稳定、频率稳定及电压稳定三大稳定问题更加突出。
比如2021年7月,法国与西班牙间一条400千伏的联络线跳闸,输送功率250万千瓦,只占西班牙负荷的8.4%。但西班牙新能源装机占比为36%,系统转动惯量和有功调节能力不足,故障发生后系统频率降至48.65赫兹,跌落幅度远超预计值,被迫大量切除了负荷。
非传统安全问题不断涌现。新型电力系统在一次能源供给以及发电基本组成单元等方面都将发生深刻变化,一些以前不曾碰到过的、新的安全问题不断出现。
2021年美国得州由寒潮引发大面积限电。2月15~16日,受冬季风暴影响,美国得州约4000万千瓦(燃机、风机分别停运约2600万、1400万千瓦)机组停运,得州电力紧急启动大规模轮流限电措施,最大限电负荷达1650万千瓦,约450万人受到影响。受缺电影响,实时市场电价应声飙涨,最高达到1.1万美元/兆瓦时(通常不超100美元/兆瓦时)。2011年福岛核事故引发电力短缺。福岛核事故之后,东京电力不得不全部停运在运约1200万千瓦核电机组,与东京电力连接的关西电网没有能力提高联络线功率,东京电力在冬夏用电高峰不得不安排一定量的有序用电。东京电力拥有的9座抽水蓄能电站(装机约1100万千万),不得不参与到日常电力平衡中。至今,东京电力核电仍全部处于停机状态,抽水蓄能电站在保证电力供应上发挥了很重要的作用。2021年美国能源运营系统遭网络攻击。5月7日,美国科洛尼尔管道运输公司遭黑客攻击,多个关键运营系统被锁死。无奈之下,该公司紧急切断部分网络系统以减少损失,同时停止所有输油管道运营。此次网络攻击导致美国能源大动脉瘫痪,是历史上“美国关键基础设施遭遇的最严重的网络攻击”。
从上述这些例子来看,电力系统将面临一些新的安全挑战。
一是保供问题。风能、太阳能“看天吃饭”,不像煤炭、天然气可以通过产能、库存等进行调节,新型电力系统一次能源供给不确定性增加,同时极端天气、灾害等频发,使得保供成为一个很重要的课题。
二是平衡调节问题。电力系统具有连续运行、实时动态平衡基本规律,随机波动性的新能源发电巨量接入,将使电力供需常态化随机性错位,平衡调节面临巨大挑战。
三是价格波动问题。一次能源不可控,相应地对能源电力进行宏观调控的手段减少,能源价格可能大幅波动,将对经济社会平稳有序运行造成影响。此外,还有电力系统电力电子化带来的宽频振荡和数字化带来的网络安全等问题。

国家电网:抽水蓄能在新型电力系统建设中的功能和作用是什么,将承担怎样的使命?

刘永奇:在新型电力系统中,抽水蓄能的调节、安全和储能三大作用将愈加重要和突出,是新型电力系统的不间断电源(UPS),是我国新能源发展和实现碳达峰碳中和目标的有力支撑。
首先是调节作用。新型电力系统中新能源发电占比很高,源荷双侧随机,系统波动性大,系统平衡调节面临很大困难。抽水蓄能电站具有双向、双倍调节以及快速的变负荷能力,可显著提升电力系统有功调节在可调度性、容量、速度等方面的能力,增强系统应对波动、快速爬坡和保障平衡的能力,是调度机构有力的管理工具,是系统有功调节重要的“平衡节点”。
根据有关预测,2035年、2060年,我国新能源装机将分别达到约25亿千瓦、50亿千瓦,对抽水蓄能等调节资源的需求非常大。基于此,2021年国家能源局发布了《抽水蓄能中长期发展规划(2021—2035年)》,明确了抽水蓄能中长期发展目标,提出总装机规模4.21亿千瓦的重点实施项目、3.05亿千瓦的规划储备项目和“应核尽核、能开快开”的开发原则,明确2025年、2030年全国在运抽水蓄能容量分别达到约6200万千瓦、1.2亿千瓦。抽水蓄能发展将进一步提速上量,未来将是新型电力系统的主力调节电源。
其次是安全作用。一是提升新型电力系统本质安全水平。充足的系统惯量和动态有功/无功支撑能力是同步交流电力系统安全稳定运行的基本要求,是保障电力系统本质安全的重要基础。在中东部直流受端、高比例受电地区,在西部新能源基地、直流送端地区,抽水蓄能机组以常规同步电源、大型调相机等方式运行,可有效保证电力系统自身内在的“强度”,确保直流、新能源场站短路比等满足要求,增强系统的弹性和韧性。
二是提升新型电力系统的故障防御处置能力。凭借优异的调节性能、切泵工况机组安全经济等特性,抽水蓄能电站是电网大功率缺失情况下维持频率稳定、快速恢复频率以及消除断面越限的有效手段。天荒坪等13座抽水蓄能电站已接入华东、华中及东北电网系统保护,已经成为电力系统中最优先调用的应急电源。同时,抽水蓄能电站上库蓄能可靠,机组启动迅速、调节灵活,是首选的黑启动电源。十三陵等9座电站是当地电网第一黑启动电源,为保障极端事故下的电力系统快速有序恢复提供了有力支撑。
再次是储能作用。新型电力系统中,发电“双峰”(夜间风电高峰、午间光伏高峰)与用电“双峰”(早高峰、晚高峰)错位,未来净负荷将呈现典型的“鸭型曲线”,午间和夜间时段,系统储能需求很大。同时,在沙漠、戈壁、荒漠地区进行新能源基地式开发并依靠特高压线路送出将是我国新能源发展的一个重要模式,提高线路利用效率、保障外送曲线稳定、提升通道新能源电量占比是一个重大课题。
抽水蓄能是目前唯一可以实现百万千瓦级的储能方式,电站群同新能源等联合优化运行,通过规模化储能和发电,可实现能量时移和调剂余缺,提升系统对电能的时空优化配置能力,有效解决新能源在运行过程中导致的电力不稳定和丰枯矛盾,对于提高新能源消纳、保障输电大通道送出电力稳定等意义重大。实际运行中,华东、东北等地区依靠抽水蓄能在午间弃光、夜间弃风时段进行能量存储已经成为运行常态。

国家电网:新型储能当前受到各方高度关注,做好新型储能工作应从哪些方面发力?

刘永奇:新型储能是构建新型电力系统的重要技术和基础装备,国家发展改革委、国家能源局相继印发了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》《“十四五”新型储能发展实施方案》等顶层方案,对推动新型储能高质量发展意义重大。从新型储能的应用发展现状来看,电化学储能、压缩空气储能等新型储能整体上处于实验室研发、示范应用、商业化应用初期等发展阶段。从新型储能产业化发展以及新型电力系统运行的视角看,新型储能发展未来应重点做好以下三方面工作。
一是科学制订实施各类新型储能的发展策略。新型储能技术路线多元,各类技术在成熟度和经济性等方面也存在较大差异。应该结合新型电力系统对储能的需求、各类新型储能技术当前的发展阶段以及技术经济特征等,分类制订发展策略,明确哪些是规模化应用部署的,哪些是试点示范的,哪些是在实验室科技攻关的,推动新型储能科学有序发展。
二是加强新型储能的调用管理。从电力系统要储能“干什么”(即用于系统调节还是充放运营)的角度出发,对影响储能功能作用发挥的技术指标(总充放电次数、达到额定功率的能力、容量保持率、可靠性、综合效率及爬坡速率等)要提出非常明确且较高的要求,加入到并网协议中。研究制订各类型储能设施调度运行规程和调用标准,“应调即调、应用即用”,避免闲置浪费,充分发挥储能作为灵活性资源的功能和效益。
三是加强投运项目的跟踪监测与分析评估。新型储能技术的实际应用还较少,一些设计的关键核心技术指标有待进一步通过实际运行验证、明确和提升,需要加强对投运项目实际运行情况的监测、分析和评估,为新技术、新产品、新方案实际应用效果提供科学数据,为各类技术“优胜劣汰”提供科学支撑,为国家制定产业政策和技术标准提供科学依据。

国家电网:“十四五”是为中长期能源结构调整夯基础的关键时期,公司下一步在抽水蓄能开发管理方面将重点做好哪些工作?

刘永奇:抽水蓄能项目从前期到建设再到投运,一个完整的开发周期以10年计。在“十四五”时期开工的抽水蓄能项目,要到“十五五”中后期和“十六五”时期投运,建设周期较长,但投运后技术优、功能强、应用好,属于支撑性、利长远的重大能源基础设施。下一步,公司在抽水蓄能开发管理方面将重点做好以下工作。
一是转变思路,推动抽水蓄能跃升发展。随着电力系统规模的扩大和升级、负荷的增加,特别是能源结构与电力生产方式的清洁化,抽水蓄能以其特有的技术优势,总能找到适应新情况、解决新问题的定位。在20世纪60~80年代,为解决大型核电发展的调峰问题,我国匹配建设了一批抽水蓄能电站。随着经济社会发展,负荷中心峰谷差逐步拉大,为调节峰谷差和保障供电质量,在负荷中心匹配建设了一批抽水蓄能电站。
20世纪以来,全球能源电力快速向清洁化转型,新能源快速发展,带来巨大的调节和储能等需求,抽水蓄能又被赋予了匹配新能源运行的新使命。基于我国的能源资源禀赋条件和能源发展趋势,我们要深刻理解并贯彻落实“传统能源逐步退出要建立在新能源安全可靠的替代基础上”“加快形成以储能和调峰能力为基础支撑的新增电力装机发展机制”等要求,认识到抽水蓄能储能这一新的功能定位,在新能源规划的集中开发地区,考虑到抽水蓄能固有开发周期,以合理的提前时序布局建设适当规模的抽水蓄能电站,在“十四五”时期抓住时机加快发展应用技术成熟、经济性优的抽水蓄能,以抽水蓄能跃升发展助力和支撑新能源跃升发展。

二是抓实抓好三大中心任务。在“十四五”期间,公司抽水蓄能工作将坚决贯彻公司党组加快抽水蓄能开发建设六项措施部署,落实辛保安董事长提出的“大力加强技术成熟的抽水蓄能电站建设,力争到2030年公司经营区抽蓄电站装机由目前的2630万千瓦提高到1亿千瓦”目标,扎实推进“抓紧新项目储备和前期工作、加快核准进度,抓紧在建项目施工、加快投产进度,抓好运行电站运维、充分发挥功能作用”三大中心任务,高质高效推进抽水蓄能开发建设,助力新型电力系统构建。

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