抽水蓄能节能减排作用再认识

1、抽水蓄能节能减排作用再认识刘殿海 中国能源报 2010-09-27随着研究和实践的不断深入，抽水蓄能在电力系统中的 作用已得到了广泛的认同。但由于现有文献资料对抽水蓄能 节能减排效益多采用运筹学的优化方法，计算过程复杂，抽 水蓄能在电力系统中的具体作用不易定量说明，社会对抽水 蓄能的节能作用普遍难以理解，许多人甚至认为抽水蓄能是 一种能源浪费。实际上，建设适度规模的抽水蓄能电站在电力系统中是 具有明显节能减排效益的，我们从另一种思路，对抽水蓄能 的节能减排作用进行过一些探讨，近年来这些成果也相续在 一些专业期刊上发表，现在对这些成果进行整理，力求还原 事实真相，对抽水蓄能的节能减排效益进行系统

2、说明。对抽水蓄能节能减排作用质疑的由来过去文献资料对抽水蓄能节能减排作用的描述：一是抽 水蓄能在电力系统峰荷时顶峰运行，减少了电力系统中调峰 火电机组的启停次数，因而实现了电力系统的节能减排。二 是抽水蓄能在电力系统中调峰填谷运行电力系统峰荷 时由于抽水蓄能顶峰发电，火电机组升负荷幅度减少；电力 系统谷荷时由于抽水蓄能电站水泵工况抽水，增加电力系统 负荷，增加火电机组出力，使火电机组的压负荷幅度降低。 由于火电机组在低谷负荷时，单位发电煤耗急剧上升，抽水 蓄能的调峰填谷运行，提高了火电机组的负荷水平，可以有 效降低火电机组的煤耗水平，实现电力系统的节能减排。对于抽水蓄能实现的前一种节能减排，人

3、们易于接受。 对于后一种，人们一直持怀疑态度，具体理由就是抽水蓄能 是“用 4 度电换 3 度电”，而抽水蓄能调峰填谷带来的火电 机组煤耗的减少，一般最多达几克甚至十几克（火电机组的 煤耗按 340 克 / 千瓦时），一边是能量损失 25%，一边是煤耗 降低不足 5%，抽水蓄能怎能实现电力系统节能减排？对抽水蓄能调峰填谷节能减排的正确认识 为了直观说明抽水蓄能调峰填谷带来的节能减排效益， 就必须要说明各类电源在电力系统中的作用，在明确各类电 源分工的基础上，才能说清楚抽水蓄能调峰填谷的节能减排 作用。一、各类电源的责任分工 能源结构的多样性，决定了发电形式的多样性。我国的 一次能源结构决定了电

4、力以燃煤机组为主，水电机组、燃气 - 蒸汽联合循环机组以及可再生能源机组共同发展的电源结 构。不同类型的机组发挥各自优势，相互配合、优化组合， 使系统以最低供电成本满足用户的负荷需求。系统的负荷一般分为峰荷、腰荷和谷荷，各类机组按其对负荷调节特性的不同，相应的分为调峰电源和基荷电源 调峰电源的负荷调节范围大， 对负荷的适应性强， 运行灵活。 从一般意义上讲，调节式水电机组因为具有良好的调节特性 和低廉的成本而成为最佳的调峰电源，但我国多数地区调峰 水电资源缺乏，调峰机组多由成本较高的煤电机组（其单位 供电煤耗较高）或燃气 - 蒸汽联合循环机组担任。带基荷的 机组在额定出力附近运行，负荷变动不大

5、，多由煤耗较低的 先进煤电机组和核电机组担任。电力系统在正常运行时按照等效微增的方法调度各机 组出力，煤耗最低的机组优先调度，然后按煤耗从低到高依 次增调火电机组出力，其主旨是随负荷的变化使整体煤耗最 小，运行最经济。抽水蓄能是一种特殊的机组，在系统谷荷时耗电抽水， 峰荷时发电，是电力系统安全稳定经济运行的调节工具。抽 水蓄能机组在电力系统中的工作位置如图 1 所示。图 1 中， 面积 A 代表抽水蓄能电站抽水所耗电量， B 代表抽水蓄能电 站所发电的电量， P1 为系统最高负荷， P2 为抽水蓄能电站 在系统中开始发电的位置， P3 为抽水蓄能电站在系统中开始 抽水的位置， P4 为系统的最

6、低负荷。 抽水蓄能电站调峰填谷 运行，抽水耗用低谷负荷电量，发出高峰负荷电量，相当于 将一部分谷荷电量转移成了峰荷电量，既将图1 中区域 A 移到区域B,其转换效率就是抽水蓄能电站的抽发效率。二、抽水蓄能调峰填谷的节煤减排原理根据各类机组在电力系统中的工作位置，经济调度情况 下，电力系统低谷时的负荷通常由煤耗最低的一批先进机组 承担，在当前的电力系统中这批机组为大型的超超临界、超 临界及亚临界机组，所以抽水蓄能电站抽水所耗电量的煤耗 应是系统中煤耗最低的超临界、亚临界机组的供电煤耗。同样，经济调度情况下，电力系统高峰时段的负荷通常 由煤耗最高的中高压调峰小机组承担。抽水蓄能电站在发电 时，它会

7、顶替系统中煤耗最高的调峰机组运行。抽水蓄能电站调峰填谷运行时的节煤效益，就是考虑中 间环节的损失 （抽发电效率为 75%），即抽水电量与发电电量 所用煤耗之差。抽水蓄能电站具有的环保效益体现在，它在满足相同电 力用户需求的情况下， 能减少电力系统中硫化物、 氮氧化物、 粉尘及一氧化碳等的排放，其中氮氧化物、粉尘及一氧化碳 的减排是通过节煤实现的，而硫化物的减排不仅仅是由节煤 实现。因为抽水蓄能电站在正常运行时耗用的是先进的超临 界、亚临界机组的电力，这些机组一般都装有脱硫装置，所 以抽水蓄能机组在抽水时耗用电力燃煤的污染物排放很低。 而抽水蓄能电站在发电时所替代的是系统中最落后的中高 压机组，

8、一般都没有安装脱硫装置，所以抽水蓄能电站的环 保效益不仅仅是节煤所减少的污染物排放效益，而是全部替 代的中低压机组发电耗煤的污染物排放所减少的污染物排放效益三、实例分析2007 年，我们对山东泰山抽水蓄能电站调峰填谷中的节 能减排效益进行了测算。山东泰山抽水蓄能电站的装机容量为1000MV，设计年发电时数为 1300 小时， 2005 年山东电网的装机容量构成如图 2 所示。山东邹县电厂2台1000MW超超临界机组已于 2007年投 产，所以山东电网的最低供电煤耗可以暂按超临界机组来进 行计算，而山东电网100MV以下的中高压机组容量达到了 1.2 万MV。通过计算，如果按设计年发电小时数调峰

9、填谷运行， 泰山抽水蓄能电站每年的节煤量为 15.6 万吨标准煤。相应 的减少二氧化硫排放 9703 吨，减少氮氧化物排放 1609 吨， 减少烟尘排放 5 吨，减少一氧化碳排放 36 吨。如果按年发 电 2000 小时运行计算，山东泰山抽水蓄能电站每年节煤 24 万吨， 减少二氧化硫排放 1.5 万吨， 减少氮氧化物排放 2475 吨，减少烟尘排放 7 吨，减少一氧化碳排放 55 吨，减少燃 油消耗 13.3 万吨。该计算结果充分说明了抽水蓄能电站的 调峰填谷具有显著的节煤环保等效益。对抽水蓄能事故备用节能环保效益的正确认识 抽水蓄能不仅在电力系统调峰填谷中具有节能减排效 益，其在电力系统中

10、承担调频、调相、旋转备用和事故备用等在电力系统中发挥调节安保作用时，以及替代火电机组的 事故备用容量时，将使系统中所有火电机组的负荷率升高， 从而使火电机组的煤耗下降。由此看来，抽水蓄能电站事故 备用的节能减排效益就是使火电机组煤耗下降所带来的效 益。各类机组降出力情况下煤耗变化情况见图3。同样，我们以泰山抽水蓄能电站为例，让其在山东电网 承担事故备用容量，对它的节能减排效益进行了计算分析。 通过计算，在比较保守的条件下，如果山东电网的事故备用 容量用抽水蓄能电站承担，则山东泰山抽水蓄能电站每年由 事故备用而直接产生的经济效益为节煤 3.17 万吨；减小污 染物排放：S02为25.32吨，NO

11、x为326.39吨，烟尘为 0.95 吨，CO为7.3吨；减少固定投资及运行成本约2亿元。因此，即使抽水蓄能电站在电力系统中运行时间很少，仅承担事故 备用也能带来节能减排效益。对抽水蓄能节能减排作用的进一步认识 抽水蓄能电站在电力系统中发挥的作用是多样的，通常 一个抽水蓄能电站在电力系统既调峰填谷运行，也会调频、 调相、发挥事故备用、黑启动等多种功能。我们把抽水蓄能 在电力系统中完全调峰填谷运行所带来的节能减排效益看 作是其所能带来的最大节能减效益，把抽水蓄能在事故备用 时所带来的节能减排效益看作是其最小节能减排效益，一般 一个抽水蓄能电站的节能减排效益在两者之间。应该说，随着我国“上大压小”的开展，电力系统中的 中小机组逐渐退役，亚临界机组逐渐成为调峰机组，电力系 统中调峰机组的煤耗会大幅下降，系统中各类火电机组的煤 耗差距逐渐缩小，抽水在电力系统中的节能减排作用会逐渐 减弱。但由于抽水蓄能在完全事故备用、发电时间为零的情 况下，仍然具有节能减排效益，所以只要规模适当，抽水蓄 能在电力系统中的节能减排效益是不容置疑的。抽水蓄能是电力系统安全稳定经济运行的有效调节工 具和重要保障，节能减排效益在抽水蓄能所带来的综合效益 中只占很小的一部分，其灵活运行方式和快速调节特性带来 的电力系统安全稳定的作用才是抽水蓄能所产生的主要效 益。尤其是在我国大力发展清洁能源，促进能源结构调整的