抽水蓄能电站的作用和效益

张 娜 靳亚东 董化宏

北京十三陵抽水蓄能电站（下水库进出水口）

抽水蓄能电站的作用

抽水蓄能电站在电网中调峰填谷、紧急事故备用、调频、调相等作用以及静态效益、动态效益和技术经济上的优越性，使其在电网中越来越不可缺少。

抽水蓄能电站作为一种特殊的电源，具有两大特性：一方面，它既是发电厂，又是用户，其调峰填谷功能是其他任何类型发电厂所不具备的；另一方面，它的机组启动迅速，运行灵活、可靠，对负荷的急剧变化可以做出快速反应，除调峰填谷外，还适合承担调频、调相、事故备用等任务。抽水蓄能电站在电网中调峰填谷、紧急事故备用、调频、调相等作用以及静态效益、动态效益和技术经济上的优越性，使其在电网中越来越不可缺少。尽管抽水蓄能电站在我国发电总装机中占的比重较小，但作为电力系统越来越重要的组成部分，在各自的电力系统中均发挥了重要的作用。

各种电站运行特性比较表

十三陵抽水蓄能电站中控室

琅琊山抽水蓄能电站地下厂房发电机层

安徽滁州琅琊山抽水蓄能电站下水库与工作区摄影/王家国/CFP

调峰填谷抽水蓄能电站在用电高峰期间发电，在用电低谷期间抽水填谷，可以改善燃煤火电机组和核电机组的运行条件，保证电网稳定运行。在十三陵抽水蓄能电站运行中，由于担当调峰发电、抽水填谷等任务，降低了电网的峰谷差率，减轻了燃煤火电调峰机组的调峰任务，不但为电力系统节约了固定运行费用和燃料费用，而且对电网的稳定运行起到了十分重要的作用。广州抽水蓄能电站调峰填谷作用也保证了核电稳定运行，大亚湾核电机组投入商业运行后，分别向广东和香港两个电网供电，由于两个电网都有抽水蓄能电站容量供调度使用，为核电创造了良好的运行环境，保证了稳定运行。广蓄一期年平均吸收低谷电14.05亿kWh，调峰发电10.08亿kWh。2000年1～6月，广蓄电厂调峰发电日均最大出力占电网最高负荷的9.84%。

调频和快速跟踪负荷为保证稳定运行，电网需要具备随时调整发电出力的能力，以适应用户负荷的变化。电网的周波应按照国家规定的频率要求，控制在50±0.2Hz。为此，电网所选择的调频机组必须快速灵敏，以便随负荷瞬时变化而调整出力。由于抽水蓄能电站机组具有迅速而灵敏的开、停机性能，且特别适宜于调整出力，所以能很好地满足电网负荷急剧变化的要求。如京津唐电网在兴建抽水蓄能电站后，其调频任务由原来的燃煤火电机组承担改为由抽水蓄能电站机组承担，目前电网第一、第二调频厂分别为十三陵电站、潘家口电站，电网周波合格率每年均接近100%，对电网调频发挥了很大的作用。

紧急事故备用在电网发生故障和负荷快速增长时，要求有发电站能起紧急事故备用和负荷调整的作用，由于抽水蓄能电站快速灵活的运行特点，很容易实现这一功能。广东电网目前火电机组最大单机容量达660MW，核电单机容量900MW，西南省份经500kV天～广线路供电约800MW，广东电网还与香港电网相联，无论火电站、核电站跳机或西电解列等事故均对电网安全影响巨大，而抽水蓄能电站的快速启动，对防止电网事故扩大，恢复正常供电起着显著作用，广州抽水蓄能电站自投入运行以来，平均每年紧急启动16.5次。华东电网是我国的受端电网之一，主要接受西部电力和三峡电力，而输电通道发生事故在所难免，这就对受端电网产生巨大冲击，严重影响华东电网的安全、稳定运行。自从天荒坪抽水蓄能电站首台机组投产以来，已经快速启动多次，保证了电网的安全、稳定运行。如2003年4～5月三峡龙政直流先后三次跳闸，需紧急启动事故备用，由于天荒坪电站机组的快速启动投入，使电网频率在短时间内迅速恢复到正常范围内，避免了较大事故的发生。1999年3月12日～17日，首都出现连续十多天的大雾阴雨天气，使北京供电线路造成雾闪、线路闪络掉闸等事故不断出现，此时十三陵抽水蓄能电站作出快速反应，开机48次，发电1948万kWh，紧急启动成功率100%。

调相电力系统无功电力不足，会造成电力系统电压下降，影响电力系统的供电质量和安全可靠运行，因此在电力平衡中，除进行有功平衡外，还要进行无功平衡。当系统无功不足时，需有发电站及时提供无功功率，抽水蓄能电站能很好地提供相应的服务。广州抽水蓄能电站自投产运行以来，1994～1997年共发无功21878万kvarh，吸收无功72928万kvarh。从1998年至今，特别是2002年底南方电网公司成立以来，调相运行需求进一步加大，在2003年春节期间，广州抽水蓄能电站共启动调相69次，运行时间111.6h，为广东电网平衡无功、稳定电压发挥了重要作用。十三陵抽水蓄能电站调相容量在发电工况时为154Mvar，在抽水工况时为100Mvar，为稳定系统电压，利用蓄能机组作纯调相工况运行耗有功较多（旋转调相）特点，更多是在发电或抽水工况下以吸、发无功的运行方式调相。

作系统特殊负荷由于抽水蓄能电站机组既可作为电源又可作为负荷，因此对电网调度组织功率特别方便简易，如大功率核电、火电机组调试期间甩负荷实验、满负荷振动实验，都需要有蓄能机组配合，实际上大亚湾电站900MW机组、沙角C厂660MW煤电机组甩负荷试验时都由广蓄机组水泵运行作为负荷，一旦它们甩负荷，广蓄机组就低周切机和自动关机，使核电、沙角C厂试验得以顺利进行。

保证特殊用电要求抽水蓄能电站还肩负着保证电网特殊用电的任务。如京津唐电网运行的火电机组容量日趋增加且单机容量也较多为200MW以上，一旦出现甩机，抽水蓄能电站可在数秒内使出力增至最大，以确保系统的安全稳定运行，提高重要用户的供电可靠性。在近年的重要节日和重大会议召开期间，十三陵蓄能电厂对于保证首都用电起到了重要作用。在1997年迎香港回归期间，当电网处于高峰负荷时，两台机组作抽水工况运行，在电网中当作负荷使用，其目的是一旦电网出现事故、系统频率过低时，机组可在数秒内与电网解列，相当于短时内切除系统负荷218MW；必要时，还可在3分钟内起动发电，带满负荷200MW，保证系统稳定运行。采用这种运行方式，使十三陵蓄能电厂的800MW装机可提供相当于1200MW的紧急事故备用容量。

黑启动随着电力系统的发展，系统的稳定性与可靠性会因局部的问题波及邻近区域而引起重大系统事故，而黑启动已成为事故后系统恢复正常运行的重要措施之一。提供黑启动服务的关键是启动电源，即具有黑启动能力的机组，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。1999年，十三陵抽水蓄能电站进行了黑启动功能的试验，试验获得了成功，表明十三陵抽水蓄能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可能。十三陵抽水蓄能电站为电力系统提供有效的黑启动服务，成为保证电力系统安全运行的重要措施之一。

抽水蓄能电站的效益

静态效益

抽水蓄能电站可以减少火电机组参与调峰的启停或升降出力次数，提高发电利用小时数，降低燃煤消耗，可通过竞争降低火电上网电价，再通过电网传输给用户，使用户的购电价也有下降的可能。

容量效益在电力系统负荷出现高峰时，抽水蓄能电站可以像常规水电站一样发电，承担系统的高峰负荷，起到调峰作用，从而可以有效的替代电力系统其他电站的装机容量，由此产生的经济效益成为容量效益。

电量效益（节煤效益）在经济调度下，低谷电由系统中煤耗最低的基荷机组发出，而高峰电由系统中煤耗高的调峰机组发出。抽水蓄能电站的作用就是用高效、低煤耗机组发出的电，来替代低效高煤耗机组发出的电，其实质是以煤换煤。在满足同样用户电力需求的情况下，抽水蓄能电站所节省的煤耗为低效调峰机组与高效机组的耗煤之差。

动态效益

抽水蓄能电站特别适宜在电力系统中承担调频、调相、旋转备用和事故备用等“动态”任务，满足系统运行上的需要。

与静态效益相对应，抽水蓄能电站更重要的是动态效益。抽水蓄能电站由于启停迅速，运行灵活，出力变速快、变幅大，跟踪负荷能力强，因而特别适宜在电力系统中承担调频、调相、旋转备用和事故备用等“动态”任务，满足系统运行上的需要。动态效益体现在电力系统运行，根据电力系统负荷特性、电源和电网结构，确定抽水蓄能电站的合理运行方式，保障为用户提供高质量电力服务，最终使发电企业、广大电力用户和全社会受益。

调频效益抽水蓄能电站由于启停快，工况转换迅速，机组出力变化范围大，能随时而迅速地调整出力，适应负荷的波动，跟踪负荷变化，保持频率和电网运行稳定。这种由于抽水蓄能机组的快速响应，实时出力较小的负荷与发电功率的不匹配，保持系统频率的稳定，由此而取得的效益即为调频效益。

事故备用效益电力系统中突发停电事故，抽水蓄能电站能够快速启动，迅速转移工况，在发电工况下，可利用抽水蓄能机组运行的空闲容量；在水泵工况下，可停止抽水或切泵转换工况；在静态条件下，亦可紧急启动，从而达到短时应急事故备用的目的。抽水蓄能电站可承担电力系统的事故备用，提高供电可靠性，减少停电损失，由此取得的效益即事故备用效益。

调相效益抽水蓄能机组在空闲时可作调相运行，在发电或抽水的同时，也可供给电力系统无功出力，减少设置专门的调相机，由此取得的效益即为调相效益。

黑启动效益当系统发生大面积停电的重大事故时，若无任何黑启动措施，则会使停电时间延长，造成国民经济重大损失。黑启动是电力系统安全运行的重要措施之一，其目标是在短时间内使系统恢复带负荷能力。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。