碳达峰下的可再次生产的能源利用——三种抽水蓄能电站模式介绍

  结合目前国国家号召的碳达峰和碳中和概念，针对新能源调峰消纳理念，对应目前在储能市场最有效的调峰及新能源消纳问题解决办法，本文主要介绍了不同抽水蓄能电站电价定价机制，所以在这里简要介绍三种不同定价模式的抽水蓄能电站，其中有两部制定价模式的浙江天荒坪抽水蓄能电站，租赁式的广州抽水蓄能电站，以及单一价格制的北京十三陵抽水蓄能电站。

  天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内，于1994年3月1日正式动工，到1998年1月第一台机组开始投产，总工期为八年，于2000年12月底整个电站竣工投产。电站装机容量180万KW，上水库蓄能能力1046万KW·h，其中日循环蓄能量866万KW·h，年发电量31．6亿KW·h，年抽水用电量（填谷电量）42．86亿KW·h，承担系统峰谷差360万KW任务。天荒坪二期在建中，规划装机容量为210万KW。

  天荒坪电站运行方式：天荒坪抽水蓄能电站有华东电网调度中心负责调度，运行方式是“一抽二发”，早晚两次发电满足电网高峰负荷，夜间抽水蓄能消耗电网负荷。在夏季会采用“二抽三发”方式运行，即在下午安排机组发电一次，傍晚增加抽水蓄能一次。具体负荷曲线如下图所示

  广州抽水蓄能电站位于广州市从化区吕田镇，电站坐落于南昆山脉北侧，距离广州一百多公里。广州抽水蓄能电站总占地面积约为27平方公里，其中上下水库水域面积约为740万平方米，积雨库面积约为1940万平方米。上水库海拔900米，下库海拔270米，落差为630米，电站枢纽由上、下水水库的拦河坝、引水系统和地下厂房等组成。电站总装机容量为240万千瓦，共有八台30万千瓦能满足抽水和发电双向自调节调节能力的机组，在同类型电站中为世界上顶级规模机组。电站分两期建设，各装机120万千瓦，其中一期工程4台30万千瓦机组于1994年3月全部建成发电；二期工程1998年12月第一台机组并网运行，在2000年已全部投产。除机电设施进口外，电站的设计、施工都是我国自行完成的，它标志着我国大型抽水蓄能电站的设计施工水平已跨入国际先进行列。

  广州抽水蓄能电站由广州省电力集团公司和香港中华电力有限公司共同调度，满足广东电网及香港电网的负荷调配。

  在相关合同中规定，中电公司利用广蓄发出的全年70%的电量,其利用的电量比例根据不同季节有所变化。夏季时段，中电公司采购电量比例达到了92.5%，根据中电夏季及冬季不同的电网负荷曲线，可见中电夏季的负荷谷峰值差相比于冬季高出了20%。虽然大部分火力机组也能够使用两班制的方式运行(早上负荷高峰之前开机.晚上负荷低谷时停机)，但从整体中电公司电网的可靠性方面来考虑，负荷较低的时段必须有一部分保障性机组运行，并能 提供足够的应急的电力供应，以应付中广核的核电机组的突发事故或其他电网发生事故时，供电有足够能力迅速恢复稳定，所以下半夜低谷时段一般都需利用抽水蓄能机组来抽水调峰，这样的解决方法可以维持核电的吸收比例，并且能保留一定的并网机组数目。

  中电电网内的机组全部是热力发电机组，由于自身机组特性启停时间比较久，但是中电公司装拥有的有装机容量大802MW的燃气轮机，也可以在紧急状况提供快速备用。虽然燃气轮机机组启动比燃煤机组快的多，但是其送起动到并网，仍然需时八分钟左右。在同样情况下，抽水蓄能电站从静止到并网只需要2~3min，而且抽水蓄能机组升降负荷的速度也是相当快，从并网到满发状态只需要1min，所以广州抽水蓄能机组可为中电电网提供比燃气轮机机组更加经济和快速的备用容量。在以往多次事故中，广州抽水蓄能电站机组都实现了协助中网火电厂迅速补充发电缺额, 对电网的稳定发挥巨大的作用。

  无特殊要求，抽水蓄能机组在以下的情况时会调度抽水蓄能机组发电：（1）替代成本比较高的发电机组，电网以此来提升整体经济效益。中电电网内以煤电的成本最较低，如果是采用煤电抽水后再用抽水蓄能机组发电则会产生循环耗损，所以用其发电替代煤电厂发电并不经济，但相对于成本高昂的燃油机组或燃气轮机，不仅能节省能源，还能有更好的经济价值；（2）当水库里的容量超出下半夜调峰抽水容量时，需要强迫发电以储存下半夜时的抽水量。

  广州抽水蓄能电站正常运行时抽水要求:（1）合理地利用当地的负荷较低时的剩余发电量来抽水，以便增加上库的备用储水量，作为应急事故时发电的储备；（2）当广东核电对中电电网输出的份额加上中电本身机组的最低电量超过电网所需时，就需要广东抽蓄电站通过抽水来消耗过量输出的电能。

  十三陵位于北京市昌平区，电站的建设系利用已建十三陵水库为下库，十三陵水库流域面积为223平方千米，年平均径流量3100万立方米，经多年运行证明，丰、平水年可保持高水位运行。上水库修建在莽山后上寺沟头，上下库落差达430m。电站装机容量为80万 KW，四台200MW机组，规划年发电量 12 亿 KW·h。其主要任务是：担负首都地区调峰和紧急事故备用机组，改善北京市区供电质量；接入华北电网，与京津唐工业区电网运行；减少火电机组频繁调变负荷和启停，降低煤耗，同时具有调峰、调频和调相等功能。建设时规划电站投入运行后，每年可节省燃煤22.5万吨。

  十三陵抽水蓄能电站是一种日调节型水电站，一般的情况下，电站机组在电网负荷过载时段放水发电运行，起削峰填谷的作用，在电网负荷较低时段抽水增加发电备用，同时吸收负荷超出的多余电量。机组在发电工况下能够直接进行调相运行，单机负荷通常在12万 kw上下，负荷发生明显的变化时，机组需要随电网调度启停发电。蓄能机组调峰时，电网负荷变动情况由其反馈调节，蓄能机组在抽水工况下完成调相、黑启动等辅助服务，能吸收电网无功保障电网平衡。十三陵抽水蓄能电站投入商业运行后 ，在1998、1999、2000三年中年发电量均超过7亿KW·h。并于2000年初实现了机组的远程遥调。1999年3月份，由于十余天的大雾恶劣天气导致供电线路不断出现电网污闪、线路闪络掉闸等事故，对于这次突发情况十三陵蓄能电厂迅速做出了反应，共开机四十余次，紧急启动成功率100%，避免了事故造成的损失。

  在2000年以前，蓄能机组参与调相运行的时间很少，从2000年10月到2001年5月，蓄能机组抽水工况参与调相运行的时间有明显的增长。2001年5月份起，华北电力集团公司调度局对十三陵蓄能电站的运行方式来进行了根本上的调整，将其任务明确为：作为电网中发挥紧急事故备用的机组，当电网发生突发事故或其他紧急状况下，根据去求对其抽水蓄能机组进行调度，而电网正常时段机组处于备用状态。从此十三陵抽水蓄能电站的机组投入运行的时间显而易见地下降，发电量也大幅度下降，2001年6月至2002年6月，电站累计发电量仅为2693万KW·h，最低的一个月仅为10万KW·h。

  十三陵抽水蓄能电站投产以来，从主要负责调峰，变为紧急事故备用机组，发挥了其应有的作用，对京津唐电网的安全、稳定运行起到了关键作用，虽然现在只是参与应急事故，但是也仍是华北电网的重要组成部分。作为我国最早的一批抽水蓄能电站，十三陵抽水蓄能电站是我国抽水蓄能电站发展的一个重要环节，虽然其现在发挥的作用和不适合时代发展的电价制定方式逐步退出我们的视野，但是十三陵抽水蓄能电站的建设和运行都给之后的抽水蓄能电站提供了丰富的经验。

  满足新能源消纳最好方式是增加储能双向电力节点，储能的方式在市场上也较为丰富，但是目前既能满足快速响应，又能大规模储存能源，而且效率较高的只有抽水蓄能电站这种方式。

  当然，抽水蓄能作为双向电力节点只能在有足够水资源，有落差的自然条件下建立，对应风电发达的部分西北省份应用较差，但是对云贵川以及部分海上风电的利用有极大应用价值。

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