京津唐电网进一步开发抽水蓄能电站的时序分析

作者：信息来源:电子市场 2007-6-22

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电网调峰需求。京津唐电网摘要：京津唐电网为火主电网，电网电源结构单一，随着电网负荷及负荷峰谷差的增加，调峰容量严重不足。为满足电网调峰需求及改善电网电源结构，需建设一定容量的抽水蓄能电站。为此，就距负荷中心较近、开展工作较多的丰宁、板桥峪、桃花寺三座抽水蓄能电站进行比较分析，提出一较为合理、可行的...

关键词：抽水蓄能电站；开发时序；电网调峰需求；备用容量；工程比较；京津唐电网
摘要：京津唐电网为火主电网，电网电源结构单一，随着电网负荷及负荷峰谷差的增加，调峰容量严重不足。为满足电网调峰需求及改善电网电源结构，需建设一定容量的抽水蓄能电站。为此，就距负荷中心较近、开展工作较多的丰宁、板桥峪、桃花寺三座抽水蓄能电站进行比较分析，提出一较为合理、可行的蓄能电站开发时序及意见供

考。

1京津唐电网对抽水蓄能电站的需求分析
京津唐电网为火主电网，截止到2000年底，全网装机容量18042.49 MW（6000 kW以上机组，含大同二厂装机容量1200 MW，下同）。其中火电占82.36％，水电仅占8.33％，并含抽水蓄能电站1 070 MW，占全网的5.93％。2000年各类机组装机容量及发电情况见表1。

根据目前用电负荷现状及发展速度，采用较低的负荷预测水平，预测2010、2015、2020年各水平年全网最高电力负荷将分别达22930、27900、33950 MW，详见表2。

    根据京津唐电网电源建设规划，今后电源建设仍以大容量燃煤火电机组为主，尽管目前类机组的调峰幅度可达50％，但其调峰不仅增加燃料消耗，降低机组运行的经济性、安全性和稳定性，同时无法适应用电负荷的瞬时变化。因此，为了满足电网调峰需求，改善电网电源结构，提高系统供电质量及安全可靠性，京津唐电网迫切需要建设启动迅速、运行灵活、负荷跟踪能力强的蓄能电站承担电网的调峰、备用、调频、调相等任务。
    根据内外蓄能机组所占合理比重研究成果，电网单一电源结构不适宜的，合理的电源结构应是充分发挥各种电源处的多种电源优化组合。结合我国实际情况，通过电源优化配置，在以火电为主的电网中，兴建装机容量占10％～15％的抽水蓄能电站是合适的。据统计资料，1999年广东省抽水蓄能电站装机容量占全省发电装机容量的6.9％；1998年京津唐电网抽水蓄能电站比重为8.5％，而到2000年下降至5.93％。今后随着京津唐电网负荷的不断增长、电网装机容量的逐年加大，抽水蓄能电站装机容量在电网中所占的比重将逐年减少，如果2010年以前不再新建抽水蓄能电站，则其比重将下降至3.5％。
    同时，京津唐电网典型日调峰容量盈亏与平衡分析表明，从满足电网最低限度调峰要求出发，电网2010年、2015年和2020年分别缺少调峰容量1863、2899 MW和4519 MW，至少需新建抽水蓄能电站装机容量分别为1 129、1757 MW和2739MW以解决调峰问题。如以系统总费用现值最小为目标函数进行电源优化配置分析，则2010、2015年和2020年，需新增蓄能电站装机容量2 800、3400MW和4600 MW，届时，其占电网总装机容量的比重分别为14.1％、13.4％和14.0％，与上述结论基本吻合。说明，京津唐电网这样一个电源结构单一的火主电网，今后的调峰容量缺口仍将很大，为解决调峰问题，需要一定比例的蓄能电站装机容量。即使考虑今后的区外远距离送电，由于输送大量调峰电力既不经济也不安全可靠。因此从长远发展的角度出发，必须以提高本网自身的调峰能力及安全可靠度作为京津唐电网建设的重点。
    以上是从电网调峰、备用等方面分析建设蓄能电站的必要性及需求规模的。另外，从环保、利用可再生能源，走可持续发展道路等方面考虑，建设抽水蓄能电站也是必需的。特别是北京申奥的成功，对环境提出了更高的要求，火电发展将受到很大的制约，京津唐地区更需一定比例的绿色能源。
    综上所述，不论是从满足电网调峰需求，提高电网供电质量角度出发，还是从满足环保要求等方面考虑，京津唐电网迫切需要建设一定容量的抽水蓄能电站作为电网的绿色保安电源，以增强北京地区供电安全可靠度和电网对意外事故的应变能力。
2待选抽水蓄能电站工程概况及综合比较
    为调整电网电源结构、优化电源配置、加强受端电网保安电源建设，在京津唐电网覆盖范围内各抽水蓄能电站规划选点工作的基础上，选择距负荷中心近、建设条件较好、目前开展工作较深的板桥峪、丰宁、桃花寺三个抽水蓄能电站进行比较分析，提出笔者认为较经济、合理的开发意见供参考。
2.1丰宁抽水蓄能电站
    丰宁抽水蓄能电站地处河北省承德市丰宁满族自治县境内，距北京市区直线距离约180 km，距承德市直线距离约150 km。电站总装机容量3 600 MW，拟分两期建设（一期1800 MW），是一座具有周调节性能的抽水蓄能电站。
    站址以北约70 km处有内蒙古自治区筹建的正兰旗电厂（规划装机2 400 MW）主要向北京地区送电，输电线路从丰宁抽水蓄能电站附近通过，可作为电站的抽水电源。电站上水库位于滦河左岸灰窑子沟顶部，下水库为滦河上游干流已建丰宁水库。工程区地形地质条件较好，上库由三大支沟组成，库盆面积大，区内及分水岭部分山体雄厚稳定，坝址处河谷呈“U”字形，成坝条件较好；下水库为已建的丰宁水库，蓄能电站发电用水有可靠的保证，是建设周调节性能抽水蓄能电站不可多得的站址。
    丰宁抽水蓄能电站预可研工作已完成，并通过了水电水利规划设计研究总院的审查。电站规划2015年一期建成投产，到2020年工程全部完成，主要承担调节系统周负荷不均衡的任务。
2.2板桥峪抽水蓄能电站
    板桥峪抽水蓄能电站地处北京市密云县石城乡四合堂附近，下水库坝址距下游的密云水库白河大坝约45 km；上水库位于白河右岸的板桥峪沟沟首。站址与北京市区直线距离约80 km，与天津市和唐山市直线距离均约为160 km，至顺义变电站75 km，临近用电负荷中心。站址附近有京承、京通铁路通过，下水库坝址有三级公路与密云县城及怀柔县城相连，对外交通方便。站址周围有盘山电厂（装机2 200 MW）、沙岭子电厂、高井电厂等，可供抽水的电源点较多，距离较近，抽水调度运行方便，抽水电源有保证。
    板桥峪抽水蓄能电站总装机容量1 000 MW，为日调节性能的抽水蓄能电站。但电站上水库库容可日发电量400万kW·h，并留有可发电量60万kW·h的备用库容。
    上水库库区位于板桥峪沟上游段，库区基岩总体上为微弱透水的花岗岩体，地形地质条件均较好；下水库位于白河干流对峪沟汇入口上游，是该电站的新建专用水库，电站用水将不受其他用水部门的影响。
    电站已完成了可行性研究阶段的设计工作，即可准备开工前的筹建工作。电站规划在2010年前建成投产。
2.3桃花寺抽水蓄能电站
    桃花寺抽水蓄能电站位于天津市蓟县城东10 km处，距北京市区直线距离约90 km，距天津市区直线距离约95 km。站址对外交通方便，有公路从工程区通过。站址距已建的盘山电厂约18 km，可作为桃花寺蓄能电站的抽水电源。
    桃花寺抽水蓄能电站总装机容量500 MW，为日调节性能抽水蓄能电站。
    电站上水库位于于桥水库左岸的豹子沟内。由于该电站位于燕山山麓与华北平原过渡地带，蓟县断裂带横贯尾水洞地段，其地质构造断裂发育，岩体完整性差，地下水对围岩稳定颇有影响。上库库区构造裂隙及风化裂隙十分发育，沿裂隙面有溶蚀扩大现象，形成整体性的强透水岩体，须做全面防渗处理。同其他两电站相比，工程地质条件相对复杂。下水库为已建的于桥水库，由于该水库具有综合利用要求，蓄能电站所需用的水量及占用的库容，须与有关部门协商正式签订协议方可得到保证。
    现已完成了“桃花寺抽水蓄能电站预可行性研究报告”，并通过水电水利规划设计研究总院的审查，规划在2010年前投产。
    以上3座电站的主要工程特性指标及与电站经济性有关的项目对比见表3。
3电站开发时序方案比较
    根据系统不同水平年调峰发电需求，以及各电站工作进度和建设规划，本次初步拟定几种可能的电站开发时序方案：
    基础方案1（纯火）。在现有电网电源配置的基础上，至2015水平年以新建大容量火电机组与现有电源配置进行深度调峰。

    方案2（火－丰）。电网在2015年前以新建大容量火电机组进行深度调峰，直至2015年投入丰宁抽水蓄能电站与已有火电机组共同承担电网调峰任务。
    方案3（桃－火）。2010年投入桃花寺抽水蓄能电站，以后至2015年以新建火电机组解决电网调峰发电问题。
    方案4（板－火）。2010年投入板桥峪抽水蓄能电站，以后至2015年以新建火电机组解决电网调峰发电问题。
    方案5（桃－丰）。考虑2010年投入桃花寺蓄能电站、2015年投入丰宁蓄能电站，以及期间投入新建火电机组解决电网调峰问题。
    方案6（板－丰）。考虑2010年投入板桥峪蓄能电站、2015年投入丰宁蓄能电站，期间同时投入新建火电机组解决电网调峰问题。
    方案7（桃／板－丰）。考虑2010年同时投入桃花寺和板桥峪蓄能电站、2015年投入丰宁蓄能电站，期间同时投入新建火电机组解决电网调峰问题。
    不同方案计算成果（见表4）表明：

    (1)7个方案中，以方案7的费用现值最低，为2322353万元。
    (2)与基础方案／(纯火)相比，2010水平年投入板桥峪蓄能电站的方案较投入桃花寺蓄能电站的方案费用现值低，方案4比方案3低23 325万元、方案6比方案5低23 660万元。而系统同时投入板桥峪和桃花寺电站的方案费用现值在众方案中最小。说明京津唐电网未来10年内仍缺乏相当容量的调峰电源。从方案2的结果可以看出，如果2010年不投入蓄能电站，即使2015年投入丰宁蓄能1800MW装机容量，其系统的费用现值仍较方案5和方案6分别高28449万元和52109万元，较方案7高出76813万元。
    (3)各方案中2015年投入丰宁电站的方案比不投入丰宁电站的方案费用现值低，方案5较方案3低62. 995万元，方案6较方案4低63. 330万元。为满足2015水平年系统调峰需求，届时应考虑投入丰宁抽水蓄能电站，既可满足系统日调峰需要，也可对2015年周负荷不均衡进行调节。
4结论
    (1)从调峰容量平衡及电站开发时序比较结果可见，2010年投入桃花寺电站的方案比投入板桥峪电站的费用现值高，单投入桃花寺电站，2010年京津唐电网蓄能电站容量占总装机容量的比例为56％仍偏低。但是，2010年同时投入的桃花寺和板桥峪电站的方案系统费用最低。这说明，为满足天津市调峰需求，桃花寺电站应适时投入，而且作为盘山火电厂的“峰谷电加工车间”可提高盘山火电厂的效益，是天津地区很好的调峰电源点。
    (2)关于丰宁抽水蓄能电站，从上述经济分析看，其装机容量大、调节性能好，能更好地满足电网未来发展的需求。因此，需要抓紧工程前期工作进度，使其尽早建成投产，发挥应有的效益。今后，随着地区用电负荷的发展和居民生活质量的提高，预计电网未来在周内日最大负荷的差别会更大，京津唐电网2010年、2015年和2020年冬季典型周负荷特性是：周平均负荷系数分别为0.743、0.735和0.729，周最小负荷系数分别为0.471、0.450和0.431。从上述周负荷特性变化趋势可以看出，京津唐电网未来需要调节性能更加优越的蓄能电站。丰宁蓄能电站具有周调节能力，可平衡周内负荷变化，更能适应京津唐电网发展的要求。此外，随着长远区外送电的增加，从受端电网安全考虑，更需要调节性能好、备用能力强的抽水蓄能电站。
    (3)根据目前各电站的工作进度，从电站的地理位置、建设条件、工程规模及满足2010年电网调峰需求等诸多因素考虑，最具备先期开发建设条件的是板桥峪抽水蓄能电站，如能尽早开工建设，争取在2008年之前投产运行，作为绿色能源及首都的保安电源将为北京举办奥运会做出其应有的贡献。
    综上所述，鉴于桃花寺蓄能电站规模较小，可主要根据天津地区的调峰需求适时建设。如从满足京津唐地区2010年的调峰要求出发，积极促进板桥峪电站的建设是现实可行的，2010年投入板桥峪抽水蓄能电站后，系统中蓄能电站容量占总装机容量的比例将达到7.5％；同时，应加快丰宁抽水蓄能电站的前期工作进度，为丰宁抽水蓄能电站的早日开工建设创造条件。