国外抽水蓄能电站发展及启示

【视野】国外抽水蓄能电站发展及启示2014-04-24能源情报文/罗莎莎刘云刘国中聂金峰中国能源建设集团南方电网能源情报按：国家电网公司拟推出实行混合所有制的领域包括抽水蓄能电站，看看国外的情况有助于理解国内的发展方向。

1前言世界上第一座抽水蓄能电站于1882 年在瑞士苏黎士建成，但直到20 世纪50 年代，抽水蓄能的发展仍然十分缓慢，主要集中在西欧少数国家。

从20 世纪50 年代开始，抽水蓄能电站的发展进入起步阶段，年均新增装机容量约30万kW，至1960年，抽水蓄能装机容量达到350万kW，约占总装机容量的0.62%。

20 世纪60 年代以后，抽水蓄能电站得到了快速发展，至1990 年装机容量达到8300万kW，占总装机容量的 3.15%，30 年内装机容量增长近23 倍，占总装机容量的比例增长了 4 倍。

2010年，全球抽水蓄能装机容量约13500万kW，继续保持较快增长。

据中国储能研究院预测，2015 年全球抽水蓄能装机容量将达到18800万kW。

作为一种特殊的电源形式，抽水蓄能电站既可以调峰填谷、优化系统内各类电源工作位置，又可以承担事故备用、调频、调相和黑启动等动态功能，从而起到提高供电质量、保障供电安全、减少停电时间、降低环境污染等作用。

建设合理规模的抽水蓄能电站，是解决电网调峰问题、保障电网运行安全、促进各类电源经济运行的重要手段。

本文在总结典型国家抽水蓄能电站发展概况及年发电利用小时数的基础上，分析了抽水蓄能电站在不同电力系统中的作用及功能定位，并进一步对影响抽水蓄能电站配置规模的主要因素进行了深入分析，以期为我国抽水蓄能电站的发展提供一定的借鉴和参考。

2国外抽水蓄能电站发展现状目前，日本是世界范围内抽水蓄能电站装机容量最大、装机比例最高的国家。

截至2010 年底，日本共有抽水蓄能电站45 座(其中百万千瓦级以上抽水蓄能电站7 座)，装机容量合计2537万kW，占总装机容量的11.13%。

此外，韩国、西班牙、法国、德国、意大利等国家的抽水蓄能电站装机比例也均接近或者超过5%，美国抽水蓄能电站装机比例虽然只有2.2%，但其总装机容量仍处于世界领先水平。

2010 年主要国家抽水蓄能电站装机容量及年发电利用小时数见表1。

国外抽水蓄能电站年发电小时数大部分集中在400～1000h 之间，超过1000h 的有美国、英国和德国，低于400h 的有挪威、日本和澳大利亚，其中澳大利亚抽水蓄能电站的年发电小时数仅67h。

3典型地区抽水蓄能发展趋势及功能定位3.1资源匮乏地区日本能源资源极度匮乏，能源对外依存度大，80%的化石能源依赖进口。

由于福岛核电站事故，核电发展受到多方限制，能源问题日益凸显。

日本计划打破可再生能源实际运用面临的技术和成本壁垒，大力发展风能、太阳能等新能源，到2020 年使可再生能源发电量比例提高至20%。

较高的抽水蓄能装机比例，使日本的抽水蓄能电站不再仅仅是具备削峰填谷、提供电力的功能，而是逐步成为了电力系统的管理工具，主要承担电网的调频、调相、负荷跟踪和事故备用等功能，提高供电质量和维持系统的安全稳定运行。

韩国能源自给率只有3%，主要依赖进口，水能资源只有汉江可供开发利用。

韩国主要通过适当调节基荷、腰荷以及峰荷发电设施之间的比例来稳定电力的供应。

截至2006 年底，韩国拥有抽水蓄能电站 6 座，总装机容量390万kW，直到2010 年未新增抽水蓄能电站。

韩国现有的抽水蓄能电站用于满足调峰填谷、事故备用、提高电网运行效益。

3.2新能源发展较快地区2000 年以来，西班牙新能源发电装机迅猛发展，装机比例大幅提高。

2000～2010 年间，风电装机新增1855万kW，并网规模由4.5%增加到20.4%；太阳能装机也由1万kW 猛增至460万kW，装机比例由不足0.1%增加到 4.5%。

同时，西班牙的油电调峰装机也基本实现了与风电的同步增长，使其备用装机比例进一步增大，系统装机容量与最大用电负荷之比高达 2.2。

因此，西班牙电网内有大量的灵活调节电源，调峰能力较强，调峰能力不再是限制风电发展的主要因素，抽水蓄能电站的发展空间受到挤压，2000～2010 年间仅新增装机约6万kW。

但由于负荷在低谷时段变化不大，当风电总出力超过低谷负荷需要时，则可能出现风电限电现象，这种情况近年来在西班牙屡有发生。

抽水蓄能电站独有的填谷功能，成为西班牙进一步发展风电、避免风电限电的重要保障。

德国煤炭资源丰富，煤电发电量比重在50%左右；风电装机容量始终位于世界前列，在系统中占比为18%左右。

2005 年德国抽水蓄能装机容量为420万kW，之后每年都有新的抽水蓄能发电机组投运，至2010 年，德国共有抽水蓄能电站31 座，装机容量达到678万kW。

由于德国的水电装机比例较低，其消纳大量风电的主要措施是配置较高比例的抽水蓄能电站和与周边国家联网，使电网能基本就地解决调峰容量的平衡问题，因而德国的抽水蓄能不仅装机比例较高，年发电小时数也较高。

3.3火电或核电装机比例较大地区目前，全球范围内核电机组所占比例最大的国家为法国。

截至2010 年底，法国核电装机容量达到6313万kW，占总装机容量的54%，2010 年核电全年发电量4286亿kW·h，约占全系统总发电量的75%。

法国已建成10MW 以上、机组容量和特点各异的抽水蓄能电站18 座，主要由法国电力公司(EDF)统一建设经营和管理。

抽水蓄能电站并没有独立的经营权，完全按照EDF 的调度要求进行抽水、发电运行。

抽水蓄能电站除用于调峰、填谷、备用外，有10%的容量用于调频和与外国交换电能，调相的时间占总运行时间的12%～20%。

美国能源资源丰富，是全球最大的能源生产、消费和进口国。

截至2010 年底，美国火电装机容量达到76443万kW，占总装机容量的76%，2010 年火电全年发电量31336亿kW·h，约占全系统总发电量的72%。

自2000 年以来，美国新增的装机容量几乎全部来自天然气发电，其他类型电源基本维持不变。

目前，美国超过20万kW 的抽水蓄能电站有20 多座，综合年发电利用小时数约为1000h。

但是美国不同抽水蓄能电站的年发电利用小时数差别巨大，最高达1953h，在系统中承担调峰填谷、促进电力系统合理经济运行的任务；有一半的抽水蓄能电站年发电利用小时数少于1000h，最少的仅34h，它们在系统中除参与调峰，主要担负调频、调相、提高电压稳定性和供电质量的任务，以及作为事故备用。

此外，美国多数抽水蓄能电站每天工况转换次数大多在 6 次以上，在电力系统运行中相当活跃，充分发挥了其动态效益。

4抽水蓄能电站规模配置影响因素分析通过总结国外抽水蓄能电站的发展概况可见，影响其配置比例的主要因素包括技术和经济两大类。

技术层面，是指系统对调峰的需求和系统的调峰能力，区域负荷特性、电源结构、互联系统调峰支援能力、新能源规模以及电网所能提供的抽水电能等均直接影响蓄能电站的配置比例；经济层面，建设条件、建设成本以及系统其他调峰手段的经济性也影响着抽水蓄能电站的建设和落实。

①不同地区的经济发达程度和用电结构决定了系统的调峰需求，这是影响抽水蓄能电站合理配置比例的一个重要因素。

地区经济发达程度对系统电能质量提出了不同的要求，发达地区对电能质量的要求通常比欠发达地区要高。

抽水蓄能电站对提高系统的电能质量往往能起到十分重要的作用，因而发达国家对抽水蓄能的要求更加迫切，再加上发达国家抽水蓄能电站建设起步和发展比较早，诸多因素均导致发达国家抽水蓄能电站装机比例普遍超过发展中国家。

尤其是日本、意大利、法国、西班牙、德国等老牌发达国家，抽水蓄能电站装机比例均接近或超过5%，而发展中国家如印度、南非、巴西等至今尚无抽水蓄能电站。

②电源结构是电网调峰能力的决定性因素之一，系统内各类电源的机组特性决定了系统的调峰能力。

多数核电装机比例高的国家，其抽水蓄能电站配置比例也较高，如法国、日本、韩国、德国的核电装机比例都在15%以上，而抽水蓄能电站的规模也比较大。

常规水电比例大的国家，配置抽水蓄能电站的几率较小，如巴西、加拿大、瑞典、芬兰、俄罗斯、印度等国的水电比例均超过20%，几乎没有抽水蓄能电站。

发达国家十分重视合理的电源结构，使基荷、腰荷、峰荷电源保持在最佳比例，一般峰荷电源占总装机容量的25%～35%。

③区域互联系统的调峰支援能力影响本地的抽水蓄能电站建设规模。

对非独立电力系统而言，当互联系统中外地电源调峰性能较好时，可减轻本地电网的调峰压力，减少对抽水蓄能电站等调峰电源的需求。

以丹麦为例，2010 年风电装机容量占全国电源总装机容量的比例高达29%，为了适应风电装机规模和发电量的不断提高，需要配套一定规模的调峰电源。

由于丹麦电网与北欧强大电网相联，可借助北部水电大国挪威来调峰，因此本国并没有配置抽水蓄能电站，而是通过区域互联系统提高风电利用率，保障电网安全稳定运行。

④抽水蓄能电站的建设条件是影响电力系统中抽水蓄能电站规模的关键性因素。

抽水蓄能电站的建设对地理条件要求很高，需要考虑的因素包括地理位置、地形条件、地质条件、水源条件、环境影响等。

若不具备建设抽水蓄能电站的合适站址，则不论系统对抽水蓄能电站的容量需求有多大，该地区配置的抽水蓄能电站容量也只能为零。

即便具备建设抽水蓄能电站的基本条件，也需要权衡建设条件的优劣，因为这直接影响到建设成本。

⑤系统中其他调峰手段的经济性会直接影响抽水蓄能电站的建设规模。

抽水蓄能电站能够替代一定容量的燃煤机组，发挥容量效益。

如果单位千瓦投资和年运行费比替代调峰火电厂低，投资方则往往愿意多建抽水蓄能电站而少建调峰火电厂；反之，投资方会更多地考虑抽水蓄能电站所能提供的其他辅助服务，容量替代效益则大打折扣。

除了技术因素和经济因素以外，国家的宏观政策、抽水蓄能电站的建设体制以及电价机制等政策体制类因素也会影响抽水蓄能电站的长远发展和企业的投资热情，甚至决定其发展和建设规模。

5.对我国抽水蓄能电站发展的启示我国幅员辽阔，各地区经济发展水平、电源结构、负荷特性等均存在较大差异。

抽水蓄能建设应根据厂址条件，按照区域电网进行统一配置，并与电网、常规能源和新能源统一纳入电力中长期发展规划，实现全系统效益最优。

从长远看，建议将抽水蓄能电站提供的调峰、调频、调相以及系统备用等各项功能纳入系统辅助服务补偿范畴，这样既能保证抽水蓄能电站的合理收益，又能充分发挥抽水蓄能电站的各项功能，使其逐步进入辅助服务市场，充分发挥市场优化配置资源的作用，通过市场给出价格信号，合理引导规划和投资，促进电力资源优化配置。

6结语抽水蓄能电站发展至今已有130 多年的历史，国外运行经验表明，抽水蓄能电站具有良好的静态效益和动态效益，是现代电力系统有效的、不可或缺的调节工具。