")); 抽水蓄能电站是一种环保的调峰电源,它利用电网低谷时的电力,把水能由下水库送至上水库,待电网高峰负荷时,利用上水库水源的势能进行发电,从而达到调峰的目的。抽水蓄能电站除了调峰的基本功能外,还具有调相、备用等作用,并且在调度上也非常灵活,又无环境污染问题,因此,各国目前都在大力发展抽水蓄能电站。

1   国内外发展现状

(1)国外发展现状

目前国际上发展抽水蓄能电站走在前列的国家有美国、法国、英国、日本等。美国超过20kW的抽水蓄能电站高达20座之多,一般由电网公司建设和经营。在各州的运营存在差异,例如加州的抽水蓄能电站采用的是在主电能市场和辅助服务市场之间进行策略选择,从而获得最大收益;而俄亥俄州的Summit抽水蓄能电站则采取向电网租赁模式。法国的抽水蓄能电站则主要由法国电力公司进行统一的建设、经营和管理,目前一万千瓦以上的抽水蓄能电站有18座。英国至2002年底只有4座抽水蓄能电站,但其中于1984年投运的Dinorwig电站是欧洲最大的抽水蓄能电站之一,装机容量达172.8万千瓦。日本的抽水蓄能电站电站装机容量达2430.5万千瓦,总数达43座。

(2)国内发展现状

与欧美、日本相比,我国抽水蓄能电站起步较晚,上世纪末开始进入快速发展时期,兴建了如广州(240万千瓦)、浙江天荒坪(180万千瓦)、北京十三陵(80万千瓦)、河北潘家口(27万千瓦)等一批大型抽水蓄能电站,截止2006年底,全国抽水蓄能电站投产规模达764.5kW。2011年江西洪屏抽水蓄能电站施工电源系统成功送电,此电站是亚洲最大的抽水蓄能电站,建成后年发电量可达40亿千瓦时。我国抽水蓄能电站主要分布在江苏、浙江、广东、辽宁、河北等省内,其中广东和浙江装机容量最大。虽然我国的抽水蓄能电站起步较晚,但是起点较高、发展迅速,至2009年底我国投产的抽水蓄能电站达22座,总容量为11545MW。目前,广州一期、二期抽水蓄能电站以成为世界上最大的抽水蓄能电站,其总装机容量为2400MW。表1为目前我国已建成的抽水蓄能电站的统计表。

2   抽水蓄能原理及类型

(1)原理

抽水蓄能电站不同于一般的水电站,利用电网的峰谷特点进行储能和发电,在负荷低谷时水泵把水源抽送至上水库,从而把电能以水的势能形式储存起来,当电网高峰负荷时,利用水轮发电机再将水的势能转变为电能,从而达到调峰的目的。

(2)类型

抽水蓄能电站按不同的标准有不同的分类,常见的分类有以下几种:

①按电站有无天然径流分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站。所谓纯抽水蓄能电站是指作为能量载体的水体基本保持定量,在一个周期内,在上水库和下水库之间往复利用,天然水所占量极少,仅以补充蒸发、渗漏损失之用;发电机组全部为抽水蓄能机组,其主要功能是调峰填谷、承担系统事故备用,不承担常规发电和综合利用任务。混合式抽水蓄能电站是指上水库有天然径流,其流量已达到能安装常规水轮发电机组,此类水电站除了调峰填谷和承担系统事故备用任务外,还有常规发电及综合利用等任务;

②按水库调节性能分为三类:日调节、周调节和季调节抽水蓄能电站;

③按机组类型分为三类:四机分置式、三机串联式和二机可逆式,其中二机可逆式为主流结构,而四机分置式已不采用;

④按布置特点分为首部式、中部式和尾部式;

⑤按运行工况分为静止、发电工况、抽水工况、发电调相工况、抽水调相工况五类;

⑥按启动方式分为静止变频启动和背靠背启动方式。

3   抽水蓄能电站的功能、优势及存在问题

(1)抽水蓄能电站的保安功能及其综合效益

抽水蓄能电站具有很好的静态效益和动态效益,静态效益是指其承担削峰填谷功能时所产生的经济性和可靠性效益,由系统负荷特性、电源的组成及运行特性、抽水蓄能机组的运行特性和循环效率、上下库库容及上下库水头差决定;动态效益是指其承担事故备用、负荷备用,满足负荷陡坡部分需要、爬坡等运行备用功能所体现出来的可靠性和经济性效益,抽水蓄能电站的动态效益分为调频效益、事故备用效益、调相效益和黑启动效益。

抽水蓄能电站低谷抽水、高峰发电,不但起到调峰填谷的作用,还有调频、调相、事故备用等功能,可以说抽水蓄能电站是一种集频率调节电源、事故备用电源、调相电源于一体的保安电源。例如1999年3月,内蒙—北京的500kV线路连续雾闪,十三陵抽水蓄能电站紧急启动48次,保证了系统的安全供电。

抽水蓄能电站的保安功能带来的效益有:

①抽水蓄能电站低谷抽水、高峰发电双重调峰,可减少系统规划中调峰容量的需求,降低调峰电源投资;

②可减轻其他电源的辅助服务(调频、调峰事故备用、调相、黑启动)负担,能起到节煤的效果,减少运行维护的费用,并且带来环保利益;

③抽水蓄能电站可降低电网购电费用,提高运行经济性。使系统可靠性提高,从而减少由于停电带来的经济损失;

④电压支持功能可为电网节省调相设备,降低固定成本;

⑤有利于新能源的开发利用及全国资源的优化配置。

(2)抽水蓄能电站的优势

抽水蓄能电站技术不仅是一种新能源发电,具有环保清洁的特点,而且由于它本身具有的灵活性等特点,可以解决再生能源的间歇性问题,对风电、太阳能等可再生能源的消纳起到互补作用。抽水蓄能电站可以平滑风电、太阳能发电的出力,减少其随动性和波动性,降低其对电网的冲击,是解决大规模风电入网瓶颈的有效工具。我国已颁布实施的《可再生能源法》(修订案)已将发展储能装置写入法律。对风电——抽水储能联合日运行优化调度进行了研究,建立了含全天96个时段的混合整数规划模型,经软件求解及算例分析表明,抽水蓄能电站与风电场配合可大大降低风电出力随机性对电网的冲击。正是由于以上特点,抽水蓄能电站有利于改善经济发展与能源分配的不平衡、有利于电源结构的合理优化。

(3)抽水储能电站发展中存在的问题

目前我国发展抽水蓄能电站中主要在投资机制、经营模式和电价政策等方面存在一些不合理和不科学的地方,例如:

①电站建设缺乏统一的规划和管理,对社会资源的优化配置不利;

②政策不到位不明晰影响了综合效益的发挥;

③通过上网电价与抽水电价间的差额来保证电站成本回收的经营模式,必然激励电站经营者多抽水多发电以取得最大利润,而不考虑电网实际需求,这必然会造成资源的浪费。

4   抽水蓄能电站的发展前景

我国目前蓄能电站比重较低,不能满足电网需要,随着我国经济发展和对电量需求的增加,电网水电比重不足,调峰供需矛盾愈发突出,电网安全稳定运行面临巨大压力。加上各种石化能源的日益紧张,环境的压力,以及我国能源结构和分布的情况决定大量电力需要远距离输送等原因,建设适当比例的抽水蓄能电站显得十分必要。总之,大力发展抽水蓄能电站有利于我国电源长期发展和结构优化调整,同时也有利于改善电能质量和提高跨区送电的安全性。

为保证抽水蓄能电站的正常运营,必须清楚地认识到抽水蓄能电站发挥的长期作用,并形成合理的投资激励机制以及配套的电价政策。目前抽水蓄能电站经营模式有两种:电网经营和独立经营,我国实质上都是电网经营模式。在厂、网分开的的体制下,采用电网企业控股、地方参股的形式比单一的采用电网经营模式更能充分调动地方政府的积极性,为抽水蓄能电站创造良好的环境,获得更大的效益。抽水蓄能电站电价模式有单一电价、两部制电价、峰谷电价和租赁电价四种,与常规电站不同的是,其经济效益指标并体现在发电量上,因此,以发电量为计量标准的电价模式不适合抽水蓄能电站的运行特点。在我国电力市场化进程中探索的容量电价、电价和辅助服务补偿机制均适合抽水蓄能电站的市场化运营,具体采用何种电价形式,还需要根据现行的电力运行机制由电网企业统一规划和管理,任何电价形式,其最终目标仍然是在市场化运营条件下使电站效益最大化。

作者简介

李占林 (1983-),男。三峡大学硕士生,研究方向为电力系统自动化和高电压技术。

吴稀西 (1986-),女。三峡大学硕士生,研究方向为电力系统自动化。

秦文龙 (1984-),男。硕士学位,从事电力系统规划和智能电网研究。