汤宁 张玮 代作松 尹志龙
南瑞信息通信科技有限公司 210009
摘要
抽水蓄能电站作为一种特殊的、可以储存的电源，在电力系统中在调峰填谷、调频、调相、事故备用、应急启动等方面发挥着不可替代的重要作用，是电网安全、经济运行的有效的调控手段。
关键词
电力设备;安全运行;影响因素;挖掘
世界发达国家的抽水蓄能占系统总装机的比重一般在3%-10%之间。与世界发达国家相比，我国抽水蓄能装机明显不足，远不能满足我国经济社会快速发展和以煤为主的电力系统安全稳定经济运行的需要，不能满足电力系统节能减排、清洁能源大规模远距离输送、分布式发电大规模接入，以及智能化电网建设的需要。
引言
抽水蓄能电站所发挥的作用和功能定位，本质上，应该顺应电网侧的需求，顺应电源侧的情况。电网的需求不同、电源的情况不一，抽水蓄能的定位和功能也会发生相应的变化。基于上述认识，以电网需求为导向，以电源的情况为依据，以抽水蓄能电站集群功能的发挥为基础，亟需论证特定电网对抽水蓄能的需求，进而论证抽水蓄能电站的功能定位及运行情况，力求从电网的视角，客观论证抽水蓄能对电网发挥的作用，提高抽水蓄能电站服务电网的能力。
一、抽水蓄能集群的功能定位
从电网需求角度出发，依托电网实际日运行数据分析，论证华北抽水蓄能集群在保电网安全、支撑新能源入网及消纳、保证新型电网灵活及稳定性三个方面的功效发挥。
2.1. 低频切泵，电网系统保护的重要组成
切负荷是电网频率越限时重要的控制手段之一，但低频减载装置的误动作会导致负荷的切除而影响到电网的安全性和经济性。目前抽水蓄能切泵属于华北系统保护第三道防线，要优先于低频减载装置动作，属于华北电网快速恢复系统频率需切除负荷时的首选机组，当直流故障闭锁或功率紧急速降导致电网出现大功率缺额时，优先进行抽水蓄能切泵，控制容量不足再采取多直流功率紧急提升控制，最后采取快速切除可中断负荷措施，尽可能减少第三道防线的减载动作。
2.2. 风蓄互补，新能源消纳的有力支撑
对抽水蓄能与风电出力分别进行时序分析和回归算法拟合发现 2 个明显特征。一是抽水蓄能出力与风电出力较为互补，二者散点分布成明显如图呈 A/B 两个区域分布，抽水蓄能在抽水的时候，风电出力处于高位，在发电的时候，风电出力处于低位。因此，抽水蓄能电站抽水时段多为风电发电高峰时期，而发电时段多为风电出力低谷。二是抽水蓄能出力随着风电出力的增加而减少，目前华北地区抽水蓄能规模消纳全部风电有较大困难。
2.3. 灵活高效，电网日常运行的可靠调节工具
电力系统越愈复杂、愈先进，网内抽水蓄能集群作为灵活调节工具的角色定位将愈突出。随着华北电网的转型，抽水蓄能的角色定位也将进入新的阶段，即电力系统管理工具的阶段。通过对华北区域数据中的抽水蓄能集群发电偏差与华北整体发电偏差进行时序分析发现，抽水蓄能的发电偏差与华北整体的发电偏差呈现较为明显的相反趋势，尤其是 0：00--6：00 之间最为明显，而此时的整体偏差基本为 0。随着抽水蓄能发电偏差的增加华北整体发电偏差越小，实际运行中说明电网发电偏差较大时会及时按需更改抽水蓄能电站运行情况以改善全网偏差，抽水蓄能集群较为灵活地纠偏了全网频率，提高了供电质量。
二、当前电力系统中的抽水蓄能电站功能定位
当前阶段，抽水蓄能在电力系统中以保电网安全稳定为主要功能，同时发挥调峰填谷、提供消纳新能源储能等综合功能。
3.1. 保障电力系统安全稳定运行
抽水蓄能首要功能是为电网提供 “战略性” 安保服务。目前，我国电力系统已进入大电网运行时代，系统内电源结构持续调整优化，给电网安全运行带来新的挑战。抽水蓄能利用双向调节技术优势，平抑系统峰谷波动，提高电网运行稳定性，降低风险。
同时，抽水蓄能机组启停灵活、响应迅速，通过快速跟踪适应系统负荷急剧变化、电压和频率调节需要，并能提供紧急事故备用、黑启动等动态服务功能，提高系统抵御事故冲击的能力。
3.2. 改善燃煤（供热）机组和核电机组运行状况，提升系统安全、环保和经济运行水平
随着电源结构逐步优化，系统供需总体平衡有余，燃煤机组运行负荷普遍下降、备用时间长，对燃煤机组金属部件和设备损害较大。 合理安排抽水蓄能机组调峰填谷，可以减少燃煤机组调峰幅度和启停次数，提高燃煤机组负荷率，降低燃料消耗和污染排放，提高设备运行寿命。核电机组调峰幅度受技术和安全制约，而且由于单机容量大，配合抽水蓄能机组运行，可以有效防范机组本身和电网安全的冲击。
3.3. 促进电网安全清洁协调和智能发展，保障特高压输电送受端电网安全
建设以特高压为骨干网架、各级电网协调发展的坚强智能电网，推动电力系统向“广泛互联、智能互动、灵活柔性、安全可控、开放共享”新一代电力系统升级，是未来电力系统发展必然。利用大型抽水蓄能电站的有功功率、无功功率双向、平稳、快捷的调节特性，承担特高压电网的无功平衡和改善无功调节特性，对电力系统起到非常重要的无功/电压动态支撑作用，有效防范电网发生故障的风险，防止事故扩大和系统崩溃。
三、电力市场中的抽水蓄能电站功能定位
4.1. 当前我国抽水蓄能电站建设运营模式基本情况
当前我国抽水蓄能电站的建设和运营主体主要还是以电网公司为主导。近几年来，国家鼓励社会资金和其他多种渠道参与抽水蓄能电站的投资建设。
关于抽水蓄能电站的效益，主要分为电量效益和容量效益 2 个部分。抽水蓄能电站的电量效益由发电和抽水的电量和电价形成。 即电量效益=发电电量×发电电价-抽水电量×抽水电价。容量电价主要体现抽水蓄能电站提供备用、调频、调相和黑启动等辅助服务价值，按照弥补抽水蓄能电站固定成本及准许收益的原则核定。
4.2. 电力市场中抽水蓄能电站功能定位研究的意义
对抽水蓄能的认识由“定性”向“定量”提升，是对抽水蓄能电站能发展和管理提升的内在要求。与其它电源形式相比，抽水蓄能电站功能更多，运行方式更复杂，致使长期以来对其功能价值的研究以定性分析为主，定量分析相对缺失。抽水蓄能电站开发建设周期长，投资大，要求抽水蓄能企业高度重视抽水蓄能的投资决策风险对其功能、价值和市场前景进行“定量”分析，提升决策水平，降低决策风险。
4.3 电力市场中抽水蓄能电站功能定位研究的主要问题
（1）定量分析电力系统调频原理、调频需求，科学评价抽水蓄能电站调频服务能力。常规意义上的调频，主要指一次调频、二次调频。 对于电力系统的售电价而言，一次调频和二次调频所占比重都是微乎其微的。过度夸大抽水蓄能的调频功能，一般都是对调频与紧急事故备用（应对）功能的混淆。对频率控制进行深入分析，厘清抽水蓄能机组在不同类型调频事件中的功能特点，是认识抽水蓄能对电力系统功能的有效切入点，对于准确把握抽水蓄能的功能有着重要意义。
（2）科学分析抽水蓄能低谷调峰基本原理，定量分析抽水蓄能低谷调峰技术和经济价值。就调峰问题而言，高峰、低谷 2 个典型时间点的发电调整能力，是电力系统容量平衡的关键。针对电力系统的低谷调峰需求，弃风、调停常规火电机组、 建设运行抽水蓄能等不同电源方案的技术价值相当。如果要作出科学的投资决策，需要进一步比较不同电源方案的经济指标。
参考文献：
[1]《抽水蓄能技术的优势》
P2 抽水蓄能与间歇性可再生能源的兼容性
作者：P.尤利亚尔
2011年7月
[2] 《国内外抽水蓄能电站的发展及思考》
P4 抽水蓄能与区域内电源结构关系
作者：黄阮明
2012年9月