基于抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益與原理特點(diǎn)簡介

盧濤 彭子康

摘 要：抽水蓄能電站就是為了解決電網(wǎng)高峰、低谷之間供需矛盾而產(chǎn)生的，是間接儲存電能的一種方式。而風(fēng)電作為清潔的可再生能源，具有較高的開發(fā)和利用價(jià)值，是解決目前能源危機(jī)的有效途徑，與火電、水電等常規(guī)電源不同，風(fēng)電出力具有隨機(jī)性和波動性的特點(diǎn)，自然環(huán)境對風(fēng)力發(fā)電的影響較大。為了減少自然環(huán)境對風(fēng)電的影響，提高風(fēng)力發(fā)電的可靠性和穩(wěn)定性，現(xiàn)在一般采用風(fēng)電場和抽水蓄能電站聯(lián)合發(fā)電的方法。風(fēng)電場與抽水蓄能電站聯(lián)合運(yùn)營不僅可以改善風(fēng)電場的發(fā)電可靠性還可以增強(qiáng)風(fēng)電場的收益，本文即對其相關(guān)問題進(jìn)行概述。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；調(diào)峰填谷；經(jīng)濟(jì)效益

抽水蓄能電站迅速發(fā)展的一個(gè)主要原因是電力系統(tǒng)中火電和核電的容量較大，急需調(diào)峰電源。由于不同地區(qū)能源分布上的差別，電力系統(tǒng)的構(gòu)成有所不同，據(jù)有關(guān)分析表明，在以火電為主的電網(wǎng)中建設(shè)7%～12%的抽水蓄能電站用來調(diào)頻的，當(dāng)主電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)了負(fù)荷低下，供電能力不足的情況，抽水蓄能電站即可開始滿負(fù)荷運(yùn)行，以達(dá)到調(diào)峰調(diào)頻率的作用。

1 新能源風(fēng)電的特點(diǎn)

隨著能源危機(jī)意識的不斷深入，世界各國越來越重視風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電的機(jī)組研究也被投入了更多地關(guān)注，風(fēng)電技術(shù)的相關(guān)研究也得到了更多地關(guān)注，風(fēng)電已經(jīng)逐漸成為新能源發(fā)電站的重要部分。

風(fēng)力發(fā)電的小干擾穩(wěn)定性問題一直是學(xué)者的研究前言，一般先從單機(jī)無窮大系統(tǒng)來研究其小干擾穩(wěn)定機(jī)理，為其之后的穩(wěn)定性研究奠定基礎(chǔ)。均需要建立了風(fēng)電單機(jī)無窮大系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（其中包括風(fēng)輪機(jī)模型、發(fā)電機(jī)模型、變換器模型和聯(lián)網(wǎng)模型），接著，通過給定運(yùn)行工況，得到運(yùn)行初值，建立系統(tǒng)的小信號模型；研究該系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定性。通過特征值分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性和振蕩模態(tài)，接下來再通過分析參與因子把系統(tǒng)中狀態(tài)變量與控制器的參數(shù)聯(lián)系起來，揭示系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定的機(jī)理。調(diào)整控制器參數(shù)由特征值軌跡找到系統(tǒng)最佳系統(tǒng)控制參數(shù)。

在實(shí)踐運(yùn)行過程中，單一形式的風(fēng)力發(fā)電往往難以提供可靠的大規(guī)模電力。為了能夠改善風(fēng)力發(fā)電的不足，通常采用多種發(fā)電形式聯(lián)合發(fā)電的模式，其中風(fēng)電場與抽水蓄能電聯(lián)合發(fā)電使用范圍較廣。

2 抽水蓄能電站的特點(diǎn)

抽水蓄能電站是一種具有特殊功能的電站，抽水蓄能電站的基本設(shè)備主要是一個(gè)上水庫，下水庫和一個(gè)或者多個(gè)抽水蓄能機(jī)組。抽水蓄能電站的工作原理，一般是電能富裕時(shí)期，通過富裕電力從下水庫抽水到上水庫，當(dāng)電能緊缺時(shí)，通過從上水庫放水到下水庫發(fā)電，其又稱蓄能式水電站。

抽水蓄能電站在電網(wǎng)中與其他電站相比，最突出的特點(diǎn)是它是電能生產(chǎn)者與電能消耗者的綜合體，既能生產(chǎn)又能消耗使其具有很強(qiáng)的削峰填谷的作用。另外，抽水蓄能電站具有較快的啟動速度，運(yùn)行方式方便靈活，發(fā)電可靠性相當(dāng)高，能夠快速響應(yīng)突發(fā)的負(fù)荷變化。此外，它還能夠承擔(dān)調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑啟動等任務(wù)。

3 調(diào)相效益

抽水蓄能電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓及由此帶來的效益稱為調(diào)頻效益。對于日調(diào)節(jié)的純抽水蓄能電站而言，每天從上庫發(fā)電至下庫所消耗的用水量和從下庫抽水到上庫的水量是基本持平的。我們把在供給上庫和從上庫取出的水量相等的條件下，水輪機(jī)工況時(shí)所生產(chǎn)的電能與水泵工況所消耗的電能之比，即蓄能發(fā)電量與抽水用電量之比定義為抽水蓄能電站的綜合效率。

抽水蓄能電站的綜合效率受變壓器、水力機(jī)械、電氣設(shè)備、引水道和機(jī)組的運(yùn)行效率等因素影響，一般維持在0.70～0.75之間，最高可達(dá)到0.80左右，如天荒坪電站的最高效率約為0.80，換句話說，對相同水量而言，用5度電抽水只能發(fā)出4度電，如果抽水電價(jià)和發(fā)電電價(jià)相同的話，是不存在效益可言的。在抽水蓄能電站的實(shí)際運(yùn)營過程中，往往將發(fā)電電價(jià)定得高于抽水電價(jià)，甚至高出幾倍，以彌補(bǔ)抽水和發(fā)電之間的電量虧空，并從中獲取經(jīng)濟(jì)效益。

4 常規(guī)抽水蓄能的作用

抽水蓄能電站要比火電機(jī)組有優(yōu)越得多，比較于其它的常規(guī)水電站，他的作用非常重要，通過實(shí)踐總結(jié)，在電力系統(tǒng)中的主要作用可歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）調(diào)峰：抽水蓄能機(jī)組不僅可以頂峰發(fā)電，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率降低，大負(fù)荷的低下時(shí)，抽水蓄能電站開始啟動所有的機(jī)組，有效的可以阻止頻率的降低。

（2）填谷：在其它電站白天運(yùn)行時(shí)，抽水蓄能電站可以進(jìn)行收購電量，進(jìn)行抽水，這樣降低火電機(jī)組的運(yùn)行費(fèi)用和煤耗，優(yōu)化購電結(jié)構(gòu)，減少購電成本。

（3）調(diào)頻：抽水蓄能機(jī)組可通過調(diào)速器系統(tǒng)，自動跟蹤系統(tǒng)頻率變化，調(diào)節(jié)活動導(dǎo)水葉的開度來增減出力，以保持周波和電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定。這一功能作用稱為調(diào)頻。

（4）調(diào)相：抽水蓄能機(jī)組具有抽水調(diào)相和發(fā)電調(diào)相工況，并通過上述工況增減勵磁，吸收或發(fā)出無功，降低或抬高機(jī)端電壓，以起到調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓的目的。這一功能作用稱為調(diào)相。

（5）事故備用：目前新建電站的機(jī)組趨向于大容量，其起停對系統(tǒng)周波的影響也較大，事故跳機(jī)往往造成負(fù)荷瞬間減少，短時(shí)間內(nèi)很難彌補(bǔ)。抽水蓄能機(jī)組恰恰具有開機(jī)時(shí)間短、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，可在系統(tǒng)事故情況下迅速開機(jī)，以頂替發(fā)生事故的發(fā)電機(jī)組，使系統(tǒng)迅速脫離事故狀態(tài)，避免大面積停電甚至系統(tǒng)瓦解的危險(xiǎn)。

（6）與核電站、大型水、火電站配合運(yùn)行，可使其機(jī)組在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，以減少能源損耗。

5 結(jié)論

由于電力系統(tǒng)的變化多樣性，電網(wǎng)缺乏有效的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行機(jī)制和調(diào)節(jié)能力偏低，出現(xiàn)非常多的情況是峰值期間，負(fù)荷緊張而造成電網(wǎng)的頻率下降，而豐水期、負(fù)荷低谷時(shí)超發(fā)電量上網(wǎng)。如何進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行策略，使能量得到充分的利用，是目前大力發(fā)展抽水蓄能電站一重要原因，隨著能源的興起，相信以后的抽水蓄能電站會更多得到發(fā)展。

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