抽水蓄能电站作用及效益-2

抽水蓄能电站发展及其作用分析
顾文钰水利水电工程 121302020019
摘要：抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。

本文主要介绍了我国抽水蓄能电站的建设与发展的历史、现状、未来的发展趋势以及发展过程中存在的一些问题。

然后结合天荒坪抽水蓄能电站，简要描述分析了抽水蓄能电站在电网中的作用与效益。

关键词：抽水蓄能电站、发展、历史、现状、趋势、问题、天荒坪、效益、作用。

Abstract:Pumped Storage Power Station is take advantage of the the energy pumping highest power load low reservoir , and then turn on the water to the lower reservoir to generate electricity of hydropower in electricity peak load. This article describes the history of the construction and development of pumped storage power station in China, the present situation, a number of problems in the future development trends as well as the development process. Then combined Tianhuangping Pumped Storage Power Station, a brief description of the functions and benefits of Pumped Storage Power Station in the grid.
Keywords: Pumped Storage Power Station, development, history, current status, trends, problems, Tianhuangping, benefits, functions.
抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。

又称蓄能式水电站。

它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。

我国抽水蓄能电站的建设起步较晚，但由于后发效应，起点却较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。

一.发展历史及现状
国外抽水蓄能电站的出现已有一百多年的历史，中国抽水蓄能电站建设起步较晚，20世纪60年代后期才开始研究抽水蓄能电站的开发，于1968年和1973年先后建成岗南和密云两座小型混合式抽水蓄能电站，装机容量分别为11MW和22MW。

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20世纪80年代，随着改革开放，社会经济快速发展，我国电网规模不断扩大。

现代电网的调峰、供电安全和经济效益要求日益迫切，促使抽水蓄能电站得以快速发展。

广东、华北和华东等以火电为主的电网，由于受地区水力资源的限制，可供开发的水电很少，电网缺少经济的调峰手段，电网调峰矛盾日益突出，缺电局面由电量缺乏转变为调峰容量也缺乏，修建抽水蓄能电站以解决火电为主电网的调峰问题逐步形成共识。

随着电网经济运行和电源结构调整的要求，一些以水电为主的电网也开始研究兴建一定规模的抽水蓄能电站。

为此，国家有关部门组织开展了较大范围的抽水蓄能电站资源普查和规划选点，制定了抽水蓄能电站发展规划，抽水蓄能电站的建设步伐得以加快。

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1991年，装机容量270MW的潘家口混合式抽水蓄能电站首先投入运行，从而迎来了抽水蓄能电站建设的第一次高潮。

随后，广州一期、二期、天荒坪、溪口、响洪甸、沙河等一列抽水蓄能电站相继建成并投产运行。

截止2009年底我国投产的抽水蓄能电站共22座，总容量11545MW，其中大型纯抽水蓄能电站11座10400MW，其余11座1145MW，在建的8座，装机容量9360MW。

二．发展趋势
随着我国新兴能源的大规模开发利用，抽水蓄能电站的配置由过去单一的侧重于用电负荷中心逐步向用电负荷中心、能源基地、送出端和落地端等多方面发展。

[3] (1).新能源的迅速发展需要加速抽水蓄能电站建设
风电作为清洁的可再生资源是国家鼓励发展的产业，核电是国家大力发展的新型能源，风电和核电的大力发展，对实现我国能源结构优化、可持续发展有着不可替代的作用。

风能是一种随机性、间歇性的能源，风电场不能提供持续稳定的功率，发电稳定性和连续性较差，这就给风电并网后电力系统实时平衡、保持电网安全稳定运行带来巨大挑战，同时风电的运行方式必将受到电力系统负荷需求的诸多限制。

抽水蓄能电站具有启动灵活、爬坡速度快等常规水电站所具有的优点和低谷储能的特点，可以很好地缓解风电给电力系统带来的不利影响。

核电机组运行费用低，环境污染小，但核电机组所用燃料具有高危险性，一旦发生核燃料泄漏事故，将对周边地区造成严重的后果;同时，由于核电机组单机容量较大，一旦停机，将对其所在电网造成很大的冲击，严重时可能会造成整个电网的崩溃。

在电网中必须要有强大调节能力的电源与之配合，因此建设一定规模的抽水蓄能电站配合核电机组运行，可辅助核电在核燃料使用期内尽可能的用尽燃料，多发电，不但有利于燃料的后期处理，降低了危险性，而且有效降低了核电发电成本。

抽水蓄能电站是电力系统中最可靠、最经济、寿命周期长、容量大、技术最成熟的储能装置，是新能源发展的重要组成部分。

通过配套建设抽水蓄能电站，可降低核电机组运行维护费用、延长机组寿命;有效减少风电场并网运行对电网的冲击，提高风电场和电网运行的协调性以及电网运行的安全稳定性。

(2)特高压、智能电网的发展需要加速抽水蓄能电站建设
目前，国家电网公司正在推进“一特四大”的电网发展战略，即以大型能源基地为依托，建设由1000千伏交流和±800千伏直流构成的特高压电网，形成电力“高速公路”，促进大煤电、大水电、大核电、大型可再生能源基地的集约化开发，在全国范围内实现资源优化配置。

同时，将以特高压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强电网为基础，发展以信息化、数字化、自动化、互动化为特征的自主创新、国际领先的坚强智能电网。

特高压交流输电系统的无功平衡和电压控制问题比超高压交流输电系统更为突出。

利用大型抽水蓄能电站的有功功率、无功功率双向、平稳、快捷的调节特性，承担特高压电力网的无功平衡和改善无功调节特性，对电力系统可起到非常重要的无功/电压动态支撑作用，是一项比较安全又经济的技术措施，建设一定规模的抽水蓄能电站，对电力系统特别是坚强智能电网的稳定安全运行具有重要意义。

(3).储能产业正处起步阶段抽水蓄能建设加速
“储能肯定已到了呼之欲出的时候。

保守估计，到2020年，国内整个储能产业的市场规模至少可以达到6000亿元，乐观的话甚至有可能到两万亿。

预计未来国家对储能的支持力度会不断加大。

”中科院工程热物理研究所所长助理、鄂尔多斯大规模储能技术研究所所长谭春青在上月召开的
“储能国际峰会2012”上表示。

这昭示着储能的巨大魅力与潜力。

对新能源和可再生能源的研究和开发，寻求提高能源利用率的先进方法，已成为全球共同关注的首要问题。

对中国这样一个能源生产和消费大国来说，既有节能减排的需求，也有能源增长以支撑经济发展的需要，这就需要大力发展储能产业。

前瞻产业研究院发布的《中国储能行业市场前瞻与投资预测分析报告》显示，日益增长的能源消费，特别是煤炭、石油等化石燃料的大量使用对环境和全球气候所带来的影响使得人类可持续发展的目标面临严峻威胁。

据预测，如按现有开采不可再生能源的技术和连续不断地日夜消耗这些化石燃料的速率来推算，煤、天然气和石油的可使用有效年限分别为100-120年、30-50年和18-30年。

显然，21世纪所面临的最大难题及困境可能不是战争及食品，而是能源。

近年我国电力系统建设正处于快速发展阶段，用电高峰时的供电紧张、有功无功储备不足、输配电容量利用率不高和输电效率低等问题都有不同程度的存在。

同时，越来越多的大型工业企业和涉及信息、安全领域的用户对负荷侧电能质量问题提出更高的要求。

这些特点为分散电力储能系统的发展提供了广泛的空间，而储能系统在电力系统中应用可以达到调峰、提高系统运行稳定性及提高电能质量等目的。

抽水蓄能是目前电力系统最可靠、最经济、寿命周期最长、容量最大的储能装置。

为了保障电源端大型火电或核电机组能够长期稳定的在最优状态运行，需要配套建设抽水蓄能电站承担调峰调荷等任务。

截至2008年，我国已建成抽水蓄能电站20座，在建的11座，装机容量达到1091万千瓦，占全国总装机容量的1.35%。

而一般工业国家抽水蓄能装机占比约在5%-10%水平，其中日本2006年抽水蓄能装机占比即已经超过10%。

我国抽水蓄能电站目前占比明显偏低，随着国内核电及大型火电机组的投建，近年来国内抽水蓄能电站建设明显加速。

目前在建规模达到约1400万千瓦，拟建和可行性研究阶段的抽水蓄能电站规划规模分别达到1500万千瓦和2000万千瓦，如果以上项目顺利投产，2020年我国抽水蓄能电站总装机容量将达到约6000万千瓦。

前瞻产业研究院储能行业研究员欧阳凌高表示，储能本身不是新兴的技术，但从产业角度来说却是刚刚出现，正处在起步阶段。

到目前为止，中国没有达到类似美国、日本将储能当作一个独立产业加以看待并出台专门扶持政策的程度，尤其在缺乏为储能付费机制的前提下，储能产业的商业化模式尚未成形。

三．发展存在的问题
（1)抽水蓄能电站的投资体制问题
电力体制实行“厂网分开”改革后，抽水蓄能电站建设和管理的环境发生了很大的变化。

为了规范抽水蓄能电站的建设和管理，促进抽水蓄能电站建设健康有序地发展，提高电力系统的经济性和可靠性，国家发展改革委就抽水蓄能电站建设管理有关问题发出过通知（发改能源［2004］71号文，以下简称“71号文，”）通知中指出考虑到抽水蓄能电站主要服务于电网，为了充分发挥其作用和效益，“抽水蓄能电站原则上由电网经营企业建设和管理
”，实际上己明确抽水蓄能电站的开发应以电网公司为主。

[4]
由于抽水蓄能电站的特殊性，它不仅作为调峰填谷的电源，更重要的是作为电网的管理工具，担任事故备用、调频、调相等，服务于整个电网，因此，以电网公司为主开发建设抽水蓄能电站是适宜的。

但是，电网公司是否为唯一的开发主体，讨论中有不同的意见。

71号文明确抽水蓄能电站建设以电网公司为主，但并不排斥发电企业参与建设。

抽水蓄能电站的开发主体应以电网公司为主，多种投资主体并存为宜。

除五大发电公司外，不妨扩大范围，允许核电公司、已建成的抽水蓄能电站，甚至民营企业等投资建设抽水蓄能电站条件适宜时，也可允许蓄能电站与其他电站联合运行，这样对抽水蓄能电站的可持续发展是有利的。

（2）应重视电价机制研究
抽水蓄能电站的效益与所采用的电价机制密切相关,而电价机制又与投资体制、电站经营管理模式有关。

在市场经济条件下，不论采用怎样的投资体制和经营管理模式，没有一个合的电价制度，没有适当的投资回报，电厂没有维持正常运转的费用来源，抽水蓄能电站便不可能持续发展。

电价机制是这些年来人们所关注，但又是未能很好地解决的关键问题之一。

（3）抽水蓄能电站在电网中的合理比重和布局
为了发挥多种投资主体的积极性，又不导致盲目上项目，应研究抽水蓄能电站的合理比重与布局。

抽水蓄能电站在本质上并非是一种电源，而是电网管理工具之一，只能作为其他电源的一种补充，不是越多越好，抽水蓄能电站在电网中应该有一个合理的比重。

应从电力市场的需求出发，制定抽水蓄能电站的发展规划，对抽水蓄能电站的数量与布局作出规划。

我国地域广大，各地区、各省区电网所在地区经济发达程度不同，由此影响到负荷特性有较大差别，电源结构有较大差异：如水火电比重，有无核电、风电等，抽水蓄能资源条件不同，抽水蓄能电站建没的经济性也有明显差异。

因此，对抽水蓄能电站的合理比重应当是因网而异，因时而异。

除了研究抽水蓄能电站合理规模之外，还需研究抽水蓄能电站合理布局，即空间分布。

以往大多以省电网为主进行抽水蓄能电站选点，在目前全国联网和西电东送的背景下，有必要结合西电东送、西气东输、全国电网规划、核电与风电发展规划和各地区抽水蓄能资源点规划等，开展全国抽水蓄能电站合理布局的研究。

（4）抓紧抽水蓄能电站选点规划
明确了对抽水蓄能电站的需求之后，还需要掌握抽水蓄能电站的资源条件，以求得最优的组合。

抽水蓄能电站的规划选点是关键，它将基本决定抽水蓄能电站的经济性。

一旦确定选点方案，随后的勘测设计工作只可能作有限度的优化。

目前抽水蓄能电站发展势头喜人，但抽水蓄能电站选点规划工作远远滞后。

全国只有少数省、市，对本省的抽水蓄能电站站址作了较全面的选点规划工作，而大多数省、市还没有抽水能选点规划或做得很粗。

此外，由于各地方政府上项目积极性都很高，纷纷在各市县局部区域内选择抽水蓄能电站站点开展前期勘测设计工作，缺乏总体规划，容易遗漏真正优越的站址。

因此，全面开展抽水蓄能选点规划已迫在眉睫，
否则有可能延误抽水蓄能电站建设的发展，或造成不必要的资源浪费。

其次，由于我国抽水蓄能电站建设历时不长，缺乏实践经验，现在回顾早期完成的抽水蓄能选点规划，尚有不少可以改进之处。

因此，即使已完成抽水蓄能选点规划的地区，也有必要根据积累的经验教训，以新的认识对选点规划进行复核和补充。

第三，从某种意义上说，抽水蓄能选点规划工作较常规水电规划更复杂。

影响抽水蓄能电站选址的因素较多，除地形地质、水文泥沙、淹没、环境等条件外尚要考虑与负荷中心和抽水电源点的距离网架结构、补水等条件其次，常规水电规划是沿着一条“线”进行，抽水蓄能选点规划则不受河川径流限制，是在“面”上进行，可选范围比较广，很容易有所疏漏最后，抽水蓄能电站往往选取在地形高差大、地势陡峻的地方，交通不便，现场勘察难度也更大。

要完成一个全面完整的抽水蓄能选点规划，需要投人较大的人力、资金及相当的时间。

四．作用及效益
抽水蓄能电站运行具有几大特性：它既是发电厂，又是用户，它的填谷作用是其它任何类型发电厂所没有的；它启动迅速，运行灵活、可靠，除调峰填谷外，还适合承担调频、调相、事故备用等任务。

目前，中国已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了重要作用，使电网总体燃料得以节省，降低了电网成本，提高了电网的可靠性。

现结合天荒坪抽水蓄能电站的运行情况，说明抽水蓄能电站在系统中的作用。

天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内，距上海175km、南京180km、杭州57km，接近华东电网负荷中心。

电站装机容量180万kW，上水库蓄能能力1046万kW·h，其中日循环蓄能量866万kW·h，年发电量31．6亿kW·h，年抽水用电量（填谷电量）42．86亿kW·h，承担系统峰谷差360万kW任务。

（1）天荒坪抽水蓄能电站缓解电网调峰困难
天荒坪抽水蓄能电站装机容量180万KW，投产后可承担系统峰谷差360万KW（检修月份承担峰谷差300万KW)，蓄能电量865.8万KW·h，设计年发电利用小时1756h，发电量31.6亿kw·h，抽水年利用小时2381h，年抽水用电量(填谷)42.86亿kw·h，可大为缓解华东电网的调峰困难。

据统计，天荒坪抽水蓄能电站1999年投产运行4台机组后(可承担峰谷差240万kw)，华东电网综合调峰能力达44.09%。

1999年天荒坪实际发电8.0391亿kw·h，利用小时1177.45h；抽水10.0333亿kw·h，利用小时1488.56h。

由于投运机组少，发电水头较高，机组一般处于较佳效率状态运行，发电抽水比达80.12%，高于设计综合效率76%。

1999年华东电网频率合格率达99.994%(1998年为99.990%），其中天荒坪抽水蓄能电站功不可没。

[5]
（2）天荒坪抽水蓄能电站机组具有快速转换运行状态能力
机组由静止状态到发电满载仅需2min，爬升速度可达15万kw / min，远远大于燃煤机组0.2 一 1万kw / min，一台机组即可满足电网目前最大的升荷速度〔即使所需时间
最长的 (由发电满载转换到静止) 为400s，相应卸荷速度约为4.5万kw / min，亦远快于燃煤机组。

因此天荒坪抽水蓄能电站将为电网稳定运行带来十分有利的条件和手段。

（3）天荒坪抽水蓄能电站为电网提供事故备用能力
天荒坪抽水蓄能电站在上水库设置有51万3
m事故备用库容，一次可向系统提供60万kw h事故电能，即可顶替60万kw事故容量l h或30万kw事故容量2h。

当机组处于抽水工况时，若系统发生事故，蓄能电站会自动退出水泵运行工况，并自动启动机组进人发电工况。

紧急时可在5min内将水泵满载工况紧急转换为发电满载运行工况，天荒坪抽水蓄能电机组还具备黑启动能力，当电网瓦解，全部停电情况下，可帮助系统恢复电力供应，即允许一台机组带小系统(约5万kw)启动(此时厂用电负荷由厂内备用柴油发电机提供)。

（4）天荒坪抽水蓄能电站上网电价及效益
天荒坪抽水蓄能电站调节能力强，可随时根据电网需要投人不同的运行工况，直接为电网务，其效益融化在电网中。

因此上网电价采用二部制电价，即由容量电价和电能电价两部分组成，其中容量电价以按期还本付息，回收大部分固定成本、合理利润和应计税费为原则制定；电能电价主要回收抽水电费和少量固定成本。

上网电价和抽水电价原则上一年一定。

综上所述，已建的抽水蓄能电站不管是大型还是中型，在实际运行中都很好地发挥了调峰、填谷、调相、调频、事故备用和替代燃煤机组的作用，取得了良好的信誉和经济效益。

参考文献：
［1］.陆钦侃——世界各国抽水蓄能电站发展概况，中国水利发电年鉴，2002.01.01
［2］.邴凤山——中国抽水蓄能电站建设概况，水利发电年鉴，2003.01.01
［3］.我国抽水蓄能电站建设现状与前景分析.中国电力网[引用日期2012-08-28]。

［4］.邴凤山——关于我国抽水蓄能电站发展的几个问题，中国水利发电年鉴，2006.01.01
［5］.舒燕平——天荒坪抽水蓄能电站在华东电网的调峰作用及效益，中国水利发电年鉴，2000.01.01。