（技术经济及管理专业论文）抽水蓄能电站经济性评价及产业政策研究.pdf

华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 摘要 本文针对抽水蓄能电站的经济效益评价问题，结合我国电力市场改革的 实际，在以往抽水蓄能电站经济效益评价的基础上，对其静态效益和动态效 益进行了全面的分析，并考虑在厂网分开条件下，针对不同利益主体对抽水 蓄能电站的综合经济效益进行界定，同时结合现实以及可能的投资运营管理 模式和价格机制，探讨了的相应的配套产业政策，并提出政策建议。 关键词:抽水蓄能电站;经济评价:产业政策 abs t ract t a r g e t i n g a t t h e a p p r a i s a l f o r e c o n o m i c a l b e n e fi t a n d p e r f o r m a n c e o f p u m p e d s t o r a g e s t a t i o n ( s o c a l l e d p s s ) , t h e w r i t e r c a r r i e d o u t a c o m p r e h e n s i v e a n a l y s i s o f s t a t i c a n d d y n a m i c b e n e fi t a n d p e r f o r m a n c e o n t h e b a s i s o f t h e p r a c t i c e s o f r e f o r m i n c h i n a s e l e c t r i c p o w e r m a r k e t a n d s p e c ifi c a p p r a i s a l c a s e s f o r p s s i n t h e p a s t . t h e n u n d e r t h e c o n d i t i o n o f s e p a r a t i o n o f g e n e r a t i o n a n d g r i d , t h e w r i t e r d e f i n e d t h e in t e g r a t e e c o n o m i c a l b e n e fi t a n d p e r f o r m a n c e o f p s s f o r t h e p o s s i b l e p a r t s c o n c e rn e d , a s w h i l e , t a k i n g b o t h th e c u r r e n t p r a c t i c e a n d t h e p o s s i b l e m e c h a n i s m f o r i n v e s t m e n t , o p e r a t i o n a n d p r i c e - d e t e r m i n a t i o n , t h e w r i t e r d e s c r i b e d r e l e v a n t i n d u s t r i a l p o l i c i e s a n d g a v e a p o l i c y s u g g e s t i o n w e i z h a o f e n g ( t e c h n o l o g i c a l e c o n o m y a n d m a n a g e m e n t ) d i r e c t e d b y p r o f . l i c h u n j i e k e y wo r d s : p u m p e d s t o r a g e s t a t i o n ( p s s ) , e c o n o m i c a l a p p r a i s a l , i n d u s t r i a l p o l i c y 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 . jj . . . p l1 吕 0 . 1 厂网分开后抽水蓄能电站经济评价的重要意义 抽水蓄能电站是一种具有特殊功能的电站， 对电力系统的安全、 稳定及 经济运行具有特殊的作用。 在电网调峰越来越困难以及安全稳定运行和可靠 供电面临更为严峻形势的情况下， 充分认识抽水蓄能电站在电力系统安全稳 定运行中的地位和作用， 研究抽水蓄能电站建设和发展的有关政策问题， 对 于促进抽水蓄能电站的发展， 维护电网安全稳定运行， 具有重要的现实意义。 抽水蓄能电站在电网中与其他电站相比， 具有两大特性: 一是它既是发 电厂， 又是用户。 它在发电运行时是发电厂， 抽水运行时是用户， 因此它具 有调峰填谷的作用， 其填谷作用是其它任何发电厂都不具有的; 二是其启动 迅速， 运行灵活， 可靠性高， 对负荷的急剧变化能够做出快速反应， 并具有 自 启动能力， 能够承担调频、 调相、 事故备用和黑启动等任务， 其它任何电 站都不可能同时具有这么多功能。 抽水蓄能电站特有的性能以及相应的静态效益和动态效益己 被广大同 行、专家、学者所确认，不再被视作一种抽象的、理所当然的效益。但是， 以往对抽水蓄能经济效益的认可和评价是建立在厂网合一、 垂直一体化经营 的基础上， 因此， 无论是国民经济评价还是财务评价， 其边界或范围都是针 对整个电力系统而言， 不存在或没有必要进行效益分摊和补偿。 随着电力体 制改革的不断深化和电力市场的逐步建立， 特别是实施厂网分开之后， 原来 相对单一的利益主体转化为多个主体， 那么在这种条件下， 针对抽水蓄能电 站的经济效益评价不仅要对“ 总量” 进行科学、 准确地界定和量化， 更为重 要的是要针对不同的利益主体对 “ 总量” 进行客观、 合理地分摊， 进而在此 基础上实现不同利益主体之间的合理补偿和良性发展。 而这部分内容恰恰是 我们所欠缺的。 本文选题的目的也正是希望能够在这方面做一些力所能及的工作， 并对 抽水蓄能电站运营模式的选择以及相关的产业政策提出自己的一些意见和 建议， 以期能够在一定程度上为促进我国抽水蓄能电站的建设和发展发挥应 有的作用。 0 . 2目前国内外关于本课题的研究现状及发展动态 从抽水蓄能电站诞生至今的1 0 0 多年发展过程中， 人们对其经济效益的 认识也经历了由浅入深的发展过程。早期的抽水蓄能电站大多在汛期抽水， 供枯水期发电，只起到补充枯水期电量不足的作用。进入2 0 世纪5 0 年代， 抽水蓄能电站开始承担调峰、 调频等动态任务， 逐渐显示出其动态效益并在 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 电力系统中发挥着不可替代的重要作用。 这种在以往被视为抽象的、 理所当 然的效益引起了国内外有关学者的普遍关注和重视， 对动态效益的研究也提 上了议事日程。 7 0年代以前，人们对抽水蓄能电站的静态效益一般可以具体计算，但 对动态效益量化评价的方法， 只是粗略地估算， 把静态效益乘以一个大于 i 的增益系数作为动态效益值。一般抽水蓄能电站的效益系数介于 1 . 0 5 - 1 . 2 0 之间， 其取值依据替代方案火电机组类型、 蓄能电站本身特性、电源距负荷 中心距离而定，我国过去增益系数一般取 1 . 1 0 。限于当时对动态效益的认 识水平，此方法只能用来粗略估算抽水蓄能电站的动态效益值。 进入8 0 年代，各国对动态效益的研究有了新的突破，从过去的定性分 析发展到定量评价， 实现了质的飞跃。1 9 8 4 年5 月7日 至 1 1 日在美国波士 顿召开的“ 蓄能电站运行动态效益”国际研讨会， 迈出了抽水蓄能动态效益 由 定性分析到 定量评价的 关键一 步。 美国电 力 研究院 ( e p r i ) 的a .f e r r e i r o 和麻省理工学院( m i t ) 的c . e . c a r v e r j r . 首次将动态效益划分为6 个方面， 即旋转备用、 调频、 负荷跟踪、 同步调相、 增加系统可靠性和满足爬坡效益。 正是在此基础上， 人们提出了抽水蓄能动态效益定量评价的分项要求和 模型， 即先分项解析求出上述6 种动态效益功能所取得的效益， 然后， 将各 单项动态效益算术相加得到总的动态效益。 北京勘测设计院、 合肥工业大学 和华东勘测设计院、 中南勘测设计院、 美国电力研究院和麻省理工学院等单 位， 在评价抽水蓄能电 站的 动态效益时均采用了 分项求和模型 5 。 此方法之 所以被广泛采用，是因为其原理简明，概念清楚，而且化整为零( 将总动态 效益分解为各单项动态效益的计 算) 。使计算简便易行， 且便于电 算程序的 编制。此类模型的不足之处在于: ( 1 ) 各项动态功能所分摊的容量难以 划分， 简单的叠加可能引起重复， 从而影响动态效益的准确性; ( 2 ) 备用和调峰是一对矛盾，同一时刻，增加调峰容量势必减少备用容 量， 这样一来相应的动态效益也会发生变化， 这是由于单位备用容量和单位 调峰容量所产生的效益不同; ( 3 ) 没有考虑系统的需求，只考虑了抽水蓄能电站向系统提供动态功能 的可能性。 后来提出 的 整体分析模型 13 1避免了 上述 模型的 诸多 缺点。 该 模型依据 电力价值表现为容量价值和电量价值， 通过系统调整和调查分析得出抽水蓄 能电站在满足系统事故备用、 运行灵活性、 可靠性等动态功能方面优于火电 或其他替代电源的价值，以 此作为其动态效益。 此方法从系统整体出发， 进 行统一计算，不足之处在于仅凭抽样调查资料( 机组利用率、维修费用、机 组使用周期等) 和简单的经验数据进行计算，缺乏说服力;而且对动态作用 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 的考虑往往不全面， 并不能包容抽水蓄能电站所能实现的全部动态作用而使 整体模型井不 “ 整体”，因而此类模型应用很少。 1 9 9 3 年3 月， 原电力工业部颁布了 抽水蓄能电站经济评价暂行办法 。 1 9 9 4 年4月又颁布了配套的 抽水蓄能电站经济评价暂行办法实施细则。 是针对当前抽水蓄能电站快速发展的实际和经济评价中无章可循， 组织有关 专家制订的暂行办法， 它的积极意义在于系统地对抽水蓄能电站规划中国民 经济评价和财务评价的具体办法做了规范。 近几年来， 尽管动态效益的定量评价已有可喜的进展， 但却没有可操作 性， 抽水蓄能电站仍不能依据任何条款或标准获得动态效益。 不过， 随着电 力市场的发展， 势必要对抽水蓄能电站的总体经济效益重新进行客观、 合理 地评价， 特别是对各项辅助服务功能依据其市场价值进行科学评估， 并在此 基础上出台有效的配套产业政策， 从而为我国抽水蓄能电站项目的建设和发 展提供科学的理论指导和强有力的政策保证。 0 .3 本论文的主要工作内容及成果 本文针对抽水蓄能电站的上述问题， 结合我国电力市场改革的实际， 在 以往抽水蓄能电站经济效益评价的基础上， 考虑厂网分开条件下针对不同利 益主体对抽水蓄能电站的综合经济效益进行界定和量化， 并按“ 谁受益、 谁 补偿” 的市场经济原则对其进行分摊; 分析每项动态效益的利益主体， 并提 出合理补偿的思路和意见供实践参考; 同时考虑相应的配套产业政策， 并提 出政策建议。 具体内容包括三个部分: ( 1 ) 借鉴国 外经验，结合我国电力市场和经济环境的 发展状况，指出制 约我国抽水蓄能电站发展的主要问题。 ( 2 ) 在以 往经济效益评价方法的基础上，结合我国当 前电力市场改革一的 具体要求和条件变化， 对抽水蓄能电站的综合经济效益评价方法进行适当地 调整和完善，以实现针对不同利益主体的效益界定和分摊。 ( 3 ) 根据效益分摊的结果，结合我国当前以及将来抽水蓄能电站项目 运 营的实际分析对应的运营模式，并对相应的配套产业政策进行研究。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 第一章 抽水蓄能电站的作用及其发展概述 1 . 1 抽水蓄能电站的运行机理简介 抽水蓄能电站在电网中具有用户和电源的双重特性。 一般电网的典型日 负荷曲线如图 1 . 1 ，午夜有一个低谷，从上午 8点到晚上 1 1 点之间一般有 两个高峰。 - ai 喇 -i件) r t 8 ) a x 娜va 战钻 落t 5 自 ”，卜比1 司1 内 度 团 沁 心 一 陌7 3 8 毅 w, ( 拟 二丁灭 下 溺 一 -气 a i s s i 耀琢匾 燕5 j u 脚晒 勇 未 闷而压1 16 阵e m7 2 9 $ 1 3 f i 口甲1 份护 碑 户 毅.祠丫 币3 下 币燕i s 巨 正 j , 7 .生 稗1 s - .日 j 二2 1户 2 2 育 f 2 3 不一 1 种1 _ . ， ，欣叹七 ，兀 互 工三 1尸 吟界甲贾卜， ，甲. 一花 可 丁氏 匕三工厄 里 了络奋二 王【 了之 ，二 甲j 奋 f1 5 9 7 j 9 3 t 2 1 0 0 7 降 再翅娜 犷 绮声 z a钾i ; 2 5 6刃 【 裂甲脚1 宇星 夕 囚( s 喇1 刀姆叩1 1 1 曰刁一i 分 .+ 艾 1 一 1 了 .吐 一 l 舀石 舀石 压 药 m 颐而 奚 国1劝 2 8 触j 画 3 7 圃不2 9 8 5 0 , i 9 o 7 陌- l压 7 3 限 再弥网 、 妈引 i 够1 柳， 共 之 衬 t2 3 4 5 6 7 1 沛 7 i i- l- : i 祠 i i9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 2 1 22 2 3一24小 时 ， 31006妙、妙妙卿2100019000卿13ax 图1 . 1某电网典型日负荷曲线图 抽水蓄能电站可以利用夜间低谷负荷时的电能， 从高程低的下水库抽水 到高程高的上水库，通过水体这一能量载体将电能转换为水的位能，此时， 电站作为电网中的用户或称负荷; 在日间出现负荷高峰时， 再从上水库放水 发电， 弥补高峰时段的电力不足， 此时，电站作为电网中的电源。 鉴于抽水 蓄能电站这样的双重特性， 所以起到调峰填谷作用。图1 .2 为抽水蓄能电站 在电网运行过程中调峰填谷作用示意图; 图1 . 3 显示了抽水蓄能电站在日运 行过程和周运行的示意图。另外， 根据具体的地理环境条件， 抽水蓄能电站 又分为纯抽水蓄能式、混合式和调水式三种类型，如图 1 .4中( a ) , ( b ) , ( c ) 三种形式。抽水蓄能机组的具体运行工况及其转换流程如图1 . 5 所示。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 抽永趁能扭粗所发电力 婆 终 绷椒誉 矍 秘 汾 好了 1 姑 二 溉 氮 绮 。拍r甲 实 有o 书 旗 眨 5 口哭 鱼 肠 04肠提拐厂2 i 2 4 时序， 时 图1 且 _ 抽太蓄能电站调峰示意图 小时， h ( 日) 周 月周一 周二 周兰 周四 周五 周六 ( b) 图 1 . 3抽水蓄能电站运行过程图 ( a ) 日 运行过程 ( b ) 周运行过程 5 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 图1 . 4抽水蓄能电站类型图 ( a ) 纯抽水蓄能式 ( b ) 混合式 ( c ) 调水式 6 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 图1 . 5抽水蓄能机组的运行工况及其转换流程图 1 . 2 抽水蓄能电站在电网中的作用 在讨论抽水蓄能电站在电网中的作用之前， 首先要认识电网的负荷特性 和电网峰谷差问题。 1 .2 . 1 电网负荷特性 电网负荷特性指标有:日负荷率、 月负荷率、 季负荷率、 年负荷率. 年 最大负荷利用小时、 负荷同时率等。 描述典型日负荷曲线特性参数有:日 平 均负荷p a 、日最小负荷p m in 、日最大负荷p - _ 。 、一 _只 日半均贝何半: y=不七 几公 ， 。 ，、 一_p _ _ 日最小贝何 半; 万=下 岁 气 . 系统调峰需求量是按日 峰谷差率( 1 - q ) / p 。 计算。 表1 . 1 列出了国家电网公司各区域网2 0 0 1 年的典型日 负荷曲线特性参数。 据资 料 统计， 对不同电 源结 构的电 网， 夏季 7 值在 0 .8 40 .9 0之间， p值 在 0 . 7 00 .7 7 之间:冬季7 值在0 . 7 9 - 0 .8 7 之间， p 值在0 . 60 . 7 2 之间。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 1 甲00 1 励青 辫 e-c 一 电网东北华北华东 华中西北 夏季 y 0 . 8 9 80 . 8 8 70 . 8 8 90 . 8 4 3 0 . 8 7 9 0 0 . 7 20. 7 3 40 . 7 7 10 . 71 7 0 . 7 0 2 冬季 y 0 . 8 2 20 . 8 3 20 . 8 2 70 . 7 9 30 . 8 6 3 00 . 6 5 0.6 8 40 . 6 6 50 . 61 6 0 . 71 3 表1 .2 是华北电网2 0 0 1 年典型日 负荷曲 线: -m _2 : 幸 u g v 本0 0 7 -4 5- 而动态功能则是指抽水蓄能电站利用其运行灵活、易调节、 易转换的 特点，在电网运行中能够承担旋转备用、调频、同步调相、负荷跟 踪、增加系统可靠性和满足爬坡要求等功能。 抽水蓄能电站上述功能的发挥， 既对电网的安全、 稳定运行发挥了重要 的作用，同时还为电力系统的各相关利益主体产生了非常可观的经济效益。 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 而所产生的经济效益的多少又与其静态功能和动态功能发挥的具体情况有 着密切的关系。因此， 对抽水蓄能电站进行经济性评价， 首先需要明确其在 电网中的功能和作用。 根据抽水蓄能电站静态功能和动态功能发挥的具体特 性， 可将抽水蓄能电站在电网中的作用归纳为两个部分: 第一部分是调峰填 谷作用;第二部分是快速跟踪负荷和事故备用作用。 ( 1 ) 调峰填谷作用。 抽水蓄能电 站运行是解决电网 调峰问 题最有效的 途径之 一。从典型日负荷曲线图上可以看出，抽水蓄能电站一般在午夜至凌晨的时段 抽水，作为负荷在运行， 起到填谷作用;在电网用电高峰时， 抽水蓄能电 站将 夜间抽水储藏在上水库中水的位能，通过水轮发电机组转换为电能，作为顶峰 的电 源在运行。它能在几分钟内 从0 功率状态达到额定负荷，可有效地缓解高 峰电力的不足， 提高电网的供电可靠性。 填谷调峰是抽水蓄能电站独有的特点。 ( 2 ) 快速 跟踪负荷和事故备 用。 对火电 为主的电 力系 统来 说， 抽水蓄能电 站 可以代替火电机组担负系统调峰任务。 还有一个突出的优点就是能满足负荷的 迅速变化，应付突然的增荷、大机组突然甩负荷，抽水蓄能 机组的快速响应能 力， 可快速跟踪负荷、起到事故备用、 稳定周波的作用，在这方面它远比 火电 机组优越。燃气轮机组也不能相比。表1 . 4 列出了是三类电 站运行特性比较: 匆孙舜详舞 灌 毅 辉 濒彝螂薰骤攀 戴攀 羹 鞍 撇 夔 淤 鬓 涯 鑫 李 犯拼 一 人一 项目蓄能电站燃煤电站燃气轮机 所承担负荷位置峰荷基荷、腰荷峰荷 调峰能力1 0 03 0 5 01 0 0 开 启 特 点 每日启动 jxj 每周启动djj 静止一空载1 2 0 1 5 0 秒 空载一满载3 0 3 5 秒 2 -3 % 额定容量/ 分6 - 8 分钟 填谷 jxx 调频 j z l i i叮 i 调相 jxj 旋转备用 了jj 快速增荷 jx j 黑启动 jx j 火电机组由于受到锅炉燃烧稳定性、气轮机转子应力和疲劳损坏的限制， 对负荷的反应速率比较小。配苏尔寿直流锅炉3 0 0 兆瓦机组冷态启动从锅炉点 火到带满负 荷需3 0 0 分钟;据运行资料， 旋转备用火电 机组 相对负 荷的反映速 度每分钟仅为额定出力的2 - 3 %， 而抽水蓄能机组从静止状态带到最大负荷一般 在5 分钟之内。因此，在电网中有一定容量的抽水蓄能机组，对于应付电网突 发事故、保证电能质量、提高电网可靠运行方面是非常有利的。抽水蓄能电站 承担负荷调整和满足负荷陡坡部分的变化要求方面，只有燃气轮机可以与其相 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 比。抽水蓄能电站可以代替燃气轮机承担调峰任务，节约燃油消耗，减少运行 费用。 目 前， 已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了他们应有的重要作 用。 1 . 3 国外抽水蓄能电站的发展简况 世界上抽水蓄能电站的建设与运行己有一百多年的历史， 上世纪六十年 代后得到迅速发展。据统计，1 9 6 0年全世界抽水蓄能电站总装机容量 3 5 0 万千瓦，1 9 7 0 年为 1 6 0 0万千瓦，1 9 8 0 年为4 6 0 0万千瓦，1 9 9 0年为 8 3 0 0 万千瓦， 2 0 0 0 年达到 1 1 3 2 8 万千瓦， 4 0 年间增加了3 2 倍， 平均年增长9 . 1 0/ a , 比常规水电的发展速度快得多， 抽水蓄能电站迅速发展的主要原因， 一方面 是系统核电、 火电容量规模不断增大， 需要填谷调峰电 源; 另一方面是由 于 抽水蓄能电站的运行优越性能， 为电力运营商所推崇。 近几十年来， 世界上 抽 水蓄能电 站发 展很快， 不仅反映 在 蹭长的 数量上， 还反映 在它的 形式和调 节性能等方面。 这些发展， 得益于抽水蓄能电站技术的不断进步， 也是经济 发展、 社会进步对电能数量、 质量的客观要求。 国外各种类型抽水蓄能电站 如表 1 . 5 0 序号 国别名称年份型式调节 水库容积 ( 万m y m岁 ) 水头装机容量 上库下库( 米) ( 万千瓦) 1美 b a t h c o u n ty 1 9 8 5纯蓄周2 7 7 52 7 7 53 8 0 21 0 2英di n n o r w i c1 9 8 2 纯蓄日 6 7 07 0 051 3 1 8 0 3法gr a n d ma i s o o n1 9 8 6混蓄周了 季1 3 2 0 01 4 3 0 8 2 1 / 9 5 51 8 0 / 1 2 0 / 6 0 4美ra c o o n1 9 7 8纯蓄周4 4 8 0 4 0 0 03 1 71 6 0 5日葛野川1 9 9 9 纯蓄日 8 3 08 3 07 5 1 1 6 0 6俄ka i s h a d o r 纯蓄日1 0 0 1 6 0 7日新高漱川1 9 8 0 混蓄日/ 周 1 6 2 01 6 2 02 2 9 1 2 8 8日玉原1 9 8 3 纯蓄日 凋 1 2 0 03 5 8 95 2 7 1 4 6 7 1 2 0 9日新丰根1 9 7 2混蓄周5 3 5 02 0 5 1 42 0 3 1 1 2 1 0 南非d r a k e n s b e r g 1 9 8 2纯调水周2 7 4 92 9 41 1 0 8 i 1日下乡1 9 9 4 纯蓄日 1 6 0 04 4 5 04 21 1 0 4 1 2 意 ed e l o1 9 8 1 混蓄周 1 7 0 41 3 3 1 2 6 51 0 0 1 3美 r o c k y mt . 1 9 9 5纯蓄日 / 周1 5 1 01 6 0 0 1 8 69 6 1 4法m o n t e z i c1 9 8 2 混蓄周 一0 0 0- 2 0 0 0 4 2 39 0 3 0 0 03 0 0 0 1 5日1 9 8 0 纯蓄二 日 1 0 0 06 5 0 04 0 4 8 2 1 6瑞士1 8 8 2纯蓄日/ 周1 5 3 5 1 5 千瓦 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 表 1 . 5 中列出了1 6 座国外建成的有代表性的大型抽水蓄能电 站，最大 装机为1 9 8 5 年建成美国b a t h c o u n t y 纯抽水蓄能电站， 2 1 0 万千瓦， 周调节， 最高水头为 1 9 8 1 年意大利e d e l o 混合抽水蓄能电站，水头 1 2 6 5 米，1 0 0 万 千瓦，周调节。 世界上抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的是日本，其次是美国、意 大利、德国、法国、西班牙等，日 本和美国 抽水蓄能电站总装机容量均已超过 2 0 0 0 万千瓦。从目前看，由于基数较大，发展的速度比上世纪六、七十年代相 对有所降低，但在建与拟建抽水蓄能电站的装机容量仍然相当可观，继续保持 了快速发展的势头。 目 前世界上部分国家的抽水蓄能机组占全国装机的比重已超过 1 0 %，按 1 9 9 9 年统计数据， 奥地利达到1 6 %， 瑞士达1 2 %， 意大利达1 1 %， 日 本达1 0 %. 日 本学者曾使用规划论方法分析得出， 抽水蓄能电 站在系统中的合理比 例为8 % 一1 4 %之间。 1 .4 我国抽水蓄能电站的建设和发展情况 我国抽水蓄能电站起步于 6 0 年代，最早在河北岗南水电 站引进 1台日 本 i 1 兆瓦抽水蓄能电 机组， 7 0 年代又有两台1 1 兆瓦抽水蓄能电 机组安装于京郊 密云水电站。它们是水头低、容量小，常规机组和抽水蓄能机组相结合的水电 站。当时由于对抽水蓄能电 站在电 力系统中的作用和它的经济效益认识不足， 重视不够， 因 此前期工作进展不快. 直到7 8 年以 后， 随着国民 经济的持续、 稳 定发展对电力的需求急剧增长，在京津唐、华东等以火电为主的电力系统中， 缺乏调峰电 源的矛盾日益突出，修建抽水蓄能电 站的必要性和经济合理性才逐 渐为人们所认识， 抽水蓄能电 站的 前期工作和建设才逐渐加快。 从7 0 年代后期 开始， 我国陆续建设了多座抽水蓄能电站。 到2 0 0 2 年底， 全国已建成投产的抽 水蓄能电站装机容量达到5 7 2 万千瓦， 占全国 装机容量的1 .6 , ; , 。 大多数是日 调 节型的。如表1 .6 0 当前在建和立项拟建的抽水蓄能电 站有 1 0 座，如表 1 .7 所示 ( 待填数) ， 装机容量达9 0 2 万千瓦。 对我国抽水蓄能电 站的合理比重，有关研究单位进行过研究。电 规总院曾 对华东电网电源进行过优化规划研究，认为在常规水电占 1 4 .7 %的情况下，抽 水蓄能电站的最优比重为6 . 9 % ; 北京勘测设计研究院对京津唐电网优化规划的 结果表明， 在几乎无常规水电的情况下， 抽水蓄能电站的最优比重应为1 2 . 3 %0 结合我国的实际情况， 综合有关研究成果， 一般认为: 在以 火电为主的电网中， 兴建 7 %一巧%的抽水蓄能电站比例是合适的;在有核电电 源的电网中，配置 4 0 % -5 0 % 核电 容量的抽水蓄能电 站比 较适宜;在以水电为 主或水电 容量较大 的电网，为调节水电季节出力不平衡，减少弃水，或在抽水蓄能电站建设条件 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 优越时，向 邻近地区输送峰荷电能，或为了 提高电网供电质量及安全可靠性， 这些电网也可以建设适当比例的抽水蓄能电站。 c l 月 国 娜 卿 粼 粉 毕 娜 斌a r e , lt a _ _ 几_ _ 序号名称年份型式调节 水库容积 ( 万m 3 ) 满载小时 ( 小时) 水头 ( 米) 装机容量 ( 万千瓦) 上库下库发电抽水 1潘家口1 9 9 2混蓄日1 9 5 0 0 01 0 0 05 至7 7 至1 08 5 - 3 64 2 / 2 7 0 / 1 5 0 2广州一期1 9 9 3纯蓄日7 0 07 5 05 . 4 37 . 1 65 3 71 2 0 3北京十三陵 7 q 9 5 纯蓄日3 8 08 1 0 04 . 1 37 . 0 24 3 08 0 !-一 4羊卓雍湖1 9 9 6纯蓄日8 4 09 5溪口纯蓄日2 7 68 6天荒坪1 9 9 8纯蓄日8 0 58 0 55 6 01 8 0 7广州二期1 9 9 9混蓄日1 4 0 01 4 5 05 . 4 37 . 1 65 3 7 1 2 0 / 1 2 8响洪甸1 9 9 9混蓄日4 4 06 48 0 / 4 0 9台湾明湖1 9 8 5纯蓄日1 4 2 0 07 9 05 名7 .73 1 6 1 0 0 1 0台湾明潭1 9 9 5纯蓄日1 4 2 0 01 2 0 06 . 77 . 83 8 01 0 0 1 1湖北天堂2 0 0 0纯蓄日7 1 2 i 江苏粟阳2 0 0 2纯蓄日1 0 目 前我国已经建成投产的蓄能电站装机容量为5 7 2 万千瓦，仅约占全国总 发电 装机容量比 例1 .6 %， 为了 确保电网的安全稳定运行， 急需加快我国 抽水蓄 能电站的建设。 p.7 : f 熬 ? 参脚蛾粗蜓 磷 i t 于狱燕 薰 绪 火价 川_ _ 序号名称 并网 年份 型式 调节 水库容积 ( 万方) 满载小时 小时) 水头 ( 米) 装机容量 ( 万千瓦) 上库下库发电抽水 1浙江桐柏1 9 9 2棍蓄日1 2 0 01 5 0 0673 8 01 2 0 2山东泰安2 0 0 4纯蓄 日 1 0 0 3安徽榔邢山2 0 0 4纯蓄日 8 u 4 吉林白山 2 0 0 4纯蓄日3 0 5河南回龙2 0 0 5纯蓄日1 2 6山西西龙池2 0 0 6纯蓄日1 2 0 7江苏宜兴2 0 0 6馄蓄日1 0 0 8山西张河湾2 0 0 6混蓄日1 2 0 9河南宝泉2 0 0 7纯蓄日1 2 0 1 0湖北白莲河2 0 0 8纯蓄日 1 0 0 根据各区域 ( 省)电网的负荷特性、电源规划、 “ 西电东送” 及联网规划和 抽水蓄能规划设计成果，全国各区域 ( 省)电网在2 0 1 0 年、 2 0 1 5 年、2 0 2 0 年 三个水平年的 抽水蓄能装机规模应分别达到 1 7 5 0 万千瓦、 3 0 0 0 万千瓦、 3 5 0 0 万千瓦 ( 其中不包括季调节抽水蓄能电站) ， 2 0 0 2 年己建扣除供香港后为5 0 1 . 1 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 万千瓦 不含西藏羊湖) ，目 前在建6 4 2 万千瓦， 则“ 十五” 后两年和“ 十一五” 需新增 6 0 7 万千瓦， “ 十二五”和 “ 十三五”分别新增 1 2 5 0 万千瓦和 5 0 0 万千 瓦。各区域抽水蓄能电站发展见表 1 .8 0 而在负荷高峰发电时，替 代发电费用较高的火电调峰机组，减少火电的旋转备用容量，减少火电 机组的 出力变化从而节约燃料消耗。因 此，能量转换效益有时也称为节煤效益或电量 效益， 与电 力系统以 及抽水蓄能电 站的 运行方式有密切关系， 主要影响因素有: 系统的负荷曲 线、 电 源构成、 各电 源的 技术经济特性漪别是不同 运行工况下火 电 机组的 热效率和煤耗特性) 、 抽水蓄能 机组的转换效率等。 ( 3 ) 环保效益 由于抽水蓄能电站的运行可避免一部分火电厂燃煤产生的烟尘排放，建设 抽水蓄能电站的环保效益，主要体现在机会成本的节约。 在节约煤炭资源的同 时， 也避免了一定的火电厂燃煤烟尘的排放。 抽水蓄能电站本身是个清洁能源， 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 基本不产生污染，相反，一定程度上还能够起到美化环境、提供旅游资源的作 用并产生相应的效益。 2 . 1 .2 抽水蓄能电站的动态效益 动态效益来源于抽水蓄能电 站运行灵活的动态功能的发挥，对不同结构的 电力系统来说， 抽水蓄能电站在其中所体现出来的动态效益性质十分相近， 但 数量上有所差别。抽水蓄能电站的动态效益主要包括调频效益、调相效益、旋 转备用效益、快速负荷跟踪效益、 提高供电可靠性效益以及黑启动效益等。抽 水蓄能电站的动态效益己经被人们广泛认可，但是对这部分效益的量化测算却 始终没有达成共识，一直受到国内外学者的关注，并且迄今为止是困扰人们的 一个难点和重点。 ( 1 ) 调频效益 电力系统负荷瞬间及突然变化，影响着电网的频率稳定。为应付这样的变 化，在一些发电机组上常装设有自 动调整装置。抽水蓄能电站的灵活运行调节 性能远比火电机组的自动调整性能优越，特别是应付系统的大干扰波动，抽水 蓄能电站的效果更好，对稳定系统频率和应付突发事故能够起到重要作用。由 此取得的效益称为调频效益。 例如:1 9 9 3 年以 前， 华北京津唐电网周波合格率 在9 8 % 左右。 9 3 年以 后潘家口 和十三陵 抽水蓄能电 站相继建成投产，由 于机组 快速启停，调节性能优越， 调整范围大， 能迅速跟踪负荷，所以在十三陵抽水 蓄能电站9 5 年投运后， 被华北电网定为第一调频厂， 潘家口 抽水蓄能电站定为 第二调频厂。由于两座抽水蓄能电站的投运，改变了电网火电机组频繁调整跟 不上负荷变化的状况， 使华北电网周波合格率达到了9 9 .9 9 % 。 此外， 浙江天荒 坪抽水蓄能电站 1 9 9 8 年投产以来， 由于机组具有快速响应能力， 为系统紧急顶 事故调峰 2 2次，为电网频率调节和安全稳定运行带来了十分有利的条件和手 段。 ( 2 ) 调相效益 电力系统中无功不足，会造成电网电压下降，这不仅影响到供电质量，还 直接影响电 力系统的安全稳定运行。当系统无功不足时，常须装设调相机、 补 偿电容器组等无功补偿装置;也有时将同步发电机改做调相运行或增发无功电 力， 以 补偿系统无功不足。 抽水蓄能电 站的 机组是同步电 机， 不但在空闲时( 不 发电也不抽水) 可供调相运行，在发电和抽水时也可以给系统供给无功电力， 从而减少设置专门的无功补偿装置，由此避免了专门无功补偿装置投入而取得 的效益称为调相效益。 ( 3 ) 旋转备用效益 电网若发生事故造成停电，将给国民 经济带来巨大损失，给人民生活带来 极大不便。为满足正常供电需要，除要求电力系统的有足够的工作容量、选择 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 高可靠性的发供电设备和提高电网自 动化水平外， 还必须预留一定的备用容量。 备用容量一般分为负荷备用、事故备用和检修备用三类。为保证系统的安全稳 定运行，负荷备用、事故备用容量的一部分必须经常处于旋转状态，所以 称为 旋转备用容量。 通常占统调容量的3 % 左右。 火电 机组承担的旋转备用容量， 般分散于系统中若干效率低的机组上，即处于空转或少带负荷运行状态，由于 这些机组偏离最优运行工况，使系统中火电站的燃料消耗量增加，代价很高。 抽水蓄能电站能够快速启动，运行工况转换迅速，调荷幅度大，由它承担系统 旋转备用容量，可改善火电 机组的运行方式，减少火电 机组的备用和火电 机组 启停次数， 节约燃料和启停费用等运行成本。 例如: 广东电网 在大亚湾核电 机 组运行初期，多次发生甩负荷9 0 0 兆瓦的 情况， 在这种情况下， 广东 抽水蓄能 电站担负起电网事故备用电源的作用， 有力地保证了广东电网的安全稳定运行， 据不完全统计，自1 9 9 4 年至1 9 %年3 年间， 广东抽水蓄能电站为电网事故备 用紧急启动达5 9 次之多. ( 4 ) 快速负 荷跟踪效益 由 于电力系统的负荷曲线在遵循一定规律性的同时又具有一定的随机性和 偶然性， 当系统负荷急剧变化时， 抽水蓄能电站能够对这种变化迅速做出反应， 从而减少给火电机组在温度及电气方面剧烈变化所产生的影响，并对系统的安 全稳定运行以 及保证电能质量的合格发挥重要作用，由 此所体现出的经济性和 可靠性称之为抽水蓄能电 站的快速负荷跟踪效益。 ( 5 ) 提高系统运行可 靠性效益 电力系统中突然发生事故停电，将给国民经济带来巨大经济损失。 提高系 统运行可靠性，除了系统设置足够的备用容量外，还必须采用运行可靠性高的 发电设备和提高电网自 动化水平。抽水蓄能电 站机组与火电机组相比，发电 及 控制设备相对简单，自 动化水平较高。 根据国内外水、火电站运行资料分析， 水电 站及抽水蓄能电站的运行事 故率大大低于火电乡 尔 因此，采用抽水蓄能电 站作为电力系统的功率调整手段， 可减少系统中火电机组强迫停运次数和时间， 提高系统运行可靠性，减少电网停电损失。由 此获得的效益称为提高系统运行 可靠性效益。 ( 6 ) 黑启动效益 黑启动是指电网在运行过程中，由于系统的稳定性和可靠性可能会因局部 的问 题而波及邻近区域进而导致重大系统事故，甚至造成整个系统停运，一旦 出现整个系统停运，个别机组在不依赖外界帮助的条件下，自 动启动发电并向 系统供电，从而逐渐扩大系统的恢复范围，最终实现整个系统的恢复。 提供黑 启动服务的关键是启动具有黑启动能力的机组，抽水蓄能电 站可在无外界帮助 的情况下，迅速自 启动，并通过输电线路输送启动功率带动其他机组，从而使 电力系统在最短时间内恢复供电能力。黑启动己 成为电网崩溃后系统恢复正常 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 运行的重要措施之一，我国目 前虽然没有发生过电力系统大停电事故，因而各 抽水蓄能电站在实际运行中也就没有真正发挥过黑启动作用，但抽水蓄能电 站 机组成功的黑启动试验，证明该电站可满足系统黑启动的要求，具有在厂用电 失去情况下自 启动机组进行生产自 救及向无电压电网输电的能力，对于减少全 网停电事故造成的损失具有重要作用，由此产生的效益称为抽水蓄能电站的黑 启动效益。 2 . 2 抽水蓄能电站经济效益的定量评价方法 上文对抽水蓄能电站经济效益的来源从静态效益和动态效益两个方面进行 了总结归纳性介绍， 下面分别对抽水蓄能电 站静态效益和动态效益的定量评价 方法进行简要探讨。 2 .2 . 1 抽水蓄能电站静态效益的定量评价 通过前文的论述，我们把抽水蓄能电 站的静态效益归纳为容量效益、能量 转换效益和环保效益三个方面， 下面分别探讨这三个方面效益的具体测算评价 思路和方法。 ( 1 ) 容量效益 由于容量效益主要是指抽水蓄能电站能够有效担负电力系统的尖峰工作容 量和备用容量，从而实现减少其他类型机组装机容量所节约的发电设备投资和 运行费用，因此，对于容量效益的计算可以运用机会成本的概念，通过计算满 足同样装机容量要求的抽水蓄能电站与其他类型机组之间的投资造价以及固定 运行费用的差额来确定，其定量测算模型可表示为: 凡 = ( 寿一 i p s ) + ( c ,- 一 c p s ) 其中: b c 为抽水蓄能电 站的容量效益， i t 为其他类型机组的 建设投资， i p s 为 抽 水蓄能电 站的建设投资，c t 为其他类型机组的固定运行费用， c r s 为 抽水蓄 能 电站的固定运行费用。 近几年的电源工程造价表明:一般火电厂，单位千瓦造价4 0 0 0 - 4 5 0 0 元左 右;一般水电厂，单位千瓦造价 5 0 0 07 0 0 0元左右;核电 厂，单位千瓦造价 8 0 0 01 0 0 0 0 元左右; 而抽水蓄能电 站， 单位千瓦造价3 0 0 03 5 0 0 元左右; 抽水 蓄能电 站单位造价较常规火电厂节约投资约 1 0 0 0 元/ 千瓦左右， 与火电 厂造价 相比， 一般节约投资约占2 0 - -2 5 %。 例如浙江天荒坪抽水蓄能电站， 总装机容量 1 8 0 万千瓦，总投资6 2 .7 6 亿元， 单位工程造价3 4 8 1 元/ 千瓦， 仅为华东地区同 期火电 机组工程造价4 5 0 0 元汗瓦的7 7 .4 % 。 相对于同 容量级的火电 厂来说， 就 装机容量这一点可节约投资约1 8 亿元， 节约投资约占2 3 . 6 %。 此外， 与火电厂 相比，由于抽水蓄能电站定员人数较少，还可大大节约固定运行费用。固定运 行费包括修理费、工资福利、劳保统筹、住房基金等。抽水蓄能电站固定运行 华北电力大学 ( 北京)硕士学位论文 费用一般为固定资产的 1 . 5 - 2 . 5 %，而燃煤电站一般为 3 .5 - 4 .5 %，其运行费用可 降低一半左右。表 2 . 1 显示我国近年来几类电源的造价情况: x 2 ,1 . a x 9 幸 录 邓 幸 箔 后 召 复 迢 必 膺 姆 _ 建设 性质 建设 规模 ( 万k w ) 单机 容量 ( 万k w ) 可研 总投资 万元) 单位造价 阮 汗 瓦)批准时间 开工时间 投产时 间 秦山 核电站二期新建1 2 06 01 4 8 2 7 7 11 2 3 5 6 . 41 9 9 8 . 1 21 9 9 6 . 6 2 0 0 3 . 0 4 秦山 核电 站三期新建 1 4 07 02 3 6 8 2 8 91 6 9 1 6 4 1 9 9 8 . 0 51 9 9 8 . 62 0 0 3 . 1 2 白 马循环硫化床新建3 03 01 6 5 1 0 05 5 0 3 . 32 0 0 3 . 0 32 0 0 3 . 0 52 0 0 5 . 1 2 公伯峡水电 站新建1 5 03 06 2 5 7 3 14 1 7 1 . 5 2 0 0 1 . 0 72 0 0 1 . 0 82 0 0 4 宝珠寺水电 站新建7 0 1 7 . 56 5 4 3 6 29 3 4 8 . 01 9 9 8 . 0 4 1 9 8 4 . 11 9 9 8 小湾水电站新建4 2 07 02 7 7 3 2 0 06 6 0 2 . 92 0 01 . 1 22 0 0 2 . 0 12 0 1 0 沙岭子电厂新建1 2 03 06 0 3 7 9 35 0 3 1 . 61 9 9 7 . 0 21 9 9 6 . 1 21 9 9 9 . 0 3 纳雍电厂新建1 2 03 04 5 4 2 6 23 7 8 5 . 52 0 0 12 0 0 12 0 0 3 上海吴径八期新建 1 2 06 06 0 3 7 9 35 0 31 . 6 1 9 9 7 . 0 21 9 9 7 . 0 62 0 01 . 0 6 天荒坪蓄能电 站新建1 8 03 06 2 7 6 0 03 4 8 6 刀1 9 9 2 31 9 9 4 . 31 9 9 8 . 0 9 宜兴蓄能电 站新建1 8 03 04 7 6 3 0 02 6 4 6 . 12 0 0 2 . 1 22 0 0 3 . 0 82 0 0 8 . 0 6 宝泉蓄能电站新建1 2 03 04 2 1 4 0 03 5 1 1 . 72 0 0 3 . 0 52 0 0 3 . 1 22 0 0 7 ( 2 ) 能量转换效益 抽水蓄能电 站的能量转换效益表现为蓄能机组投入电网 运行后， 通过调峰 填谷作用的 发挥，改善部分火电 机组的运行条件， 实现火电 机组运行效