湖南省混合式抽水蓄能选点初步研究

陈小兰CHEN Xiao-lan

（中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，长沙410000）

（PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited，Changsha 410000，China）

0 引言

混合式抽水蓄能通常是在常规水电站上改扩建而成的，与纯抽水蓄能电站相比，最大的差别在于上水库有一定的天然入库径流。

1 混合式抽水蓄能电站资源点选择的原则

①利用常规水电站作为抽水蓄能上水库，主要利用电力系统负荷低谷时段的电力将下水库的水抽到上水库，由于上水库除需满足原水库发电、防洪等综合利用任务外，还必须要有相应的库容蓄存从下水库抽上去的水，因此，本次混合式抽水蓄能资源点选择时，上水库考虑为季调节及以上的水库；②考虑到季调节以上调节性能的大水库建设社会影响、环境影响较大，且剩余的未开发的大水库，基本均为影响大、投资高的水电资源，因此本次混合式抽水蓄能资源点普查，上水库考虑为已建、在建或确定开发的水库；③利用相邻的梯级常规水电站作为抽水蓄能的上、下水库，相对于纯抽水蓄能而言，通常发电水头较低，从经济性考虑，需控制引水距离不能过长，最好上、下水库尾水相互衔接且均只考虑坝后式开发或者引水距离较短的混合式开发的水电站；④考虑到混合式抽水蓄能与纯抽水蓄能运行方式上有区别，本次资源点的选择暂不考虑抽水最大扬程和发电最小水头比值约束，该比值约束可以通过调整混合式抽水蓄能的布置形式和运行方式来减小或者消除。

2 开发方式研究

利用常规梯级水电作为抽水蓄能上、下水库进行混合式开发的目的，主要是利用电力系统负荷低谷时的电力将下水库的水抽至上水库蓄存起来，待负荷高峰时将水发电至下水库，为使这种混合式抽水蓄能水能转换效率高于纯抽水蓄能机组，技术关键就是尽量在水库水头高时发电、扬程低时抽水，这样不仅能获得类似纯抽水蓄能的容量效益，同时能获得水头效益从而达到增发电量、提高抽水发电转换效率的目的。对于常规水电站作为上水库，天然来水很丰富的情况下，通过合适的布置形式或运行方式，可以达到提高抽水发电转换效率的目的。

开发方式主要有两种：

①增设抽水泵站：这种方式通常用在电站弃水较小且装机较小的情况，可以发挥抽水蓄能的填谷作用，提高风电、光伏等新能源的消纳，并且增加常规机组的尖峰电量；

②增设抽水蓄能机组（可逆式）机组：这种方式通常用在水头相对较高或装机容量较大的情况。

3 建设必要性分析

对于抽水蓄能电站建设必要性，通常从以下五方面进行描述：

3.1 有利于维护电网安全稳定运行，利于区外来电消纳

对于能源受端电网而言，大量接收区外来电，对电网安全稳定运行带来很大的挑战，抽水蓄能可调峰、调频、调相和黑启动，是维护电网安全稳定的首选电源，有利于受端电网区外来电的消纳。

3.2 有利于缓解电力系统的调峰矛盾

随着经济新常态，各地电网普遍出现负荷峰谷差逐渐变大，调峰矛盾日益突出的局面，抽水蓄能电站可双倍调峰，有效缓解电力系统的调峰矛盾。

3.3 有利于风电等新能源的消纳

抽水蓄能电站一方面可利用风电等新能源低谷期电量抽水，减少风电弃风，另一方面，可增强电网稳定性，有利于风电等新能源的消纳。

3.4 有利于发展低碳经济，促进节能减排

抽水蓄能电站为清洁可再生电源，其生产过程不会引起大气污染，增加的发电量每年可减少标煤的消耗，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等。

3.5 有利于促进地方经济发展

项目开工建设后所需的大量原材料、生活物资和劳动力将带动当地建材、农贸产品、交通运输和第三产业等行业的发展，可解决大量农村劳动力的就业。

表1 湖南省梯级常规水电站作抽水蓄能上、下水库资源点

除以上五点，混合式抽水蓄能电站还可以补充下面两点必要性论证：①有利于提高水资源利用效率，合理利用水资源；②工程建设征地移民影响、环境影响相对较小。

与纯抽水蓄能相比，混合式抽水蓄能可减少一至两个库，可减少甚至不新增水库淹没，影响更小。

4 湖南省混合式抽水蓄能选点

根据初步拟定资源点筛选原则，对湖南省常规水电站进行筛选，湖南省可作为抽水蓄能上、下水库的梯级常规水电资源见表1。

本次筛选出的湖南省利用常规梯级水电站作为抽水蓄能上、下水库的资源点共有8 对，分别为太洲-潇湘、涔天河-沱江、东江-小东江、柘溪-东坪、三板溪-挂治（三板溪、挂治水电站位于贵州，但送电湖南）、白云-渔渡江、凤滩-高滩、江垭-关门岩。

混合式开发方式采用前述的两种开发方式，即要么增设抽水泵站、要么增设抽水蓄能（可逆式）机组。

5 开发中存在的困难分析

利用已建水库作为上或下水库，首先需研究已建水库的综合利用功能和运行特性是否能适应抽水蓄能电站的运行特性，还必须研究抽水蓄能电站对已建水库原有功能的影响。此外，在市场经济条件下，还存在利用已建水库的产权问题及蓄能电站运行效益分配的问题。

天堂抽水蓄能电站利用天堂梯级一、二级水库作为上、下库，组合原有常规电站成为混合式抽水蓄能电站，增加了已建水库的功能，虽然电站只有7 万kW，但由于蓄能公司协调好了利益各方的关系，电站投产至今已取得较好的经济效益。白莲河抽水蓄能电站下水库是利用白莲河水库作为下库，虽然额定水头只有197m，但由于上水库库盆地形地质条件好，下水库不需投入资金，因此电站建设投资是目前我国已建、在建抽水蓄能投资较省的大型蓄能电站之一。在电站进行前期工作时，项目业主与有关部门对利用水库进行了长期的协商。河南的五岳抽水蓄能站点，利用已建水库作为下库，由于该水库承担（发电、防洪、灌溉）等综合利用任务，工程的建设及今后运行均需与已建水库进行协调，且协调的范围广、因素多。利用已建水库的协调工作可能成为工程建设成败的关键因素。

抽水蓄能电站具有运行灵活、启停快速的优点，可为电网提供调频、调相和紧急事故备用容量，也是电网出色的频率调节和电压稳定电源，在提高电网供电质量的同时，有利于电力系统的安全稳定运行。这些动态效益的发挥，要求抽水蓄能位置离负荷中心较近，例如，湖南省黑麋峰抽水蓄能电站，离湖南省负荷中心长沙市仅25km。而已建常规水电站尤其是库容较大的水电站，通常位于偏远的山区，离负荷中心较远，因此，利用此类已建水电站建设抽水蓄能时，抽水蓄能的动态效益的发挥受到一定的限制。另外，利用常规水电站建设抽水蓄能，其低谷抽水电量的来源必须有一个保证，而且抽水蓄能发电送出通道若能利用原电站通道，则能减小相应的投资，对抽水蓄能的开发也是一个有利条件，若不能利用原有电站的送出通道，则需另建送出通道，因此，需在建设规模和经济性之间进行综合分析选定抽水蓄能装机规模。

6 结语

各省抽水蓄能选点规划，通常不会将混合式抽水蓄能纳入其中，主要是由于混合式抽水蓄能电站的装机规模较小，且较负荷中心较远，但混合式抽水蓄能相对于纯抽水蓄能电站而言，通常投资较省，且其可配合水电站周边风电和光伏资源的开发，尤其对于类似湖南省这种水电资源开发程度高的地区，可作为水电站深度开发的一种好选择，有必要对其进行研究。