弃风限电环境下风电与抽水蓄能发电的互补辛峰

弃风限电环境下风电与抽水蓄能发电的互补辛峰

辛峰

(辽宁大唐国际新能源有限公司辽宁沈阳110166)

摘要：如今，传统化石能源的枯竭以及生态环境的恶化使得新能源发展迅速，近几年风能和太阳能资源以其清洁可再生等优势得到了迅速的发展。我国风电和光伏发电发展迅速，但是随着并网装机容量的剧增，出现了大量弃电的尴尬现象。为了进一步提高风光的利用率，平滑风电和光伏发电的出力，本文重点就弃风限电环境下风电与抽水蓄能发电的互补展开探究。

关键词：弃风限电；风电；抽水蓄能发电；互补

一、风力发电的特点和优势

近年来，在各类绿色清洁能源中，风能既是绿色环保的可再生能源，同时也是目前技术成熟和可持续发展的重要能源，大规模开发风力发电是解决我国能源结构和环境保护矛盾问题的解决途径。在风能转换成机械能和电能的整个工艺流程中，不产生气体、液体、固体等污染物，不消耗任何燃料，基本不占用农田耕地，单位千瓦造价和度电成本较低，全部投资财务内部收益率较高，不会对生态环境构成威胁。开发风电减少排放二氧化碳等温室气体、防止全球气候变暖的一项重要措施。合理有效利用风能既可减轻能源短缺的压力，又可减少环境污染。

风力发电的缺点主要是出力不连续，不稳定，随机性很大，属于间歇性电源。多在夜间和冬季发电。

二、现阶段风电上网电量的现状

随着我国风电和光伏发电等新能源并网装机容量高增长，部分地区弃风限电现象严重，据权威部门统计2016年全国弃风电量约497亿千瓦时，弃风率上升至17%，风电平均利用小时数有所下降，浪费了清洁能源和投资，加剧了环境矛盾。风电消纳问题引起社会的广泛关注。

例如辽宁省电网，总电源容量为4621万千瓦，风电装机容量为697万千瓦；并且辽宁省本地有刚性供热需求，普遍存在较大的风电与热电联产机组间的矛盾，热电联产机组对风电的挤出效应明显。弃风限电情况最严重的时间主要集中在每年冬、春季(11月份至次年3月份)，在供暖期，供热机组“以热定电”，难以参与深度调峰，调峰能力仅为20%左右。统计数据显示，供热火电机组占总装机容量的近一半，具备快速调峰能力的水电机组占总装机容量6%。期间正是一年中的富风季节，造成风电大面积的弃风。目前，辽宁地区供热火电机组装机容量占比还在进一步加大，弃风限电形势还将持续。

三、抽水蓄能发电的特点和优势

抽水蓄能发电站是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾产生的，是间接储存电能的一种方式。它在用电低谷时使用过剩电能将水从下水库抽到上水库储存起来，然后在用电高峰时将水放出发电，并流入下水库，循环往复。抽水蓄能电站调峰能力很强，可达到（-100%--100%）之间。抽水蓄能电站还担负调频、调相和事故备用等动态调节功能。所以，抽水蓄能电站是电网运行管理的重要工具，是确保电网安全、经济、稳定生产的支柱，可提高供电可靠性，使电网安全经济运行，改善电网的电源结构。抽水蓄能电站能低吸高发，用电网系统的低谷电抽水储存势能，高峰时放水发电调节电网，它本身不能利用一次能源产生电力，使其在电力系统中无法成为一种独立的发电方式，必须靠其他发电方式才能存在，其在电网系统中收益都是通过它为电力系统的服务来实现。

抽水蓄能发电的缺点是静态效益不高。抽水蓄能发电站是一种电能转换和储备措施，在转换过程中会有能量损失，目前抽水蓄能发电站的综合效率约在75%左右。

四、弃风限电环境下风电与抽水蓄能发电的优势互补

目前，我国具有数量巨大的风能、太阳能等间歇性可再生能源，可再生能源是我国未来能源利用的发展方向。由于风能、太阳能发电的不可调节性，这些间歇性可再生能源大规模并网后产生的一个问题是，不利于电网运行的安全调度，不利于供电系统的稳定性。电网系统中配置一定容量的抽水蓄能发电站后，可以充分发挥其蓄能作用，确保电网的安全稳定运行。风能、太阳能等可再生能源的利用又有利于减少化石等能源的消耗，有利于生态环境的保护。

在风力发电较集中的电网系统，需要建设抽水蓄能发电站，把随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷电量。风力发电比例较高或风能资源比较丰富的地区。如新疆、内蒙、吉林、辽宁等地区，已有大比例的风电；这些电网配备了抽水蓄能发电站后，可把随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷。

抽水蓄能发电站的调峰填谷具有明显的节省燃料作用。在经济调度下，低谷电由电网系统中过剩的风力发电机组发出，而高峰电由系统中煤耗高的调峰火电机组发出。抽水蓄能发电站的作用就是用过剩的风力发电机组发出的电，来替代低效高煤耗火电机组发出的电，其实质是“以风电换火电、以风换煤”。

随着我国风电、太阳能发电等间歇性可再生能源的大规模并网利用，以及负荷用户对供电质量要求的不断提高，抽水蓄能发电站的动态功能将日益凸显，抽水蓄能发电站将成为提高电网负荷用户供电质量的最佳的选择。

五、风电与抽水蓄能发电的经营合作模式

现阶段大部分抽水蓄能发电站的运行管理模式难以适应现行政策，应找到一个适合的经营模式，使抽水蓄能发电站的公司能够盈利，至少不亏本，就能加快抽水蓄能电站的开发建设步伐，其主要方式是将抽水蓄能发电站和风电场“捆绑”在一起。“捆绑”后，风电场增加了发电利用小时数，降低了弃风限电比率；抽水蓄能发电站以风电场运营成本价来计算用来抽水电价，降低了成本，是一个双赢的方案。此种方案需在国家政策允许的风电大用户直供电的政策条件下实施。

容量租赁经营方式：抽水蓄能发电站的发电容量出租给风电运营企业，在电网进行风电限电的情况下，协调电网调度进行抽水蓄能，风电运营企业应付的容量年租赁费应按抽水蓄能发电站该部分容量一年的运行成本、利润和税收等费用确定。此种方案需具备的条件是，风电运营企业和抽水蓄能发电企业签订合作框架协议，商定具体的实施细节。

大用户直供电经营方式：抽水蓄能发电站使用的抽水用电量为低价的应限制风电发电的电量，等到无风或小风状态时，开闸放水发电，实行高价电上网。此种方式，需在风电运营企业、抽水蓄能运营企业和电网企业签订大用户直供电协议，确定抽水用电的电价和输电电价，抽水用电的电价和输电电价的合计应小于电网低谷时的电价。

参股建设经营方式：已运行风力发电运营企业参股建设抽水蓄能发电站。参股比例应为双方协商确定，作为抽水蓄能发电站的投资方，优先使用风电运营企业风电发电量和弃风限电电量。此种方案前提是作为风电运营企业应先测算投资各方经济性指标，并作出决策。

六、结论

综上所述，我国电力工业形势已经发生了实质性的改变，电力供需紧张关系渐趋缓和，除少数地区仍有拉闸限电控制负荷外，全国大部分地区已从缺电的困境中解脱出来，电力市场开始从“卖方市场”转向“买方市场”。在这种环境下，开发建设抽水蓄能发电站是电网提高供电质量，赢得负荷用户的重要措施之一。为了优化电网系统电源结构，适应用电构成变化的要求，提高电网管理水平，应大力发展抽水蓄能发电站。

风力发电与抽水蓄能发电的互补，有利于我国能源节约和环境保护，有利于促进可再生能源的持续发展，与可持续发展及循环经济的理念相一致。风力发电与抽水蓄能发电的互补方式发展，一定成为促进我国电力节能深化发展的重要环节。实现风力发电、抽水蓄能发电和电网多方共赢的结果。

应当指出，本文单从电网减少弃风限电影响，局限于风电与抽水蓄能发电的经营合作模式进行简述以及可行性的探讨，以起到提示作用；未对风电与抽水蓄能协调优化运行计算和风电与抽水蓄能联合系统目标优化模型进行量化分析比较。

参考文献：

[1]谢长军弃风限电史无前例风电困局谁来解电力决策与舆情参考2016年1月

[2]李慧玲等风电和抽水蓄能联合送出时大型风电最优入网规模研究电网技术2012年4月

[3]邹金赖旭等以减少电网弃风为目标的风电与抽水蓄能协调运行电网技术2015年9月

作者简介：

辛峰、男、1978年6月出生、辽宁省抚顺市人、2001年毕业于辽宁工业大学电气技术专业，现职称为高级经济师。