（技术经济及管理专业论文）抽水蓄能电站的综合经济评价.pdf

摘要 摘要 目前，我国各主要电网的负荷率逐年下降，峰谷差越来越大，而各电网的 调峰能力普遍不足。随着电网规模的不断扩大和全国电网互联进程的加快，为 保证电网的安全和稳定运行，需要更加重视和研究电力系统的调峰、调频、调 相和电能质量问题。抽水蓄能电站是理想的调峰、调频、调相和事故备用电源。 在大型电网中，装备适量的抽水蓄能电站，对电力系统的安全、稳定及经济运 行具有重要的作用。 针对我国抽水蓄能电站装机容量占电网总装机容量比重远低于发达国家比 重的事实，首先全面介绍了抽水蓄能电站国内外发展状况、工作原理、作用及 其经营模式。然后，在对抽水蓄能电站经济效益定性分析的基础上，探讨了抽 水蓄能电站各种效益的计算评估方法。其中，运用机会成本概念建立了容量效 益的计算模型，利用替代成本法建立了能量转化效益模型。此外，由于目前我 国对抽水蓄能电站动态效益的定量分析方法还不成熟，以抽水蓄能电站大量实 际运行的统计数据为依据，运用等效替代的思想，对抽水蓄能电站的静态和动 态效益进行了逐项分析，得出了事故备用效益、调频效益以及调相效益的估算 方法，这对抽水蓄能电站全部效益的评价具有重要意义，对提高建设抽水蓄能 电站的积极性重要作用。 根据建立评价指标体系的原则和方法，结合抽水蓄能电站自身的特点，考 虑定量评价的可行性，建立了“抽水蓄能电站综合评价指标体系”。该综合评价 指标体系包括经济评价、社会效益、环境效益、电网效益4 项一级指标，2 6 项 二级指标。为了对建设抽水蓄能电站项目进行综合评价，提出用改进的层次分 析法计算指标体系的分权重和整体权重，运用多层次模糊综合评价法对项目进 行综合评价的方法，并通过案例计算得出了目前建设抽水蓄能电站优于建设其 它电源的结论。 关键词：抽水蓄能电站：静态效益；动态效益；指标体系：综合评价 东北电力大学硕上学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，l o a dr a t eo ft h eg r e a tm a j o n t yo fp o w e rn e t w o r k sd e c l i n e sy e a ra f t e r y e a r , a n dt h eg a pb e t w e e np e a ka n dv a l l e yb e c o m e sm o r ea n dm o r ee v i d e n t , b u te v e r y p o w e rn e t w o r ki ss h o r to fc a p a b i l i t yo fr e l a x i n gp e a kl o a d w i t ht h ep o w e rn e t w o r k s c a l e e x p a n d i n g a n dn a t i o n a l p o w e r n e t w o r ki n t e r c o n n e c t i o na d v a n c e m e n t q u i c k e n i n gu n c e a s i n g l y , f o re n s u r i n gs a f e t ya n ds t a b i l i z a t i o no fp o w e rn e t w o r k s ，w e n e e dt op a ym o r ea t t e n t i o na n dd om o r er e s e a r c ho nt h ep r o b l e m so fc u t t i n gp e a k m o d u l a t i n g ，c u t t i n gf r e q u e n c yr e g u l a t i o n , c o n d e n s e f i n go p e r a t i o na n de n e r g yq u a l i t y i np o w e rs y s t e m p u m p e d - s t o r a g es t a t i o n sa r et h ep e r f e c tc h o i c e si nt h e s ea s p e c t s i n t h el a r g e - s c a l ep o w e rn e t w o r k , e q u i p p i n gt h er i g h ta m o u n to fp u m p e d - s t o r a g e s t a t i o n sw i l lp l a yav i t a lr o l ei nt h ep o w e rs y s t e m ss e c u r i t y , s t a b l ea n dt h ee c o n o m i c m o v e m e n t f o rt h ef a c tt h a tt h ep r o p o r t i o no fp u m p e d s t o r a g es t a t i o n si n s t a l l e dc a p a c i t yt o t h et o t a lp o w e rn e t w o r ki n s t a l l e dc a p a c i t yi nc h i n ai sm o r el o w e rt h a nt h ed e v e l o p e d c o u n t r y f i r s t l y , t h ed e v e l o p m e n t a n do p e r a t i o nm e c h a n i s m ，f u n c t i o n ，w o r k i n gp a t t e r n o fp u m p e d - s t o r a g ep o w e rs t a t i o n sa r eg e n e r a l i z e dc o m p r e h e n s i v e l y s e c o n d l y , b a s e d o nt h ea n a l y s i so fa l lk i n d so fb e n e f i t so np u m p e d - s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s ，t h e c o m p u t i n gm e t h o d so fw h i c ha r ed i s c u s s i n g o fa l l ，t h ec o m p u t i n gm o d eo fc a p a c i t y b e n e f i t si sf o u n db yt h ec o n c e p to fo p p o r t u n i t yc o s t ；m o d eo fe n e r g yc o n v e r t i o n b e n e f i t si sf o u n d e db yu s i n gm e t h o do fr e p l a c e m e n tc o s t b e s i d e s ，a tp r e s e n t ，d u et o i m p e r f e c t i o no fr e s e a r c h i n gf o rt h eq u a n t i t i v ea n a l y s i sm e t h o do fd y n a m i cb e n e f i t sm a d eb y p u m p e d s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s ，o nt h eg r o u n do fl a r g ep e r c e n ts t a t i s t i c a ld a t aw h i c h i sg o t t e n f r o mr u n n i n gp u m p e d - s t o r a g ep o w e rs t a t i o n sa n da p p l y i n gt h ei d e ao fe q u i v a l e n t s u b s t i t u t i o n ，a n a l y s i si sm a d ef o rs t a t i ca n dd y n a m i cb e n e f i t si t e mb yi t e mi no r d e r t o g e tt h ee v a l u a t i o nm e t h o d ，w h i c hi sp r o f o u n df o re v a l u a t i o no ft o t a lb e n e f i t so f p u m p e d s t o r a g ep o w e rs t a t i o n sa n di so fg r e a ti m p o r t a n c et oe n h a n c ea c t i v i t yo f c o n s t r u c tp u m p e d s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s ，o fs p a r eb e n e f i t si nc a s eo fa c c i d e n t sa n d f r e q u e n c yr e g u l a t i o nb e n e f i t s ，c o n d e n s e r i n go p e r a t i o n b e n e f l t s a c c o r d i n gt ot h ew a ya n d 皿n c i p l ef o rc o n s t r u c t i n ge v a l u a t i o ni n d e x m e c h 锄8 m ， c o m b i n e dw i mo w nc h a r a c t e r i s t i co fp u m p e d - s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s ，t h i n k i n go t f e a s i b i l i t yq u a n t i t i v ee v a l u a t i o n , “c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni n d e xm e c s m t o r p 啪p e d s t o r a g ep o w e r s t a t i o n s i sc o n s t r u c t e d e v a l u a t i o n i n d e xm e c h 删s m i n c l u d e se c o n o i n i ce v a l u a t i o n ，s o c i a lb e n e f i _ t s ，e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ，p o w e r n e t w o r k ， t l l i s4i t e m so ff i r s tl e v e li n d e x ，2 6i t e m so fs e c o n dl e v e l i n d e x i no r d e rt om a k e e v a i u a t i o no nc o n s 协l c t i i l gp u m l ) e d s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s ，i m p r o v e da h p m e t h o d s 御- ep r o p o s e dt oc a l c u l a t et h ep a r ta n dt h ew h o l ew e i g h t o fi n d e xs y s t e m ，m e a n w h i l e m e t l l o do fm u l t i 1 e v e lf u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d i sa p p l i e df o rp r o j e c t o fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n , a n d t h ec o n c l u s i o nt h a t a t p r e s e n tt o 删嗍 p 啪p e d s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s i ss u p e r i o rt oc o n s t r u c t i n go t h e rp o w e rp l a n t s 1 s o b r a i n e d k e yw 。r d s ：p u m p e d s t o r a g ep o w e rs t a t i o n s ；s t a t i c b e n e f i t s ；d y n a m i cb e n e f i t s ； i n d e xs y s t e m ；c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n i 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报： 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 论文作者签名： ! i 塑鱼日期：丝堕年上月丝日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名： 导师签名： 日期：趔年土月j 旦日 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 本文的研究背景及意义 近年来，随着国民经济的高速发展，不但电力负荷增长过快，负荷结构同 样发生了巨大的变化，表现为峰谷差值不断增大。2 0 0 2 年，我国发电总装机容 量达到3 5 7 亿千瓦，其中水电占2 4 1 、火电占7 4 5 ，发电量为1 6 5 4 2 亿千 瓦时，发电总装机总容量和发电量均居世界第二位。可是1 2 个电网仍出现了供 应紧张局面，在夏季高峰和冬季枯水期出现了拉闸限电现象。2 0 0 3 年，全国电 力供需平衡继续总体偏紧，季节性、区域性和随机性拉闸限电幅度进一步扩大。 据资料显示，2 0 0 3 年1 6 月份，全社会用电量11 8 5 0 亿千瓦时，同比增长1 6 0 4 ， 全国有1 6 个省市区电网在一季度出现了拉闸限电现象。2 0 0 6 年，我国装机容量 已达6 。2 2 亿千瓦，逼近第一电力大国美国的9 亿千瓦装机容量。但据国家 电网公司称，局部地区在高峰时段仍存在缺电现象。 形成这种局面的原因在于，在以往我国的电源规划及建设中，只比较注重 常规水电能源及常规火电厂的开发，而忽略了加强电源本身的调峰能力，实际 上是将调峰的矛盾留给电能用户( 通过调荷节电) 来解决。从长远来看，这并 不是一个解决根本问题的办法。因此，加强电站的调峰能力，改善电网供电质 量，提高电网运行的灵活性和可靠性，才是解决电力供需矛盾的立足之本。 目前能够担任调峰的电站机组有调峰火电机组、燃气机组、内燃机组和抽 水蓄能机组等。本论文研究的抽水蓄能机组具有独特的工作方式，是一种行之 有效的调峰装置，经过多年的研究和论证，已经受到一定程度的认可。就抽水 蓄能电站本身而言，它不能生产出更多的电能，相反，在两次的能量转换中会 有一定的能量损耗，但是抽水蓄能电站的价值体现在它用电低谷时耗电抽水、 用电高峰时供电和它的快速反应能力对整个电力系统的调节上。也就是说，抽 水蓄能电站虽然损耗了一部分能量，但是从整个电力系统运行来讲是经济的， 那么抽水蓄能电站对电力系统的经济性体现在什么地方，效益有多少，如何对 东北电力大学硕士学位论文 抽水蓄能电站在整体上有一个客观的综合评价，成为需要深入研究的问题。 1 2 论文研究的主要内容 本论文首先对抽水蓄能电站的工作原理、作用和经营模式进行了详细的介 绍，并对抽水蓄能电站的效益进行了定性分析。接下来对抽水蓄能电站的经济 效益进行了定量分析，建立静态效益的计算模型，提出了动态效益的评估方法。 最后，在其各项效益分析的基础上，根据抽水蓄能电站的特点，利用科学的理 论和方法，分析和建立“抽水蓄能电站的综合评价指标体系 ，对抽水蓄能电站 效益进行了综合评价。 1 3 抽水蓄能电站国内外发展概况 1 3 1 抽水蓄能电站在国外的发展 世界第一座抽水蓄能电站于1 8 8 2 年首先诞生在瑞士的苏黎士，至今已有一 百多年的历史。在2 0 世纪上半叶，抽水蓄能电站发展缓慢，其真正得以迅速发 展，还是近3 0 - 4 0 年的事情。从世界电力装机容量发展及构成统计表可以看出， 1 9 6 0 年全世界抽水蓄能容量3 4 2 0 m w ，1 9 7 0 年发展为1 6 0 1 0 m w ，1 9 8 0 年发展为 4 6 5 2 0 m w ，1 9 9 1 年达到了8 4 7 1 0 m w ，3 1 年间增加了2 5 倍，平均年增长率为1 0 9 。 8 0 年代以来，抽水蓄能电站的增长率有所下降，但仍大于其它电源的发展速度， 在建和拟建的装机规模仍相当可观，继续保持着快速增长的势头，远远大于总 装机容量的增长速度l i u j 。 从世界上各种电源装机容量比重的变化可以看出( 见表卜1 ) ，自1 9 5 0 年以 来，尽管煤电、油电和燃气轮机组的比例不断调整，但火电总装机容量始终占 2 3 左右。由于占世界水电装机容量约6 0 的经济发达国家水能利用程度已很高， 可以经济开发的水能资源已不多，因此常规水电装机容量的比重一直呈下降趋 势，从1 9 5 0 年的1 3 降到1 9 9 1 年的1 5 。7 0 年代的两次石油危机，促使核电 第1 章绪论 得到了迅速发展，从1 9 7 0 年的0 1 5 ，到1 9 8 0 年己占到7 ，1 9 9 1 年更达1 2 ， 进入9 0 年代于民众反核呼声高涨，比重略有下降。伴随着常规水电比重的下降， 以及核电和大容量火电机组比重的增加，起调峰填谷作用的抽水蓄能电站也随 之迅速发展，所占比重由1 9 6 0 年的0 6 ，稳步增长到1 9 9 1 年的3 o 。 表1 1 世界电力装机容量发展及构成统计( 单位唧) 项目 1 9 5 01 9 6 01 9 7 01 9 8 01 9 9 1 装机容量 2 2 2 7 5 05 3 0 8 0 01 1 2 5 3 9 02 0 2 4 1 6 02 8 4 6 7 3 0 合计 增长率( ) 9 0 77 8 06 0 53 1 5 抽水蓄能装机容量 03 4 2 01 6 0 1 01 6 5 2 08 4 7 1 0 电站 比重 o0 6 41 4 22 3 02 9 8 增长率( ) 1 6 6 91 1 2 65 6 0 装机容量 7 1 2 0 01 5 3 2 9 02 7 4 6 4 04 2 0 7 4 05 6 8 4 1 0 常规水电 比重( ) 3 1 9 62 8 8 82 4 4 02 0 7 91 9 9 7 增长率( 哟 7 9 76 0 0 i 4 。3 62 。7 7 装机容量 1 5 1 3 1 03 7 2 8 6 08 1 7 4 0 01 4 1 2 6 7 05 6 8 4 1 0 火电 比重( ) 6 7 9 37 0 2 47 2 6 36 9 7 96 4 7 0 增长率( ) 9 4 48 1 7 l 5 6 22 4 4 装机容量 08 6 01 6 6 1 01 4 1 7 7 03 4 2 5 0 0 核电 比重( ) 0o 1 61 4 87 0 01 2 0 3 增长率( ) 3 4 4 62 3 9 38 3 5 装机容量 2 4 03 7 06 8 02 0 7 09 3 7 0 其他 比重( ) o 1 10 0 70 0 6o 1 00 3 3 增长率( 哟 4 4 06 2 7 l 1 1 7 8 1 4 7 l 世界部分国家抽水蓄能电站发展情况见表1 - 2 ，可以看出，美国、日本、意 大利、法国、德国等发达国家抽水蓄能电站发展较早，规模较大，对推动世界 抽水蓄能电站的建设具有重要意义。美国的抽水蓄能电站建设始于6 0 年代初， 7 0 年代以后由于大批投入核电、热电等基荷电源，这些电源的调峰性能很差。 为了解决调峰问题，抽水蓄能电站得以迅速发展，年均增长率达到了1 3 6 5 。 1 9 9 3 年其装机容量已达2 3 5 9 0 1 唧，成为世界上抽水蓄能容量最多的国家。目前 规划建设的抽水蓄能装机容量仍很大，据初步统计在8 0 0 0 m w 左右。 东北屯力大学硕士学位论文 表1 - 2 世界部分国家抽水蓄能电站发展情况表( 单位万k w ) 国家1 9 6 0 年 1 9 7 0 正1 9 8 0 年1 9 9 0 年1 9 9 3 年 装机容量 93 6 91 3 2 71 8 0 92 3 5 9 美国 年均增长率4 4 9 71 3 6 53 1 59 2 5 装机容量 1 l 2 9 61 0 8 l1 7 0 01 8 3 7 日本 年均增长率3 8 9 91 3 8 34 6 32 6 2 装机容量2 41 2 63 6 26 2 07 4 2 思人个u 年均增长率1 8 0 41 1 1 35 5 36 1 7 装机容量 1 0 32 0 6 3 5 05 6 2 5 7 1 德国 年均增长率7 1 85 4 44 8 5o 5 3 装机容量 2 34 51 6 04 9 05 9 5 法国 年均增长率6 9 41 3 5 21 1 8 46 6 9 装机容量 l7 6 1 0 62 3 9 3 2 4 英国 年均增长率5 4 2 03 3 88 4 71 0 6 7 装机容量l1 2 92 1 14 9 05 3 8 西班牙 年均增长率 6 2 5 85 d 48 7 93 1 6 装机容量 2 23 0 23 3 4 前苏联 年均增长率2 9 9 43 4 1 装机容量 8 28 91 6 02 8 22 8 2 奥地利 年均增长率0 8 26 0 45 8 30 装机容量 3 28 l1 1 01 7 72 4 4 瑞士 年均增长率9 7 31 0 7 4 4 8 71 1 2 9 装机容量 2 41 4d1 6 0 印度 年均增长率 1 9 2 94 5 5 装机容量 4 01 0 31 1 5 南朝鲜 年均增长率9 9 23 7 4 装机容量 331 2 0 中国 年均增长率1 1 6 l0 2 4 1 9 9 装机容量 1 41 41 41 91 9 巴西 年均增长率0o3 1 00 装机容量4 8 1 7 36 9 81 3 9 61 5 9 9 其他国家 年均增长率1 3 6 81 4 9 77 1 84 6 3 装机容量3 4 81 6 0 5 4 6d 58 3 3 2 9 7 8 9 合计 年均增长率1 6 5 21 1 1 26 1 15 5 2 4 - 第l 章绪论 皇! ii i 鼍曼曼邑量量皇皇 日本的抽水蓄能电站容量仅次于美国，居世界第二位。日本抽水蓄能电站 的建设已有5 0 多年的历史，早期兴建了一些低水头混合式的抽水蓄能电站。7 0 年代以后，随着高效率、大容量火电机组和核电的建设，开始兴建高水头、大 容量的纯抽水蓄能电站。1 9 9 3 年抽水蓄能装机容量为1 8 3 7 0 m w ，占发电设备容 量的1 0 。在这种情况下，日本还提出了大量建设抽水蓄能电站、进一步提高蓄 能装机比重的规划。意大利抽水蓄能电站建设起步较早，第一座抽水蓄能电站 建于2 0 世纪初。早期由于系统中的水电比重较大，具有足够的调峰能力，建设 蓄能电站的主要目的是利用径流式电站的多余电能抽水，进行季节性调节。进 入6 0 年代后，随着电网中水电比重下降，以调峰为主要目的的大型抽水蓄能电 站得到迅速发展，建成了世界上最早的大型抽水蓄能电站。1 9 9 3 年蓄能容量约 7 4 2 0 m w ，占电网发电装机容量的1 2 左右。 1 3 2 我国抽水蓄能电站的发展 与世界一些发达国家相比，我国抽水蓄能电站建设起步较晚。2 0 世纪6 0 年 代后期才开始研究开发，并先后在1 9 6 8 年和1 9 7 3 年建成岗南和密云两座小型 混合式抽水蓄能电站，装机容量分别为1 i m w 和2 2 m w 。2 0 世纪8 0 年代中期以后， 随着改革开放带来的经济社会的快速发展，我国电网规模不断扩大，以火电为 主的华北、华东等电网的调峰供需矛盾日益突出，缺电局面由电量缺乏转为调 峰容量缺乏。并且由于受地区水力资源的限制，可供开发的水量很少，并已基 本开发完毕，电网缺少经济的调峰手段，因此修建抽水蓄能电站解决以火电为 主电网的调峰问题逐步成为共识。随着电网经济运行和电源结构调整的要求， 一些以水电为主的电网也开始研究兴建一定规模的抽水蓄能电站1 4 5 1 。 由于上述的原因，迎来了抽水蓄能电站的第一次建设高潮。1 9 8 4 年，华北 开始建设潘家口混合式抽水蓄能电站( 总装机容量2 7 0 m 1 】i ) ，于1 9 9 3 年建成并投 入运行，在电网中发挥了重要作用。十三陵抽水蓄能电站装机容量8 0 0 m w ，是国 内研究较早的高水头、大容量抽水蓄能电站，经过十几年的论证，于9 0 年代初 开工建设，1 9 9 7 年建成，大大改善了京津唐电网的供电质量和可靠性。为配合 大亚湾核电站的运行和满足广东电网的调峰运行，广东电网于1 9 9 4 年建成了广 东北电力大学硕：i ：学位论文 曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼蔓皇曼皇曼曼曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼 i ：twi 量曼舅 州抽水蓄能电站一期工程( 装机容量1 2 0 0 m w ) ，在二期工程( 装机容量1 2 0 0 u w ) 竣 工后，该电站成为世界上已建成的最大抽水蓄能电站。为解决西藏拉萨电网调 峰问题，1 9 9 7 年建成世界上海拔最高、施工条件最艰苦的羊卓雍湖抽水蓄能电 站( 装机容量9 0 m w ) 。装机规模1 8 0 0 m w 的天荒坪抽水蓄能电站于2 0 0 0 年全部投 入华东电网运行，对保证华东电网的安全稳定、经济运行发挥了不可替代的作 用。 截至2 0 0 6 年底，全国发电总装机容量超过6 亿k w ，其中水电装机容量超过 1 亿k w 。在水电装机容量中，己建抽水蓄能电站共1 3 座( 见表3 ) 。主要分布在 华北、华东和华南地区，装机容量共计5 7 2 5 m w ，分别占全国发电总装机容量和 水电装机容量的1 3 和5 3 。 表1 3 我国已建抽水蓄能电站一览表 序号 电站名称 建设地点装机容量( 脚)投产时间 l岗南 河北平山县县 1 l i1 9 6 8 2密云县 北京密云县 2 l l1 9 7 3 3 村塘口四川彭溪 2 11 9 9 2 4 潘家口河北迁西县 3 9 01 9 9 2 5 广州一期广东从化县 4 3 0 0 1 9 9 4 6 十三陵北京昌平县 4 2 0 01 9 9 7 7羊卓雍湖西藏贡嘎县4 2 2 51 9 9 7 8 溪口浙江奉化县 2 x 4 01 9 9 8 9 广州二期广东从化县 4 3 0 02 0 0 0 l o 天荒坪浙江吉安县 6 3 0 0 2 0 0 0 1 1 响洪甸安徽金寨县2 4 02 0 0 0 1 2 天堂湖北罗田县 2 3 52 0 0 1 1 3 沙河江苏溧阳市 2 5 02 0 0 2 目前，我国在建抽水蓄能电站有华北电网的张河湾、西龙池、泰安，装容 第l 章绪论 1 1 量分别为1 0 0 0 m w 和1 2 0 0 m w ：华东电网的琅琊山、宜兴和桐柏，装机容分别为 6 0 0 m w 、1 0 0 0 i 1 i 和1 2 0 0 m w ；东北电网的白山和蒲石河，装机容分别为3 0 0 m w 和 1 2 0 0 m w ；华中电网的回龙、宝泉和白莲河，装机容量分为1 2 0 m w 、1 2 0 0 m w 和1 2 0 0 挑 南方电网的惠州和深圳，装机容量分别2 4 0 0 m w 和1 2 0 0 娜等，共计十三座，总 装机规模1 3 6 2 0 m w 。 7 东北屯力大学硕十学位论文 第2 章抽水蓄能电站概述 2 1 抽水蓄能电站的工作原理 抽水蓄能电站利用可以兼具水泵和水轮机两种工作方式的蓄能机组进行蓄 能和发电。它没有自身的能源，是电力系统发展到一定阶段的产物。电力系统 的用电户，包括工业、农业、市政公用事业、照明、电气化交通及其它众多类 型，由于各自工作的不同，用电情况也不相同，致使电力系统的负荷很不均衡。 电力系统日负荷图在每日上午、下午和晚上各有一个高峰，午夜则有一个低谷。 抽水蓄能电站是根据能量转换原理而工作的，它利用午夜系统电力负荷低谷时 的多余能量，通过水泵将下水库的水抽到上水库中，将这部分水量以位能形式 储存起来，待早晚电力系统负荷转为高峰时，再将这部分水量通过水轮机发电 机发电，以补充不足的尖峰容量和电量，满足系统调峰需求【6 】。如此不断循环工 作，其能量转换过程见图2 - 1 。 f 一一一一一一一一一1 i ，! 图2 - ! 抽水蓄能电站能量转换 随着我国经济的发展，能源短缺，特别是电力紧缺严重地制约着我国经济 的发展。在许多城市，用电高峰的需电量仍在不断增加，而另一方面在用电低 第2 章抽水蓄能电站概述 谷，由于需电量大幅度减少，许多发电站不得不压荷或启停部分发电机组，降 低发电出力。抽水蓄能电站正是根据一天之中用户对电能需求率变化不定的特 点，在用电低谷，一般是在后半夜几个小时内用，核电厂或火力发电厂过剩的 。电力将水从抽水蓄能发电厂的低水库抽到高位水库，待到第二天用电高峰时， 把高水库中的水放出来发电，用来补充用电高峰所需的部分电力【3 9 1 。图2 - 2 揭 示了抽水蓄能电站的运行过程。 誊 譬 毒 遮 g 篱鬻渗斓 小时h ( a c 逛 g 嘲燧溺二溯置i 弼网獬瓦嘲穴 ( h ) 图2 2 抽水蓄能电站运行过程图 ( a ) 日运行过程( b ) 周运行图 2 2 抽水蓄能电站的作用 抽水蓄能电站是为了解决电网高峰与低谷之间的供需矛盾而产生的，是间 接存储电能的一种方式可以担负调频、调相和事故备用等动态功能。我国己建 的抽水蓄能电站在电网中发挥了不可替代的重要作用，是保证电网经济、安全、 稳定运行的得力工具。随着我国国民经济的持续、健康和快速的发展，对电力 需求日益加大，对供电质量要求也日益提高。特别地是我国正在进行电力体制 和运营机制改革，并且正在实施“西电东送”和“全国联网 工程，所以抽水 蓄能电站将以其特有的优点发挥越来越重要的作用，主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 保证电网安全、经济和稳定的运行。“厂网分开”后，电网经营企业维 护电网安全稳定运行所面临的矛盾和困难越来越大，主要表现在：首先，电网经 营企业可以直接调控的电厂越来越少，维护电网安全稳定运行的调控手段不足； 其次，我国各电网的峰谷差逐年加大，调峰容量不足；第三，用户对供电可靠 感隧 东北电力火学硕一 ：学位论文 性和供电质量提出了越来越高的要求。为满足需要，电网经营企业必须拥有合 适的调峰、调频、负荷跟踪等手段。抽水蓄能电站在电网中的快速调峰填谷、 紧急事故备用、调频、调相等方面的独特作用及其静态效益、动态效益以及技 术经济上的优越性，可以满足电网的以上需求，抽水蓄能电站将成为保证电网 安全、稳定、经济运行的最有力工具。 ( 2 ) 保证“西电东送与“全国联网 工程的安全、稳定运行。我国抽水蓄 能电站的运行实践表明，其在配合、支持“西电东送与“全国联网”工程的 安全、稳定运行方面发挥了不可或缺的重要作用。主要作用为：当区外送电出现 事故时，抽水蓄能电站充当紧急事故备用的保安电源，化解电网运行风险和提 高系统运行安全性能。此外，抽水蓄能电站收发无功的运行也相当灵活，能够 有效弥补“西电东送与“全国联网 方式中，直流输电只能输送有功功率， 高峰时不能输出无功、低谷时不能吸收无功的缺陷。随着我国“西电东送和 “全国联网 工程的不断推进，抽水蓄能电站将在保证“西电东送”与“全国 联网”工程的安全、稳定运行发挥重要作用。 ( 3 ) 对电力市场改革的顺利进行将起到积极促进作用。电力市场化改革，会 给电网安全稳定运行带来了新的挑战。随着“厂网分开”的逐步实施，电网对 电厂的调度逐渐由过去的行政管理转变为依据有关法律法规和并网调度协议进 行依法管理和经济调度。但电网企业仅靠调度纽带与发电企业联系，很难保证 发电机组的安全，在电网企业自身又没有必要的调控措施的情况下，势必影响 整个电网的安全稳定运行。如果电网掌握一定规模的负荷跟踪能力强、对突发 事件能快速反应的机组，就能较好地控制和调控平衡市场和辅助服务市场，使 平均上网电价保持在合理的水平，增加市场平衡和安全调度的保险系数，保证 电网安全稳定运行，从而推动我国的电力市场化改革。抽水蓄能电站由于其特 殊的功能，将在我国电力市场改革的进程中扮演重要角色，对电力市场改革的 顺利进行将起到积极促进作用f 7 j 。 2 3 抽水蓄能电站的经营模式 目前国内外抽水蓄能电站没有统一的经营模式，大体上有租赁经营、电网 第2 章抽水莆能电站概述 统一经营和独立经营等几种形式。 2 3 1 电网统一经营( 十三陵模式) 电网拥有抽水蓄能电站的所有权和经营权，电网进行统一调度、经营和核 算。在该模式下，抽水蓄能电站的效益可以发挥，从还贷上考虑也较为可靠。 北京市昌平县的十三陵抽水蓄能电站首台机组于1 9 9 5 年1 2 月2 0 日投 运，1 9 9 7 年6 月4 台机组全部投入京津唐电力系统运行。电站供电范围主要 为北京地区，是京津唐电网已建成的第一座大型纯抽水蓄能电站。在初期运行 期间，采用电网统一经营方式，即由电网统一支付其成本、利润并负责还本付 息，电站仅负责按电网调度的要求运行。经营核算的具体实施步骤为首先由电 网财务部门采用现行财务评价方法，按来电j u t 方式核算电站的还贷上网电价， 经用电地区物价部门批准并平摊加价到用户实施。因十三陵抽水蓄能电站由华 北电网统一经营，发挥着保障京津唐电网稳定运行的作用，在政策上受到了一 定的扶持，整个京津唐电网地区提高了o 0 2 元k w h 的电价，可谓是一个特殊 的实例【3 5 3 7 】。 电网统一经营模式国内以十三陵抽水蓄能电站为代表，在国外也有许多抽 水蓄能电站采用这种模式。但采用这种模式一般来说，抽水蓄能电站是由电网 投资，电网统一经营，统一调度，目前暂不受竞价上网机制的制约。抽水蓄能 电站的运行费用和还本付息等，都统一由电网企业承担。当然，这并不意味这 些费用都由电网企业消化，最终电网企业会通过价格调整，将抽水蓄能电站的 投资、运行费用转移给电力消费者。同时，电网企业在承担抽水蓄能电站投资 和运营成本的基础上，可以通过对整个电网输、售价格的调整找回利润。然而， 在当前形势下实施这一模式对于多数抽水蓄能电站来说有一定困难。首先抽水 蓄能电站是由多家不同主体投资兴建，采用统一经营模式首先要受到产权结构 的制约。只能在抽水蓄能电站不是独立法人，不具有独立经营的资格时才能适 用。而目前许多抽水蓄能电站的多元化投资主体结构决定了它必须是独立的法 人，需要拥有自己的利润。如果将企业利润首先留在电网内，下一步如何向抽 水蓄能电站的各个投资主体分配利润，就将变得难以操作。其次，抽水蓄能电 东北电力大学硕士学位论文 站运行以后，它所起到的削峰填谷、调频、调相和紧急出力等综合功能，不仅 能让电力用户受益，同时也将使发电企业受益。而在“厂网分开实施后的情 况下，采取统一经营模式时，发电企业却无需对自己的受益付费，而是将费用 全部转向消费者，这有违公平的市场化原则。此外，由于长期以来，我国电力 工业的利润主要保留在发电侧，而输配电环节大多处于保本经营状态。采用电 网统一经营，在峰谷电价差尚不到位的情况下，如果电网不能获准进行价格调 整，电网将难以负担抽水电站所需要的补贴。因此，采取统一经营模式存在难 度。 2 3 2 租赁经营( 广蓄模式) 抽水蓄能电站组建独立的公司，租赁给电网经营管理电站的所有权和经营 权分离。在该模式下，若租赁费合理，则可以鼓励投资，且方便电网的统一调 度。 广州抽水蓄能电站( 简称广蓄) 是我国第一座高水头、大容量抽水蓄能电 站，一、二期装机容量都为1 2 0 0 m w ( 4 3 0 0 m w ) ，总装机容量2 4 0 0 m w ，是 目前世界上已投产的装机容量最大的抽水蓄能电站。1 9 9 3 年6 月第一台机组投 运，2 0 0 0 年3 月一、二期全部建成投产。 在电站运行初期，除了5 0 的容量由香港中华电力公司( 港蓄发) 租赁外， 广蓄在广东电网的容量采用来电加工的经营模式，即由广东电网提供低谷电， 经电站加工为高峰电( 考虑损耗) 交回电网，电网按每度高峰电支付加工费。 加工费经省物价局批准，包括电站成本、税收、还贷付息和利润。广东抽水蓄 能电站联营公司只与电网发生关系，不直接向其他电厂经营者和用户买卖电。 1 9 9 4 年广蓄电站在广东电网实际发电量仅为4 8 2 亿k w h ，大大低于1 0 亿 k w h 的设计值，从而导致广蓄经营亏损。这种经营模式生产关系简单，经济上 完全依赖电网而事前又无定量承诺，尤其是把不稳定的发电量作为经营指标是 这种经营模式的缺陷。 为了扭转亏损的局面，从1 9 9 5 年开始实行租赁经营，由广东电网和大亚 湾核电站租赁，才使广蓄公司在1 9 9 5 年后开始实现了扭亏为盈。 第2 章抽水蓄能电站概述 租赁经营模式本质上是将抽水蓄能电站租赁给电网公司，由电网公司付给 抽水蓄能电站租赁费，从而确保抽水蓄能电站还本付息和必要的效益。而抽水 蓄能电站则由电网企业统一调度使用，服从电网安排。该模式操作方便，确保 了抽水蓄能电站的独立法人地位。 但是，对于多数抽水蓄能电站而言，存在以下问题。由于抽水蓄能电站的 主要功能是削峰填谷、调频、调相和紧急出力等，这就决定了它应当放在电网 内，才能更好地发挥其特点和作用。而在抽水蓄能电站的投资主体中，只有电 网公司最符合经营抽水蓄能电站的条件。但是，如果让电网公司一家去租赁抽 水蓄能电站，在现有峰谷电价差距不到位的条件下，其经营中所出现的亏损部 分，都将转移给电网公司。这无疑加大了电网企业的经营负担。由于长期以来， 我国输电环节实行的是低利润政策，因此，随着“厂网分开”的实施，电网企 业普遍存在投入不足，效益偏低等问题。因此，如果仅让电网企业出面租赁抽 水蓄能电站的全部机组，无疑会加大电网企业的负担。同时，作为抽水蓄能电 站运行后另一受益方的火电机组却避免了为自己的受益承担必要的费用。这也 不符合市场运行的公平原则。 2 3 3 天荒坪模式 天荒坪抽水蓄能电站接近华东电网负荷中心，距上海、南京、杭州分别为 1 7 5 、1 8 0 、5 7k m ，离5 0 0 k v 瓶窑变电所3 4k m ，地理位置优越，交通方便。 是由华东电力集团公司、上海申能、江苏、浙江、安徽共同投资建设的华东地 区第一个大型抽水蓄能电厂。采用比较特殊的全面委托管理、两部制电价模式。 在经营方式上，天荒坪抽水蓄能电站采取按投资比例分配容量的方式，确立各 投资集团所在省市所分摊的发电量，并提供相应的抽水电能。同时，各个对应 的省市电力公司根据容量分配计划负责销售和供应电量；而集团公司拥有的发 电电能和相应抽水电能，先由各省市电力公司根据需要进行认购，集团公司根 据认购和全网发电和用电平衡情况进行安排，如有余额则再按一定比例分配给 各省市电力公司。也就是说，各省市电力公司在承担为天荒坪抽水蓄能公司销 售高峰电能、支付高峰电费的义务的同时，也必须承担为公司提供抽水电能的 义务。目前在该模式下经营状况良好。 2 3 4 独立经营模式( 溪口模式) 抽水蓄能公司向电网提供电量或容量等服务独立经营抽水蓄能电站。在此 模式下，抽水蓄能电站将承受一定的电价和市场变化的风险。溪口抽水蓄能电 站是我们国家第一座投产的中型抽水蓄能电站，管理模式也很特殊，属发电企 业独立管理模式，是我们国家唯一的一座仅按峰谷电价进行结算的抽水蓄能电 站。溪口抽水蓄能电站企业的经营压力很大。尽管独立经营模式是目前国际上 相当部分抽水蓄能电站所采用的模式之一，但国外的电价经过长期的调整，已 经使峰谷电价拉开了差距，某些国家的峰谷电价之比达到了l ：6 、l ：8 ，在这 种情况下，抽水蓄能的经营效益有了价格上的保障。此外，通过电力市场的建 设，事故备用、调频、调相和负荷跟踪等电网辅助服务市场已经形成，从而为 抽水蓄能所担负的功能给予了合理定价。这样就为抽水蓄能电站的独立经营创 造了良好的市场环境。而我国目前峰谷电价尚不到位，峰谷电价仅限于部分用 户，而且高峰与低谷电价比较低，在这种条件下抽水蓄能电站不具有独立经营 的条件。此外，目前电网辅助服务市场尚不明晰，抽水蓄能电站参与辅助服务 的定价还尚未定位。因此，抽水能电站尚不具备独立经营的政策环