天池抽水蓄能電站節能評估要點

孫 莉

（中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司 湖南長沙 410014）

1 引言

國家發展和改革委員會2010年發布《固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法》，要求依據節能法規、標準，對固定資產投資項目的能源利用是否科學合理進行分析評估。固定資產投資項目節能評估文件及其審查意見，作為項目審批和核準的前置性條件。

天池抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣馬市坪鄉境內，電站裝機規模為1200MW(4×300MW)。2014年6月該工程經國家發展和改革委員會核準。

2 評估依據

節能評估依據是評估工作的基礎。包括國家和河南省關于節能環保相關的法律、法規和規定；關于資源節約、抽水蓄能電站建設的產業政策與準入條件；節能標準、規范、規程；工程相關的技術文件及批復文件等。

3 建設方案節能評估

3.1 項目選址、總平面布置節能評估

天池抽水蓄能電站接近河南省負荷中心，站址接入系統距離短，能量傳輸損失小。天池上下水庫之間高差較大、距離較短，能量轉換損失小。

工程總平面布置節能主要從便于運行、減少征地等方面考慮。上、下水庫大壩均屬當地材料壩，利用上、下水庫建筑物的開挖料作為筑壩材料，減少棄渣量及征地范圍。上水庫設截斷帷幕和懸掛式帷幕，可減少壩基滲漏量，減少下庫抽水量，降低運行期能耗。下水庫采用“攔擋+疏導+沖排”聯合治沙措施，減少泥沙對工程的影響，降低運行期能源消耗。廠房開發方式選擇尾部開發方式，主要附屬洞室較短，高壓電纜長度較短，能耗損失較小；開關站布置在開闊的臺地上，通風和采光方式選用自然通風和天然采光；地下廠房系統采用完全自流排水，消耗電能少。

3.2 主要用能工藝和耗能設備節能評估

天池抽水蓄能電站利用電網低谷電能，通過高壓電纜、主變壓器降壓、離相封閉母線使電動機(發電)輸出機械能，再由水泵(水輪機)將機械能轉換為上水庫的水力勢能；電力系統需要時再從上水庫放水至下水庫進行發電，即由水輪機(水泵)將勢能轉換成機械能，再由發電(電動)機將機械能轉換成高峰電能，經離相封閉母線、主變壓器升壓及高壓開關設備將電能送入電網。電站生產過程實際是能量轉換過程，即由水泵水輪機完成水能和機械能的轉換，由發電電動機完成機械能和電能的轉換。此部分屬加工轉換過程中損失的電能，主要包括水泵水輪機的機械損耗，發電電動機機械損耗、熱損耗和電磁損耗、輸水系統水力損耗等。同時，還包括生產性設備用能，主要包括主變壓器的熱損耗和電磁損耗(其中又分為空載損耗和負載損耗)，以及離相封閉母線、500kV電纜的電能損耗等。

3.2.1 加工轉換過程

水輪機工況額定效率不低于90%，加權平均效率不低于90.5%；水泵工況最低揚程點效率不低于90.5%，加權平均效率不低于91%。發電電動機額定效率不低于98.4%/98.5%(發電/電動工況)，發電電動機加權平均效率98.3%/98.4%(發電/電動工況)。

水力損耗主要指電站轉換為水力勢能和水力勢能轉化為電能的過程中，沿輸水系統管路所發生的能量損失。經計算，抽水工況水力損耗年電量損失約為971×104kW·h；發電工況下水力損耗年電量損失約為1094×104kW·h。

參照同類型抽水蓄能電站水泵水輪機、發電電動機額定效率及加權平均效率水平，本電站機組效率處于行業先進水平。輸水系統平均效率為99.24%/98.92%(抽水/發電工況)，輸水系統效率較高。

3.2.2 生產性設備

生產性設備用能指在輸送分配過程中損失的電能，主要包括主變壓器的空載損耗和負載損耗、離相封閉母線的損耗、500kV電纜的損耗等。評估時對每項設備技術參數、數量、使用時間等進行量化核算。

3.3 輔助生產設備和附屬生產設施節能評估

輔助生產設備的能耗包括機組附屬機械設備、水力機械設備、控制保護系統設備、金屬結構設備、采暖通風空調系統設備、生產性建筑的照明消耗的電能及電氣設備損失的電能和消耗的油量等。附屬生產設施用能包括辦公生活設施消耗的電能及油品。需要注意的是，業主后方營地能耗也應計入。

4 能源消耗及能效水平評估

4.1 項目綜合能源消耗量

根據《能源統計工作手冊》，對于能源加工轉換企業，綜合能源消耗量為工業生產消耗的能源合計扣除能源加工轉換產出合計。天池抽水蓄能電站能源消耗總量計算見表1。

表1 天池抽水蓄能電站能源消耗總量表 單位：tce

4.2 項目能源平衡狀況核算

根據《企業能量平衡表編制方法》，能量利用率按式(1)計算：

式中：ηe為能量利用率；E1為供入能量的當量值；E2為有效能量的當量值。

天池抽水蓄能電站電站能源利用過程分為購入儲存、加工轉換、輸送分配和最終使用4個階段。購入儲存：電力的購入儲存階段指從電網通過500kV南陽中變電站輸入本電站。加工轉換：主要包括水泵水輪機的機械損耗、發電電動機的電磁損耗和廠道系統由摩擦等引起的水力損耗。輸送分配：電力輸送分配過程中的變壓器、母線、電纜損耗等。最終使用：天池抽水蓄能電站最終用能環節劃分為如下幾個主要部分：上網電量、機組附屬機械設備、水力機械設備、控制保護系統、金屬結構設備、采暖通風給排水設備、照明設備及其它。電力、汽油、柴油的最終使用階段指各用能單位對能源的最終消耗使用。

經計算，天池抽水蓄能電站在購入貯存環節的能量利用率為100%，在加工轉化環節的抽水工況能量利用率為88.04%，發電工況能量利用率為88.41%；在輸送分配環節的能量利用率為99.22%；在最終使用環節的能量利用率為99.83%。整個項目的能量利用率為76.49%，達到國內先進水平。

4.3 項目能效水平評估

4.3.1 項目綜合能耗

天池抽水蓄能電站項目建成后，年綜合能耗量為96610.22tce(等價值，下同)，其中電力年消費總量為96157.71tce，柴油年消耗為338.67tce，汽油年消耗為96.35tce，天然氣年消耗為1.44×104m3。

4.3.2 單位增加值能耗

項目單位增加值能耗為0.786tce/萬元，低于2011年河南省單位增加值能耗0.895tce/萬元。根據河南省和全國“十二五”、“十三五”規劃預測，2020年水平河南省單位增加值能耗為0.650tce/萬元。本項目單位增加值能耗高于河南省“十三五”規劃目標，主要原因是因為河南省是全國實施節能工作重點省份之一，河南省“十三五”單位增加值能耗目標指標偏低。

4.3.3 項目增加值能耗影響所在地單位增加值能耗的比例(n值)n 值計算如式(2)所示：

式中：n 為天池抽水蓄能電站增加值能耗影響所在地單位增加值能耗的比例；a 為河南省2020年預測能源消費總量(tce)；b 為河南省2020年預測生產總值(萬元)；c 為河南省2020年預測單位增加值能耗；d 為電站年綜合能源消費量(tce)；e 為電站年增加值(萬元)。

經計算，天池抽水蓄能電站n 值為0.005%。根據國家節能中心節能評審評價指標通告，n 值小于0.1%，表明天池抽水蓄能電站的增加值能耗對河南省增加值能耗影響較小。

4.3.4 項目新增能源消費量占所在地規劃期能源消費增量控制數比例(m值)

天池抽水蓄能電站為新建項目，年能源消費增量即為項目年綜合能耗量，為96610.22tce。

2010年河南省單位增加值能耗為0.928tce/萬元，綜合能源消費量為21437.76萬tce。根據河南省和全國“十二五”、“十三五”規劃提出的GDP增速預測和節能目標要求，預測“十三五”期間河南省能源消費增量控制數為6245.72萬tce。天池項目年能源消費增量為96610.22tce，占河南省“十三五”期間能源消費增量預測控制數的0.155%。根據國家節能中心節能評審評價指標通告，m值小于1%，天池抽水蓄能電站新增能源消費對河南省能源消費增量影響較小。

4.3.5 能源加工轉換效率

天池蓄能電站設計年發電量為9.62×108kW·h，加工轉換損失電量為2.83×108kW·h，電力轉換效率為77.26%，高于國內抽水蓄能電站轉換效率75%，處于國內先進水平。

5 節能措施評估

5.1 節能措施評估

5.1.1 合理選擇水泵水輪機、發電電動機和主要生產性設備主要技術參數，有效降低了能量損耗，達到了節能降耗的目的，符合國家相關規程規范要求。

5.1.2 在輔助生產性設備和附屬生產設施的設計、選型以及運行維護等方面采用有效節能降耗措施，符合國家節能產業政策及相關規程規范要求。

5.1.3 配備計量器具，建立、健全并落實能源管理制度體系。

5.1.4 加大節能獎懲考核力度，對整體節能工作實施動態管理。

5.2節能措施效果評估

電站電力轉換效率達77.26%，較抽水蓄能電站通常電力轉換效率75.00%提高2.26個百分點，每年可節約電力0.09×108kW·h，折算標煤1106.38tce，按河南電網低谷抽水電價0.22元/kW·h計算，每年可產生效益約198萬元。

6 結語

天池抽水蓄能電站建成后，項目能源消費增量占河南省能源消費增量控制數比例小于1%，項目單位增加值能耗影響河南省單位增加值能耗比例小于0.1%，對當地影響較小。項目能量利用率為76.49%，電力轉換效率為77.26%，達到同行業先進水平。項目未采用國家明令禁止和淘汰的落后工藝及設備，所用設備的工藝及能效水平較高，滿足當地能耗限額標準要求。項目采取的節能措施合理，效果明顯。

[1]中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司.河南天池抽水蓄能電站可行性研究報告[R].湖南:中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司,2011.

[2]郭琴紅,梅小文.關于林華選煤廠節能評估的概述[J].選煤技術,2014(1):84-86.