抽水蓄能電站功能研究

黃志緒

（國網(wǎng)新源浙江寧海抽水蓄能有限公司， 浙江 寧海 315600）

引言

抽水蓄能電站是常規(guī)發(fā)電形式的革命性變革，是電力建設的一項重大創(chuàng)新，也是生態(tài)文明建設的重要典范。抽水蓄能電站為應對突發(fā)性電力供應問題提供了有效保障，其在我國電力系統(tǒng)中的作用日益突出。近年來，中國政府越來越重視抽水蓄能電站的開發(fā)建設，導致抽水蓄能電站的建設步伐加快，已批準建設的抽水蓄能電站無論從數(shù)量上還是規(guī)模上都已創(chuàng)歷史新高。國家“十三五”規(guī)劃中，在能源和電力規(guī)劃方面強調(diào)加快抽水蓄能電站建設，并明確在“十三五”期間新開工抽水蓄能容量6 000萬kW左右，到2020年我國抽水蓄能運行容量將達到4 000萬kW，抽水蓄能電站建設規(guī)模將超過7 000萬kW。

1 抽水蓄能電站建設的公共調(diào)節(jié)功能

1.1 蓄水容量改善電源環(huán)境

抽水蓄能電站能夠有效承載電力系統(tǒng)的工作容量和備用容量，具有極其特殊的作用和價值。具體來講，當用電高峰期時，它可以與常規(guī)水電站以同樣的方式運行，為居民和工業(yè)生產(chǎn)提供充足的電力。當電力需求很小時，它可以轉(zhuǎn)換成用戶，用電來儲存能量，以避免浪費電力。

從這個意義上說，抽水蓄能電站的建設可以降低其他電廠的裝機容量，改善供電結構，優(yōu)化環(huán)境，為公眾提供清潔能源的同時優(yōu)化經(jīng)濟效益。由于容量效應，其他電站可以更穩(wěn)定地運行，在電力需求大的情況下無需滿負荷運行，大大降低了其他電站的運行壓力。此外，抽水蓄能電站對防洪和灌溉有基本的功能補償，這是對中國能源結構的良好調(diào)整。抽水蓄能電站具有建設周期相對較短、運行成本低和操作簡單等優(yōu)勢，抽水蓄能電站建設可以減少對中國電力建設的其他投資，更好地發(fā)揮容量效益。

1.2 電能轉(zhuǎn)換提高經(jīng)濟效益

能量轉(zhuǎn)換效益，指的是通過抽水蓄能電站的運行，利用用電峰谷的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了很好的轉(zhuǎn)化。在用電低谷的時，利用低價格的電能來抽水蓄能，在用電高峰時，將水能轉(zhuǎn)化為電能，此時的電能為高價格的電能。通過能量轉(zhuǎn)換的過程，抽水蓄能電站就實現(xiàn)了效益的轉(zhuǎn)換，取得了更好的經(jīng)濟效益。因此，抽水蓄能電站能夠?qū)崿F(xiàn)電能的有效的控制和轉(zhuǎn)換，有助于根據(jù)波峰和波谷不同的電力需求進行調(diào)整，更有助于實現(xiàn)抽水蓄能電站效益的有效性。

1.3 生態(tài)效益節(jié)約能源

作為國家項目，抽水蓄能電站建設將生態(tài)環(huán)境保護放在極其重要的位置。和常規(guī)電站相比，抽水蓄能電站生態(tài)效益極高。抽水蓄能電站的建設可以減少火電的建設，既可以節(jié)約煤炭資源，反映出更好的整體經(jīng)濟效益，還可以減少火力發(fā)電產(chǎn)生的煙塵排放對環(huán)境的危害，生態(tài)效益相對較高。抽水蓄能電站作為水電站系統(tǒng)峰值填充能力的電站，不僅進一步提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性，而且充分利用水資源，提高了電能的再利用效率。

抽水蓄能電站不僅在保護環(huán)境方面發(fā)揮了良好作用，而且在促進資源再利用和能源再利用方面發(fā)揮了良好作用，為電網(wǎng)的穩(wěn)定性提供了有力保障。此外，抽水蓄能電站還可以為當?shù)氐沫h(huán)境保護和生態(tài)建設做出一定的貢獻。總體來看，抽水蓄能電站對環(huán)境的影響較小，用最小的環(huán)境代價取得最大的經(jīng)濟效益，這也體現(xiàn)出其未來發(fā)展的廣闊前景，是值得推廣和建設的一種水電形式。

1.4 選址深山優(yōu)化山區(qū)道路

大型工程建設項目對道路運輸和食宿條件有很大需求。我國絕大多數(shù)抽水蓄能電站位于地勢偏遠的山區(qū)，這些山區(qū)往往經(jīng)濟相對落后，交通十分不便。由于許多偏遠山區(qū)具有獨特的地形優(yōu)勢，通過抽水蓄能電站項目的建設，可以極大地改善工程建設項目所處的偏遠山區(qū)極大的交通運輸條件，不僅能夠打開偏遠地區(qū)與外界交流的大門，而且為當?shù)鼐用竦囊率匙⌒?，提供非常便利的條件。在這一點上一般工程建設項目無法做到的，這是抽水蓄能發(fā)展建設方為社會帶來的一項重要的公共屬性。

2 抽水蓄能電站運行的公共調(diào)節(jié)功能

抽水蓄能電站的建設不僅基于其開發(fā)過程帶來的好處，更重要的是，它在運行中起著重要的公共職能。

2.1 調(diào)整能耗平衡日常用電量

由于常規(guī)發(fā)電廠以額定功率發(fā)電，資源消耗最低，運行效率最高。對于火電站來講，在額定功率下發(fā)電，煤的燃燒是最充足的。如果火電站自行調(diào)節(jié)輸出電量，則必然會導致資源浪費。

調(diào)峰效益，是指在用電高峰期，火力發(fā)電站在超負荷運行的過程中，可以隨時啟動抽水蓄能電站發(fā)電，從而提供持續(xù)穩(wěn)定的電力供應，降低對火力發(fā)電站的電力需求，提升資源的使用效率，為居民用電提供了可靠保障，由此而產(chǎn)生的效益被稱為調(diào)峰效益[1]。這種特性源于抽水蓄能電站操作方便、反應迅速這些優(yōu)勢。在調(diào)峰的同時，抽水蓄能電站也具有填谷效益。在用電低谷階段，抽水蓄能電站以抽水的形式消耗其他形式電廠生產(chǎn)的多余電力，并將電能轉(zhuǎn)換為水的勢能儲存起來。調(diào)峰填谷效應是抽水蓄能機組的本質(zhì)功能[2]。

2.2 調(diào)整負荷快速反應穩(wěn)定用電

對于整個電網(wǎng)來說，當電網(wǎng)用電負荷發(fā)生急劇變化時，在最短的時間內(nèi)抽水蓄能電站能夠?qū)﹄娋W(wǎng)負荷變化做出響應，尤其在應對高負荷的時候，它可以在極短的時間內(nèi)運行并發(fā)電，這是常規(guī)電站難以效仿的。這一特性在局部地區(qū)出現(xiàn)電站供電問題時效益更為顯著。抽水蓄能電站號稱電網(wǎng)的“警察”，能有效保障整個電網(wǎng)的安全運行，因此，在一系列重大電網(wǎng)事故中，它可以在短時間內(nèi)響應，從任何狀態(tài)到滿負荷發(fā)電，從而抑制事故的擴大或系統(tǒng)的崩潰，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供可靠保障。

2.3 調(diào)頻調(diào)相穩(wěn)定電網(wǎng)電壓

在電網(wǎng)運行的過程當中，如果無功功率不足，會影響整個電網(wǎng)，從而降低電壓，不同程度地影響電源的整體質(zhì)量，這將給整個電力系統(tǒng)的正常運行帶來安全隱患。面對這種情況，常規(guī)的做法是借助調(diào)相機、補償電容器組等進行一些調(diào)整，確保電力并保持電網(wǎng)的安全。

抽水蓄能電站綜合效率可以達到0.75～0.77，運行效率較高且轉(zhuǎn)換工況非常靈活。抽水蓄能電站不但可以調(diào)頻調(diào)相運行，還可以在調(diào)相與發(fā)電、抽水等功能之間進行快速轉(zhuǎn)換，所以從根源上來講，不需要常規(guī)調(diào)頻的各種裝置就可以完成相應的工作。另外，這些裝置價格相對較高，從這一層面上來看，抽水蓄能電站不僅很好地節(jié)約了成本，而且體現(xiàn)出在調(diào)相效益方面的優(yōu)勢。

2.4 隨時待命保障供電服從指揮

通過隨時待命來保障供電服從指揮是抽水蓄能電站效益的最大體現(xiàn)，也是其動態(tài)效益的重要組成部分。平時可視為水力發(fā)電機組，隨時旋轉(zhuǎn)備用，隨時準備應對電力事故。電力供應在經(jīng)濟發(fā)展和社會生活中起著極其重要的作用。如果發(fā)生供電事故，影響巨大，經(jīng)濟損失不可估量。因此，在電網(wǎng)規(guī)劃中，滿足正常的電力需求是一項基本要求，更重要的是，必須預留足夠的備用電力作為電力事故后電網(wǎng)供電的準備計劃。

3 “最后一根火柴”的終極保障

隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，電力需求也在不斷增長，電網(wǎng)高負載運行的時間越來越長，而受到各種因素的影響，電網(wǎng)可能會出現(xiàn)一些問題，甚至會影響到周邊地區(qū)的正常供電，最嚴重的還可能引起局部電力系統(tǒng)癱瘓。

黑啟動，是指整個系統(tǒng)因故障停運后，系統(tǒng)全部停電（不排除孤立小電網(wǎng)仍維持運行），處于全“黑”狀態(tài)，不依賴別的網(wǎng)絡幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力的發(fā)電機組啟動，帶動無自啟動能力的發(fā)電機組，逐漸擴大系統(tǒng)恢復范圍，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)的恢復。抽水蓄能電站在建設初期就具備了這種功能，一旦出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會自動啟動，并能在最快的時間內(nèi)恢復供電，保證電力的快速供應，避免造成大規(guī)模的社會恐慌?！白詈笠桓鸩瘛钡慕K極保障是抽水蓄能電站重要功能的體現(xiàn)[3]。

抽水蓄能電站以其獨特的運行模式和優(yōu)勢，可以在電站建設過程中改善電力環(huán)境，提高使用效率，節(jié)約能源等方面發(fā)揮作用。同時，抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中起著調(diào)頻、調(diào)相、待機和黑啟動等動態(tài)功能。因此，抽水蓄能電站已成為確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行必不可少的工具和手段。