关于抽水蓄能电站的几点认识—邓建

关于抽水蓄能电站的几点认识

邓建

摘要抽水蓄能电站的建设已有近百年的历史，但在近三四十年才出现具有近代工程意义上的大容量抽水蓄能电站，这是现代电网发展的必然产物。电网愈大，调峰填谷问题、提高水火电站利用率和减少系统能耗问题以及提高供电质量和安全可靠度问题都愈趋重要，大容量抽水蓄能电站正好可以起到调峰填谷作用、提高火（核）水电站设备利用率和担负调频调相旋转备用以改善电网供电质量，并提高电网的灵活性和可靠性，从而成为电网中不可或缺的组成部分。

我国水电资源丰富，居世界首位，但不仅开发程度低，而且资源分布集中在西南、西北地区，华北、华东、广东、东北的水电资源相对缺乏，而这些地区都是我国工农业最发达地区。随着经济的进一步发展，特别是生活用电水平的提高，电力负荷的发展将很快，峰谷差不断增大，核电的投入将使调峰填谷问题更为突出，抽水蓄能电站的发展也就成为必然选择。伴随而来的经济效益、社会效益以及未来的发展方向也越来越受到人们的关注。

关键词必要性作用经济效益发展方向

一、建设抽水蓄能电站的必要性

改革开放初期，为了解决较长时期的全国性严重缺电问题，国家采取了一系列行之有效的重大措施加快电力工业发展，集中力量建设了一批能够多产电量的电厂，尤其是燃煤电厂，来满足国民经济发展和人民生活用电的需要。在这种情况下，只要有电用就满足了，对用电负荷的要求和电能的质量要求就难以顾及了。进入80年代后期，电力工业突飞猛进地发展，全国性的缺电状况得到了缓解，甚至出现了供大于求的情况，电力市场已由卖方市场转变为买方市场，当然也就取消了限制用电的规定，不仅如此，而且开始研究如何开拓电力市场，如何改善电网的运行条件，如何调峰填谷，如何运行才能更经济等问题了。

尽管缺电状况得以缓解，但存在的普遍问题是负荷高峰时仍然缺电，造成高峰负荷时发生低周波运行，甚至拉闸限电。为了解决高峰缺电问题，最初的认识和想法是：①进一步发展电源，多建一些能够多产电量的燃煤电厂，同时对在运行的火电机组进行技术改造即安装多功能燃烧器，以提高火电机组的调峰能力，来满足高峰用电的需要。但这样做既不客观又不经济，因为高峰负荷时段的持续时间相对较短，为此建设的燃煤电厂的年运行时数必然很低，还可能造成低谷时段高周波运行，窝电现象严重，电力系统势必损失巨大，而且污染严

重。②用行政手段和经济措施引导电力用户在非电力负荷高峰时段用电，使峰谷差人为地减小，用此方法在历史上也曾取得了一定的经济效益。但是政企分开是完善的市场经济体制的主要标志之一，不能用行政的手段干预市场主体的行为，人为地使峰谷电价差过分拉大，其社会作用是有限的，因为用户在负荷低谷时段用电所节省的电费，可能低于用户为此而多支付的其他费用。当然，大容量高参数的火电机组包括燃气轮机机组也可以调峰，但其优势在于承担电网中的基荷，应当创造条件充分发挥它们的优势，它们参与调峰既不经济又有污染。所以，这两种办法都不是解决高峰缺电问题的切实可行的有效、经济、合理的办法。

随着我国产业结构的调整并逐步趋于合理，人民生活水平的不断改善，以及社会进步和文明程度的不断提高，传统的用电模式发生改变。如何在峰谷差趋于增大、平均负荷率趋于降低的情况下解决调峰问题，已成为电网安全、经济、可靠、稳定运行的当务之急。为此，可能有多种解决措施：①燃煤火电机组与燃汽轮机机组；②燃煤火电机组与联合循环机组与抽水蓄能电站；③燃煤火电机组与燃气轮机组与抽水蓄能电站等三种形式。经过对几种调峰措施进行技术、经济和环保等多方面、多层次的论证后认为，建设抽水蓄能电站是最为经济、合理、安全和可靠的方案。

对于现代的电力系统而言，应当有一定量的安全、经济、可靠有效的紧急备用电源。如果采取火电机组空转运行以备系统发生事故时能投入电网运行，以补充发电容量的缺额，来保证电网的安全、稳定运行，一方面维持空转的火电机组也要消耗燃煤，另一方面火电机组变荷速度较慢，难以适应现代电力系统负荷急剧变化的需要。通常情况下，火电机组从空转状态转为满发电状态至少需要30 min以上，而抽水蓄能机组可以在1 min左右的时间从抽水工况转为满发电工况。

从以上分析可知，无论是解决电网的电量平衡问题、调峰问题，还是解决紧急事故备用容量和检修备用容量等问题，均以建设抽水蓄能电站为最优方案。一般情况下，在以火电为主的电力系统中，建设占总装机容量15%左右的抽水蓄能电站是必要和合理的，这是已经被理论和实践证明了的。正因为如此，抽水蓄能电站在国外一直得到迅速健康的发展。

二、抽水蓄能电站的作用

静态作用是发电削峰、用电填谷，即通常所说的调峰填谷。发电削峰和用电填谷可以明显地减少电网的峰谷差，改善火电机组、核电机组和其他机组的运行条件，降低其运行费用，延长其运行寿命。所以抽水蓄能电站既可以作为电源又可以作为负荷，它通过吸收电网负荷低谷时的多余电量和向电网输送高峰电量的方式达到电力生产和消费之间的动态平衡，从而

保证电网的安全、经济、可靠和稳定运行。

动态作用。抽水蓄能电站在电网中的动态作用主要表现在以下方面：①调频。在电网的频率下降至设定值时，抽水蓄能机组会自动从水泵工况、调相工况和停机状态转为发电工况，向电网输送电量，使电网的频率自动调整到设定值，保证了电网的频率质量。②调相稳压。抽水蓄能机组在发电工况、水泵工况、发电调相工况和水泵调相工况等4种工况下，均可以向电网输送无功用以提高电网的电压，也可以从电网中吸收无功用以降低电网的电压，从而保证了电网的电压质量。③负荷跟踪。抽水蓄能机组可以随时将其出力调整在额定出力的50～105%或更大的范围内，以适应电网的负荷需要，如此电网调度无须频繁地调度火电机组出力，使火电机组的负荷相对稳定，从而节省火电厂的运行费用。④事故备用。现代电力系统一般应储备一定量的备用容量，包括检修备用容量和紧急事故备用容量，用以应付不可预见的负荷需要，抽水蓄能机组可以完全代替空转的热备用火电机组，节省火电机组的启动费用和空运转费用，减少或避免火电机组低出力(负荷)时的运行费用。⑤提高电网的可靠性。抽水蓄能机组的高度灵活性和快速启动能力，可大大减少电网中的强迫停运时间和次数，从而大大增加电网的可靠性。⑥特殊作用。为电网起特殊负荷作用，由于抽水蓄能机组既可以作为电源又可以做为负荷，这可为大火电机组的调试投产提供负荷作用，保证火电机组的调试顺利进行，避免了大火电机组甩负荷时对电网造成的冲击。

三、抽水蓄能电站的经济效益

抽水蓄能电站在电力系统中，可以起到调峰填谷作用，这种由调峰填谷作用产生的经济效益，称为静态效益。抽水蓄能电站具有运行灵活的优点，常担负系统的调峰、调频、调相和事故备用等任务，担任这些任务而为电力系统取得的经济效益，称为动态效益。静态效益主要包括容量效益、能量转换效益和节煤效益几个方面。（1）容量效益：抽水蓄能电站造价低于常规水电站或火电站以及核电站，工期比同容量的常规水电站短，运行费用比火电机组低，建设抽水蓄能电站调峰，可以减少其它火电装机容量，改善能源结构，减少电力投资。（2）能量转换效益：将成本较低的低谷电能转换为峰荷电能，代替了发电成本很高的调峰火电机组，使火电机组在最优工况下运行，提高了利用率和运转效率。（3）节煤效益：火电机组在最优效率区运行，使系统火电平均煤耗下降，当节省的煤耗大于抽水所需煤耗。抽水蓄能电站的动态效益体现在调峰效益、调频效益、旋转备用效益、调相效益等方面。（1）调峰效益：抽水蓄能机组不仅可以顶峰发电，还可以迎峰发电，即快速的跟踪负荷变化。（2）调频效益：抽水蓄能机组可以快速响应系统频率变化，通过调速器快速增加或减少出力，是