常规水电结合开发抽水蓄能效益分析及开发建议

任志武，何永胜，胡小丽，卢锟明

（1.国网新源控股有限公司，北京市 100761；2.国家电网公司，北京市 100031；3.中国电建西北勘测设计研究院有限公司，陕西省西安市 710065）

常规水电结合开发抽水蓄能效益分析及开发建议

任志武1，何永胜2，胡小丽3，卢锟明3

（1.国网新源控股有限公司，北京市 100761；2.国家电网公司，北京市 100031；3.中国电建西北勘测设计研究院有限公司，陕西省西安市 710065）

本文分析了常规水电结合开发抽水蓄能的综合效益，并以西北地区某梯级混合式抽水蓄能站点为例，具体分析了其产生的直接经济效益、容量效益、调峰效益、旋转备用效益等多种效益，结果表明，常规水电结合开发抽水蓄能具有显著的经济、社会效益。最后对常规水电结合抽水蓄能开发提出了一些建议，对推进二者结合开发具有一定指导意义。

常规水电；抽水蓄能电站；混合式抽水蓄能电站；效益分析

1 常规水电与抽水蓄能电站结合开发简介

常规水电与抽水蓄能电站结合开发，即利用已建水电站增建可逆机组或扩大装机容量和增建抽水泵，使常规水电站具备抽水蓄能的功能，在电力系统中承担储能、调峰填谷、事故备用、调频、调相、黑启动等作用。

常规水电站与抽水蓄能电站结合开发一般有三种开发形式：一是利用已建成的常规水电站水库做上库，在其下游新建下库，即“上库结合”方式；二是利用常规水电站水库作为抽水蓄能上水库，下库利用相邻常规水电站水库或新建下水库的“加泵+扩机”开发方式；三是在已建成的常规梯级电站，利用相邻的两个梯级水库分别做上、下库，在两岸山体内开挖地下厂房和输水系统建成抽水蓄能电站的“一体化开发方式”。本文主要针对第三种开发方式，以西北地区某梯级混合式抽水蓄能站点为例做效益分析。

2 常规水电与抽水蓄能电站结合开发的效益分析

2.1 概况

西北地区某梯级混合式抽水蓄能站点上水库直接利用A电站水库，下水库直接利用B电站水库，按“一体化结合”的方式开发。

A电站装机容量420万kW，共6台机组，水库正常蓄水位2452m，死水位2440m，调节库容15000万m3，具有日调节性能。

B电站距上游A电站坝址8.6km，装机容量16万kW，共4台机组，水库正常蓄水位2235.5m，死水位2231.5m，调节库容860万m3，具有日调节性能。

本站点初拟可逆机组装机规模60万kW，4台机，单机容量15万kW。初估全厂发电引用流量343.2m3/s，初拟装机满负荷发电小时4.5h，初估调节库容464万m3。可逆机组最大毛水头220.5m，最小毛水头204.5m，平均毛水头213m，可逆机组额定水头202m。

该梯级混合式抽水蓄能电站产生的综合效益可分为直接效益和间接效益，具体见图1。

图1 梯级混合式抽水蓄能电站综合效益图Fig.1 Comprehensive Benefit Chart of Cascade Mixed Pumped Storage Power Station

2.2 效益分析

梯级混合式抽水蓄能机组在提高常规水电站发电效益、电网调峰、旋转备用和节能减排等方面都具有效益。

2.2.1 直接经济效益

梯级混合式抽水蓄能电站的直接经济效益来源于四部分：一是来水量增加带来的直接增加发电量效益；二是增加的来水量抬高了发电水头，降低了常规机组的发电耗水率带来的增发效益；三是汛期蓄能机组参与发电运行，增发季节性电量带来的增发效益；四是汛期蓄能机组参与发电运行，减少弃水损失带来的增发效益。

选择A、B电站所在流域上游多年平均径流长系列资料，以丰、平、枯三个代表年进行分析，见表1。

抽水运行方式：初拟抽蓄电站日满负荷抽水时间为6h，抽水时段结合当地电网填谷及配合消纳新能源电量需要，主要考虑光伏大发时段（10时～15时）进行抽水。抽水流量为257.4m3/s，日平均抽水水量463万m3。

发电运行方式：初拟抽水蓄能电站日满负荷发电时间为4.5h，结合当地电网调峰及配合消纳新能源电量需要，主要考虑光电出力小或负荷高峰时段发电。当A水库入库径流大、发生洪水或常规机组可能出现弃水时，抽水蓄能机组可以发电运行，增加季节性电量，减少弃水，提高径流利用率。

考虑抽水蓄能机组运行，由于抽蓄机组抽水带来的水量增加、水头增加，因此抽水蓄能电站运行后，丰、平、枯三个代表年各年累计增加发电量7.312亿kWh、9.923亿kWh、10.978亿kWh，具有增发效益。

本次所选代表年均不存在弃水情况，因此本次分析暂未考虑抽水蓄能机组汛期减少弃水的增发电量。

抽水蓄能机组抽水后增加了上库的实际入流水量，模拟计算中水量增加增发的电量由常规水电机组发出。抽水蓄能机组能量转化率按75%考虑，即通常说的4度换3度。抽水蓄能机组抽水后，通过增加A水库实际入库流量，抬高了水库水位，增加了水头效益，这部分效益由常规水电机组发出。经过计算，丰、平、枯各代表年水能利用率分别为83.58%、82.28%和83.55%，平均水能利用率83.14%。

表1 A电站三个代表年有无抽水蓄能电站情况下各月发电量统计表 亿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

该站点所在电网并网光伏装机规模逐年增加，可考虑抽水蓄能电站与光伏发电配合运行，因为抽水蓄能电站有调峰、填谷和承担旋转备用的作用，可以减少其他调峰电源，如火电机组开停机次数，节省其额外的燃料消耗，并减小事故率。

2.2.3 电网调峰效益

西北地区可再生能源资源丰富，截至2015年，西北电网风电、太阳能并网装机占全网装机规模的30.43%，并网比例大。由于风、光电的波动性、间歇性和随机性特点，大规模的风、光电并网给电网安全稳定运行提出了挑战，电网亟须调峰电源来保障电网正常运行。本文所选取的A、B站点位于青海省，青海电网并网光伏装机占全网装机容量的27.2%，结合青海电网负荷特性，中午光伏机组大发时，抽水蓄能电站运行抽水工况，消耗光伏发电产生电力，将电能转化为势能，这是填谷效益；电力系统高峰时，抽水蓄能机组运行发电工况，将势能转化成电能，保障电力系统用电需求，这是削峰效益。

2.2.4 旋转备用效益

电网必需设置负荷备用和事故备用，以应付难以预测的负荷增加和突发性事故。若用火电机组来承担，则常常将这些备用设置成“热备用”，即将这部分容量分散在效率较低的机组上，使这些机组处于空转或少负荷状态，这些机组常常偏离最优工况运行，使系统燃料消耗增加。而用抽水蓄能电站来承担负荷或事故备用，则以“冷备用”待机，技术上能迅速满足突发负荷变化和突发事故发生的要求，又可以为系统节约火电机组“热备用”的煤耗。

2.2.5 环保及其他效益

若抽水蓄能机组投产，可以减少火电煤耗，减少硫化物、氮氧化物、粉尘及一氧化碳的排放量，减轻了大气污染，电站建设具有显著的环境效益，符合当前低碳经济的发展趋势。同时，提高了当地旅游效益、对生态环境、旅游资源开发利用也产生了深远影响。

2.2.6 推广示范效益

梯级电站中已有的上、下游水库，在下游水库消落水深和库容满足要求时，可以直接利用已建水库，只增建、改建输水系统和厂房、输变电系统，电站即可投入运行。同时，在已建水电站特别是梯级开发的已建水电站中适当扩建可逆机组，不仅可以满足电网发展的需求，而且具有较大的经济优势。新建混合式抽水蓄能电站可以考虑结合老电厂的扩机改造，借鉴已建混合式抽水蓄能电站的实际经验，通过混合式开发的方式，将这种开发模式推广。

3 常规水电与抽水蓄能电站结合开发的建议

3.1 做好选点规划工作

目前我国有不少常规水电站，电站设计时制定的设计水平年早已过去，电站容量显得不足，急需增容扩建。在已经完成的全国各区域抽水蓄能电站选点规划成果中，虽然有少量与水电结合开发的抽水蓄能站点，大量站点均没有考虑与水电结合开发。随着电力发展对抽水蓄能需求的增加，抽水蓄能站址资源的减少，开发条件及环境因素的制约，在这种情况下考虑对常规水电增加抽水蓄能机组成为混合式开发，其效益会显著增加。

3.2 简化梯级混合式抽水蓄能电站审批流程

我国目前新能源大规模发展、特高压、智能电网的大力推进形势下，抽水蓄能电站对电力系统特别是坚强智能电网的稳定安全运行具有重要意义。利用已建水电站点，通过扩建常规机组、增建可逆机组或抽水泵的方式，增加电站的装机容量和运行灵活性，与新建纯抽水蓄能电站相比，具有开发实施容易、建设周期短、水库淹没环境影响小、投资省等优点，具有较好的开发利用前景及经济社会效益。因此应简化梯级混合式抽水蓄能电站审批流程，使其尽早建设，尽早发挥作用。

3.3 协调好综合利用水库各项任务

常规水电结合抽水蓄能开发时，需利用已建常规水电站的上、下库，随着抽水蓄能机组的运行，对常规水电站或多或少会产生一定的影响。因此，需要结合已建水库的综合利用功能和运行特征研究抽水蓄能电站的运行调度方式，以及此运行方式对已建水库原有功能的影响。由于结合开发各常规水电站承担的综合利用任务不同，因此结合开发在工程前期阶段就需与已建水库进行协调，解决抽水蓄能开发与原有水库灌溉、供水、防洪、养殖、生态基流等方面的矛盾。

3.4 处理好常规水电与抽水蓄能利益协调问题

常规水电与抽水蓄能结合开发，从技术经济方面分析具有一定的可行性，但在实施过程中需要处理好一系列具体问题，如与原水电站投资主体之间的利益分配与补偿问题，对原水电站开发任务、发电运行、工程枢纽的影响补偿问题，结合开发后的环境影响评价问题等。因此，建议从分利与补偿、运行管理模式等方面组织研究制定相关的政策，以引导水电与抽水蓄能结合开发有序健康发展。

3.5 完善电价机制

建议加快研究抽水蓄能电站定价机制，使不同投资主体投资的抽水蓄能电站均有合理的投资回报。只有形成合理的定价机制，才能引导抽水蓄能电站的持续健康发展，提高不同投资主体的投资积极性。鼓励有条件的水电站通过与抽水蓄能开发相结合，充分发挥水电运行灵活方面的优势，一方面通过结合开发增加容量带来增发电量效益以及电网容量效益，另一方面通过深入的电价改革，实行峰谷电价、容量电价等方式增加企业投资的回报，在充分发挥已建水电站的功能效益的基础上，调动常规水电结合抽水蓄能开发的积极性。

4 结束语

常规水电与抽水蓄能混合式开发具有多重效益，其直接经济效益主要来自增发常规水电的电量效益，主要表现为增加的可逆机组可改善常规机组运行方式，增加水量，在供水期提高电站运行水头，在蓄水期减少电站弃水，增加季节性电量。同时，结合开发还具有调峰填谷作用，为系统提供备用容量、无功支持，具有黑启动等功能，可承担电网紧急事故备用任务，也具有显著的社会及环保效益。

应在选点规划、建设审批流程、与常规水电之间利益协调、电价机制等方面制定相关积极政策，促进水电与抽水蓄能结合开发有序健康发展。

[1] 中国电建西北勘测设计研究院有限公司.西北地区水电与抽水蓄能结合开发可行性分析报告[R].2016.Power China Northwest Corporation Limited.Feasibility Analysis Report on the Development of Hydropower and Pumping Storage in Northwest China[R].2016.

[2] 吴毅，李红艳，张东跃.新形势下抽水蓄能电站综合效益分析 [J].水力发电，2008（10）：18-20.WU Yi，LI Hongyan，ZHANG Dongyue.Comprehensive Benefit Analysis of Pumped Storage Power Station under New Situation[J].Hydropower，2008（10）：18-20.

[3] 唐海华，黄春雷，丁杰.混合式抽水蓄能电站优化调度策略[J].电力系统自动化，2011（21）：40-45.TANG Haihua，HUANG Chunlei，DING Jie.Optimal Dispatching Strategy of Hybrid Pumped Storage Power Station[J].Automation of Electric Power Systems，2011（21）：40-45.

[4] 吕永明.混合式开发白山抽水蓄能电站分析[J].东北水利水电，2012（10）：9-10.LV Yongming.Analysis of Mixed Development Baishan Pumped Storage Power Station[J].Northeast Water Resources and Hydropower，2012（10）：9-10.

[5] 耿克红.抽水蓄能电站发展的政策环境瓶颈与建议[J].能源与环境，2011（5）：25-26.GENG Kehong.Policy Environment Bottlenecks and Suggestions on Development of Pumped Storage Power Station[J].Energy and the environment，2011（5）：25-26.

[6] 程路，白建华.新时期中国抽水蓄能电站发展定位及前景展望 [J].中国电力，2013（11）：155-159.CHENG Lu，BAI Jianhua.Development Orientation and Prospect of China Pumped Storage Power Station in the New Period[J].China Power，2013（11）：155-159.

[7] 林义国.白云抽水蓄能电站工程效益与环境影响分析[J].能源与环境，2011（5）：58-59.LIN Yiguo.Engineering Benefit and Environmental Impact Analysis of Baiyun Pumped Storage Power Station[J].Energy and the Environment，2011（5）：58-59.

2017-06-22

2017-07-15

任志武（1971—），男，山西人，硕士，高级工程师。主要研究方向：抽水蓄能规划与建设。E-mail：zhiwu-ren@sgxy.sgcc.com.cn

何永胜（1972—），男，河南人，高级工程师，主要研究方向：电力系统和水电工程规划。E-mail：yongsheng-he@sgcc.com.cn

胡小丽（1985—），女，陕西人，注册咨询师，工程师，主要研究方向：动能经济、风光电工程规划等设计与研究工作。E-mail：huxiaoli2007 @sina.com

卢锟明（1987—），男，陕西人，工程师，主要研究方向：动能经济、风光电工程规划、水环境等设计工作。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学科代码：480.6030

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

国网新源控股有限公司科技项目（52570015007J）。