水电:未来能源系统的“调节器”

SMM网讯:《孙子兵法》说,兵无常势,水无常形。水,或奔流不息,或风平浪静,或蜿蜒曲折,其形变化万千。而作为清洁能源的水电,也因其灵活多变的特点,在能源系统中发挥着独特且多样化的作用。

“目前,在世界能源体系中石油、煤炭仍然占主导地位,但水电以及太阳能、风能和其他可再生能源在各国能源结构中的比重正在不断上升。”5月21日-22日在京召开的“水电与未来能源系统研讨会”上,中国水力发电工程学会理事长张野表示,水电作为未来能源体系中的“调节器”,将发挥巨大的储能作用,可以为太阳能、风能和其他可再生能源的大规模开发利用提供保障。

作为2019年将在巴黎召开的“世界水电大会”的系列先导活动之一,此次论坛以“加快能源转型步伐”为主题,探讨水电科技创新,推动实现巴黎协定既定目标。国际水电协会执行长Richard Taylor表示,当前,全球水电总装机容量已达到1267GW,水电发电量占全球总电量的16.6%。与会专家多认为,水电因其具有可与其他能源互补互济的优势、能源之外广泛的社会效益,在未来将扮演更加重要的角色。

多能互补通“有无”

为了将可再生资源和需求中心连接起来,输电互联是一种有效的解决方案,电力互连可以捕捉相邻电力系统和电网基础设施之间的协同作用,通过扩大实现供需平衡的区域增加系统的灵活性。其中,水电的开发与电网的互联、水电与其他可再生能源的互补,将是未来发展的趋势。全球能源互联网发展合作组织经济技术研究院院长周原冰认为,水电开发与电网互联呈现出相互促进、协同发展的特点。

周原冰指出,一方面,水能资源分布具有流域性,水电的开发利用促进了跨国、跨区电网互联互通,推动了经济、优质、可再生的清洁能源电力国际贸易。另一方面,电网的互联互通,为水电的大规模开发输送提供了平台,实现水电在更大范围内的优化配置和高效利用。

周原冰介绍,以中国为例,三峡水电的开发,推动了中国跨区电网联网,实现水电更大范围消纳,并在后续进一步促进了中国全国电网互联互通的实现,而中国川、渝、鄂电网的互联互通则大幅提升了西南水电外送规模、消纳范围和“丰余枯缺”调节能力,每年减小弃水电量约40亿千瓦时。

而在水电与其他清洁能源多能互补方面,周原冰认为,水电协同多种新能源互补互济,是未来清洁能源的发展方向。他表示,水电具有良好的年、季、日调节能力,可通过与风、光等多种新能源跨时空协同开发,实现大范围互补互济,提高清洁能源发电利用效率。以中国西北电网为例,中国西北电网受调峰能力限制,存在大量弃风、弃光,西南电网水电比重高,大多具备日调节以上能力。西北与西南联网后,实现全网统一调节,通过水火互济、风光互补,西部新能源消纳能力提高超过3000万千瓦。

从世界范围来看,清洁能源互补互济的发展前景巨大。根据周原冰的介绍,在非洲,中非刚果河11月~次年1月径流量最大,北非摩洛哥3月~10月太阳辐射强度较大,具有较好的互补特性。而在南美洲,巴西水能出力高峰期在12月~5月,阿根廷风电出力高峰期处于4月~10月,智利太阳能出力高峰期在10月~次年3月,三者之间具有多能互补特性。

抽水蓄能平“峰谷”

在水电与风、光等可再生能源的互补中,抽水蓄能作为一种储能方式,发挥着重要的作用。可以配合风电等可再生能源大规模发展,平抑风电等可再生能源的随机性、波动性,提高电力系统对风电等可再生能源的消纳能力,同时,保证电力系统安全稳定运行水平,提高供电质量。在张野看来,水电因具有经济价格优势和技术成熟等优势,成了电力系统中的“充电宝”。

抽水蓄能的发展已有百年历史,尽管技术创新和规模经济大大降低了电池成本,但抽水蓄能仍然是目前可用的最具成本效益的大规模储能方案。国网新源控股有限公司董事长林铭山表示,不同储能技术的服务能力和服务范围存在客观差异,这决定了其功能定位的不同,电力领域需要统筹规划和合理配置不同的储能资源。

可以预见的是,包含抽水蓄能技术创新在内的新兴储能技术提供的广泛服务,将成为能源转型的必要条件。根据Richard Taylor的介绍,当前,全球抽水蓄能电站的装机容量已达到153GW。而在中国,根据《水电发展“十三五”规划》提出的目标,“十三五”新开工抽水蓄能应达到6000万千瓦。

林铭山表示,“目前中国建设抽水蓄能电站的刚性需求没有变。”不过,当前清洁能源迅猛发展,与电力系统的需求比,抽水蓄能电站总体规模仍然偏低。林铭山介绍,截至今年4月底,抽水蓄能运行机组容量为2919万千瓦,占全国电力装机容量的1.7%。目前中国在运抽水蓄能电站27座,分布在18个省,在建31座,分布在17个省市。按目前开发建设的速度,预计到2020和2025年抽水蓄能电站比重将升至1.8%和3%。

资源调控解“水忧”

除了与新能源互补互济、抽水蓄能平峰填谷,水电的“调节器”功能还在于能源范畴之外的水资源调控功能。其中,三峡工程就是典型的案例。张野表示,三峡工程是世界上最大的水电站,它的三大任务是防洪、发电和航运,在发电的同时,大大减少了下游的洪涝灾害,也使长江上游的货运能力,从建成前的1800万吨提高到了1.2亿吨,极大的促进了西部地区的发展。

国务院发展研究中心资源与环境政策研究所研究员王亦楠也认同这一观点,她认为,对中国来说,水电的定位不应该只是清洁能源,更重要的意义在于保障中国的水安全。她表示,生态文明的重中之重是解决好人与水的关系问题,如何保障中国的水安全、如何支撑中国的生态文明,是现在急需形成共识的问题。

王亦楠表示,可再生能源中,水电的独特作用是别的能源无法替代的,涉及巨大的经济社会综合效益,例如防洪、抗旱、灌溉等。根据王亦楠的介绍,拥有世界20%人口的中国,仅仅占有全球6%的水资源,所以水短缺是我们面临的严重的危机,中国急需增加水资源的调控能力,而大型水库的建设开发是增加水资源调控能力的必要手段。

所以,在水电开发中,通过兼顾防洪、灌溉、航运等多种社会综合效益,是我国水电未来发展的必经之路。Richard Taylor在接受记者采访时表示,当前,中国水电需要解决两方面的问题,一是如何利用水电与其他波动性大的新能源进行互补,二是如何让缺水地区的淡水资源发挥更大的社会效益,如果这两个方面能够被认识到的话,中国水电会迎来更大的发展机遇。

当前,我国水电开发程度仍然较低,仅39%,与发达国家相比有较大差距。张野认为,水电作为可开发程度最高、技术相对成熟的清洁可再生能源,在今后很长一段时间内,仍将是中国推动能源生产和利用方式变革、应对气候变化的重要手段。从世界范围来看,根据国际水电协会数据,到2050年,水电将继续增加60-70%。Richard Taylor表示,“展望未来,水力发电仍然有巨大的机遇。”


 

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