抽水蓄能電站節(jié)能評估問題探討

張 李，孫 帆

(中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能電站利用電力負荷低谷時的電能把下水庫儲蓄的水抽到上水庫內(nèi)，即利用電網(wǎng)低谷電能通過高壓電纜、主變壓器降壓、離相封閉母線使(發(fā)電)電動機輸出機械能，再由水泵(水輪機)將機械能轉(zhuǎn)換為上水庫的水力勢能。電力系統(tǒng)需要時再從上水庫放水至下水庫進行發(fā)電，即由(水泵)水輪機將水力勢能轉(zhuǎn)換成機械能，再由發(fā)電(電動)機將機械能轉(zhuǎn)換成高峰電能，經(jīng)離相封閉母線、主變壓器升壓及高壓電纜將電能送入電網(wǎng)。因此，抽水蓄能電站不是真正意義上的發(fā)電電源，而是電力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換器。能量轉(zhuǎn)換主要過程如下：電網(wǎng)的低谷電能→變壓器降壓→電動機旋轉(zhuǎn)機械能→水泵抽水→水力勢能→水輪機旋轉(zhuǎn)機械能→發(fā)電機組發(fā)電→變壓器升壓→高峰電能[1-6]。

1 抽水電量、發(fā)電電量

抽水蓄能電站作為能源加工轉(zhuǎn)換企業(yè)，存在抽水和發(fā)電2個完全相反的工序，既需要從電網(wǎng)購買電能，又要為電網(wǎng)提供電能，因此，存在抽水電量和發(fā)電電量2個重要指標。

目前，《固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查暫行辦法》 、《固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估和審查工作指南(2014年本)》 、《固定資產(chǎn)投資項目節(jié)能評估報告編制指南系列叢書 水力發(fā)電項目 風力發(fā)電項目(2014年版)》 、《抽水蓄能電站設(shè)計導(dǎo)則》等法規(guī)、指南、導(dǎo)則均未對抽水電量和發(fā)電電量給出明確定義。各單位均按約定俗成的通用做法來定義和計算這2項指標。2項指標的定義及計算方法分別如下[1-14]。

圖1 抽水蓄能電站工藝流程圖

圖2 抽水蓄能電站能量轉(zhuǎn)換過程示意圖

1.1 抽水電量

抽水蓄能電站的抽水電量的計量點設(shè)定在廠網(wǎng)分界點處，故抽水電量其實是電站從系統(tǒng)購入的總電量，不僅僅是電站抽水過程的耗電量。抽水電量最終轉(zhuǎn)換為兩大部分：一部分經(jīng)過抽水和發(fā)電2個工序后轉(zhuǎn)換為發(fā)電電量；另一部分則是在整個抽水過程中損耗和消耗的所有電量(包括抽水時的水力損失、機組機械損失、輸送損失及輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備消耗的電量)以及發(fā)電過程中水力損失和機組機械損失的電量。即[1]:

抽水電量= 發(fā)電電量+抽水損耗的所有電量+發(fā)

電時水力損失和機組機械損失的電量

(1)

1.2 發(fā)電電量

發(fā)電電量的計量點設(shè)定在發(fā)電機出口，因此其中還包含了發(fā)電機發(fā)出的電能在廠內(nèi)輸送過程中損失的電量及發(fā)電時輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備等消耗的電量。發(fā)電電量扣除這2部分電能損耗即得到上網(wǎng)電量。即：

發(fā)電電量= 上網(wǎng)電量+發(fā)電時的輸送損失電量+發(fā)

電時及輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備消耗的電量

(2)

1.3 可研階段抽水電量和發(fā)電電量的計算

在電站可研設(shè)計階段，對抽水電量和發(fā)電電量僅進行估算。規(guī)劃專業(yè)根據(jù)電站裝機容量和發(fā)電時間計算得出電站的設(shè)計發(fā)電電量，再除以抽水蓄能電站通常的電力轉(zhuǎn)換效率75% ，得到電站的設(shè)計抽水電量[3]。

1.4 節(jié)能評估階段抽水電量和發(fā)電電量的計算

在節(jié)能評估階段，通過對電站抽水、發(fā)電全過程中各項能耗(水力損失、機械損失、輸送損失及輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備消耗的電量)的詳細核算，得出電站的電力消費總量，并以此為基礎(chǔ)對抽水電量(購入電量)、發(fā)電電量以及上網(wǎng)電量進行核算[1]。

1.5 節(jié)能評估審查中遇到的問題

在節(jié)能評估報告審查過程中，有的專家由于不了解抽水蓄能電站的運行和計量特點以及抽水電量和發(fā)電電量的定義與計算方法，錯誤地按字面意思認為抽水電量僅僅是電站抽水過程中的耗電量，提出抽水蓄能電站的電力消費總量是抽水電量和發(fā)電電量的差值與能評階段核算出的電力消費總量的和的錯誤概念。這其實是電力消費量的重復(fù)計算，將導(dǎo)致能效水平、能源消費影響等評估結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。因此，應(yīng)該引起一定的注意[8-9]。

1.6 觀點及建議

通過上述分析可知，節(jié)能評估階段計算得出的電力消費總量包含了電站在抽水和發(fā)電全過程中的所有電力損耗和消耗，因此，在能效水平評估和能源消費影響評估環(huán)節(jié)中使用的綜合能源消費量，采用能評階段核算出的電力消費總量與其它能源消費量之和即可，不應(yīng)再疊加抽水電量與發(fā)電電量的差值。

在節(jié)能評估報告編寫過程中，應(yīng)對抽水電量、發(fā)電電量的概念進行適當?shù)年U述，在被審查過程中也應(yīng)該注意與專家的溝通和解釋，避免上述問題的發(fā)生。

也希望在今后制定節(jié)能評估規(guī)范時能夠明確定義這2項指標，以避免引起不必要的誤會和錯誤的評估結(jié)果[4]。

2 能量平衡

能量平衡是對輸入的全部能量與輸出的全部能量在數(shù)量上的平衡關(guān)系的研究，由于抽水蓄能電站有抽水和發(fā)電這2個截然相反、又相對獨立的工序，目前，抽水蓄能電站的能量平衡過程也存在2個相反的方向[10]。

2.1 能量平衡方向1(以發(fā)電電量為基準)

以電站發(fā)電電量為基準，通過累加各項損耗、能耗，推算出電站購入電量亦即抽水電量。計算公式見式(1)。

方向1與可研階段抽水電量的計算方法類似，都以發(fā)電電量為基準來推算抽水電量。

2.2 能量平衡方向2(以抽水電量為基準)

以電站抽水電量為基準，通過扣減各項損耗、能耗，推算出電站的發(fā)電電量。即：

發(fā)電電量= 抽水電量-抽水損耗的所有電量-發(fā)

電時水力損失和機組機械損失的電量

(3)

2.3 問題及分析

這2種方向都可行，且看似相同，但結(jié)果卻有所不同。因為，可研階段用來計算抽水電量的電力轉(zhuǎn)換效率(75%)是一個經(jīng)驗值，實際抽水蓄能電站的電力轉(zhuǎn)換效率不一定等于75%，通常抽蓄的電力轉(zhuǎn)換效率都高于75% ，即抽水發(fā)電過程中的電力消費低于25% 。對于同一工程，如果使用方向1，以發(fā)電電量為基準推算出的抽水電量將小于可研階段推算出的抽水電量；如果使用方向2，以抽水電量為基準推算出的發(fā)電電量將高于可研階段的發(fā)電電量。故由方向2推算出的上網(wǎng)電量將高于由方向1推算出的上網(wǎng)電量。

以某抽水蓄能電站為例，筆者按2個不同方向推算出的抽水電量、發(fā)電電量和上網(wǎng)電量，見表1。

表1 某抽水蓄能電站能評階段不同推算方向電量推算結(jié)果 /萬kWh

2.4 觀 點

由表1可以看出，由不同基準、不同推算方向得出的電量可能存在較明顯差異，故筆者提出這個問題，與各位專家探討。但筆者認為方向1更符合可研階段抽水電量和發(fā)電電量的推算方向，更趨合理。

3 廠用電率、綜合廠用電率

3.1 廠用電率和綜合廠用電率的定義

廠用電率和綜合廠用電率是衡量電力生產(chǎn)企業(yè)能耗的一項重要指標。抽水蓄能電站廠用電率和綜合廠用電率的定義，即計算公式：

(4)

(5)

3.2 問題及分析

由于電站的電力轉(zhuǎn)換效率通常不是剛好等于75%，可研階段的抽水電量、發(fā)電電量和節(jié)能評估核算出的抽水電量、發(fā)電電量往往存在一定差異，從而用可研階段的抽水電量+發(fā)電電量計算出的廠用電率(綜合廠用電率)和節(jié)能評估階段的抽水電量+發(fā)電電量計算出的廠用電率(綜合廠用電率)也會存在一定差異。

筆者查閱了多份不同評估單位編制的節(jié)能評估報告，均采用可研階段的電量計算廠用電率和綜合廠用電率，但筆者認為既然節(jié)能評估核算出了抽水電量和發(fā)電電量，則采用節(jié)能評估階段核算出的電量計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

但如果采用能評階段核算出的抽水電量和發(fā)電電量來計算廠用電率和綜合廠用電率，則由于本文第2章節(jié)中提出的能量平衡方向的問題，引出了下面的問題：

由第2章節(jié)中的論述可知，由方向1推算出的抽水電量和發(fā)電電量的和小于方向2推算出的抽水電量和發(fā)電電量的和，這就會導(dǎo)致最終廠用電率和綜合廠用電率計算結(jié)果的不同。

以某抽水蓄能電站為例，筆者分別采用可研階段和能評階段2個不同方向推算出的電量，計算得出的廠用電率和綜合廠用電率，見表2。

表2 某抽水蓄能電站采用不同電量值的廠用電率及綜合廠用電率計算結(jié)果表

由表2可見，對于不同的電量取值，雖然廠用電率和綜合廠用電率差別不太明顯，但還是存在一定差異。

3.3 觀 點

筆者認為既然節(jié)能評估核算出了抽水電量和發(fā)電電量，則采用節(jié)能評估階段核算出的電量計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。又基于本文第2章節(jié)的觀點，筆者認為采用由方向1(以發(fā)電電量為基準)推算出的抽水電量和發(fā)電電量來計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

4 結(jié) 語

抽水蓄能電站作為能源加工轉(zhuǎn)換企業(yè)，存在抽水和發(fā)電2個完全相反的工序，與常規(guī)水電站有著諸多差異，這也就決定了抽水蓄能電站的節(jié)能評估工作存在諸多與常規(guī)水電站節(jié)能評估的不同之處。筆者認為應(yīng)針對抽水蓄能電站節(jié)能評估工作制定專門的有針對性的規(guī)范或指南，明確抽水電量和發(fā)電電量的定義及計算方法、能量平衡方向及廠用電率(綜合廠用電率)計算的參數(shù)選取等問題。

在評估報告中應(yīng)對抽水電量和發(fā)電電量的定義及計算方法進行簡單闡述，防止在能耗統(tǒng)計過程中出現(xiàn)重復(fù)計算的錯誤，避免導(dǎo)致錯誤的評估結(jié)果。對于能量平衡方向，筆者認為方向1(以發(fā)電電量為基準)更符合可研階段抽水電量和發(fā)電電量的推算方向，更趨合理。關(guān)于廠用電率(綜合廠用電率)計算參數(shù)選取的問題，筆者認為采用節(jié)能評估階段由方向1(以發(fā)電電量為基準)推算出的抽水電量和發(fā)電電量來計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

筆者提出并分析以上問題，是想拋磚引玉，與大家一起探討得出更合理的計算方式，從而得到更合理的評估結(jié)果，以不斷完善抽水蓄能電站的節(jié)能評估工作。也希望今后能出臺專門的抽水蓄能電站節(jié)能評估規(guī)范或指南，規(guī)范主要評估指標的定義和計算方法，讓抽水蓄能電站的節(jié)能評估工作以統(tǒng)一的方式進行，以便考核驗收[7]。

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