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北京院王婷婷:让电能插上安全稳定的绿色翅膀
2018/1/18 11:21:07    新闻来源:北京水力发电工程学会

 

(作者:王婷婷。本文参加第十七届北京青年学术演讲比赛,获第一名)

 

当您闲庭信步在十三陵水库湖边,静观碧波荡漾,当您拾梯而上踏歌天池,遥看云卷云舒,可曾想过,十三陵水库和天池是一个整体,是我国最早一批建设的抽水蓄能电站;又可曾知晓,它被誉为点亮首都北京的最后一根火柴,对保障京津及冀北电网安全稳定运行起到至关重要的作用。72719时,北京相继发布雷电黄色预警和大风蓝色预警,电网频率受到剧烈波动,十三陵蓄能在接到调度指令后,仅11分钟实现满负荷80kW并网发电,电网频率随机恢复到50.01Hz的稳定范围。是的,这就是让电能插上安全稳定翅膀的抽水蓄能电站。

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抽水蓄能电站通常由具有一定落差的上、下水库和输水发电系统、地下厂房组成。它利用电网负荷低谷时多余的电能将下水库的水抽到上水库,转换成水的势能储存起来,在负荷高峰时将水的势能转化为电能,实现电能在时间上重新分配,它不仅是电力系统的储能器、能量转换器,更是电网的辅助服务器。抽水蓄能电站能量转换效率为75%,这笔貌似不经济的帐恰恰反映了人们对电能时间价值的追求。

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电能也有时间价值吗?电力系统中电能的生产和消费同时进行,且处于动态平衡中,平衡一旦打破就会导致电网频率出现偏差,如不能及时调整将造成系统瘫痪。同时,用电需求也有一定的规律可循,一般夜间出现负荷"低谷",白天出现负荷"高峰",用电厂必须及时调整维持电能的供需平衡。怎么办?配备一定规模的调节性能较好的调峰电源、储能电源。配多少?国民经济各部门及人民生活的用电需求来决定。配什么?抽水蓄能电站无疑是世界上公认的有效电源。

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抽水蓄能电站是无可替代的吗?当然!

第一,抽水蓄能电站是唯一同时兼备削峰、填谷双重功能的大规模电源。

第二,它是节能减排的小能手。它以水为介质,通过水量循环完成能量转换的同时,使燃煤电厂保持在高效率区稳定运行,有效降低系统内火电煤耗,节省燃料及减少大气污染物的排放量。经测算,京津及冀北电网新增抽水蓄能电站100万千瓦,系统每年可节约标煤6.7万吨,相应CO2排放量15.9t,飞灰1.7t

第三,它是现阶段唯一的技术成熟可靠的大规模储能电源,与以电化学储能为原理的电池相比,最大储能能力是其100倍,运行寿命是其10倍,单位千瓦投资却仅占其1/3左右。电池储能更适合分布式甚至孤网性质的微电网,而我国8个千万千瓦级风电基地的建设,光伏领跑者计划的持续推进,就必须建设大规模储能电源,来缓解新能源电源对电网的冲击,来减少弃风、弃光,提高资源利用率。

第四,它调节能力较强,具备启停迅速,运行灵活可靠,负荷跟踪迅速等优势。仅从关机8小时后启动时间即可窥见各类电源的调峰能力,蓄能启动时间仅为3~5分钟,而燃煤火电要到4h左右。

第五,它具备多重功能,调峰填谷、调频调相、事故备用、黑启动以及提高新能源资源利用率等,千差万别的区域电网可根据需要,赋予抽水蓄能电站不同的开发任务。

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随着我国国民经济的飞速发展以及对抽水蓄能电站的客观认识,我国抽水蓄能电站逐步进入蓬勃发展时期,至2015年底,我国已建抽水蓄能电站28座、总规模2275kW。根据发改委相关指导意见,2025年全国抽水蓄能电站总装机容量期望达到1亿千瓦、占全国电力总装机的比重约4%左右。

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然而,抽水蓄能电站受自然资源条件制约,站点资源有待进一步挖掘。抽水蓄能站点选择需综合考虑地形地质条件、工程建设条件、水源、水库、环保、经济等多重因素,是需要我们一代一代水电人不断的去追寻和探索,是需要开展一轮又一轮选点规划工作的。现阶段,我们更要根据我国经济发展形势以及能源政策,对规划思路做出调整。主要体现在四个转变,第一,从传统的靠近的负荷中心选点向新能源中心和特高压横纵交接处分散,第二,从关注工程自身建设向综合考虑库区生态环境保护、水利风景区协同开发等转变,第三从单纯寻找合适的地形地质条件向利用废旧矿坑等变废为宝的思路拓展,第四从以淡水为介质向海洋抽水蓄能探索。

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从抽水蓄能电站自身的技术水平来看,我国抽水蓄能电站不论设计、施工、建设,均处于世界先进水平。现阶段面临的主要难点在于蓄能机组的制造,我国虽然通过引进-吸收-实践的路子,已经攻克高水头(600米级)、大容量机组(单机40万千瓦)的设计、制造难关,实现了机组设计制造国产化。然而,我国的蓄能机组设计制造水平仍停留在定速机组,即水泵工况时只能满入力抽水而不能随意调整。变速机组在国外已有较为成熟的设计、制造技术,甚至有着超过10年的运行经验。这好比我们还在使用定频空调,别人家早已用上变频空调一样。所幸,变速机组的深入研究2013年开始,现已顺利推进我国首台变速机组落户世界最大规模的丰宁电站,2台变速机组预计2021年投产发电,为我国举办的冬奥会献礼,我们也期待通过引进吸的方式尽快掌握变速机组技术,为提升我国设备自主研发和制造奠定基础。

20173月,北京院开始了京津冀、山东电网的新一轮选点规划工作,我们规划人再次背上行囊,踏上蓄能电站选址的征程。千山万水难以阻挡我们前进行的步伐,再苦再累,难以磨灭我们心中的梦想,让更多的电能插上安全稳定的翅膀,让我们的孩子不再为雾霾而战!

 

 

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