抽蓄电站：高效调节促清洁能源消纳
今年上半年，我国弃风率、弃光率相比同期分别下降7个百分点和4.5个百分点。新疆、甘肃、辽宁、吉林、宁夏弃风率下降超过10个百分点;黑龙江、内蒙古弃风率下降超过5个百分点。新疆弃光率同比下降6个百分点，甘肃弃光率同比下降近10个百分点。
大规模新能源接入电网，由资源中心运送到负荷中心，考验着整个电力系统的友好性、灵活性和安全性，对电力系统技术和管理提出了更加严苛的要求。
“抽水蓄能电站启停迅速，运行调节灵活，电网系统中建设适当规模的抽水蓄能电站，可以充分发挥抽水蓄能电站与光伏、风电运行的互补性，减少新能源大规模随机并网对系统的冲击。”在世界水电大会上，国网新源控股有限公司代表在发言中提到。
作为电网系统内重要的“调节器”“稳压器”“平衡器”，如今，抽水蓄能电站已成为接纳大规模清洁能源入网后的首选“标配”。它是如何在促进新能源消纳中发挥作用的?
快速削峰填谷：保障清洁能源安全入网
大规模新能源消纳一直是世界性难题。在中国，能源中心与负荷中心分布不均的矛盾由来已久。“三北”地区新能源聚集，电源结构单一，灵活调节电源比重偏低，特别是近几年用电需求增速放缓，消纳市场总量不足。怎样保证新能源平安上网、灵活消纳和安全送出，是新能源快速发展必须面对的挑战。
东北电网正面临这样的难题。
一方面，火电机组多，尤其是供热机组比重大，调峰能力弱。另一方面，蒙东、辽宁、吉林等地蓬勃发展的风电却“等着”上网。如何减少风电上网对电力系统的扰动?
“东北电网是典型的送端电网，电力供需形势总体上供大于求，系统调峰调频能力严重不足。东北电网装机容量13268万千瓦，火电占总容量的68.06%，风电占20.50%，而具备灵活调峰能力的水电和抽水蓄能电站仅占4.96%、1.13%。”国网发展部相关负责人说。
2012年之后，随着辽宁丹东蒲石河抽水蓄能电站的投运，这种状况有所改变。机组启停速度快、适应性强、电能稳定，让蒲石河抽水蓄能电站能够适应电网负荷急剧增长或下降的状况。这正符合了风电“来去自如”的特性。
“抽水蓄能电站快速转变的灵活性，可以弥补风力等新能源发电的随机性和不均匀性，突破电网规模对新能源容量的限制，为大力发展新能源创造条件。抽水蓄能电站建在送端电网，主要是减少大规模新能源接入后对电网的冲击，为电网接纳更多新能源打好基础。”辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司总工程师袁波说。
同时，蒲石河电站在电力系统中还可以发挥调峰、调频、调相和事故备用等重要功能，对保障供电安全、提高供电质量发挥重要作用。
每天夜晚，蒲石河的抽水机组准时启动，将下水库的水抽上来，将富余电力转换成水的势能储存。白天的用电高峰期，再将水能转换成电能输送回电网，起到削峰填谷的作用。因为风电出力“随机”，有时候，蒲石河的机组每天要启动十几次，以帮助电网达到平衡的状态，减少频率波动对电网造成的影响。
自投产运行至今，蒲石河抽水蓄能电站累计消纳清洁能源95.78亿千瓦时，累计发电78.33亿千瓦时。在消纳清洁能源，减少化能源消耗，改善大气环境和保障电网安全方面发挥了重要作用。
这只是抽水蓄能电站在消纳清洁能源方面的一个缩影。近年来，国家电网公司持续加快电网调峰能力建设，发挥抽水蓄能电站作用，促进新能源多发多用。今年上半年，丰宁等抽水蓄能电站和丰满重建工程顺利推进。下半年将开工建设河南洛宁、浙江宁海等6座抽水蓄能电站。“十三五”期间，公司规划开工29座抽水蓄能电站，总投资超过2000亿元。
促进清洁能源消纳：配合特高压实现大范围资源优化配置
东部省份浙江能源需求非常旺盛，截至2016年年底，浙江省装机容量8311万千瓦，预计到2020年装机容量将超过1亿千瓦，其中核电和区外来电超过3000万千瓦，是典型的受端电网。这种能源结构特点，使浙江非常期待抽水蓄能电站的建设。
从2008年开始，特高压的建设逐渐加速。目前，已有8条特高压直流线路的落点选在华东，输送电力包括四川的水电、“三北”地区的新能源发电，输送容量达到3976万千瓦。
如此大规模的清洁能源输入，电网安全成为重要的考量因素。
7月13～27日，浙江安吉，在天荒坪抽水蓄能电站工作的卢衍海告诉记者，近期天荒坪机组的启停次数频频升高，达到日启动21次，日均发电量968万千瓦时，为高温天气下电网安全稳定运行提供了保障。
“相较其他的调峰手段，抽水蓄能电站启停速度快，调峰容量大，尤其对于外来电比较多的特高压受端地区，能有效保证电网安全稳定运行。”华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司副总经理朱兴兵告诉记者。
抽水蓄能机组在旋转备用时，几秒内就能满负荷运行，机组全停到满负荷运行也仅需要两分钟的时间，而在运行中紧急切掉负荷，只需要零点几秒的时间。相比较下，火电机组从全停到满负荷运行，至少要1小时左右。
“抽水蓄能电站既能满足快速发电的要求，又能响应因为系统故障导致电量多余这种紧急情况的处理。它发挥作用后，对于特高压电网消纳清洁能源是强有力的保障。”朱兴兵介绍，天荒坪抽水蓄能电站，满负荷运行，能提供5个小时的电能。他们目前还在研究“同抽同发”模式和紧急支援系统功能，这意味着未来抽水蓄能处理电网紧急事故的能力将提升到秒级别。
华东电网的另一个特点，也让抽水蓄能显得格外重要。
“在受端电网建设抽水蓄能电站，有两个主要的功能。首先是保证电网安全运行，作为重要的备用电源使用。二是消纳系统低谷清洁电能，并作为网内用户负荷应急切除。”国网新源公司发展策划部主任余贤华表示。
“华东电网2016年可调配容量达到2.78亿万千瓦，最高负荷1.85亿万千瓦，最高峰谷差6000多万千瓦。”天荒坪抽水蓄能电站有限公司总经理李浩良介绍，华东电网峰谷差大，外来电多，晚上必须要有“大客户”来消纳外来的低谷风电，这个“大客户”，就是抽水蓄能电站。
如果没有抽水蓄能电站，夜间负荷低谷时，为保证风电充分消纳，将导致火电机组功率降低，甚至被迫停机，而白天需要再开机运行。一开一关，增加了火电机组单位发电煤耗和污染排放。
“天荒坪抽水蓄能电站把夜间低谷的清洁电储存起来，白天为系统提供更多充足的高峰电。”天荒坪公司运检部副主任王海涛说，这一储一发之间，抽水蓄能电站的综合效益充分体现：吸纳清洁能源，又生产清洁发电，达到零排放、零污染，对当地的环境改善助益很大。
据统计，天荒坪抽水蓄能电站投运以来，已累计消纳清洁来电450余亿千瓦时。节能减排效果也非常明显，天荒坪电站年均节约标煤11.45万吨，减少二氧化硫445吨，减少二氧化碳25.18万吨，已成为消纳华东电网外来清洁电，提高电能质量，改善当地环境的有效方式。
这样的例子不仅仅发生在华东。根据北京电力交易中心发布的报告，华中区域抽水蓄能电站机组利用效率显著提高，利用抽蓄低谷调峰能力省间清洁能源消纳成效显著。
2016年，湖北白莲河、湖南黑麋峰、河南宝泉三座抽水蓄能电站完成发电量46亿千瓦时。2016年全年湖北消纳四川、重庆富余低谷水电3亿千瓦时，计划外消纳西北新能源13亿千瓦时，有效减少了低谷时段的弃风、弃光、弃水。
跃居“世界第一”：抽水蓄能正处于加快发展的重要机遇期
“新能源出力具有波动性和随机性，特别是高比例新能源电源接入电力系统后，要实现有效消纳，系统内必须配备必要的灵活调节电源。”余贤华说，“这就需要有大规模、高效环保的安全保障辅助服务和储能需求设备作为系统调节器。”
从国内外发展经验看，抽水蓄能电站的发展，与各国新能源发电规模快速扩大保持着近似“同步”的节拍。它以水能转换为载体，通过提供系统储能服务和多工况调度运行，在电网中承担调峰、填谷、调频、调相、事故备用、黑启动等任务，已经成为现代电力系统不可或缺的重要组成部分。
今年5月，我国抽水蓄能电站装机容量达到2773万千瓦，超过日本成为世界上抽水蓄能装机容量最大的国家。在建机组容量达到3095万千瓦，我国抽水蓄能在建和运行电站机组容量均居世界第一。
根据对国外抽水蓄能产业发展规模的调查，一般电力系统内配备5%、10%到12%不等比例的抽蓄电站作为调节电源。
“究竟我国需要配备多大比例的抽水蓄能电源，有人提出5%，也有人认为还要高一点。尽管我国抽水蓄能装机规模已位居世界首位，但是目前装机容量占发电总装机比例仅为1.7%，这个比例在后两年还有下降的趋势，总体上，发展规模是远低于合理水平的。但是，由于不同区域需求差异较大，后期发展既要关注增量，更要关注布局的优化。”余贤华说，而这也意味着，我国抽水蓄能的发展空间和潜能，依旧很大，但布局优化更显重要。
根据国家能源局《电力发展“十三五”规划》和《水电发展“十三五”规划》的要求，未来，我国将快速大幅提高抽水蓄能机组比例。“十三五”期间，计划新开工抽水蓄能容量6000万千瓦左右，到2020年中国抽水蓄能运行容量将达到4000万千瓦。
“抽水蓄能正处于加快发展的重要机遇期。未来更多抽水蓄能电站的投运，将充分发挥削峰填谷等综合辅助服务的功能，有助于电网安全调控能力和调峰能力的提升，将为促进新能源大规模、大范围消纳打好基础。”余贤华说。
