我国抽水蓄能开发情况及储能支撑新型电力系统构建的认识与思考

CORPORATIONOFCHINA我国抽水蓄能开发情况及储能支撑新型电力系统构建的认识与思考2023年5月23国家电网有限公司STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA水水体41抽水储能放水发电发电机机械能一水轮机利用水体STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA发展理念随着电力系统升级发展而迭代演化。发展理念改善电能质量、黑启动、事故应急电源4百年以上45STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA·低价值能源转换成高价值能源·优化系统能源资源的利用·产生比他消耗的能源多得多的经济价值·具有发电、储能、调相机等多种运行工况的同步机灵活调节电源·大规模存储能力特殊生·对地形、地质、水源等要求较高，优良站址有限，优质站址资源本身是稀缺资源水力机械水泵水轮机球阀调速器水力监视测量系统自动化元件及常用仪表技术供排水系统压缩空气系统油系统发电电动机主变压器发电机侧开关设备封闭母线静止变频装置厂用设备及变压器计算机监控机组状态在线监测系统继电保护励磁系统及其附属设备直流系统钥匙闭锁系统CORPORATIONOFCHINA金属结构钢岔管尾水闸门及其操作控制系统6上、下库闸门及其操作控制系统67(一)抽水蓄能概述国家电网有限公司STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA4.成套设备4.成套设备经过多年发展，国内在抽水蓄能工程勘察设计施工、成套设备设计制造及电站运行等方面均实现国产化，形成较为完备的产业体系。消化吸收阶段消化吸收阶段第二批打捆招标2005-2006响洪甸、回龙等进口国外设备宝泉，4×300MW白莲河，4×300MW引进设备设计和制造技最后一台机组国内供货蒲石河，4×300MW黑麋峰，4×300MW外商技术支持起步阶段试水小型机组分包制造部件技术引进阶段第一批打捆招标引进、消化响水涧，4×250MW溧阳，6×250MW国内厂家独立设计制造2010至今仙居，4×375MW深圳，4×300MW绩溪，6×300MW河北岗南混合抽水蓄能国产化巩固阶段独立设计制造巩固引进技术成果自主研发阶段独力自主研发突破核心技术2008-20098SCP-静止(SFC)抽水造压---静止抽水调相PO--SCP抽水表示稳态表示暂态停运黑启动静止-LC背重背拖动线路充电G0到旅转备用发电空载6o-SCT发电静止-发电调相发电调相CORPORATIONOFCHINA序号单机工况转换时间(秒)1234静止→满载抽水(SFC)满载抽水→静止5STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA抽水蓄能电站开发条件1.系统需求2.经济特性3.地形条件4.地质条件5.水源条件·负荷结构·上下库成库条件·合理水头(一般在200-700米之间)·合理距高比(一般在2-10之间为宜)·输水隧洞及地下厂房的围岩岩性，断层分布99(二)抽水蓄能开发国家电网有限公司引水调压室发电福胞国家电网有限公司STATE国家电网有限公司STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA总开发周期在9-10年。项目启动项目核准项目开工主体开工安装交面首机投产全面投产项目启动项目核准项目开工主体开工安装交面首机投产全面投产工程前期12个月项目前期24-30个月完建期9个月工程前期12个月项目前期24-30个月完建期9个月(4台机组)18个月通风洞施工交通洞施工18个月通风洞施工交通洞施工上下库连接路施工24-30个月30个月预可研约1年用林手续用地手续移民搬迁工程招标预可研约1年用林手续用地手续移民搬迁工程招标后续机组投产1台上、下水库施工首台机组安装输水系统施工首台机组启动试运行国家电网有限公司国家电网有限公司(QFPQRATIONOFCHINA3.电站布置(丰宁)营地铜筋木材加工厂东沟透场铜筋木材加工厂1号公路起点B号公路1号公路起点B号公路施工营地蚂管加工厂综合加工厂蚂管加工厂综合加工厂17号公玲浪报土拌和系练七和系缘17号公玲浪报土拌和系练汉后流场世放场和设备仓库汉后流场场号公东沟沟首应场施工禁地6号公3号公路6号公业主云地业主云地湿凝土生产系丝丝园加工系统5号公机根设备停放场环库道盗机根设备停放场环库道盗18号公辽三期下水库进/出水口上水库造场号公当延长丝泄洪排沙洞进口加工营地上水库造场号公当延长丝一需下水库进出一需下水库进出水口拦纱坝2号公造号公给上水库百板维石坝上水库百板维石坝15号公路温凝土生产系统洪这湿期土生产系丝灰窑子沟场9号公路钢芦T施工灰宿子沟应场3.电站布置(丰宁)3.电站布置(丰宁)国家电网有限公司GRIDGRID2#出线下平洞交通洞1#出线下平洞安装间期主变室二期主机间下层排水廊道2#通风洞河北丰宁抽水蓄能电站地下洞室群CORPORATIONOFCHINA4.秉持七个开发原则&防止两个错误认识坚持需求主导科学论证需求产业链承载力产业链承载力X把抽水蓄能纳入区域、省级电力发展规划的电力电量平衡分析(三)抽水蓄能发展情况STATEGRIDCORTORATIONOFCHINA国家能源局《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》。2025年2030年2035年全国抽蓄投产规模达到6200万千瓦全国抽蓄投产规模达到1.2亿千瓦左右形成满足新能源高比例大规模发展的抽蓄现代化产业，全国抽蓄投产规模达到3亿千瓦左右(三)抽水蓄能发展情况机制的意见》(发改价格〔2021〕633号)CORPORATIONOFCHINA□明确了现阶段抽水蓄能继续坚持两部制电价，将容量电价纳入输配电价回收、电量电价引入竞争机制2019年《输配电定价成本监审办法》修订稿口__抽水蓄能电站相关成本费用不得计入输配电定价成本。2016年《省级电网输配电价定价办法(试行)》发改价格〔2014〕1763号口电力市场形成前，抽水蓄能电站实行两部制电价。容量电费和抽发损耗纳入当地省级电网(或区域电网)运行费用统一核算，并作为销售电价调整因素统筹考虑。口鼓励采用招标、市场竞价等方式确定抽水蓄能电站业发改能源〔2004〕71号发改价格〔2007〕1517号口发改能源〔2004〕71号后新建抽水蓄能电站，由电网企业全资建设，不再单独核定电价，运营费用纳入电网运行费用统一核定。口发改能源〔2004〕71号文件前审批但未定价的抽水蓄能电站，作为遗留问题由电网企业租赁经营，租赁费由电网企业消化50%,发电企业和用户各承担25%。2004年之前口抽水蓄能电站投资主体多元，单独核定电价，作为独立电厂运营，运营费用通过上网和销售电价传导给用户。国家电网有限公司STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA70004000300020000新增核准规模(公司经营区)新增核准规模(其他地区)一累计在运在建(含新核准)规模0.740.670.590.810.842402.0A截至2022年底，中国已投运储能总装机5409万千瓦。抽水蓄能总装机4539万千瓦，占比最高，达83.9%。新型储能总装机870万千瓦，继续保持高增长(同比110%);新型储能中以锂电池为主，占比94.5%。压缩空气2.0%液流电池抽水蓄能4539万千瓦新型储能870万千瓦其他0.2%锂离了电池822万千瓦94.5%STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA国网公司是抽水蓄能行业的主力军和排头兵，在运在建电站62座、7789万千瓦。类别在运电站在建电站核准待开工项目6合计(四)抽水蓄能运行情况STATEGRIDQRPQRATINCFCHINA口抽蓄机组利用小时数在2500-3200小时区间，效率≥75%。□月度看，呈现冬、夏双高峰，冬高峰高于夏高峰。口冬高峰主要满足“大风期”“供暖期”系统调节需求，夏高峰主要满足迎峰度夏“大负荷期”系统顶峰需求。350030002500200032352887266824662814.62843.92514.96000-4000-20005002019/12019172020/12020/72021/12021/702016年2017年2018年2019年2020年2021年2022年—发厄量—抽水电量20STATEGRIDSTATEGRID日内看，呈现“两抽两发”模式。发电：各区域均晚峰需求大。抽水：华东、华中夜间需求大；华北午间需求大；东北夜间、午间相当。华北上区华东上区华北上区30006020300020005030200020003030202000123456789121112131415151718132D212223240123456789121112131415151718132D21222324123456789101112131415161718192021222324化口区或25002000500D123456789101112131415161718192021222324一扫水次数一发口次效一扫水次数一发口次效—抽水次效—发电欲效3.抽蓄运用示例3.抽蓄运用示例m0L0mm国家电网有限公司STATEGRIDCoRPORATIONOFCHINA:-一一::-----....-.-.STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA规划·研究明确不同电源电网负荷结构下的抽水蓄能合理装机比例·研究抽水蓄能与新能源、电网的协调规划调用评价比逐渐提升的新型电力系统中的优化运行，制定调用规则安全”、“保供应”、“促消纳”等方面综合价值评估方法25STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA山研究提升和发挥抽水蓄能机组的调相功能，支撑电压稳定研究利用抽水蓄能机组的切泵安全经济等特性，支撑系统大功率缺失情况下频率稳定研究利用抽水蓄能机组提升系统惯量水平研究数字化控制手段，快速参与系统控制调节(六)需要重点研究的问题实现交流励磁变速抽蓄机组自主化工程应用。发电电动机发电电动机水泵水轮机GDCAC励G整流装置AC交流励磁交流励磁水泵水轮机异异异异似异异异似STATEGRID转子结构汇报内容■储能支撑新型电力系统构建的认识与思考(一)我国电力工业变革和发展国家电网有限公司STATEGRIDC3CRRATIN()F(HINA我国电力工业的变革发展与社会经济的变革发展紧密交织，历经多个发展阶段，已跻身世界电力工业先进前列。发电装机容量发电装机容量电网规模非化石能源发电装机总容量远距离输电能力特点重点第一阶段：1949-1978年小机组、低电压、城市电网/孤立电网解决有无的问题第二阶段：1978-2000年大机组、高电压、区域电网提升效率、可靠性；扩大规模第三阶段：2000-2012年大基地、特高压、全国互联电网大范围优化配置资源第四阶段：2012年以来大基地、特高压、全国互联电网+新元素：可持续发展29(二)新能源持续快速发展截至2022年底，国网公司经营区新能源装机达6.39亿千瓦(占全国的84.2%),光伏、风电已分别成为装机第二、第三大电源。2022年新能源发电量占比达到15.1%。万千瓦万千瓦4000035000风电、光伏装机年均增长22%、58%3000025000200005000020112012201320142015201620172018201920202021202220.0%20122013201420152016201720182019202020212022“不可能三角”(XO2PCRATIONOFCHINA“不可能三角”的稳定状况主要取决于主力电源特性，核心是高比例新能源电力新阶段新阶段能源安全性◎碳达峰碳中和清洁低碳、安全高效反映能源活动中缓解或避清洁低碳、安全高效反映给各类消费者提供普遍可及、可负担、充足的能源产品的情况马ENVIRONMENTALENERGYSUSTAINABILITYEQUITY(三)新课题：“不可能三角”CQrRrORATIN新型能源体系、新型电力系统：“双碳”目标主战场、主力军。新能源发电功能定位：能源转型调结构的重要力量，需要实现高比例发展。25%20%2021年2025年口标2030午口标2D21年能源消费结构8.90%调结构任务重风光资源丰富将持续快速提升将持续快速提升新能源装机占比(2022)·公司经营区：31.6%·>60%:1个省级电网·50%～60%:2个省级电网·30%～50%:12个省级电网依靠新能源跃升式发展促进绿色转型2.安全(三)新课题：“不可能三角”2.安全国家电网有限公司新能源发电运行特性：随机波动性+非同步机电源，如何保障供应安全?新能源发电与负荷在日月季时间尺度不平衡非同步机替代同步机32(三)新课题：“不可能三角”新能源发电经济属性：造价降低+运营成本低+系统调节成本趋高，如何保持经济新能源机组新能源场站汇聚变压器新能源接网工程高压输电网公网升压变压器终端成本系统调节运行深度调略新能源场站成本接网及配网投资大电网扩展及补强投资系统调节运行成本灵活性电源投资/改造成本CORPORATIONOFCHINA新型电力系统：源侧调蓄需求趋大、但调蓄能力趋弱，需重构调蓄能力，由多主体承担调蓄任务。·时间：从超短至日储：综合工具箱·功能：无功、有功、源网荷储“四环节”源网荷“三环节”传统电力系统：电力调蓄和生产任务主要由单一主体(电源测)承担。34(四)储能助力能源转型+供应安全CORPORATIONOFCHINA源网荷储“四环节”快速演进第四大基本环节快速演进推动供应安全系统两大目标+能源转型推动供应安全系统两大目标+能源转型储能两大关键+经济合理源网荷“三环节”构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统36构建新型电力系统重点关注(五)对新型电力系统构建的思考构建新型电力系统重点关注STATEGRIDCORPORATIONOFCHIINA系统建设聚焦”一个增强“机制建设聚焦”两个适应“储能发展聚焦”三个突破“增强系统扰动应对能力{●适应高比例新能源接入的运行机制●适应高需求的市场机制(五)对新型电力系统构建的思考-一个增强CORPORATIONOFCHINA电力系统安全稳定的核心取决于对各类扰动的承受和处理能力。规划设计规划设计用电源速解列、低频/低压减(五)对新型电力系统构建的思考-一个增强STATEGRIDCORPORATIONOFCHINA1.增强系统扰动应对能力新型电力系统面临扰动增加与抗扰动能力下降之间的矛盾，需要增强对扰动处置能力，核心是保持内在”强度”+丰富应对”工具”。“新能源+多元调节支撑体系”是新型电力系统的保持内在保持内在“强度”丰富应对“工具”合理的转动惯量水平合理的短路容量水平有功电源备用容量无功电源备用容量频率调节支撑能力电压调节支撑能力(五)对新型电力系统构建的思考-两个适