抽水蓄能电站解析

抽水蓄能电站21世纪海河流域特大城市经济发展的必由之路抽 水 蓄 能 水 电 站21世纪海河流域特大城市经济发展的必由之路一、海河流域概况海河，是我国七大江河之一，她源于太行山，蜿蜒曲折东流，穿过美丽富饶的华北平原，在天津汇合注入渤海。海河流域跨8个省、直辖市、自治区，包括北京、天津两个特大城市和18个中等城市，总面积31.79万平方公里。流域内煤、石油等矿产资源丰富，工农业基础良好，特别是京、津、唐地区是技术、人才密集区，作为老牌的工业基地，战略地位十分重要。二、抽水蓄能电站问题的提出海河流域包括的首都北京是我国的政治、经济、文化、艺术中心，天津和唐山则是悠久的重要工业基地。因此，我们在大力重视水问题以保障人民生活的同时，更不能忘记要以同样甚至更多的目光去关注维持和促进工农业生产的电力资源。改革开放以来，天津在党中央的正确领导下，全市各方面都取得了长足的进步。特别是“三步走”战略的提出和实施，给天津在21世纪的发展指明了方向。连续（）年以来，天津都以（）%的速度快速健康持续的发展，为天津迈进世界一流城市的行列奠定了坚实的基础。而“让夜晚亮起来”的号召，也让天津向美丽、和谐、温馨的城市特征迈进了一大步。但是，与此同时，有很多实际问题也暴露在我们的面前。电力问题就是其中比较突出的一项。据统计，天津部分市区平均每天都发生停电现象。排除一小部分由于电路的改造和维修，其中一大部分是由于系统不能满足调峰填谷要求而被迫“让电”。停电的损失是巨大的，（纽约停电事例）我们知道，电力系统的调峰电站可以为常规水电站、燃气轮机电站、柴油机电站、燃油或燃气电站、燃煤电站。可是常规水电站只能调峰，不能填谷，而且在汛期弃水，造成水能资源的浪费，有供水灌溉任务的水电站还不能随意进行调峰。我国东、中部地区已建水电站的调节性能多数为日调节和径流式，也无法进行调峰。燃气轮机多数系进口设备，因此发电成本高，也不能频繁启动、旋转备用和调频。柴油机组虽然启动特性好，一般仅需几秒，即使是大功率柴油机，也可在1540min内进到全负荷，但是发电成本也较高。2000年夏，随着国际油价上涨，广东650万kW柴油发电机停止发电即是明证。燃油或燃气机组不能进行负荷控制，不能快速启动，不能调相，由于我国油气资源缺乏，也不提倡。目前调峰大都依靠燃煤机组。然而燃煤机组从点火到满负荷运行需要较长时间：125MW机型为7h,200MW以上机组则为18h以上，启动时间太长。同时，调峰运行导致故障增多，发电煤耗上升，电厂用电率增加，检测期缩短，成本提高。目前采用燃煤机组调峰是一种不得已的办法。还有一种运用管理措施调峰的办法，如中央空调系统利用晚间气温低、电价低来制冷，而到白天利用冰水空调；采暖季节用电锅炉制造热水，即所谓“夜间蓄冷或蓄热”节能措施。然而，这要求用电单位增加一次投资，也不容易推广。因此，解决电力系统调峰填谷问题刻不容缓，而解决特大城市用电问题的根本办法，就是建设抽水蓄能电站。三、抽水蓄能电站概述抽水蓄能电站不同于一般的水力发电站。一般的水力发电站是只安装发电机，将高水位的水一次使用后弃之东流，而抽水蓄能电站安装有抽水发电可逆式机组，又能抽水，又能发电。在白天和前半夜，水库放水，高水位的水通过可逆式机组，此时机组作为发电机，将高水位的水的机械能转化为电能，向电网输送。解决用电高峰时电力不足的问题；到后半夜，电网处于用电低谷，电网中不能储存电能，这时将机组作为抽水机（可逆式机组可作反向旋转），利用电网中多余的电能，将低水位的水抽向高水位，并注入高水位的水库中。这样，在用电低谷时把电网中多余的电能转化为水的机械能储存在水库中。到用电高峰，水库放水，又将水的机械能，通过发电机转化为电能，向电网输送。水库中的水多次使用，与两机组一起，完成能量的多次转化。高水位水库储存了大量低水位的水，相当于储存电网中多余的电能，解决了电能不能储存的问题。抽水蓄能电站的耗电量与发电量之比是4：3，从表面上看似乎得不偿失，但是，实际上这是一种行之有效的节能措施，因为社会生产和生活规律决定了用电量在一天24小时内是不均衡的。举个例子：当工厂开足马力生产时，用电量达到峰值；当工厂停产，人们休息时，用电量达到低谷。电力系统就要调峰来解决这种电力盈缺现象。要调峰必须增加费用，增加后备容量。计算表明，抽水蓄能发电要比烧煤发电作为补充电源更为经济。抽水蓄能电站既是水电站，又是电网管理的工具，今后的发展机制和管理模式可能多样化。可以由电网投资、管理（如广东），可以由火电厂或以火电为主的公司投资兴建和管理（如山东电力公司），实现调峰填谷和水火互济。电价改革将出台峰谷电价，调频、调相、事故各用等动态效益付费后，抽水蓄能电站也可以独立存在。从抽水蓄能电站资源看，全国22个省、市、区除上海外都有一定的资源储备，已查明抽水蓄能站址247座，规模约3.1亿kW。总之，我国抽水蓄能电站的资源丰富，完全能够满足电网配置的需求。从抽水蓄能电站的开发现状看，截至2001年6月，我国己在9个省、市建成11座抽水蓄能电站，装机容量约570万kW，占全国装机比例的1.8。届时，"西电东送"规模扩大，各电网峰谷差加大，抽水蓄能电站的比例虽有所提高，除湖北、拉萨外，可调峰的水电（含抽水蓄能）只占电网总容量的37，仍难满足调峰和紧急事故备用的需求。因此，加快东部和中部抽水蓄能电站建设，势在必行。四、抽水蓄能电站的适用范围经过初步分析，具有以下三种情况之一的电网，都可能需要配置抽水蓄能电站。至于具体是否需要配置，何时配置，配置多少，要根据各个电网的具体情况分别研究论证。一是没有水电或水电很少的电网。东部、沿海各省市，特别是京、津、沪、苏、鲁、皖、冀、辽、内蒙古个省市、自治区，近期年调节以上夏季可供调峰的水电容量小于3。他们不仅缺少水电，大都缺少能源，因而都是"西电东送"的受电区，需建抽水蓄能电站以调峰、调频、调相和紧急事故备用。接受远距离送电的受电区从安全考虑，也必不可少地要建设一定数量的保安电源，在电价改革和实施峰谷电价后，受电区从经济效益考虑，也需要配置抽水蓄能电站。二是虽然有水电，但调蓄能性差的电网。三是风电比例高的电网。在第一种情况所列的地区中有相当一部分地区位于海河流域。建设相应容量的抽水蓄能电站，既可解决瞬时电力的冲击，又可以缓解凋峰电力不足等矛盾。初步估计上述情况，远景抽水蓄能机组的建设规模可能达到0.891.04亿kW五、抽水蓄能电站的效益我国电力工业发展速度举世瞩目。2001年发电量14780亿kWh，总装机容量和发电量都居世界第二位。现在电力系统的发展问题已不是容量不足，而是调峰能力不足，对于一些火电比重很大或常规调峰水电比重很小的电网，如何缓解电网调峰问题，保证电网安全、经济、稳定运行，已是当前的突出问题。抽水蓄能电站有起停灵活、增减出力快的优点，从全停到满载发电约5min，从全停到满载抽水约1min。它的综合效率为75%左右，人们误解它是“不为电网增加发电量的电站”，殊不知峰谷电价相差较大，实际经济效益并不低。如天荒坪抽水蓄能电站向华东电网收购低谷电，每千瓦时为0.21元，全年耗电42.86亿kW·h,白天向华东供电，每千瓦时0.7元，年供电31.6万kW·h，一进一出，全年增值13.12亿元。这还仅是它的静态效益。动态效益更是惊人：1.抽水填谷 在电网用电低谷期，为使核电和电网大机组安全经济运行，消费电网低谷电量抽水蓄能，减少电网负荷峰谷差。2调频 抽水蓄能机组的出力能按负荷要求瞬时变化进行调整，迅速适应系统负荷需要，从而使电网频率保持在规定范围内。3调相 抽水蓄能机组在发电工况和抽水工况都可以作同步调相运行，为系统提供无功或吸收无功，从而提高电网功率因数。4负荷调整 抽水蓄能机组具有能随时将出力在50%105%的范围内进行调整，以适应电网需求的特点。而火电机组，则一般就难在1min内增加出力3%。抽水蓄能机组起停可以非常频繁，如1998年十三陵抽水蓄能电站4台机组全年共起停1580次，平均每台机组起停395次。5旋转备用 电网一般需准备20%以上的备用容量，为此系统往往需付出很大的代价。而用抽水蓄能机组作为备用容量，来应付不可预见的发电或负荷需要，可节省机组启动费用，替代备用热能机组低出力期间运行费用。例如2001年3月8日15时58分，天广交流天平两回线路同时跳闸，输送功率由1460MW减至0，广东电网频率由事故前的50Hz下降到49.44Hz，广东紧急抢开广州蓄能电站香港1台抽水蓄能机组，使系统在16时4分恢复50Hz。在这次事故中，充分反映了抽水蓄能电站在“西电东送”工程中化解远距离输电风险，提高系统运行安全性的作用。6.提高电网可靠性 由于抽水蓄能电站的高度灵活性和快速启动能力，可减少系统中强迫停运的次数和时间，从而提高电能质量，增加系统的可靠性。对于动态效益，实际上是社会效益和生态效益，国内尚无评价指标。根据美国盖霍普山抽水蓄能电站的年运行效益，其静态效益为385495美元/MW，而动态效益则高达6601700美元/MW，几乎为静态的2倍。随着我国核电机组及600MW以上火电机组比重逐渐增大，产业结构中第三产业比例的增高，城市住宅中空调的普及，各大电网峰谷差愈来愈大，特别是水电比重极小的华北、东北、华东及山东电网，以及远距离送电的受端电网对建设抽水蓄能电站的呼声愈来愈高。为了配合这种形势，电工行业尚需研究其运行特性，务求在技术、质量、供货上符合其需要，逐步做到国产化，降低造价，使我国蓄能电站建设进展加快，以扭转国内电网峰谷差过于悬殊的严峻局面。七、结束语天津作为老字号的工业基地和21世纪中国北方一个最具发展潜力的特大城市之一，电力的稳定将是一个基础性的保障，而天津能够在目前以至未来有更大的跨越式发展，大力开发和建设抽水蓄能电站终将是一条必由之路。主要参考资料目录农村电气化周刊.2001年11月1日陈宗器.我国亟待兴建抽水蓄能电站王淑君. 抽水蓄能 削峰填谷 海河水利经济研究会.海河水利经济论文选编.1986 1010