基于抽水蓄能电站经济效益与原理特点简介

卢涛 彭子康

摘 要：抽水蓄能电站就是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而产生的，是间接储存电能的一种方式。而风电作为清洁的可再生能源，具有较高的开发和利用价值，是解决目前能源危机的有效途径，与火电、水电等常规电源不同，风电出力具有随机性和波动性的特点，自然环境对风力发电的影响较大。为了减少自然环境对风电的影响，提高风力发电的可靠性和稳定性，现在一般采用风电场和抽水蓄能电站联合发电的方法。风电场与抽水蓄能电站联合运营不仅可以改善风电场的发电可靠性还可以增强风电场的收益，本文即对其相关问题进行概述。

关键词：抽水蓄能电站；调峰填谷；经济效益

抽水蓄能电站迅速发展的一个主要原因是电力系统中火电和核电的容量较大，急需调峰电源。由于不同地区能源分布上的差别，电力系统的构成有所不同，据有关分析表明，在以火电为主的电网中建设7%～12%的抽水蓄能电站用来调频的，当主电网的发电机组出现了负荷低下，供电能力不足的情况，抽水蓄能电站即可开始满负荷运行，以达到调峰调频率的作用。

1 新能源风电的特点

随着能源危机意识的不断深入，世界各国越来越重视风电事业的发展，风力发电的机组研究也被投入了更多地关注，风电技术的相关研究也得到了更多地关注，风电已经逐渐成为新能源发电站的重要部分。

风力发电的小干扰稳定性问题一直是学者的研究前言，一般先从单机无穷大系统来研究其小干扰稳定机理，为其之后的稳定性研究奠定基础。均需要建立了风电单机无穷大系统的数学模型（其中包括风轮机模型、发电机模型、变换器模型和联网模型），接着，通过给定运行工况，得到运行初值，建立系统的小信号模型；研究该系统的小干扰稳定性。通过特征值分析系统的稳定性和振荡模态，接下来再通过分析参与因子把系统中状态变量与控制器的参数联系起来，揭示系统小干扰稳定的机理。调整控制器参数由特征值轨迹找到系统最佳系统控制参数。

在实践运行过程中，单一形式的风力发电往往难以提供可靠的大规模电力。为了能够改善风力发电的不足，通常采用多种发电形式联合发电的模式，其中风电场与抽水蓄能电联合发电使用范围较广。

2 抽水蓄能电站的特点

抽水蓄能电站是一种具有特殊功能的电站，抽水蓄能电站的基本设备主要是一个上水库，下水库和一个或者多个抽水蓄能机组。抽水蓄能电站的工作原理，一般是电能富裕时期，通过富裕电力从下水库抽水到上水库，当电能紧缺时，通过从上水库放水到下水库发电，其又称蓄能式水电站。

抽水蓄能电站在电网中与其他电站相比，最突出的特点是它是电能生产者与电能消耗者的综合体，既能生产又能消耗使其具有很强的削峰填谷的作用。另外，抽水蓄能电站具有较快的启动速度，运行方式方便灵活，发电可靠性相当高，能够快速响应突发的负荷变化。此外，它还能够承担调频、调相、事故备用和黑启动等任务。

3 调相效益

抽水蓄能电站调节系统电压及由此带来的效益称为调频效益。对于日调节的纯抽水蓄能电站而言，每天从上库发电至下库所消耗的用水量和从下库抽水到上库的水量是基本持平的。我们把在供给上库和从上库取出的水量相等的条件下，水轮机工况时所生产的电能与水泵工况所消耗的电能之比，即蓄能发电量与抽水用电量之比定义为抽水蓄能电站的综合效率。

抽水蓄能电站的综合效率受变压器、水力机械、电气设备、引水道和机组的运行效率等因素影响，一般维持在0.70～0.75之间，最高可达到0.80左右，如天荒坪电站的最高效率约为0.80，换句话说，对相同水量而言，用5度电抽水只能发出4度电，如果抽水电价和发电电价相同的话，是不存在效益可言的。在抽水蓄能电站的实际运营过程中，往往将发电电价定得高于抽水电价，甚至高出几倍，以弥补抽水和发电之间的电量亏空，并从中获取经济效益。

4 常规抽水蓄能的作用

抽水蓄能电站要比火电机组有优越得多，比较于其它的常规水电站，他的作用非常重要，通过实践总结，在电力系统中的主要作用可归结为以下几点：

（1）调峰：抽水蓄能机组不仅可以顶峰发电，当系统出现频率降低，大负荷的低下时，抽水蓄能电站开始启动所有的机组，有效的可以阻止频率的降低。

（2）填谷：在其它电站白天运行时，抽水蓄能电站可以进行收购电量，进行抽水，这样降低火电机组的运行费用和煤耗，优化购电结构，减少购电成本。

（3）调频：抽水蓄能机组可通过调速器系统，自动跟踪系统频率变化，调节活动导水叶的开度来增减出力，以保持周波和电网运行稳定。这一功能作用称为调频。

（4）调相：抽水蓄能机组具有抽水调相和发电调相工况，并通过上述工况增减励磁，吸收或发出无功，降低或抬高机端电压，以起到调节系统电压的目的。这一功能作用称为调相。

（5）事故备用：目前新建电站的机组趋向于大容量，其起停对系统周波的影響也较大，事故跳机往往造成负荷瞬间减少，短时间内很难弥补。抽水蓄能机组恰恰具有开机时间短、响应速度快的特点，可在系统事故情况下迅速开机，以顶替发生事故的发电机组，使系统迅速脱离事故状态，避免大面积停电甚至系统瓦解的危险。

（6）与核电站、大型水、火电站配合运行，可使其机组在最佳状态下运行，以减少能源损耗。

5 结论

由于电力系统的变化多样性，电网缺乏有效的经济运行机制和调节能力偏低，出现非常多的情况是峰值期间，负荷紧张而造成电网的频率下降，而丰水期、负荷低谷时超发电量上网。如何进行优化运行策略，使能量得到充分的利用，是目前大力发展抽水蓄能电站一重要原因，随着能源的兴起，相信以后的抽水蓄能电站会更多得到发展。

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