探析抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营

秦 健

（国网新源辽宁清原抽水蓄能有限公司，辽宁省沈阳市 110000）

0 引言

我国幅员辽阔，大部分地区属于温带季风性气候，拥有相对丰富的太阳能和风力资源。现阶段，为积极响应“双碳”目标的落实，电力行业已经将此类资源与发电做出有效的结合应用，然而在大量新能源发电接入电网的同时也引发了一系列亟待解决的问题，例如如何维持新能源发电的稳定性。因此，下文就新能源发电与抽水蓄能电站的结合运营做出分析，以期为电力行业健康、稳定发展提供一定指导和支持。

1 抽水蓄能电站运行机制面临的主要问题

从实际情况来看，新能源发电与抽水蓄能电站的结合运营机制在我国仍处于建设阶段。部分结合运营电站在具体运行上存在亟待解决的问题，例如，结合运行质量评价不足、经济效益评估不全面、运营管理机制有待健全等[1]。导致上述问题出现的主要原因有如下几个方面：结合运营电站的开发、投资主体缺乏明确性、政府的支持和监管力度不足、技术应用存在提升空间等。

对于结合运营电站而言，需要对其实际运行过程中产生的经济消耗做出准确预算，同时，电站运行效率及运行质量也需要政策和机制方面的保护与支持。针对抽水蓄能电站结合运营电站效益指标的科学规划与合理评估，能够最大限度避免由于预算不足所引发的经济投资过大、收支失衡等严重问题。然而从实际情况不难看出，部分电站在短期、长期效益等方面并未做出充分考虑，导致后续建设发展和运行质量以及经济效益无法满足预期要求。由此可见，在研究抽水蓄能电站运行机制时需要对内外一系列因素做出综合考量，以此增强电站运行的风险管控能力，为抽水蓄能电站健康稳定运行提供坚实保障。

2 常规新能源发电——风/光互补发电

受到全球能源危机的影响，如何实现节能减排、充分开发新能源成为现阶段的重点话题，在能源可持续发展领域中风电、光伏发电有着重要的价值和功能，这种清洁能源在当前的技术应用水平上也较为成熟[2]。西方发达国家在风力发电、光伏发电等领域取得了重大突破，其技术应用愈发成熟。然而由于风能和太阳能具有间歇性特性，会受到风量、光照等自然因素的影响，如果单独运用风能或者光能进行发电，那么实际发电出力便会表现出随机性和波动性，电网运行的安全稳定也会因此受到不利影响。现阶段，我国电力行业已根据时间和空间上的差异性建立起风/光互补发电系统，并充分发挥抽水蓄能电站的出力调节作用。

对于风光互补发电站而言，在夜间或阳光照射不足的夜间及阴雨天时，由风能出力，阳光照射较足时则由太阳能出力，风光具备条件下则由两者共同出力发电，较单用风机或太阳能进行发电表现出更加理想的经济性与实效性。然而在部分特殊情况下这种互补发电也无法充分发挥自身功能，这便需要对蓄能做出进一步考虑。

3 抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营

3.1 新能源与抽水蓄能电站的结合运营概述

为对上述问题做出有效缓解，新能源与抽水蓄能电站结合运营应运而生，对于节能减排、维持发电稳定性以及提高效益有着重要意义[3]。现阶段，抽水蓄能电站结合运营在我国处于建设阶段，在规划运营和技术应用等方面仍有待提升，因此，要将协调区域电网内电网峰谷差、峰谷时间以及受电量差异化需求作为当前阶段研究工作中的重点。

以结合运营方式能够实现对发电负荷峰谷差的有效控制，很大程度上缓解电力系统运行过程中用电负荷不足的情况。这与现阶段电力行业发展的实际供电需求存在密切联系。由此可见，新能源发电与抽水蓄能电站的结合运营为电力系统安全稳定运行提供了坚实保障，在这种结合运营条件下发电成本也将得到更加有效的把控，电站运行所涉及的能源利用率和经济效益均能够得到有效发展。

对于抽水蓄能电站调峰填谷而言，开展此项工作的最优时机是当负荷达到最高或最低点时，基于能源的归一化处理方式实现对电站群短期调度的优化升级[4]。从电能来源上来看，新能源主网供电中剩余的能源是抽水蓄能电站的动力来源。就抽水蓄能电站来说，其出力实际运行情况与机组存在密切关联，为实现新能源与抽水蓄能电站的结合应用比重，需要对风蓄联合系统输出功率做出处理，可以通过对电网结构进行改善来实现此效果，进而对极限负荷条件下抽水蓄能电站的新能源入网规模做出优化，电站运行效率及质量也会因此得到大幅提升。

3.2 抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营应用分析

结合某地区风/光新能源发电场与抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营做出实践分析。本文中选取地区风电装机为100MW，光伏装机容量为50MW，现通过对抽蓄电站与新能源发电厂出力的分析，求解抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营的可行性。

抽水蓄能电站的应用能够实现对新能源风/光发电出力的有效优化。由于用电低谷时电价较低，选取此时抽水（此处不考虑抽水功率），第二天结合风/光发电系统出力变化对抽水蓄能机组发电功率做出调节，以此确保此结合运用系统发电出力的稳定性。

综上，结合所选地区风/光新能源发电厂装机容量，以运行过程保证效率最大化的输出出力，建立如下数学模型：

——光伏某一时段的输出功率；

——抽蓄机组发电输出功率；

——抽蓄机组抽水吸收功率；

C1、C2——抽蓄机组运行时的功率系数。由于抽蓄机组在发电工况时负荷随系统状态不断调整，而抽水工况下机组以额定功率运行。一般来讲，机组在一天内抽水工况的平均功率是发电工况平均功率的1.1 倍[5]。

结合抽蓄运行特点，假设某天抽蓄机组在1 ～8 时抽水运行，9 ～24 时发电运行，由式（1）得到：

式中：Psy——全天综合输出功率；

Pwind&pv——风光发电功率。

为了在全天范围内使得出力平稳，需要式（2）保持最小方差值。

因此设置如下三点约束条件[6]：

第一，受到抽水蓄能机组发电工况出力最大程度上不低于额定出力1/2：

第二，抽水蓄能机组发电总出力与抽水总入力：

第三，确保综合出力平稳的基础上，要对抽水蓄能电站最大容量做出控制，以此确保全天综合效率高于95%，得式（4）：

经计算后得式（5）：

结合上述内容，为充分满足抽水蓄能电站日负荷计划需求，将80MW 抽水蓄能机组与风光发电系统进行结合运营，从整体上来看，此条件下的发电系统得到最大程度上的优化，每日平均发电出力效率及质量得到良好保障。由此可见，抽水蓄能电站与在风/光发电系统新能源发电的结合运营，使得总出力的平稳性更加理想，发电系统所受到的冲击也得到更优控制。

4 关于新能源背景下抽水蓄能电站运行的几点建议

首先，为优化结合运营模式，要拓展多元化投资渠道。现阶段的结合运营过程中存在投资主体权责不明等问题，这便需要根据实际情况对投资主体全责展开细致分析，以此确保利益分配的清晰性[7]。在具体实践中可以借鉴国外先进经验对电站开发投资做出科学规划及合理管控，以此在确保投资开发主体权责清晰的基础上提升经济效益的合理化、公平化。

其次，上级监管部门要积极发挥自身职责，为电站运行管理提供科学指导，使得电站的规划管理能力得到进一步提升，从实际出发对电站布局等提供规划和设计支持，确保蓄能电站运行机制的有序性。现阶段我国对于抽水蓄能电站建设政策帮扶及监管力度相对不足，因此，要强化对电站运行机制深入研究，并施以更加强力的监管和开发投入，在做好统筹规划的基础上就资源做出细致调研规划，让抽水蓄能电站得到充足的资金支持，进而提升电站的社会效益。

再次，重视专业人才队伍对于抽水蓄能电站建设及优化的重要意义，为电站的开发和设计工作提供坚实的人才保障。针对工作人员展开严格考核，并开展科学的岗前培训活动，针对在职人员定期组织开展教育培训，以此让相关工作人员能够更加充分地了解和掌握电站运行机制原理，可以将先进科学理论知识与电站规划和运维实践相结合，以此为水电站安全、稳定运行提供坚实保障。

最后，现阶段抽水蓄能电站的管理工作表现出较强的独立性[8]。与电网统一管理方法进行比较而言，在确保电站实际运行效果上存在一定不足，因此要根据实际情况合理借鉴国内外先进经验对电站管理工作做出创新。此外，新能源背景下要建立健全投资回报机制，以此激发各方对于抽水蓄能电站的热情，使得社会效益、经济效益得到良好保障。当前阶段也需要进一步推进有关新能源与抽水蓄能电站结合运营方面的研究工作，以此解决运行管理等方面亟待解决的问题。

5 结束语

本文通过结合某地区风/光新能源发电场与抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营的分析，证明了抽水蓄能电厂是消纳新能源发电的关键一环，通过两者的联合运行，降低了新能源由于不稳定对电网造成的冲击，加之风电出力的随机性、波动性、不稳定性和光伏电站的昼发夜停，通过加入抽水蓄能电站能抑制电网的波动。

通过建立数学模型，进一步分析了新能源发电厂与抽蓄机组联合运行时较为合理的容量设定，为将来的实践提供一定的参考价值。

综上所述，抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营与我国现阶段的能源发展需求相符合，其发展前景十分广阔。目前针对抽水蓄能电站调峰需求开始朝着经济性方向进行转变，这种结合运营方式能够充分发挥天然能源的重要功能，对于造价及运行成本等方面有着良好效果，可以更好地满足现代化发展进程中对于节能减排的具体要求。因此，要进一步推进抽水蓄能电站与新能源发电的结合运营，以此确保电网安全稳定运行，为电力系统的改革提供源源不断动力，实现对资源配置的优化升级。