抽水蓄能電站的作用和效益

張 娜 靳亞東 董化宏

北京十三陵抽水蓄能電站（下水庫進出水口）

抽水蓄能電站的作用

抽水蓄能電站在電網中調峰填谷、緊急事故備用、調頻、調相等作用以及靜態效益、動態效益和技術經濟上的優越性，使其在電網中越來越不可缺少。

抽水蓄能電站作為一種特殊的電源，具有兩大特性：一方面，它既是發電廠，又是用戶，其調峰填谷功能是其他任何類型發電廠所不具備的；另一方面，它的機組啟動迅速，運行靈活、可靠，對負荷的急劇變化可以做出快速反應，除調峰填谷外，還適合承擔調頻、調相、事故備用等任務。抽水蓄能電站在電網中調峰填谷、緊急事故備用、調頻、調相等作用以及靜態效益、動態效益和技術經濟上的優越性，使其在電網中越來越不可缺少。盡管抽水蓄能電站在我國發電總裝機中占的比重較小，但作為電力系統越來越重要的組成部分，在各自的電力系統中均發揮了重要的作用。

各種電站運行特性比較表

十三陵抽水蓄能電站中控室

瑯琊山抽水蓄能電站地下廠房發電機層

安徽滁州瑯琊山抽水蓄能電站下水庫與工作區攝影/王家國/CFP

調峰填谷抽水蓄能電站在用電高峰期間發電，在用電低谷期間抽水填谷，可以改善燃煤火電機組和核電機組的運行條件，保證電網穩定運行。在十三陵抽水蓄能電站運行中，由于擔當調峰發電、抽水填谷等任務，降低了電網的峰谷差率，減輕了燃煤火電調峰機組的調峰任務，不但為電力系統節約了固定運行費用和燃料費用，而且對電網的穩定運行起到了十分重要的作用。廣州抽水蓄能電站調峰填谷作用也保證了核電穩定運行，大亞灣核電機組投入商業運行后，分別向廣東和香港兩個電網供電，由于兩個電網都有抽水蓄能電站容量供調度使用，為核電創造了良好的運行環境，保證了穩定運行。廣蓄一期年平均吸收低谷電14.05億kWh，調峰發電10.08億kWh。2000年1～6月，廣蓄電廠調峰發電日均最大出力占電網最高負荷的9.84%。

調頻和快速跟蹤負荷為保證穩定運行，電網需要具備隨時調整發電出力的能力，以適應用戶負荷的變化。電網的周波應按照國家規定的頻率要求，控制在50±0.2Hz。為此，電網所選擇的調頻機組必須快速靈敏，以便隨負荷瞬時變化而調整出力。由于抽水蓄能電站機組具有迅速而靈敏的開、停機性能，且特別適宜于調整出力，所以能很好地滿足電網負荷急劇變化的要求。如京津唐電網在興建抽水蓄能電站后，其調頻任務由原來的燃煤火電機組承擔改為由抽水蓄能電站機組承擔，目前電網第一、第二調頻廠分別為十三陵電站、潘家口電站，電網周波合格率每年均接近100%，對電網調頻發揮了很大的作用。

緊急事故備用在電網發生故障和負荷快速增長時，要求有發電站能起緊急事故備用和負荷調整的作用，由于抽水蓄能電站快速靈活的運行特點，很容易實現這一功能。廣東電網目前火電機組最大單機容量達660MW，核電單機容量900MW，西南省份經500kV天～廣線路供電約800MW，廣東電網還與香港電網相聯，無論火電站、核電站跳機或西電解列等事故均對電網安全影響巨大，而抽水蓄能電站的快速啟動，對防止電網事故擴大，恢復正常供電起著顯著作用，廣州抽水蓄能電站自投入運行以來，平均每年緊急啟動16.5次。華東電網是我國的受端電網之一，主要接受西部電力和三峽電力，而輸電通道發生事故在所難免，這就對受端電網產生巨大沖擊，嚴重影響華東電網的安全、穩定運行。自從天荒坪抽水蓄能電站首臺機組投產以來，已經快速啟動多次，保證了電網的安全、穩定運行。如2003年4～5月三峽龍政直流先后三次跳閘，需緊急啟動事故備用，由于天荒坪電站機組的快速啟動投入，使電網頻率在短時間內迅速恢復到正常范圍內，避免了較大事故的發生。1999年3月12日～17日，首都出現連續十多天的大霧陰雨天氣，使北京供電線路造成霧閃、線路閃絡掉閘等事故不斷出現，此時十三陵抽水蓄能電站作出快速反應，開機48次，發電1948萬kWh，緊急啟動成功率100%。

調相電力系統無功電力不足，會造成電力系統電壓下降，影響電力系統的供電質量和安全可靠運行，因此在電力平衡中，除進行有功平衡外，還要進行無功平衡。當系統無功不足時，需有發電站及時提供無功功率，抽水蓄能電站能很好地提供相應的服務。廣州抽水蓄能電站自投產運行以來，1994～1997年共發無功21878萬kvarh，吸收無功72928萬kvarh。從1998年至今，特別是2002年底南方電網公司成立以來，調相運行需求進一步加大，在2003年春節期間，廣州抽水蓄能電站共啟動調相69次，運行時間111.6h，為廣東電網平衡無功、穩定電壓發揮了重要作用。十三陵抽水蓄能電站調相容量在發電工況時為154Mvar，在抽水工況時為100Mvar，為穩定系統電壓，利用蓄能機組作純調相工況運行耗有功較多（旋轉調相）特點，更多是在發電或抽水工況下以吸、發無功的運行方式調相。

作系統特殊負荷由于抽水蓄能電站機組既可作為電源又可作為負荷，因此對電網調度組織功率特別方便簡易，如大功率核電、火電機組調試期間甩負荷實驗、滿負荷振動實驗，都需要有蓄能機組配合，實際上大亞灣電站900MW機組、沙角C廠660MW煤電機組甩負荷試驗時都由廣蓄機組水泵運行作為負荷，一旦它們甩負荷，廣蓄機組就低周切機和自動關機，使核電、沙角C廠試驗得以順利進行。

保證特殊用電要求抽水蓄能電站還肩負著保證電網特殊用電的任務。如京津唐電網運行的火電機組容量日趨增加且單機容量也較多為200MW以上，一旦出現甩機，抽水蓄能電站可在數秒內使出力增至最大，以確保系統的安全穩定運行，提高重要用戶的供電可靠性。在近年的重要節日和重大會議召開期間，十三陵蓄能電廠對于保證首都用電起到了重要作用。在1997年迎香港回歸期間，當電網處于高峰負荷時，兩臺機組作抽水工況運行，在電網中當作負荷使用，其目的是一旦電網出現事故、系統頻率過低時，機組可在數秒內與電網解列，相當于短時內切除系統負荷218MW；必要時，還可在3分鐘內起動發電，帶滿負荷200MW，保證系統穩定運行。采用這種運行方式，使十三陵蓄能電廠的800MW裝機可提供相當于1200MW的緊急事故備用容量。

黑啟動隨著電力系統的發展，系統的穩定性與可靠性會因局部的問題波及鄰近區域而引起重大系統事故，而黑啟動已成為事故后系統恢復正常運行的重要措施之一。提供黑啟動服務的關鍵是啟動電源，即具有黑啟動能力的機組，抽水蓄能電站可在無外界幫助的情況下，迅速自啟動，并通過輸電線路輸送啟動功率帶動其他機組，從而使電力系統在最短時間內恢復供電能力。1999年，十三陵抽水蓄能電站進行了黑啟動功能的試驗，試驗獲得了成功，表明十三陵抽水蓄能電站可滿足系統黑啟動的要求，具有在廠用電失去情況下自啟動機組進行生產自救及向無電壓電網輸電的可能。十三陵抽水蓄能電站為電力系統提供有效的黑啟動服務，成為保證電力系統安全運行的重要措施之一。

抽水蓄能電站的效益

靜態效益

抽水蓄能電站可以減少火電機組參與調峰的啟停或升降出力次數，提高發電利用小時數，降低燃煤消耗，可通過競爭降低火電上網電價，再通過電網傳輸給用戶，使用戶的購電價也有下降的可能。

容量效益在電力系統負荷出現高峰時，抽水蓄能電站可以像常規水電站一樣發電，承擔系統的高峰負荷，起到調峰作用，從而可以有效的替代電力系統其他電站的裝機容量，由此產生的經濟效益成為容量效益。

電量效益（節煤效益）在經濟調度下，低谷電由系統中煤耗最低的基荷機組發出，而高峰電由系統中煤耗高的調峰機組發出。抽水蓄能電站的作用就是用高效、低煤耗機組發出的電，來替代低效高煤耗機組發出的電，其實質是以煤換煤。在滿足同樣用戶電力需求的情況下，抽水蓄能電站所節省的煤耗為低效調峰機組與高效機組的耗煤之差。

動態效益

抽水蓄能電站特別適宜在電力系統中承擔調頻、調相、旋轉備用和事故備用等“動態”任務，滿足系統運行上的需要。

與靜態效益相對應，抽水蓄能電站更重要的是動態效益。抽水蓄能電站由于啟停迅速，運行靈活，出力變速快、變幅大，跟蹤負荷能力強，因而特別適宜在電力系統中承擔調頻、調相、旋轉備用和事故備用等“動態”任務，滿足系統運行上的需要。動態效益體現在電力系統運行，根據電力系統負荷特性、電源和電網結構，確定抽水蓄能電站的合理運行方式，保障為用戶提供高質量電力服務，最終使發電企業、廣大電力用戶和全社會受益。

調頻效益抽水蓄能電站由于啟停快，工況轉換迅速，機組出力變化范圍大，能隨時而迅速地調整出力，適應負荷的波動，跟蹤負荷變化，保持頻率和電網運行穩定。這種由于抽水蓄能機組的快速響應，實時出力較小的負荷與發電功率的不匹配，保持系統頻率的穩定，由此而取得的效益即為調頻效益。

事故備用效益電力系統中突發停電事故，抽水蓄能電站能夠快速啟動，迅速轉移工況，在發電工況下，可利用抽水蓄能機組運行的空閑容量；在水泵工況下，可停止抽水或切泵轉換工況；在靜態條件下，亦可緊急啟動，從而達到短時應急事故備用的目的。抽水蓄能電站可承擔電力系統的事故備用，提高供電可靠性，減少停電損失，由此取得的效益即事故備用效益。

調相效益抽水蓄能機組在空閑時可作調相運行，在發電或抽水的同時，也可供給電力系統無功出力，減少設置專門的調相機，由此取得的效益即為調相效益。

黑啟動效益當系統發生大面積停電的重大事故時，若無任何黑啟動措施，則會使停電時間延長，造成國民經濟重大損失。黑啟動是電力系統安全運行的重要措施之一，其目標是在短時間內使系統恢復帶負荷能力。抽水蓄能電站可在無外界幫助的情況下，迅速自啟動，并通過輸電線路輸送啟動功率帶動其他機組，從而使電力系統在最短時間內恢復供電能力。