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風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源是我國(guó)重要的能源資源，在滿足能源需求、改善能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面具有重要作用。以風(fēng)電、太陽(yáng)能為代表的新能源產(chǎn)業(yè)屬于國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，具有科技含量高、市場(chǎng)潛力大、增長(zhǎng)速度快、產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)強(qiáng)的特點(diǎn)，加快風(fēng)電等新能源發(fā)展對(duì)振興國(guó)民經(jīng)濟(jì)，保障能源安全具有重要戰(zhàn)略意義。
受能源資源條件限制，風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源發(fā)電的大規(guī)模發(fā)展給我國(guó)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)較大的壓力。電力系統(tǒng)急需配置大容量的儲(chǔ)能裝置，優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，改變運(yùn)行方式，適應(yīng)風(fēng)電等新能源的大規(guī)模發(fā)展。抽水蓄能是當(dāng)前最經(jīng)濟(jì)、最成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能裝置，在電力系統(tǒng)中配置適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能，是解決當(dāng)前風(fēng)電等新能源大規(guī)模發(fā)展影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定問(wèn)題的最佳選擇。
一、 我國(guó)風(fēng)電等新能源發(fā)展現(xiàn)狀及規(guī)劃
我國(guó)幅員遼闊，海岸線長(zhǎng)，風(fēng)能資源比較豐富。全國(guó)陸地上可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能約2.53億KW（依據(jù)地面以上10米高度風(fēng)力資料計(jì)算），海上可開(kāi)發(fā)利用的風(fēng)能約7.5億KW，共計(jì)約10億KW。
從20世紀(jì)80年代發(fā)展并網(wǎng)風(fēng)電開(kāi)始，我國(guó)政府高度重視風(fēng)電等新能源發(fā)展，先后出臺(tái)了《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》、《中華人民共和國(guó)可再生能源法》、《可再生能源風(fēng)電價(jià)格及費(fèi)用分?jǐn)偣芾碓囆修k法》等一系列政策法規(guī)以促進(jìn)風(fēng)電等新能源發(fā)展。
2000年以來(lái)我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量快速增長(zhǎng)，尤其是2006年-2009年連續(xù)4年增長(zhǎng)率超過(guò)100%。據(jù)最新數(shù)據(jù)，2010年我國(guó)新增風(fēng)電裝機(jī)1600萬(wàn)KW，同比增加23%，累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)總量已達(dá)4182.7萬(wàn)KW，首次超過(guò)美國(guó)，位居世界首位。
我國(guó)太陽(yáng)能發(fā)電目前發(fā)展也非常迅速。太陽(yáng)能光伏發(fā)電方面，我國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的光伏電池組件生產(chǎn)國(guó)，據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)2010年光伏太陽(yáng)能電池產(chǎn)量將達(dá)到８GW，占世界生產(chǎn)總量的50％，居世界首位。2009年，全國(guó)光伏發(fā)電市場(chǎng)裝機(jī)量約160MW，占全球當(dāng)年裝機(jī)總量的２％；2010年，預(yù)計(jì)裝機(jī)約380MW，在全球總裝機(jī)量中占３％。
根據(jù)國(guó)家風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，2020年我國(guó)將建成哈密、酒泉、河北、吉林、江蘇沿海、蒙東、蒙西七個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)風(fēng)電、太陽(yáng)能的發(fā)展規(guī)模將分別達(dá)到1.5億KW和2000萬(wàn)KW。
二、 我國(guó)風(fēng)電等新能源大規(guī)模發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)的影響
風(fēng)電出力受來(lái)風(fēng)情況影響，太陽(yáng)能發(fā)電受云層情況影響，都具有間歇性、隨機(jī)性和不可控性的特點(diǎn)。風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源大規(guī)模并網(wǎng)，對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。目前，新能源發(fā)電技術(shù)中最成熟的是風(fēng)電，發(fā)展速度最快、規(guī)模最大、對(duì)電網(wǎng)影響較大的也是風(fēng)電，因此，本文以風(fēng)電為例說(shuō)明新能源大規(guī)模發(fā)展給電力系統(tǒng)帶來(lái)的影響。
風(fēng)電大規(guī)模接入電網(wǎng)后，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。安全性方面，風(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)和局部反調(diào)峰特性，有風(fēng)時(shí)瞬間大規(guī)模并網(wǎng)、無(wú)風(fēng)時(shí)瞬間大規(guī)模停機(jī)，影響系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的沖擊。經(jīng)濟(jì)性方面，我國(guó)電源結(jié)構(gòu)以煤電為主，調(diào)節(jié)手段缺乏，由于風(fēng)電的隨機(jī)波動(dòng)特性, 其出力隨風(fēng)力大小變化, 風(fēng)電的大規(guī)模接入，給用戶的供電質(zhì)量造成較大影響。為保證對(duì)用戶的供電質(zhì)量, 電網(wǎng)需根據(jù)并網(wǎng)風(fēng)電容量增加相應(yīng)旋轉(zhuǎn)備用火電機(jī)組容量, 風(fēng)電上網(wǎng)越多, 旋轉(zhuǎn)備用容量也越多，電力系統(tǒng)的整體煤耗增大。圖1為研究機(jī)構(gòu)所做的風(fēng)電等可再生能源對(duì)國(guó)外某電力系統(tǒng)安全影響的比較圖，從圖中可以看出，有風(fēng)電情況下，電力系統(tǒng)的峰谷差加大，煤電的調(diào)節(jié)幅度增大，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)性變差。
風(fēng)電的大規(guī)模發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)的電網(wǎng)構(gòu)架和運(yùn)行方式產(chǎn)生了較大的影響。我國(guó)風(fēng)電主要集中在西北地區(qū)大部、華北地區(qū)北部、東北大部的北部的“三北”地區(qū)和東南沿海地區(qū)，七個(gè)千萬(wàn)千瓦風(fēng)電基地開(kāi)發(fā)規(guī)模占全國(guó)總規(guī)模的78％，集中度很高。三北為我國(guó)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，當(dāng)?shù)馗緹o(wú)法消納大量風(fēng)電。風(fēng)能資源與負(fù)荷中心呈逆向分布的特點(diǎn)決定，我國(guó)風(fēng)電大規(guī)模開(kāi)發(fā)必須經(jīng)特高壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送到華東沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。國(guó)家已經(jīng)規(guī)劃，新疆風(fēng)電在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)及“三華”（華北、華中、華南）電網(wǎng)消納；甘肅風(fēng)電在西北電網(wǎng)及“三華”電網(wǎng)消納；蒙西風(fēng)電在蒙西及“三華”電網(wǎng)消納；蒙東風(fēng)電在東北電網(wǎng)及“三華”電網(wǎng)消納；吉林風(fēng)電在東北電網(wǎng)及“三華”電網(wǎng)消納；河北風(fēng)電在“三華”電網(wǎng)消納；江蘇風(fēng)電在華東電網(wǎng)消納。我國(guó)風(fēng)電年利用小時(shí)僅2000多小時(shí)，通過(guò)特高壓電網(wǎng)遠(yuǎn)距離輸送，面臨著復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)技術(shù)挑戰(zhàn)，帶來(lái)電網(wǎng)架構(gòu)的巨大變化，也必然會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式產(chǎn)生較大的影響。
三、 抽水蓄能及其對(duì)風(fēng)電等新能源發(fā)展的作用
?。ㄒ唬┏樗钅苁亲畛墒熳罱?jīng)濟(jì)的電能儲(chǔ)存工具
抽水蓄能的低吸高發(fā)功能，實(shí)現(xiàn)了電能的有效存儲(chǔ)，有效調(diào)節(jié)了電力系統(tǒng)生產(chǎn)、供應(yīng)、使用，保持了三者之間的動(dòng)態(tài)平衡。儲(chǔ)能功能是抽水蓄能電站調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動(dòng)等功能和在電力系統(tǒng)中多種作用發(fā)揮的基礎(chǔ)。抽水蓄能是當(dāng)前最成熟、最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模電能儲(chǔ)存工具。
電力系統(tǒng)中主要儲(chǔ)能技術(shù)詳見(jiàn)圖2，抽水蓄能與其他儲(chǔ)能方式的技術(shù)特點(diǎn)比較詳見(jiàn)表1。
從上述比較可以看出，目前大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置除抽水蓄能外，僅有壓縮空氣儲(chǔ)能、部分化學(xué)電池儲(chǔ)能裝置。大規(guī)模壓縮空氣儲(chǔ)能，對(duì)地下洞室的地質(zhì)條件、嚴(yán)密性等要求比較苛刻，同時(shí)需要燃?xì)廨啓C(jī)配合運(yùn)行，在國(guó)外處于示范運(yùn)行階段，在我國(guó)尚沒(méi)有應(yīng)用實(shí)例?；瘜W(xué)儲(chǔ)能存在深度充放電時(shí)間長(zhǎng)、效率衰減快和單位投資高、工作環(huán)境要求較高等問(wèn)題，且目前批量生產(chǎn)能力有限。據(jù)了解，各化學(xué)儲(chǔ)能電池的單位千瓦造價(jià)為：液流電池2.5萬(wàn)元/KW，鈉硫電池2.8萬(wàn)元/kW，鋰電池1萬(wàn)元/KW，壽命周期與充放電次數(shù)有關(guān)，一般不大于15年；工作過(guò)程中對(duì)環(huán)境溫度有較高要求，必須配備空調(diào)降溫。
與這些儲(chǔ)能裝置相比，抽水蓄能電站投資較低，單位千瓦造價(jià)3000-5000元；使用壽命長(zhǎng)，機(jī)組使用壽命25年，水工建筑物使用壽命達(dá)百年以上；能量轉(zhuǎn)換效率穩(wěn)定，不存在衰減問(wèn)題。抽水蓄能是目前電力系統(tǒng)中當(dāng)之無(wú)愧的最成熟、最實(shí)用的大規(guī)模儲(chǔ)能方式。
?。ǘ┏樗钅苁沁m應(yīng)我國(guó)風(fēng)電等新能源大規(guī)模發(fā)展的最有效工具。
2010年4月1日正式頒布實(shí)施的《可再生能源法》（修訂案）將發(fā)展儲(chǔ)能裝置寫(xiě)入國(guó)家法律。配套建設(shè)適當(dāng)規(guī)模的抽水蓄能電站，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，解決風(fēng)電等新能源大規(guī)模發(fā)展瓶頸問(wèn)題的最有效工具。
在電力系統(tǒng)中配置適當(dāng)?shù)某樗钅埽梢猿浞职l(fā)揮抽水蓄能與風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源運(yùn)行的互補(bǔ)性，利用抽水蓄能電站的儲(chǔ)能特性，平滑風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電出力，減小其隨機(jī)性、波動(dòng)性，平衡風(fēng)電發(fā)電量的不均衡性、參加電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)頻，減少風(fēng)電等新能源對(duì)電力系統(tǒng)的沖擊，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少煤電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用容量，降低系統(tǒng)煤耗。這里所說(shuō)的適當(dāng)?shù)某樗钅?，一是指裝機(jī)規(guī)模合適，抽水蓄能電站的出力與調(diào)節(jié)風(fēng)電的規(guī)模，以及電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)；二是指蓄能時(shí)間合適，根據(jù)風(fēng)電的特點(diǎn)和抽水蓄能站址的地形地質(zhì)條件，確定抽水蓄能電站的庫(kù)容和蓄能時(shí)間，確定抽水蓄能電站是日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)還是月調(diào)節(jié)。
針對(duì)我國(guó)風(fēng)電集中度較高，需遠(yuǎn)距離輸送、大范圍消納的特性，在風(fēng)電資源豐富區(qū)域配置適當(dāng)?shù)某樗钅芘c火電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)風(fēng)、火、蓄優(yōu)化配置，打捆外送，可以充分發(fā)揮抽水蓄能電站的電能儲(chǔ)存功能，在風(fēng)電出力大時(shí)將多余電力轉(zhuǎn)換為水能儲(chǔ)存起來(lái)，在無(wú)風(fēng)時(shí)放水發(fā)電，保證特高壓輸送電力的穩(wěn)定性，提高特高壓輸送線路的經(jīng)濟(jì)性。
發(fā)展風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源是我國(guó)實(shí)現(xiàn)2020年碳減排承諾的重要舉措，風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源的大規(guī)模發(fā)展急需電力系統(tǒng)配置大量切實(shí)有效的調(diào)節(jié)手段。但受一次能源資源條件限制，我國(guó)油、氣資源短缺，以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)出力調(diào)節(jié)速度慢、調(diào)節(jié)幅度小，適度發(fā)展、優(yōu)化配置抽水蓄能，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、解決我國(guó)當(dāng)前風(fēng)電等新能源大規(guī)模發(fā)展問(wèn)題的最有效工具。
