任志武，何永勝，胡小麗，盧錕明

（1.國網新源控股有限公司，北京市 100761；2.國家電網公司，北京市 100031；3.中國電建西北勘測設計研究院有限公司，陜西省西安市 710065）

常規(guī)水電結合開發(fā)抽水蓄能效益分析及開發(fā)建議

任志武1，何永勝2，胡小麗3，盧錕明3

（1.國網新源控股有限公司，北京市 100761；2.國家電網公司，北京市 100031；3.中國電建西北勘測設計研究院有限公司，陜西省西安市 710065）

本文分析了常規(guī)水電結合開發(fā)抽水蓄能的綜合效益，并以西北地區(qū)某梯級混合式抽水蓄能站點為例，具體分析了其產生的直接經濟效益、容量效益、調峰效益、旋轉備用效益等多種效益，結果表明，常規(guī)水電結合開發(fā)抽水蓄能具有顯著的經濟、社會效益。最后對常規(guī)水電結合抽水蓄能開發(fā)提出了一些建議，對推進二者結合開發(fā)具有一定指導意義。

常規(guī)水電；抽水蓄能電站；混合式抽水蓄能電站；效益分析

1 常規(guī)水電與抽水蓄能電站結合開發(fā)簡介

常規(guī)水電與抽水蓄能電站結合開發(fā)，即利用已建水電站增建可逆機組或擴大裝機容量和增建抽水泵，使常規(guī)水電站具備抽水蓄能的功能，在電力系統(tǒng)中承擔儲能、調峰填谷、事故備用、調頻、調相、黑啟動等作用。

常規(guī)水電站與抽水蓄能電站結合開發(fā)一般有三種開發(fā)形式：一是利用已建成的常規(guī)水電站水庫做上庫，在其下游新建下庫，即“上庫結合”方式；二是利用常規(guī)水電站水庫作為抽水蓄能上水庫，下庫利用相鄰常規(guī)水電站水庫或新建下水庫的“加泵+擴機”開發(fā)方式；三是在已建成的常規(guī)梯級電站，利用相鄰的兩個梯級水庫分別做上、下庫，在兩岸山體內開挖地下廠房和輸水系統(tǒng)建成抽水蓄能電站的“一體化開發(fā)方式”。本文主要針對第三種開發(fā)方式，以西北地區(qū)某梯級混合式抽水蓄能站點為例做效益分析。

2 常規(guī)水電與抽水蓄能電站結合開發(fā)的效益分析

2.1 概況

西北地區(qū)某梯級混合式抽水蓄能站點上水庫直接利用A電站水庫，下水庫直接利用B電站水庫，按“一體化結合”的方式開發(fā)。

A電站裝機容量420萬kW，共6臺機組，水庫正常蓄水位2452m，死水位2440m，調節(jié)庫容15000萬m3，具有日調節(jié)性能。

B電站距上游A電站壩址8.6km，裝機容量16萬kW，共4臺機組，水庫正常蓄水位2235.5m，死水位2231.5m，調節(jié)庫容860萬m3，具有日調節(jié)性能。

本站點初擬可逆機組裝機規(guī)模60萬kW，4臺機，單機容量15萬kW。初估全廠發(fā)電引用流量343.2m3/s，初擬裝機滿負荷發(fā)電小時4.5h，初估調節(jié)庫容464萬m3。可逆機組最大毛水頭220.5m，最小毛水頭204.5m，平均毛水頭213m，可逆機組額定水頭202m。

該梯級混合式抽水蓄能電站產生的綜合效益可分為直接效益和間接效益，具體見圖1。

圖1 梯級混合式抽水蓄能電站綜合效益圖Fig.1 Comprehensive Benefit Chart of Cascade Mixed Pumped Storage Power Station

2.2 效益分析

梯級混合式抽水蓄能機組在提高常規(guī)水電站發(fā)電效益、電網調峰、旋轉備用和節(jié)能減排等方面都具有效益。

2.2.1 直接經濟效益

梯級混合式抽水蓄能電站的直接經濟效益來源于四部分：一是來水量增加帶來的直接增加發(fā)電量效益；二是增加的來水量抬高了發(fā)電水頭，降低了常規(guī)機組的發(fā)電耗水率帶來的增發(fā)效益；三是汛期蓄能機組參與發(fā)電運行，增發(fā)季節(jié)性電量帶來的增發(fā)效益；四是汛期蓄能機組參與發(fā)電運行，減少棄水損失帶來的增發(fā)效益。

選擇A、B電站所在流域上游多年平均徑流長系列資料，以豐、平、枯三個代表年進行分析，見表1。

抽水運行方式：初擬抽蓄電站日滿負荷抽水時間為6h，抽水時段結合當地電網填谷及配合消納新能源電量需要，主要考慮光伏大發(fā)時段（10時～15時）進行抽水。抽水流量為257.4m3/s，日平均抽水水量463萬m3。

發(fā)電運行方式：初擬抽水蓄能電站日滿負荷發(fā)電時間為4.5h，結合當地電網調峰及配合消納新能源電量需要，主要考慮光電出力小或負荷高峰時段發(fā)電。當A水庫入庫徑流大、發(fā)生洪水或常規(guī)機組可能出現棄水時，抽水蓄能機組可以發(fā)電運行，增加季節(jié)性電量，減少棄水，提高徑流利用率。

考慮抽水蓄能機組運行，由于抽蓄機組抽水帶來的水量增加、水頭增加，因此抽水蓄能電站運行后，豐、平、枯三個代表年各年累計增加發(fā)電量7.312億kWh、9.923億kWh、10.978億kWh，具有增發(fā)效益。

本次所選代表年均不存在棄水情況，因此本次分析暫未考慮抽水蓄能機組汛期減少棄水的增發(fā)電量。

抽水蓄能機組抽水后增加了上庫的實際入流水量，模擬計算中水量增加增發(fā)的電量由常規(guī)水電機組發(fā)出。抽水蓄能機組能量轉化率按75%考慮，即通常說的4度換3度。抽水蓄能機組抽水后，通過增加A水庫實際入庫流量，抬高了水庫水位，增加了水頭效益，這部分效益由常規(guī)水電機組發(fā)出。經過計算，豐、平、枯各代表年水能利用率分別為83.58%、82.28%和83.55%，平均水能利用率83.14%。

表1 A電站三個代表年有無抽水蓄能電站情況下各月發(fā)電量統(tǒng)計表 億kWhTab.1 The three representatives of A power station have annual power generation statistics in the case of pumped storage power stations

2.2.2 容量效益

該站點所在電網并網光伏裝機規(guī)模逐年增加，可考慮抽水蓄能電站與光伏發(fā)電配合運行，因為抽水蓄能電站有調峰、填谷和承擔旋轉備用的作用，可以減少其他調峰電源，如火電機組開停機次數，節(jié)省其額外的燃料消耗，并減小事故率。

2.2.3 電網調峰效益

西北地區(qū)可再生能源資源豐富，截至2015年，西北電網風電、太陽能并網裝機占全網裝機規(guī)模的30.43%，并網比例大。由于風、光電的波動性、間歇性和隨機性特點，大規(guī)模的風、光電并網給電網安全穩(wěn)定運行提出了挑戰(zhàn)，電網亟須調峰電源來保障電網正常運行。本文所選取的A、B站點位于青海省，青海電網并網光伏裝機占全網裝機容量的27.2%，結合青海電網負荷特性，中午光伏機組大發(fā)時，抽水蓄能電站運行抽水工況，消耗光伏發(fā)電產生電力，將電能轉化為勢能，這是填谷效益；電力系統(tǒng)高峰時，抽水蓄能機組運行發(fā)電工況，將勢能轉化成電能，保障電力系統(tǒng)用電需求，這是削峰效益。

2.2.4 旋轉備用效益

電網必需設置負荷備用和事故備用，以應付難以預測的負荷增加和突發(fā)性事故。若用火電機組來承擔，則常常將這些備用設置成“熱備用”，即將這部分容量分散在效率較低的機組上，使這些機組處于空轉或少負荷狀態(tài)，這些機組常常偏離最優(yōu)工況運行，使系統(tǒng)燃料消耗增加。而用抽水蓄能電站來承擔負荷或事故備用，則以“冷備用”待機，技術上能迅速滿足突發(fā)負荷變化和突發(fā)事故發(fā)生的要求，又可以為系統(tǒng)節(jié)約火電機組“熱備用”的煤耗。

2.2.5 環(huán)保及其他效益

若抽水蓄能機組投產，可以減少火電煤耗，減少硫化物、氮氧化物、粉塵及一氧化碳的排放量，減輕了大氣污染，電站建設具有顯著的環(huán)境效益，符合當前低碳經濟的發(fā)展趨勢。同時，提高了當地旅游效益、對生態(tài)環(huán)境、旅游資源開發(fā)利用也產生了深遠影響。

2.2.6 推廣示范效益

梯級電站中已有的上、下游水庫，在下游水庫消落水深和庫容滿足要求時，可以直接利用已建水庫，只增建、改建輸水系統(tǒng)和廠房、輸變電系統(tǒng)，電站即可投入運行。同時，在已建水電站特別是梯級開發(fā)的已建水電站中適當擴建可逆機組，不僅可以滿足電網發(fā)展的需求，而且具有較大的經濟優(yōu)勢。新建混合式抽水蓄能電站可以考慮結合老電廠的擴機改造，借鑒已建混合式抽水蓄能電站的實際經驗，通過混合式開發(fā)的方式，將這種開發(fā)模式推廣。

3 常規(guī)水電與抽水蓄能電站結合開發(fā)的建議

3.1 做好選點規(guī)劃工作

目前我國有不少常規(guī)水電站，電站設計時制定的設計水平年早已過去，電站容量顯得不足，急需增容擴建。在已經完成的全國各區(qū)域抽水蓄能電站選點規(guī)劃成果中，雖然有少量與水電結合開發(fā)的抽水蓄能站點，大量站點均沒有考慮與水電結合開發(fā)。隨著電力發(fā)展對抽水蓄能需求的增加，抽水蓄能站址資源的減少，開發(fā)條件及環(huán)境因素的制約，在這種情況下考慮對常規(guī)水電增加抽水蓄能機組成為混合式開發(fā)，其效益會顯著增加。

3.2 簡化梯級混合式抽水蓄能電站審批流程

我國目前新能源大規(guī)模發(fā)展、特高壓、智能電網的大力推進形勢下，抽水蓄能電站對電力系統(tǒng)特別是堅強智能電網的穩(wěn)定安全運行具有重要意義。利用已建水電站點，通過擴建常規(guī)機組、增建可逆機組或抽水泵的方式，增加電站的裝機容量和運行靈活性，與新建純抽水蓄能電站相比，具有開發(fā)實施容易、建設周期短、水庫淹沒環(huán)境影響小、投資省等優(yōu)點，具有較好的開發(fā)利用前景及經濟社會效益。因此應簡化梯級混合式抽水蓄能電站審批流程，使其盡早建設，盡早發(fā)揮作用。

3.3 協(xié)調好綜合利用水庫各項任務

常規(guī)水電結合抽水蓄能開發(fā)時，需利用已建常規(guī)水電站的上、下庫，隨著抽水蓄能機組的運行，對常規(guī)水電站或多或少會產生一定的影響。因此，需要結合已建水庫的綜合利用功能和運行特征研究抽水蓄能電站的運行調度方式，以及此運行方式對已建水庫原有功能的影響。由于結合開發(fā)各常規(guī)水電站承擔的綜合利用任務不同，因此結合開發(fā)在工程前期階段就需與已建水庫進行協(xié)調，解決抽水蓄能開發(fā)與原有水庫灌溉、供水、防洪、養(yǎng)殖、生態(tài)基流等方面的矛盾。

3.4 處理好常規(guī)水電與抽水蓄能利益協(xié)調問題

常規(guī)水電與抽水蓄能結合開發(fā)，從技術經濟方面分析具有一定的可行性，但在實施過程中需要處理好一系列具體問題，如與原水電站投資主體之間的利益分配與補償問題，對原水電站開發(fā)任務、發(fā)電運行、工程樞紐的影響補償問題，結合開發(fā)后的環(huán)境影響評價問題等。因此，建議從分利與補償、運行管理模式等方面組織研究制定相關的政策，以引導水電與抽水蓄能結合開發(fā)有序健康發(fā)展。

3.5 完善電價機制

建議加快研究抽水蓄能電站定價機制，使不同投資主體投資的抽水蓄能電站均有合理的投資回報。只有形成合理的定價機制，才能引導抽水蓄能電站的持續(xù)健康發(fā)展，提高不同投資主體的投資積極性。鼓勵有條件的水電站通過與抽水蓄能開發(fā)相結合，充分發(fā)揮水電運行靈活方面的優(yōu)勢，一方面通過結合開發(fā)增加容量帶來增發(fā)電量效益以及電網容量效益，另一方面通過深入的電價改革，實行峰谷電價、容量電價等方式增加企業(yè)投資的回報，在充分發(fā)揮已建水電站的功能效益的基礎上，調動常規(guī)水電結合抽水蓄能開發(fā)的積極性。

4 結束語

常規(guī)水電與抽水蓄能混合式開發(fā)具有多重效益，其直接經濟效益主要來自增發(fā)常規(guī)水電的電量效益，主要表現為增加的可逆機組可改善常規(guī)機組運行方式，增加水量，在供水期提高電站運行水頭，在蓄水期減少電站棄水，增加季節(jié)性電量。同時，結合開發(fā)還具有調峰填谷作用，為系統(tǒng)提供備用容量、無功支持，具有黑啟動等功能，可承擔電網緊急事故備用任務，也具有顯著的社會及環(huán)保效益。

應在選點規(guī)劃、建設審批流程、與常規(guī)水電之間利益協(xié)調、電價機制等方面制定相關積極政策，促進水電與抽水蓄能結合開發(fā)有序健康發(fā)展。

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2017-06-22

2017-07-15

任志武（1971—），男，山西人，碩士，高級工程師。主要研究方向：抽水蓄能規(guī)劃與建設。E-mail：zhiwu-ren@sgxy.sgcc.com.cn

何永勝（1972—），男，河南人，高級工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)和水電工程規(guī)劃。E-mail：yongsheng-he@sgcc.com.cn

胡小麗（1985—），女，陜西人，注冊咨詢師，工程師，主要研究方向：動能經濟、風光電工程規(guī)劃等設計與研究工作。E-mail：huxiaoli2007 @sina.com

盧錕明（1987—），男，陜西人，工程師，主要研究方向：動能經濟、風光電工程規(guī)劃、水環(huán)境等設計工作。E-mail：398303914@qq.com

Benefit Analysis and Development Suggestions for Conventional Hydropower Development Combined with Pumped Storage

REN Zhiwu1，HE Yongsheng2，HU Xiaoli3，LU Kunming3
（1.State Grid XinYuan Company Ltd.，Beijing 100761，China ；2.State Grid Corporation of China，Beijijng 100031，China；3.Northwest Engineering Corporation Limited，Xian 710065，China）

This paper analyzes the comprehensive benefit of the conventional hydropower combined with the development of the pumped storage power station，takes a cascade hybrid pumped storage site in the northwest region as an example to analyze the direct economic benefits，the capacity efficiency，the peak shifting efficiency，the rotation reserve benefit and so on.The results show that the conventional hydropower combined with the development of pumped storage has significant economic and social benefits.Finally，some suggestions are put forward for the development，which is of great significance to promote the development.

conventional hydropower; pumped storage power station；mixed pumped storage power station；benefit analysis

TK71

A學科代碼：480.6030

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.04.004

國網新源控股有限公司科技項目（52570015007J）。