抽水蓄能电厂读书报告1.docx

1、抽水蓄能电厂读书报告1抽水蓄能电厂读书报告一、国内外抽水蓄能电站的发展抽水蓄能电站是具有削峰、填谷、调频、调相、事故备用及“黑启动”等多种作用的特殊电力装置，是电力系统运行管理的重要工具。抽水蓄能电站已有100多年的发展历史，世界各国尤其是美、日、欧等发达国家和地区，都曾大力开发抽水蓄能电站，在建设和运营中积累了大量经验。我国当前正处于工业化初期，电力需求增长旺盛，核电、风电等新能源发展较快，电源结构日趋复杂，大型储能设施需求迫切，抽水蓄能电站的发展面临着机遇和挑战。据统计，1960年全球抽水蓄能电站总装机容量仅为350万kWh，至2010年已增至13 500万kWh (图1)，5O年内增加了

2、近40倍，而同期全球发电总装机仅增长了9倍，20世纪6080年代是抽水蓄能电站高速发展的黄金时期。图1 全球抽水蓄能电站装机容量变化已建成的抽水蓄能电站主要分布在日本、美国、中国、意大利、西班牙、德国、法国等国家，近8成分布在欧洲、美国、日本及中国(图2)。图2 2010年全球抽水蓄能电站分布目前全球抽水蓄能在建项目主要分布在亚洲，“中、日、印、韩、泰”5国的在建规模合计2 465万kWh，中国最多(约1 000万kWh)。从抽水蓄能装机容量绝对值看，我国抽水蓄能电站的发展并不落后，然而从抽水蓄能占本国发电总装机比重、设备国产化程度、投资管理体制等方面看，我国仍然与国外发达国家存在差距。二、抽

3、水蓄能电站建设的主要影响因素早期的抽水蓄能电站以蓄水为主要目标，随着工业化发展和家用电器的普及，负荷率不断下降，电网调峰压力逐渐凸显；20世纪7O年代以来，随着大容量机组及核电、风电等新能源的快速发展，系统运行风险增大，抽水蓄能电站逐渐承担起调峰调频和事故备用等重要功能。此外，抽水蓄能电站在优化系统运行方式、促进系统节能减排方面的作用也越来越受重视。从发达国家的抽水蓄能发展规律看，抽水蓄能的建设受当地经济水平、能源结构、资源禀赋及开发情况等相关因素的影响，主要表现在以下几个方面：2.1 与地区经济水平相关从统计数据看，全球抽水蓄能电站主要分布在美、日、欧等经济发达国家和地区，这些国家对电能质量

4、要求较高、电网调峰需求大。(1)发达国家的工业自动化水平较高，精密仪器对电能质量的要求高：(2)发达国家的生活水平较高，家用电器普及率高，且具有“时段性”使用的特点，易造成负荷的大幅波动；(3)随着低端制造业的外迁，发达国家的工作从“三班制”到“两班制，甚至“全日班”，电网调峰难度增加。2.2 与区域内电源结构有关不同类型机组的性能差异较大，就调峰而言，常规水电、燃油、燃气机组及煤电机组等都具有调峰功能，但是抽水蓄能机组调峰幅度更大。对于一个互联电网，区域内的电源结构决定了系统对抽水蓄能的需求。2.3 与核电、风电等新能源的开发进程有关7O年代前后，石油危机背景下的核电事业发展迅速，然而核电却

5、不能参与系统调峰，因此抽水蓄能电站的建设随之加快。80年代后，三里岛、切尔诺贝利事故以及9l1事件等，加大了人们对核电安全的担忧，核电发展陷入低潮，抽水蓄能发展也因此停滞不前。近几年，随着风电、太阳能等清洁新能源的快速发展，电网调频、调峰需求增大，抽水蓄能发展又出现回暖迹象。2.4 与水资源开发程度有关20世纪9O年代后，发达国家的水电资源开发率基本在50以上，法国、日本、瑞士等国甚至接近90o。随着常规水电资源开发殆尽，改造或新建对厂址要求不高的抽水蓄能电站，已成为提高系统调峰能力的最好选择。据不完全统计，美国已将8座装机容量大于1 000 Mw 的大型抽水蓄能电站进行了更新改造，机组出力提

6、高10OO20。三、抽水蓄能电站经济效益识别3.1 抽水蓄能电站的静态效益抽水蓄能电站在电网中由调峰填谷作用而产生的经济效益，称为静态效益。具体来讲静态效益包括容量效益、能量转换效益（又称为节煤效益）以及环保效益等。这部分效益一般可以通过直接或间接计算进行量化评价。（1）容量效益抽水蓄能电站的容量效益是指调节电网负荷曲线高峰和低谷之间的差距，从而产生的效益。负荷高峰时段，它可以作为水电站发电，担负电网尖峰容量；用电低谷时段，则可作为电网用户，吸收低谷电量抽水蓄能，减少负荷峰谷差。因此抽水蓄能电站可减少火电机组的日出力变幅，使其在高效区行，增加发电量，并使核电和大型火电机组稳定经济运行。抽水蓄能

7、电站一般无防洪、灌溉、航运等综合利用要求，建设周期比常规水电站要短，运行费用比火电站要低。在电网中缺少调峰电源时，建设抽水蓄能电站可减少火电或其它类型电源的装机容量，改变能源结构，减少总的电力建设投资。（2）能量转换效益能量转换效益是指抽水蓄能电站通过能量转换，将成本低的低谷电能转换为价值高的峰荷电能。抽水蓄能机组的投入，使电网负荷分配得到调整，火电尽量担负基荷和腰荷，从而使火电总平均煤耗下降。抽水蓄能机组能源节约效益的大小与系统的电源结构和机组运行方式密切相关，该效益的计算不能仅局限于抽水蓄能电站本身，必须从其所在电力系统整体出发，结合系统的长期电源扩展方案，进行综合计算分析。（3）环境效益

8、抽水蓄能电站本身是个清洁能源，基本不产生污染。由于抽水蓄能电站的运行可避免一部分火电厂燃煤产生的烟尘排放，建设抽水蓄能电站的环境效益，主要体现在机会成本的节约。在节约煤炭资源的同时，也避免了一定的火电厂燃煤烟尘的排放。同时，抽水蓄能电站在一定程度上还能够起到美化环境、提供旅游资源的作用并产生相应的效益。例如，我国广东省惠州市就提出以惠州抽水蓄能电站、南昆山、罗浮山、象头山、古田保护区等为主体的度假休闲游，构建区域性特色旅游，促进地区经济发展。因而由此产生的效益都可以成为抽水蓄能电站的环境效益。3.2 抽水蓄能电站的动态效益随着经济的发展和人民生活水平的提高，经济社会对供电质量的要求越来越高，停

9、电造成的损失越来越大。因此，电网更需要抽水蓄能电站发挥保证供电可靠性的功能，而不只是削峰填谷的功能。所以，抽水蓄能电站动态效益比静态效益更大，其动态功能日益被看重，且已被当作电网运行管理的有效工具之一。抽水蓄能电站的调峰、调频、负荷跟随、调相、紧急事故备用和黑启动等作用产生的动态效益要远远高于其静态效益。抽水蓄能电站的动态效益己经被人们广泛认可，但是对这部分效益的量化测算却始终没有达成共识，一直受到国内外学者的关注，并且迄今为止是困扰人们的一个难点和重点。（1）调峰调频效益调峰效益是指抽水蓄能机组因为结构简单，控制方便，可以随需要增加功率或减少功率，因而有效地减轻了火电机组（包括燃气轮机机组）

10、的调峰负担而产生的效益。调频效益是指抽水蓄能电站保持频率和提高电网稳定性带来的效益，抽水蓄能机组调节灵活，出力变化可以从0 到100%，可以快速起动，随时增荷或减荷，起到调整周波的作用，成为应付突发事故和稳定系统频率的有效工具。例如，京津唐电网在潘家口和十三陵抽水蓄能电站投产运行前频率合格率仅为81%左右。由于潘家口和十三陵抽水蓄能机组的投产运行，改变了火电机组频率调整时跟不上负荷变化和效率急剧下降的状态，使华北电网频率合格率达到99.99%。（2）负荷跟随效益负荷跟随效益是指抽水蓄能机组负荷跟随快产生的效益，因为电网负荷总是在不断的变化，当基荷急剧变化时，抽水蓄能机组与火电或其他类型机组相比

11、，其负荷跟随很快，爬坡能力较强。因而在一系列的重大电网事故中能在短时间内从任何工况下转为满负荷发电，从而防止事故扩大和系统瓦解，对系统安全稳定运行以及保证电能质量的合格发挥了重要作用。例如英国迪诺威克抽水蓄能机组(300MW)，从空载到满负荷发电只需15s，爬坡速度20MW/s。日本大河内400MW机组，发电工况下，0.2 秒内出力可改变32MW;水泵工况下0.2秒内输入功率可改变80MW。从静止到满载发电，十三陵抽水蓄能机(200MW)只需2min30s，天荒坪抽水蓄能机组(300MW) 只需2min ， 广蓄一期机组(300MW)5minl0s ， 广蓄二期机组(300MW)2min。从空

12、载到满载发电所需时间更短，广州抽水蓄能机组(300MW)只需35s，十三陵只需30s。（3）调相效益电力系统中无功不足，会造成电网电压下降，这不仅影响到供电质量，还直接影响电力系统的安全稳定运行。当系统无功不足时，常须装设调相机、补偿电容器组等无功补偿装置;也有时将同步发电机改做调相运行或增发无功电力，以补偿系统无功不足。抽水蓄能机组由于其结构上的优点，可以方便地做调相运行。不但在空闲时可供调相用，在发电和抽水时也可调相，既可以发出无功功率提高电力系统电压，也可以吸收无功功率降低电力系统电压，尤其是在抽水工况调相时，经常调相吸收无功功率，有时调相很深，持续时间很长，这种情况是其他发电机组达不到

13、的，只有抽水蓄能机组才能做到。另外，抽水蓄能机组在调相运行完成后可以快速地转为发电或抽水。从而可以减少设置专门的无功补偿装置，由此避免了专门无功补偿装置投入而取得的效益称为调相效益。（4）事故备用效益旋转（事故）备用效益是最能体现抽水蓄能电站动态效益的，具体指抽水蓄能机组作为水力机组可以方便地处于旋转备用状态，以利快速地承担事故备用产生的效益。因为假设电网若发生事故造成停电，将给国民经济带来巨大损失，给人民生活带来极大不便。为满足正常供电需要，除要求电力系统的有足够的工作容量、选择高可靠性的发供电设备和提高电网自动化水平外，还必须预留一定的备用容量。备用容量一般分为负荷备用、事故备用和检修备用

14、三类。为保证系统的安全稳定运行，负荷备用、事故备用容量的一部分必须经常处于旋转状态，所以称为旋转备用容量。通常占统调容量的3%左右。火电机组承担的旋转备用容量，一般分散于系统中若干效率低的机组上，即处于空转或少带负荷运行状态，由于这些机组偏离最优运行工况，使系统中火电站的燃料消耗量增加，代价很高。抽水蓄能电站能够快速启动机组，迅速转换工况。在发电工况下，可利用抽水蓄能电站运行中的空闲容量，短时间内加大出力；在停机状况下，亦可紧急启动，从而达到短时应急事故备用的目的。在水泵工况下，可停止抽水，快速切换至发电工况。由它承担系统旋转备用容量，可改善火电机组的运行方式，减少火电机组的备用和火电机组启停

15、次数，节约燃料和启停费用等运行成本，由此取得的效益称为旋转备用效益。1994 年12 月14 日美国爱德华州中部345KV电网发生大面积停电事故，造成美国8 个州和加拿大2 个省100 多万人断电，赫尔姆斯抽水蓄能电站10 分钟内投入运行，弥补了2160MW核电站跳机的损失。（5）黑启动效益黑启动是指电网在运行过程中，由于系统的稳定性和可靠性可能会因局部的问题而波及邻近区域进而导致重大系统事故，甚至造成整个系统停运，一旦出现整个系统停运，个别机组在不依赖外界帮助的条件下，自动启动发电并向系统供电，从而逐渐扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。提供黑启动服务的关键是启动具有黑启动能力的机组

16、，抽水蓄能电站可在无外界帮助的情况下，迅速自启动，并通过输电线路输送启动功率带动其他机组，从而使电力系统在最短时间内恢复供电能力。黑启动已成为电网崩溃后系统恢复正常运行的重要措施之一，我国目前虽然没有发生过电力系统大停电事故，因而各抽水蓄能电站在实际运行中也就没有真正发挥过黑启动作用，但抽水蓄能电站机组成功的黑启动试验，证明该电站可满足系统黑启动的要求，具有在厂用电失去情况下自启动机组进行生产自救及向无电压电网输电的能力，对于减少全网停电事故造成的损失具有重要作用，由此产生的效益称为抽水蓄能电站的黑启动效益。（6）抽水蓄能电站效益优势分析抽水蓄能电站可以与其他类型的电站配套使用，更好的满足各地

17、区、各电网的用电负荷需求。总结归纳可分为以下五种情况：一是在以火电为主的、没有水电或水电很少的电网，这些电网需要抽水蓄能电站承担调峰填谷、调频、调相和紧急事故备用。二是虽然有水电，但水电的调节性能较差的电网。有不同比例的水电，但具有年调节及以上能力的水电站比例较小，枯水期可利用水电进行调峰，汛期水电失去调节能力，若要利用水电调峰，则只能被迫采取弃水调峰方式，在这样的电网，配备了抽水蓄能电站后，可吸收汛期基荷电，将其转化为峰荷电，从而减少或避免汛期弃水，提高经济效益并改善水电汛期运行状况，较大地改善电网的运行条件。三是不但有火电，而且还有核电的电网。抽水蓄能电站与之配合运行，可保证核电机组的安全

18、，而且可提高利用小时数，降低上网电价。四是远距离送电的受电区。输电距离远到一定限度后，送基荷将比送峰荷经济，特别是如上网峰谷电价差增大，受电区自然要求买便宜的低谷电，但不能解决缺调峰容量的矛盾。如在受电当地自建抽水蓄能电站后，可将低谷电加工成尖峰电，经济效益更好。五是风电比例较高或风能资源比较丰富的地区。这些电网配备了抽水蓄能电站后，可把随机的、质量不高的电量转化为稳定的、高质量的峰荷。四、十三陵蓄能电厂在电网中的作用以上阐述了抽水蓄能电站的效益之后，以北京十三陵为例，分析其在电网中的作用十三陵蓄能电厂在京津唐电网中承担调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备用的作用。自第1台机组投产之日起, 十三

19、陵蓄能电厂就被指定为京津唐电网的第一调频厂。当系统频率偏离50. 02 Hz或调度下达的频率目标值时, 手动调整或通过有功自动调整装置( AGC)自动调整负荷, 维持系统频率。截至1997年上半年,全厂机组发电运行时间共计4 150 h , 发电量62 045万kW h, 抽水运行时间4 102 h , 吸收电网电量82 055万kW h, 综合效率为75. 61% 。1997年上半年, 发电时间为1 866h, 发电量27 380万kW h ,抽水运行时间1 818 h,用电量36 352万kW h。机组等效可用系数78% ,机组起动成功率97. 2% 。正常情况下, 机组在电网高峰负荷时段

20、发电运行, 发挥调峰、调频作用。在电网负荷低谷时段抽水运行, 吸收电网多余电量, 起到填谷作用。在系统高峰时段,起动机组发电, 起动台数视电网情况而定。每台机组带部分负荷调频, 留有部分备用容量, 根据电网频率调整机组的出力, 体现了水电机组起停快、负荷调整速度高、爬坡能力强的特点。在电力调峰容量范围内, 减少其他类型机组的频繁调整负荷和深度调峰。截至目前为止, 十三陵蓄能电厂机组曾多次为电网提供事故备用容量, 例如: 1996年7月3日19 13, 1、2号机组在发电工况调频运行, 系统频率陡然降至49. 90 Hz, 运行人员在数秒内将负荷增至200 MW, 使系统频率恢复正常。1997年

21、6月24日14 34, 机组静止备用, 系统频率降至49. 84 Hz,征得调度同意, 运行人员迅速起动两台机组带满负荷, 系统频率在4 min内恢复正常。五、关于抽水蓄能电站的建设问题5.1 抽水蓄能电站的效益评价问题(1)以电量作为唯一指标评价其效益的风险性按现有的财务评价方法测算的上网电价是以抽水蓄能电站的发电量为唯一依据的，而实际运行中抽水蓄能的发电量是非确定的。设计的发电量是在一定设计前提下得出的即根据本电网所在地的经济发展情况预测本电网远景负荷水平和相应电源结构，以及根据本电网用电和发电所制定的政策和规定等条件得出的。一方面抽水蓄能电站的设计发电量较少，只为常规水电站电量的25到3

22、0；另一方面当抽水蓄能电站建成投产时其发电量的多少是与当时经济发展水平、电网情况、电网调度及相应政策和规定密切相关的，是可能变化的。将它作为唯一的经营指标，不计其容量效益，必然会有很大的风险。广州抽水蓄能电站1994年的经营实践已证明了这一点，值得借鉴。因此，用抽水蓄能电站的发电量作为唯一评价指标具有较大的风险性，应该考虑容量效益。(2) 动态效益不能转化成财务效益的问题抽水蓄能电站的调峰填谷效益和动态效益等都是实实在在的，但到目前为止，国内还没有一个公认的容量效益计算方法。即使计算出来，在现行财务体制下，也拿不到钱，也即投有可操作性。这是困扰我国抽水蓄能电站发展的一个根本原因。在目前的体制和

23、电价机制下，抽水蓄能电站不应被作为常规电源点评价其效益，而应作为电网的一部分纳入电网的统一效益进行评价。有文献提出了功能电价，以此将各项效益转换为财务收益，提高抽水蓄能电站的竞争力和财务生存能力。当前，我国电力工业正处在从计划经济向市场经济过渡的转型时期，全国缺电局面已基本缓和，而短缺尖峰电力和电源结构不合理的问题变得突出。建议从具有最大容量效益的抽水蓄能电站项目找到突破口，以推动我国各电网调峰电源的发展，改变我国火电机组被迫超常规调运行的局面，确保电网安全经济运行，满足市场尖峰电力的需求。5.2 抽水蓄能电站经营方式问题抽水蓄能电站作为电网的一个特殊电源，其经营方式也有特殊性。如何维护投资者

24、的利益并使抽水蓄能电站步人正常的生产经营轨道是大家普遍关注的问题。国外抽水蓄能电站建设及运营已有相当长的历史，在抽水蓄能电站的经营方面有很多成功的经验。其经营方式归纳起来大体上有独立经营、电网租赁和电网统一经营3种。由于调度运行科学合理及财务核算切合实际，无论采用何种经营方式，都在电网中充分发挥了调峰填谷、调频、调相和事故备用等作用，并获得了良好的经济效益。由于国内抽水蓄能电站建设起步较晚，抽水蓄能电站经济评价和生产运营的理论和方法都比较欠缺，特别是已投产大中型抽水蓄能电站的经营管理方式还处在探索阶段，也就是要在研究国外经营模式的基础上，探索符合中国国情的有效经营方式。在此过程中难免会走一点弯路，比如会出现经营亏损但这更加促进业内人士探索经济可行和可操作的经营方式。随着我国抽水蓄能电站的逐个投产以及运行经验的积累，国内抽水蓄能电站的经营方式已初具雏型，并在不断完善和发展。