探析抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營

秦 健

（國網新源遼寧清原抽水蓄能有限公司，遼寧省沈陽市 110000）

0 引言

我國幅員遼闊，大部分地區屬于溫帶季風性氣候，擁有相對豐富的太陽能和風力資源。現階段，為積極響應“雙碳”目標的落實，電力行業已經將此類資源與發電做出有效的結合應用，然而在大量新能源發電接入電網的同時也引發了一系列亟待解決的問題，例如如何維持新能源發電的穩定性。因此，下文就新能源發電與抽水蓄能電站的結合運營做出分析，以期為電力行業健康、穩定發展提供一定指導和支持。

1 抽水蓄能電站運行機制面臨的主要問題

從實際情況來看，新能源發電與抽水蓄能電站的結合運營機制在我國仍處于建設階段。部分結合運營電站在具體運行上存在亟待解決的問題，例如，結合運行質量評價不足、經濟效益評估不全面、運營管理機制有待健全等[1]。導致上述問題出現的主要原因有如下幾個方面：結合運營電站的開發、投資主體缺乏明確性、政府的支持和監管力度不足、技術應用存在提升空間等。

對于結合運營電站而言，需要對其實際運行過程中產生的經濟消耗做出準確預算，同時，電站運行效率及運行質量也需要政策和機制方面的保護與支持。針對抽水蓄能電站結合運營電站效益指標的科學規劃與合理評估，能夠最大限度避免由于預算不足所引發的經濟投資過大、收支失衡等嚴重問題。然而從實際情況不難看出，部分電站在短期、長期效益等方面并未做出充分考慮，導致后續建設發展和運行質量以及經濟效益無法滿足預期要求。由此可見，在研究抽水蓄能電站運行機制時需要對內外一系列因素做出綜合考量，以此增強電站運行的風險管控能力，為抽水蓄能電站健康穩定運行提供堅實保障。

2 常規新能源發電——風/光互補發電

受到全球能源危機的影響，如何實現節能減排、充分開發新能源成為現階段的重點話題，在能源可持續發展領域中風電、光伏發電有著重要的價值和功能，這種清潔能源在當前的技術應用水平上也較為成熟[2]。西方發達國家在風力發電、光伏發電等領域取得了重大突破，其技術應用愈發成熟。然而由于風能和太陽能具有間歇性特性，會受到風量、光照等自然因素的影響，如果單獨運用風能或者光能進行發電，那么實際發電出力便會表現出隨機性和波動性，電網運行的安全穩定也會因此受到不利影響。現階段，我國電力行業已根據時間和空間上的差異性建立起風/光互補發電系統，并充分發揮抽水蓄能電站的出力調節作用。

對于風光互補發電站而言，在夜間或陽光照射不足的夜間及陰雨天時，由風能出力，陽光照射較足時則由太陽能出力，風光具備條件下則由兩者共同出力發電，較單用風機或太陽能進行發電表現出更加理想的經濟性與實效性。然而在部分特殊情況下這種互補發電也無法充分發揮自身功能，這便需要對蓄能做出進一步考慮。

3 抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營

3.1 新能源與抽水蓄能電站的結合運營概述

為對上述問題做出有效緩解，新能源與抽水蓄能電站結合運營應運而生，對于節能減排、維持發電穩定性以及提高效益有著重要意義[3]。現階段，抽水蓄能電站結合運營在我國處于建設階段，在規劃運營和技術應用等方面仍有待提升，因此，要將協調區域電網內電網峰谷差、峰谷時間以及受電量差異化需求作為當前階段研究工作中的重點。

以結合運營方式能夠實現對發電負荷峰谷差的有效控制，很大程度上緩解電力系統運行過程中用電負荷不足的情況。這與現階段電力行業發展的實際供電需求存在密切聯系。由此可見，新能源發電與抽水蓄能電站的結合運營為電力系統安全穩定運行提供了堅實保障，在這種結合運營條件下發電成本也將得到更加有效的把控，電站運行所涉及的能源利用率和經濟效益均能夠得到有效發展。

對于抽水蓄能電站調峰填谷而言，開展此項工作的最優時機是當負荷達到最高或最低點時，基于能源的歸一化處理方式實現對電站群短期調度的優化升級[4]。從電能來源上來看，新能源主網供電中剩余的能源是抽水蓄能電站的動力來源。就抽水蓄能電站來說，其出力實際運行情況與機組存在密切關聯，為實現新能源與抽水蓄能電站的結合應用比重，需要對風蓄聯合系統輸出功率做出處理，可以通過對電網結構進行改善來實現此效果，進而對極限負荷條件下抽水蓄能電站的新能源入網規模做出優化，電站運行效率及質量也會因此得到大幅提升。

3.2 抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營應用分析

結合某地區風/光新能源發電場與抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營做出實踐分析。本文中選取地區風電裝機為100MW，光伏裝機容量為50MW，現通過對抽蓄電站與新能源發電廠出力的分析，求解抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營的可行性。

抽水蓄能電站的應用能夠實現對新能源風/光發電出力的有效優化。由于用電低谷時電價較低，選取此時抽水（此處不考慮抽水功率），第二天結合風/光發電系統出力變化對抽水蓄能機組發電功率做出調節，以此確保此結合運用系統發電出力的穩定性。

綜上，結合所選地區風/光新能源發電廠裝機容量，以運行過程保證效率最大化的輸出出力，建立如下數學模型：

——光伏某一時段的輸出功率；

——抽蓄機組發電輸出功率；

——抽蓄機組抽水吸收功率；

C1、C2——抽蓄機組運行時的功率系數。由于抽蓄機組在發電工況時負荷隨系統狀態不斷調整，而抽水工況下機組以額定功率運行。一般來講，機組在一天內抽水工況的平均功率是發電工況平均功率的1.1 倍[5]。

結合抽蓄運行特點，假設某天抽蓄機組在1 ～8 時抽水運行，9 ～24 時發電運行，由式（1）得到：

式中：Psy——全天綜合輸出功率；

Pwind&pv——風光發電功率。

為了在全天范圍內使得出力平穩，需要式（2）保持最小方差值。

因此設置如下三點約束條件[6]：

第一，受到抽水蓄能機組發電工況出力最大程度上不低于額定出力1/2：

第二，抽水蓄能機組發電總出力與抽水總入力：

第三，確保綜合出力平穩的基礎上，要對抽水蓄能電站最大容量做出控制，以此確保全天綜合效率高于95%，得式（4）：

經計算后得式（5）：

結合上述內容，為充分滿足抽水蓄能電站日負荷計劃需求，將80MW 抽水蓄能機組與風光發電系統進行結合運營，從整體上來看，此條件下的發電系統得到最大程度上的優化，每日平均發電出力效率及質量得到良好保障。由此可見，抽水蓄能電站與在風/光發電系統新能源發電的結合運營，使得總出力的平穩性更加理想，發電系統所受到的沖擊也得到更優控制。

4 關于新能源背景下抽水蓄能電站運行的幾點建議

首先，為優化結合運營模式，要拓展多元化投資渠道。現階段的結合運營過程中存在投資主體權責不明等問題，這便需要根據實際情況對投資主體全責展開細致分析，以此確保利益分配的清晰性[7]。在具體實踐中可以借鑒國外先進經驗對電站開發投資做出科學規劃及合理管控，以此在確保投資開發主體權責清晰的基礎上提升經濟效益的合理化、公平化。

其次，上級監管部門要積極發揮自身職責，為電站運行管理提供科學指導，使得電站的規劃管理能力得到進一步提升，從實際出發對電站布局等提供規劃和設計支持，確保蓄能電站運行機制的有序性。現階段我國對于抽水蓄能電站建設政策幫扶及監管力度相對不足，因此，要強化對電站運行機制深入研究，并施以更加強力的監管和開發投入，在做好統籌規劃的基礎上就資源做出細致調研規劃，讓抽水蓄能電站得到充足的資金支持，進而提升電站的社會效益。

再次，重視專業人才隊伍對于抽水蓄能電站建設及優化的重要意義，為電站的開發和設計工作提供堅實的人才保障。針對工作人員展開嚴格考核，并開展科學的崗前培訓活動，針對在職人員定期組織開展教育培訓，以此讓相關工作人員能夠更加充分地了解和掌握電站運行機制原理，可以將先進科學理論知識與電站規劃和運維實踐相結合，以此為水電站安全、穩定運行提供堅實保障。

最后，現階段抽水蓄能電站的管理工作表現出較強的獨立性[8]。與電網統一管理方法進行比較而言，在確保電站實際運行效果上存在一定不足，因此要根據實際情況合理借鑒國內外先進經驗對電站管理工作做出創新。此外，新能源背景下要建立健全投資回報機制，以此激發各方對于抽水蓄能電站的熱情，使得社會效益、經濟效益得到良好保障。當前階段也需要進一步推進有關新能源與抽水蓄能電站結合運營方面的研究工作，以此解決運行管理等方面亟待解決的問題。

5 結束語

本文通過結合某地區風/光新能源發電場與抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營的分析，證明了抽水蓄能電廠是消納新能源發電的關鍵一環，通過兩者的聯合運行，降低了新能源由于不穩定對電網造成的沖擊，加之風電出力的隨機性、波動性、不穩定性和光伏電站的晝發夜停，通過加入抽水蓄能電站能抑制電網的波動。

通過建立數學模型，進一步分析了新能源發電廠與抽蓄機組聯合運行時較為合理的容量設定，為將來的實踐提供一定的參考價值。

綜上所述，抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營與我國現階段的能源發展需求相符合，其發展前景十分廣闊。目前針對抽水蓄能電站調峰需求開始朝著經濟性方向進行轉變，這種結合運營方式能夠充分發揮天然能源的重要功能，對于造價及運行成本等方面有著良好效果，可以更好地滿足現代化發展進程中對于節能減排的具體要求。因此，要進一步推進抽水蓄能電站與新能源發電的結合運營，以此確保電網安全穩定運行，為電力系統的改革提供源源不斷動力，實現對資源配置的優化升級。