抽水蓄能电站经济环保效益分析_崔继纯

减少投资及运行维护费用、污染物减排的系统计算方法， 并以泰安抽水蓄能电站为例进行了案例计算。表
明抽水蓄能电站在以上各方面具有显著的效益， 对我国的节能降耗和环保具有重大意义。
关键词： 抽水蓄能； 经济效益； 环保效益
中图分类号： ＴＭ６２２
文献标识码： Ａ
文章编号： １００４－９６４９（ ２００７） ０１－０００５－０６
０ 引言
抽水蓄能电站在世界范围内已得到了广泛的应 用， 随着研究和实践的深入， 国内外学者对抽水蓄能 电 站 调 峰 、填 谷 、节 煤 及 其 他 各 种 经 济 效 益 的 定 量 评 估 进 行 了 广 泛 的 研 究 ， 并 取 得 了 大 量 成 果 ［１－ ８］ ， 但 由 于抽水蓄能电站在抽水发电时通 常 是 ４ ｋＷ·ｈ 电 量 换 ３ ｋＷ·ｈ， 而且其填谷后使系统煤耗降低的数量不 易定量说明， 现有的计算方法复杂， 难以理解， 使人 容易认为抽水蓄能电站是一种能源浪费。尤其是在 我国能源形势严峻的大背景下、在电网调峰压力不 太大时， 发展抽水蓄能电站的必要性就受到了质疑。 有必要换一种思路， 对抽水蓄能电站调峰填谷的节 煤等经济效益做进一步的计算说明。
所以抽水蓄能电站的环保效益不仅仅是节煤所减少
的污染物排放效益， 而是全部替代的中低压机组发
电耗煤的污染物排放所减少的污染物排放效益。燃
煤机组的污染物排放计算方法如下［１２］ 。
３．２．１ 燃煤机组 ＳＯ２ 排放量
燃煤机组燃烧过程中排出的 ＳＯ２ 是由燃料中的 硫分生成的。假设已知单位发电煤耗率， 则燃煤机组
ＳＯ２ 的排放量用下式来计算：
第１期
崔继纯等： 抽水蓄能电站经济环保效益分析
电力与经济
Ｇｓｏ２
＝
３２ １６
ｂ·Ｓａｒ·ｔ·（ １－ ηｓ ）
（ ３）
式 中 ： ｂ 为 燃 煤 消 耗 率 ， ｇ／（ ｋＷ·ｈ） ； Ｓａｒ 为 燃 煤 的 收 到 基 硫 分 ， ％ ； ｔ 为 燃 料 燃 烧 后 Ｓａｒ 氧 化 生 成 ＳＯ２ 的 比 例， 一般取 ８０％； ηｓ 为脱硫装置脱硫效率， ％。
３．１ 节煤效益计算方法
根据各类机组在电力系统中的工作位置， 抽水
６
蓄能电站在正常运行时， 其抽水耗用的是低谷负荷
电量， 发电时发出的是高峰负荷电量。由等效焓降法
的思想， 将抽水蓄能电站与系统中的其他机组分离
开来， 直接考虑抽水蓄能电站的电量转移作用， 既由
于抽水蓄能电站的运行， 对原电力系统来说相当于
使一部分谷荷电量转移成了峰荷电量， 既将图 １ 中
区域 Ａ 移到区域 Ｂ， 其 转 换 效 率 就 是 抽 水 蓄 能 电 站
的抽发效率。以抽水蓄能电站为研究对象， 研究在满
足同样的用电需求的情况下， 有无该抽水蓄能电站
对系统耗煤的影响。
抽水蓄能电站抽水时， 在电力系统中提供这部
分电力的是煤耗最低的一批先进机组， 在当前的电
摘 要： 抽水蓄能电站作为一种特殊的发电方式在世界范围内已经得到了广泛应用。但因为抽水蓄能电站
引起的系统煤耗减小不易定量说明， 现有的计算方法又不易理解， 所以在我国存在抽水蓄能电站是能源浪
费的错误认识。针对这种情况， 借鉴工程热力学中的“等效焓降”的思想， 采用项目经济评价中“有无对
比”分析方法， 建立了抽水蓄能电站经济效益和环保效益的计算模型， 形成了抽水蓄能电站节煤、节油、
“有 无 对 比 ”分 析 方 法 是 指 项 目 实 际 发 生 的 情 况 与若无项目（ 项目不实施） 时可能发生的情况进行对 比， 以度量项目的真实影响和作用。对比的重点是要 分清项目作用的影响与项目以外作用的影响。这种 对比用于项目的效益评价和影响评价中。这里说的 “有”与“无”指的是评价的对象， 即项目、计划和政策。 评价是通过项目的实施后产生的效果进行对比得出 项目业绩好坏的结论。方法的关键是投入的代价与产 出的效果口径要一致。即所度量的效果是真正由项目 实施而造成的， 剔除其他因素（ 项目外） 的影响。因此 简单的前后对比不能得出真正的项目效果的结论。 “有无对比”是评价一个项目的重要方法［１０］ 。
抽水蓄能电站年节煤量的计算公式如下：
Ｂ＝Δｂ·Ｗ
（ ２）
式中： Ｂ 为抽水蓄能电站的年节煤量； Ｗ 为抽水蓄
能电站的年发电量。
３．２ 环保效益计算方法
抽水蓄能电站具有的环保效益体现在它能减少
硫化物、氮氧化物、粉尘及 一 氧 化 碳 等 的 排 放 ， 其 中
氮氧化物、粉尘及一氧化碳的减排是通过节煤实现
３．２．２ 燃煤机组 ＮＯｘ 排放量
ＮＯｘ 的生成机理比较复杂， 燃烧过程排放出来 的氮氧化物主要是一氧化氮（ ＮＯ） 和二氧化氮（ ＮＯ２） ， 其中 ＮＯ 为绝大部分， 约占 ９５％， ＮＯ２ 仅占 ５％。它的 形成途径主要有 ２ 条： 一方面是燃煤中氮化物热分 解后再氧化； 另一方面是燃烧用空气中的氮在高温 下氧化。在有些燃烧装置 中 ， 后 者 是 产 生 ＮＯｘ 的 主 要来源， 但是在烧煤粉或原油的装置中， 由于燃料含 氮的成分很高， 燃料氮是 ＮＯｘ 的 主 要 来 源 。 例 如 煤 粉燃烧时 ７０％～９０％的 ＮＯｘ 由燃料中的氮转化而成。 实际燃烧过程中， 并非全部的燃料氮转化成为 ＮＯｘ， 实现转化的氮和燃料中全部氮之比称为燃料氮的转
样抽水蓄能电站抽发电节煤量应是满足高峰负荷要
求所替代的调峰机组的燃煤量与现抽水耗电燃煤量
的差， 其计算公式如下：
Δｂ＝ｂｆ － ４／３ｂｃｈ
（ １）
式 中 ： Δｂ 为 抽 水 蓄 能 电 站 供 单 位 电 量 的 节 煤 量 ，
ｇ／（ ｋＷ·ｈ） ； ｂｆ 为 抽 水 蓄 能 机 组 发 电 时 所 替 代 机 组 的 供 电 煤 耗 ， ｇ／（ ｋＷ·ｈ） ； ｂｃｈ 为 抽 水 耗 电 单 位 电 量 的 煤 耗， ｇ／（ ｋＷ·ｈ） ； ４／３ 是抽水蓄能电站抽发电的比。
的， 而硫化物的减排不仅仅是由节煤实现。因为抽水
蓄能电站在正常运行 时 耗 用 的 是 先 进 的 超 临 界 、亚
临界机组的电力， 这些机组一般都装有脱硫装置， 所
以抽水蓄能机组在抽水时耗用电力燃煤的污染物排
放很低。而抽水蓄能电站在发电时所替代的是系统
中最落后的中高压机组， 一般都没有安装脱硫装置，
５
电力与经济
中国电力
第 ４０ 卷
样性。在由系统内所有发电机组联接的统一的电力 系统中， 各类机组带负荷的特性各不相同。我国的一 次能源结构决定了电力以燃煤机组为主， 水电机组、 燃气－ 蒸汽联合循环机组以及可再生能源机组共同 发展的电源结构。不同类型的机组发挥各自优势， 相 互配合、优化组合， 使系统以最低供电成本满足用户 的负荷需求。
第４０ 卷第 １ 期
第 １２０期０７ 年１ 月
中国电力 崔继纯Ｅ等ＬＥ：ＣＴ抽Ｒ水ＩＣ蓄ＰＯ能Ｗ电Ｅ站Ｒ 经济环保效益分析
Ｖｏｌ． ４０， Ｎｏ． １ Ｊａｎ． ２００７
电力与经济
抽水蓄能电站经济环保效益分析
崔继纯， 刘殿海， 梁维列， 谢 枫， 陈宏宇
（ 国网新源控股有限公司， 北京 １００００５）
系统的负荷一般分为峰荷、腰荷和谷荷， 各类机 组按其对负荷调节特性的不同， 相应地分为调峰电源 和基荷电源。调峰电源的负荷调节范围大， 对负荷的 适应性强， 运行灵活。从一般意义上讲， 调节式水电机 组具有良好的调节特性和低廉的成本而成为最佳的 调峰电源， 但我国多数地区调峰水电资源缺乏， 调峰 机组多由成本较高的煤电机组（ 其单位供电煤耗较 高） 或燃气－ 蒸汽联合循环机组担任。带基荷的机组在 额定出力附近运行， 负荷变动不大， 多由煤耗较低的 先进煤电机组和核电机组担任。抽水蓄能机组是一种 特殊的机组， 在系统谷荷时耗电抽水， 峰荷时发电。
采用上述方法计算的烟尘排放量比较准确， 但
实际数据的获取比较麻烦， 而且 ＣＯ 的排放计算现
在还没有成熟的方法， 本文对烟尘 ＣＯ 排放量的计
１ “ 等效焓降”及“ 有无对比”分析
２ 各类机组在电力系统中的工作位置
作为回热系统局部定量技术分析的简捷方法，
能源结构的多样性， 决定了发电机组类型的多
收稿日期： ２００６－１１－２４ 作者简介： 崔继纯（ １９５６－） ，男， 辽宁风城人， 高级工程师（ 教授级） ， 从事抽水蓄能、发电及管理工作。Ｅ－ｍａｉｌ： ｄｉａｎｈａｉ－ｌｉｕ＠ｓｇｃｃ．ｃｏｍ．ｃｎ
等效焓降法成为火电厂能损分析的首选理论和方 法， 它是基于热力学的热功转换原理， 考虑到设备质 量、热力系统结构和参数的特点， 经过严密的理论推 导， 导出几个热力分析参量， 用以研究热功转换及能 量利用程度的一种方法， 其实质是以蒸汽初、终参数 和蒸汽流量不变， 回热系统特征量为常数， 且满足小 扰动理论为前提条件的回热系统的局部定量求解方 法。等效焓降法既可用于整体热力系统的计算， 也可 用于热力系统局部定量分析。它摒弃了常规计算的 缺点， 不需要全盘重新计算就能查明系统热经济性 的变化， 即用简捷的局部运算代替整个系统的繁杂 计算［９］ 。
化率 ηＮ 。通常燃煤锅炉的转化率为 ２０％～２５％， 一般 不超过 ３２％。
源自文库
同上 已 知 单 位 发 电 煤 耗 率 ｂ， 则 火 电 机 组 ＮＯｘ 排放量用下式计算：
ＧＮＯｘ
＝
３０．８ １４
ｂ·Ｎ·η ｍｎ·（ １－ ηＮ ）
（ ４）
式中： Ｎ 是煤中氮的质量分数； ｍ 是燃料氮生成的
ＮＯｘ 占 全 部 ＮＯｘ 排 放 量 的 比 率 ； ηＮ 为 脱 氮 装 置 的 脱 氮 效 率 ； ηｎ 为 燃 料 氮 的 转 化 率 ； 一 般 取 ηＮ ＝ ２５％， ｍ＝８０％。
力系统中这批机组为超临界及亚临界机组， 所以抽
水蓄能电站抽水所耗电量的煤耗应是系统中煤耗最
低 的 超 临 界 、亚 临 界 机 组 的 供 电 煤 耗 。
抽水蓄能电站在发电时， 它会顶替系统中煤耗
最高的调峰机组运行， 在当前的电力系统中这批机
组为中压或高压的 ５０ ＭＷ 或 １００ ＭＷ 以下机组。这
电力系统在正常运行时按照等效微增的方法调 度各机组出力， 煤耗最低的机组优先调度， 然后按煤 耗从低到高依次增调火电机组出力， 其主旨是随负 荷的变化使整体煤耗最小， 运行最经济。由于抽水蓄 能电站的特殊性， 它在系统中只能与其他机组联合 运行， 才能实现系统的最佳效益， 这就使系统中的抽 水蓄能机组存在一个最优的配置容量［１１］ 。抽水蓄能 电站在电力系统年持续负荷曲线上的位置如图 １ 所 示。图 １ 中， 面积 Ａ 代表抽水蓄能电站抽水所耗电 量， Ｂ 代表抽水蓄能电站所发电的电量， Ｐ１ 为系统最 高负荷， Ｐ２ 为抽水蓄能电站 在 系 统 中 开 始 发 电 的 位 置， Ｐ３ 为抽水蓄能电站在系统中开始抽水的位置， Ｐ４ 为系统的最低负荷。
图 １ 抽水蓄能电站在系统年持续负荷曲线上的工作位置 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｏｓ ｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｕｍｐｅｄ－ ｓ ｔｏｒａｇｅ ｓ ｔａｔｉｏｎ ｉｎ
ｔｈｅ ａｎｎｕａｌ ｓ ｙｓ ｔｅｍ ｌｏａｄ ｄｕｒａｂｌｅ ｃｕｒｖｅ（ＬＤＣ）
３ 抽水蓄能电站调峰填谷经济环保效益的 计算方法
３．２．３ 燃煤机组的烟尘和 ＣＯ 排放量
锅 炉 排 放 烟 尘 的 多 少 与 锅 炉 炉 型 、燃 料 品 种 、运
行工况、除尘器类别和除尘效率以及管理水平等诸
多因素有关。一般机组烟尘排放量可按下式计算：
! " Ｇｙ ＝ｂ·
２９
Ｑ ２７１．２
·ｑ４
＋Ａａｒ·αｆｈ
（ １－ ηｃ ）
（ ５）
式中： ｑ４ 为锅炉的固体未完全燃烧热损失 ， ％； Ａａｒ 为 燃料的收到基灰分， ％； αｆｈ 为飞灰中的含炭量占燃料 总灰量的份额， ％； Ｑ 为燃料的低位发热量， ｋＪ／ｋｇ； ηｃ 为除尘效率。
为说明抽水蓄能电站给系统带来的经济效益， 本文根据各类机组在电力系统中的工作位置， 借鉴 工程热力学中“等效焓降”的 思 想 ， 并 采 用 经 济 评 价 中“有无对比”分析的方法 ， 建 立 了 抽 水 蓄 能 电 站 经 济效益的计算模型， 并以山东泰安抽水蓄能电站为 例， 定量计算说明抽水蓄能电站在电力系统中调峰 填谷的节煤效益、环保效益以及由于抽水蓄能电站 投入所节省的固定投资及运行费用、启停机组调峰 时的燃油等经济效益。