抽水蓄能電站節能評估問題探討

張 李，孫 帆

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能電站利用電力負荷低谷時的電能把下水庫儲蓄的水抽到上水庫內，即利用電網低谷電能通過高壓電纜、主變壓器降壓、離相封閉母線使(發電)電動機輸出機械能，再由水泵(水輪機)將機械能轉換為上水庫的水力勢能。電力系統需要時再從上水庫放水至下水庫進行發電，即由(水泵)水輪機將水力勢能轉換成機械能，再由發電(電動)機將機械能轉換成高峰電能，經離相封閉母線、主變壓器升壓及高壓電纜將電能送入電網。因此，抽水蓄能電站不是真正意義上的發電電源，而是電力系統的能量轉換器。能量轉換主要過程如下：電網的低谷電能→變壓器降壓→電動機旋轉機械能→水泵抽水→水力勢能→水輪機旋轉機械能→發電機組發電→變壓器升壓→高峰電能[1-6]。

1 抽水電量、發電電量

抽水蓄能電站作為能源加工轉換企業，存在抽水和發電2個完全相反的工序，既需要從電網購買電能，又要為電網提供電能，因此，存在抽水電量和發電電量2個重要指標。

目前，《固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法》 、《固定資產投資項目節能評估和審查工作指南(2014年本)》 、《固定資產投資項目節能評估報告編制指南系列叢書 水力發電項目 風力發電項目(2014年版)》 、《抽水蓄能電站設計導則》等法規、指南、導則均未對抽水電量和發電電量給出明確定義。各單位均按約定俗成的通用做法來定義和計算這2項指標。2項指標的定義及計算方法分別如下[1-14]。

圖1 抽水蓄能電站工藝流程圖

圖2 抽水蓄能電站能量轉換過程示意圖

1.1 抽水電量

抽水蓄能電站的抽水電量的計量點設定在廠網分界點處，故抽水電量其實是電站從系統購入的總電量，不僅僅是電站抽水過程的耗電量。抽水電量最終轉換為兩大部分：一部分經過抽水和發電2個工序后轉換為發電電量；另一部分則是在整個抽水過程中損耗和消耗的所有電量(包括抽水時的水力損失、機組機械損失、輸送損失及輔助和附屬生產設備消耗的電量)以及發電過程中水力損失和機組機械損失的電量。即[1]:

抽水電量= 發電電量+抽水損耗的所有電量+發

電時水力損失和機組機械損失的電量

(1)

1.2 發電電量

發電電量的計量點設定在發電機出口，因此其中還包含了發電機發出的電能在廠內輸送過程中損失的電量及發電時輔助和附屬生產設備等消耗的電量。發電電量扣除這2部分電能損耗即得到上網電量。即：

發電電量= 上網電量+發電時的輸送損失電量+發

電時及輔助和附屬生產設備消耗的電量

(2)

1.3 可研階段抽水電量和發電電量的計算

在電站可研設計階段，對抽水電量和發電電量僅進行估算。規劃專業根據電站裝機容量和發電時間計算得出電站的設計發電電量，再除以抽水蓄能電站通常的電力轉換效率75% ，得到電站的設計抽水電量[3]。

1.4 節能評估階段抽水電量和發電電量的計算

在節能評估階段，通過對電站抽水、發電全過程中各項能耗(水力損失、機械損失、輸送損失及輔助和附屬生產設備消耗的電量)的詳細核算，得出電站的電力消費總量，并以此為基礎對抽水電量(購入電量)、發電電量以及上網電量進行核算[1]。

1.5 節能評估審查中遇到的問題

在節能評估報告審查過程中，有的專家由于不了解抽水蓄能電站的運行和計量特點以及抽水電量和發電電量的定義與計算方法，錯誤地按字面意思認為抽水電量僅僅是電站抽水過程中的耗電量，提出抽水蓄能電站的電力消費總量是抽水電量和發電電量的差值與能評階段核算出的電力消費總量的和的錯誤概念。這其實是電力消費量的重復計算，將導致能效水平、能源消費影響等評估結果出現較大偏差。因此，應該引起一定的注意[8-9]。

1.6 觀點及建議

通過上述分析可知，節能評估階段計算得出的電力消費總量包含了電站在抽水和發電全過程中的所有電力損耗和消耗，因此，在能效水平評估和能源消費影響評估環節中使用的綜合能源消費量，采用能評階段核算出的電力消費總量與其它能源消費量之和即可，不應再疊加抽水電量與發電電量的差值。

在節能評估報告編寫過程中，應對抽水電量、發電電量的概念進行適當的闡述，在被審查過程中也應該注意與專家的溝通和解釋，避免上述問題的發生。

也希望在今后制定節能評估規范時能夠明確定義這2項指標，以避免引起不必要的誤會和錯誤的評估結果[4]。

2 能量平衡

能量平衡是對輸入的全部能量與輸出的全部能量在數量上的平衡關系的研究，由于抽水蓄能電站有抽水和發電這2個截然相反、又相對獨立的工序，目前，抽水蓄能電站的能量平衡過程也存在2個相反的方向[10]。

2.1 能量平衡方向1(以發電電量為基準)

以電站發電電量為基準，通過累加各項損耗、能耗，推算出電站購入電量亦即抽水電量。計算公式見式(1)。

方向1與可研階段抽水電量的計算方法類似，都以發電電量為基準來推算抽水電量。

2.2 能量平衡方向2(以抽水電量為基準)

以電站抽水電量為基準，通過扣減各項損耗、能耗，推算出電站的發電電量。即：

發電電量= 抽水電量-抽水損耗的所有電量-發

電時水力損失和機組機械損失的電量

(3)

2.3 問題及分析

這2種方向都可行，且看似相同，但結果卻有所不同。因為，可研階段用來計算抽水電量的電力轉換效率(75%)是一個經驗值，實際抽水蓄能電站的電力轉換效率不一定等于75%，通常抽蓄的電力轉換效率都高于75% ，即抽水發電過程中的電力消費低于25% 。對于同一工程，如果使用方向1，以發電電量為基準推算出的抽水電量將小于可研階段推算出的抽水電量；如果使用方向2，以抽水電量為基準推算出的發電電量將高于可研階段的發電電量。故由方向2推算出的上網電量將高于由方向1推算出的上網電量。

以某抽水蓄能電站為例，筆者按2個不同方向推算出的抽水電量、發電電量和上網電量，見表1。

表1 某抽水蓄能電站能評階段不同推算方向電量推算結果 /萬kWh

2.4 觀 點

由表1可以看出，由不同基準、不同推算方向得出的電量可能存在較明顯差異，故筆者提出這個問題，與各位專家探討。但筆者認為方向1更符合可研階段抽水電量和發電電量的推算方向，更趨合理。

3 廠用電率、綜合廠用電率

3.1 廠用電率和綜合廠用電率的定義

廠用電率和綜合廠用電率是衡量電力生產企業能耗的一項重要指標。抽水蓄能電站廠用電率和綜合廠用電率的定義，即計算公式：

(4)

(5)

3.2 問題及分析

由于電站的電力轉換效率通常不是剛好等于75%，可研階段的抽水電量、發電電量和節能評估核算出的抽水電量、發電電量往往存在一定差異，從而用可研階段的抽水電量+發電電量計算出的廠用電率(綜合廠用電率)和節能評估階段的抽水電量+發電電量計算出的廠用電率(綜合廠用電率)也會存在一定差異。

筆者查閱了多份不同評估單位編制的節能評估報告，均采用可研階段的電量計算廠用電率和綜合廠用電率，但筆者認為既然節能評估核算出了抽水電量和發電電量，則采用節能評估階段核算出的電量計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

但如果采用能評階段核算出的抽水電量和發電電量來計算廠用電率和綜合廠用電率，則由于本文第2章節中提出的能量平衡方向的問題，引出了下面的問題：

由第2章節中的論述可知，由方向1推算出的抽水電量和發電電量的和小于方向2推算出的抽水電量和發電電量的和，這就會導致最終廠用電率和綜合廠用電率計算結果的不同。

以某抽水蓄能電站為例，筆者分別采用可研階段和能評階段2個不同方向推算出的電量，計算得出的廠用電率和綜合廠用電率，見表2。

表2 某抽水蓄能電站采用不同電量值的廠用電率及綜合廠用電率計算結果表

由表2可見，對于不同的電量取值，雖然廠用電率和綜合廠用電率差別不太明顯，但還是存在一定差異。

3.3 觀 點

筆者認為既然節能評估核算出了抽水電量和發電電量，則采用節能評估階段核算出的電量計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。又基于本文第2章節的觀點，筆者認為采用由方向1(以發電電量為基準)推算出的抽水電量和發電電量來計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

4 結 語

抽水蓄能電站作為能源加工轉換企業，存在抽水和發電2個完全相反的工序，與常規水電站有著諸多差異，這也就決定了抽水蓄能電站的節能評估工作存在諸多與常規水電站節能評估的不同之處。筆者認為應針對抽水蓄能電站節能評估工作制定專門的有針對性的規范或指南，明確抽水電量和發電電量的定義及計算方法、能量平衡方向及廠用電率(綜合廠用電率)計算的參數選取等問題。

在評估報告中應對抽水電量和發電電量的定義及計算方法進行簡單闡述，防止在能耗統計過程中出現重復計算的錯誤，避免導致錯誤的評估結果。對于能量平衡方向，筆者認為方向1(以發電電量為基準)更符合可研階段抽水電量和發電電量的推算方向，更趨合理。關于廠用電率(綜合廠用電率)計算參數選取的問題，筆者認為采用節能評估階段由方向1(以發電電量為基準)推算出的抽水電量和發電電量來計算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

筆者提出并分析以上問題，是想拋磚引玉，與大家一起探討得出更合理的計算方式，從而得到更合理的評估結果，以不斷完善抽水蓄能電站的節能評估工作。也希望今后能出臺專門的抽水蓄能電站節能評估規范或指南，規范主要評估指標的定義和計算方法，讓抽水蓄能電站的節能評估工作以統一的方式進行，以便考核驗收[7]。

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