湖南省混合式抽水蓄能選點(diǎn)初步研究

陳小蘭CHEN Xiao-lan

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，長沙410000）

（PowerChina Zhongnan Engineering Corporation Limited，Changsha 410000，China）

0 引言

混合式抽水蓄能通常是在常規(guī)水電站上改擴(kuò)建而成的，與純抽水蓄能電站相比，最大的差別在于上水庫有一定的天然入庫徑流。

1 混合式抽水蓄能電站資源點(diǎn)選擇的原則

①利用常規(guī)水電站作為抽水蓄能上水庫，主要利用電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時段的電力將下水庫的水抽到上水庫，由于上水庫除需滿足原水庫發(fā)電、防洪等綜合利用任務(wù)外，還必須要有相應(yīng)的庫容蓄存從下水庫抽上去的水，因此，本次混合式抽水蓄能資源點(diǎn)選擇時，上水庫考慮為季調(diào)節(jié)及以上的水庫；②考慮到季調(diào)節(jié)以上調(diào)節(jié)性能的大水庫建設(shè)社會影響、環(huán)境影響較大，且剩余的未開發(fā)的大水庫，基本均為影響大、投資高的水電資源，因此本次混合式抽水蓄能資源點(diǎn)普查，上水庫考慮為已建、在建或確定開發(fā)的水庫；③利用相鄰的梯級常規(guī)水電站作為抽水蓄能的上、下水庫，相對于純抽水蓄能而言，通常發(fā)電水頭較低，從經(jīng)濟(jì)性考慮，需控制引水距離不能過長，最好上、下水庫尾水相互銜接且均只考慮壩后式開發(fā)或者引水距離較短的混合式開發(fā)的水電站；④考慮到混合式抽水蓄能與純抽水蓄能運(yùn)行方式上有區(qū)別，本次資源點(diǎn)的選擇暫不考慮抽水最大揚(yáng)程和發(fā)電最小水頭比值約束，該比值約束可以通過調(diào)整混合式抽水蓄能的布置形式和運(yùn)行方式來減小或者消除。

2 開發(fā)方式研究

利用常規(guī)梯級水電作為抽水蓄能上、下水庫進(jìn)行混合式開發(fā)的目的，主要是利用電力系統(tǒng)負(fù)荷低谷時的電力將下水庫的水抽至上水庫蓄存起來，待負(fù)荷高峰時將水發(fā)電至下水庫，為使這種混合式抽水蓄能水能轉(zhuǎn)換效率高于純抽水蓄能機(jī)組，技術(shù)關(guān)鍵就是盡量在水庫水頭高時發(fā)電、揚(yáng)程低時抽水，這樣不僅能獲得類似純抽水蓄能的容量效益，同時能獲得水頭效益從而達(dá)到增發(fā)電量、提高抽水發(fā)電轉(zhuǎn)換效率的目的。對于常規(guī)水電站作為上水庫，天然來水很豐富的情況下，通過合適的布置形式或運(yùn)行方式，可以達(dá)到提高抽水發(fā)電轉(zhuǎn)換效率的目的。

開發(fā)方式主要有兩種：

①增設(shè)抽水泵站：這種方式通常用在電站棄水較小且裝機(jī)較小的情況，可以發(fā)揮抽水蓄能的填谷作用，提高風(fēng)電、光伏等新能源的消納，并且增加常規(guī)機(jī)組的尖峰電量；

②增設(shè)抽水蓄能機(jī)組（可逆式）機(jī)組：這種方式通常用在水頭相對較高或裝機(jī)容量較大的情況。

3 建設(shè)必要性分析

對于抽水蓄能電站建設(shè)必要性，通常從以下五方面進(jìn)行描述：

3.1 有利于維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，利于區(qū)外來電消納

對于能源受端電網(wǎng)而言，大量接收區(qū)外來電，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來很大的挑戰(zhàn)，抽水蓄能可調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和黑啟動，是維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定的首選電源，有利于受端電網(wǎng)區(qū)外來電的消納。

3.2 有利于緩解電力系統(tǒng)的調(diào)峰矛盾

隨著經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，各地電網(wǎng)普遍出現(xiàn)負(fù)荷峰谷差逐漸變大，調(diào)峰矛盾日益突出的局面，抽水蓄能電站可雙倍調(diào)峰，有效緩解電力系統(tǒng)的調(diào)峰矛盾。

3.3 有利于風(fēng)電等新能源的消納

抽水蓄能電站一方面可利用風(fēng)電等新能源低谷期電量抽水，減少風(fēng)電棄風(fēng)，另一方面，可增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性，有利于風(fēng)電等新能源的消納。

3.4 有利于發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)節(jié)能減排

抽水蓄能電站為清潔可再生電源，其生產(chǎn)過程不會引起大氣污染，增加的發(fā)電量每年可減少標(biāo)煤的消耗，減排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等。

3.5 有利于促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展

項(xiàng)目開工建設(shè)后所需的大量原材料、生活物資和勞動力將帶動當(dāng)?shù)亟ú摹⑥r(nóng)貿(mào)產(chǎn)品、交通運(yùn)輸和第三產(chǎn)業(yè)等行業(yè)的發(fā)展，可解決大量農(nóng)村勞動力的就業(yè)。

表1 湖南省梯級常規(guī)水電站作抽水蓄能上、下水庫資源點(diǎn)

除以上五點(diǎn)，混合式抽水蓄能電站還可以補(bǔ)充下面兩點(diǎn)必要性論證：①有利于提高水資源利用效率，合理利用水資源；②工程建設(shè)征地移民影響、環(huán)境影響相對較小。

與純抽水蓄能相比，混合式抽水蓄能可減少一至兩個庫，可減少甚至不新增水庫淹沒，影響更小。

4 湖南省混合式抽水蓄能選點(diǎn)

根據(jù)初步擬定資源點(diǎn)篩選原則，對湖南省常規(guī)水電站進(jìn)行篩選，湖南省可作為抽水蓄能上、下水庫的梯級常規(guī)水電資源見表1。

本次篩選出的湖南省利用常規(guī)梯級水電站作為抽水蓄能上、下水庫的資源點(diǎn)共有8 對，分別為太洲-瀟湘、涔天河-沱江、東江-小東江、柘溪-東坪、三板溪-掛治（三板溪、掛治水電站位于貴州，但送電湖南）、白云-漁渡江、鳳灘-高灘、江埡-關(guān)門巖。

混合式開發(fā)方式采用前述的兩種開發(fā)方式，即要么增設(shè)抽水泵站、要么增設(shè)抽水蓄能（可逆式）機(jī)組。

5 開發(fā)中存在的困難分析

利用已建水庫作為上或下水庫，首先需研究已建水庫的綜合利用功能和運(yùn)行特性是否能適應(yīng)抽水蓄能電站的運(yùn)行特性，還必須研究抽水蓄能電站對已建水庫原有功能的影響。此外，在市場經(jīng)濟(jì)條件下，還存在利用已建水庫的產(chǎn)權(quán)問題及蓄能電站運(yùn)行效益分配的問題。

天堂抽水蓄能電站利用天堂梯級一、二級水庫作為上、下庫，組合原有常規(guī)電站成為混合式抽水蓄能電站，增加了已建水庫的功能，雖然電站只有7 萬kW，但由于蓄能公司協(xié)調(diào)好了利益各方的關(guān)系，電站投產(chǎn)至今已取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。白蓮河抽水蓄能電站下水庫是利用白蓮河水庫作為下庫，雖然額定水頭只有197m，但由于上水庫庫盆地形地質(zhì)條件好，下水庫不需投入資金，因此電站建設(shè)投資是目前我國已建、在建抽水蓄能投資較省的大型蓄能電站之一。在電站進(jìn)行前期工作時，項(xiàng)目業(yè)主與有關(guān)部門對利用水庫進(jìn)行了長期的協(xié)商。河南的五岳抽水蓄能站點(diǎn)，利用已建水庫作為下庫，由于該水庫承擔(dān)（發(fā)電、防洪、灌溉）等綜合利用任務(wù)，工程的建設(shè)及今后運(yùn)行均需與已建水庫進(jìn)行協(xié)調(diào)，且協(xié)調(diào)的范圍廣、因素多。利用已建水庫的協(xié)調(diào)工作可能成為工程建設(shè)成敗的關(guān)鍵因素。

抽水蓄能電站具有運(yùn)行靈活、啟停快速的優(yōu)點(diǎn)，可為電網(wǎng)提供調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用容量，也是電網(wǎng)出色的頻率調(diào)節(jié)和電壓穩(wěn)定電源，在提高電網(wǎng)供電質(zhì)量的同時，有利于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。這些動態(tài)效益的發(fā)揮，要求抽水蓄能位置離負(fù)荷中心較近，例如，湖南省黑麋峰抽水蓄能電站，離湖南省負(fù)荷中心長沙市僅25km。而已建常規(guī)水電站尤其是庫容較大的水電站，通常位于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，因此，利用此類已建水電站建設(shè)抽水蓄能時，抽水蓄能的動態(tài)效益的發(fā)揮受到一定的限制。另外，利用常規(guī)水電站建設(shè)抽水蓄能，其低谷抽水電量的來源必須有一個保證，而且抽水蓄能發(fā)電送出通道若能利用原電站通道，則能減小相應(yīng)的投資，對抽水蓄能的開發(fā)也是一個有利條件，若不能利用原有電站的送出通道，則需另建送出通道，因此，需在建設(shè)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性之間進(jìn)行綜合分析選定抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模。

6 結(jié)語

各省抽水蓄能選點(diǎn)規(guī)劃，通常不會將混合式抽水蓄能納入其中，主要是由于混合式抽水蓄能電站的裝機(jī)規(guī)模較小，且較負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，但混合式抽水蓄能相對于純抽水蓄能電站而言，通常投資較省，且其可配合水電站周邊風(fēng)電和光伏資源的開發(fā)，尤其對于類似湖南省這種水電資源開發(fā)程度高的地區(qū)，可作為水電站深度開發(fā)的一種好選擇，有必要對其進(jìn)行研究。