從技術(shù)的可行性、經(jīng)濟性出發(fā)，配套建設一批大規(guī)模的抽水蓄能電站，充分發(fā)揮其在電力系統(tǒng)中具有的儲能、調(diào)峰填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動等功能，適應我國風電等清潔能源的大規(guī)模發(fā)展，有助于優(yōu)化調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排和安全穩(wěn)定運行，是當前我國電力發(fā)展的現(xiàn)實選擇。
抽水蓄能電站的工作特性
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抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中具有不同于一般發(fā)電站的工作特性。抽水蓄能不能利用一次能源直接發(fā)電，它通過水泵工況抽水將系統(tǒng)中的多余電能轉(zhuǎn)化為上水庫水的勢能，在系統(tǒng)需要時，通過水輪發(fā)電機將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能。抽水蓄能的低吸高發(fā)功能，實現(xiàn)了電能的有效存儲，有效調(diào)節(jié)了電力系統(tǒng)生產(chǎn)、供應、使用，保持了三者之間的動態(tài)平衡。抽水蓄能是能夠大規(guī)模儲能的發(fā)電裝置，是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行有效調(diào)節(jié)裝置。
（二）抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的功能
抽水蓄能在電力系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相、黑啟動等多種功能，是當前最成熟、最經(jīng)濟的大規(guī)模電能儲存工具。
1.調(diào)峰填谷：低谷時電網(wǎng)有多余電力，高峰時電網(wǎng)電力不足。抽水蓄能電站利用低谷多余電力抽水蓄能，高峰時放水發(fā)電承擔高峰負荷，可明顯減少電網(wǎng)峰谷差。
2.事故備用：抽水蓄能電站從靜止達到滿負荷運行僅需1—2分鐘，能夠快速啟動，迅速轉(zhuǎn)換工況。由它來承擔系統(tǒng)事故備用容量，可以有效減少火電機組承擔的旋轉(zhuǎn)備用容量，起到改善火電機組運行方式、減少系統(tǒng)燃料消耗以及穩(wěn)定系統(tǒng)頻率和緩解事故等重要作用。
3．儲能：抽水蓄能通過水泵工況抽水將系統(tǒng)中的多余電能轉(zhuǎn)化為上水庫水的勢能，在系統(tǒng)需要時，通過水輪發(fā)電機將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能，是當前最成熟、最經(jīng)濟的大規(guī)模電能儲存工具，儲能是其實現(xiàn)各項功能的基礎。
4．調(diào)頻：在電網(wǎng)的頻率下降至設定值時，抽水蓄能機組會自動從水泵工況、調(diào)相工況或停機狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電工況，向電網(wǎng)輸送電力，使電網(wǎng)的頻率自動調(diào)整到設定值，保證了電網(wǎng)的頻率質(zhì)量。
5．調(diào)相：調(diào)節(jié)系統(tǒng)無功，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是抽水蓄能電站的又一顯著特征，隨著技術(shù)的進步和電網(wǎng)運行的需要，目前大型抽水蓄能機組均可以在抽水和發(fā)電兩種工況下調(diào)節(jié)系統(tǒng)的無功功率。
6．黑啟動：黑啟動己成為電網(wǎng)崩潰后系統(tǒng)恢復正常運行的重要措施。一旦電網(wǎng)發(fā)生垮網(wǎng)事故，抽水蓄能電站在無外界幫助情況下，便可利用電站的上水庫的蓄水沖動水輪發(fā)電機，完成電廠自救發(fā)電,同時向無自救能力的火電廠提供廠用電，啟動火電機組，使電網(wǎng)得以恢復正常運行。
我國抽水蓄能的發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)劃
?。ㄒ唬┪覈樗钅馨l(fā)展現(xiàn)狀
截至2009年底，我國有18座抽水蓄能電站投入運行，裝機容量達到1454.5萬千瓦；在建抽水蓄能電站12座，在建容量1114萬千瓦。我國抽水蓄能電站發(fā)展速度雖很快，但抽水蓄能裝機容量占總裝機容量的比例還很低，僅為1.66%。
2005年，英國、美國、日本等國在燃氣機組占本國裝機比重33%、22%、25%的情況下，抽水蓄能裝機仍分別達到了本國裝機比重的4%、2%和10%。世界發(fā)達國家的抽水蓄能占系統(tǒng)總裝機的比重一般在3%—10%之間。我國抽水蓄能裝機2009年底僅占系統(tǒng)裝機比重的1.66%，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域更低至1.56%，與世界發(fā)達國家相比，我國抽水蓄能裝機明顯不足，遠不能滿足我國經(jīng)濟社會快速發(fā)展和經(jīng)煤為主的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的需要。
?。ǘ┪覈樗钅芤?guī)劃情況
2009年8月，國家能源局在山東省泰安市召開了抽水蓄能電站建設工作座談會，會議明確，要充分認識當前做好抽水蓄能電站建設工作的重要性，扎實做好已建電站運行管理和各前期項目工作；切實加強規(guī)劃工作，國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司要會同水規(guī)總院及地方相關部門，認真做好抽水蓄能電站建設布局的研究和規(guī)劃工作。此次座談會的召開，對加快我國抽水蓄能的發(fā)展起到了積極促進作用。
為落實國家能源局抽水蓄能電站建設工作座談會議精神，國家電網(wǎng)公司積極部署，與中國水電工程顧問集團聯(lián)合，配合“十二五”規(guī)劃開展了國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域抽水蓄能的選點規(guī)劃工作。從2009年8月底到2010年上半年，基本完成了國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域19個省市的抽水蓄能選點規(guī)劃任務，復核和新選了大量的抽水蓄能站址；南方電網(wǎng)公司也先后開展了廣東、海南兩省的抽水蓄能選點規(guī)劃工作。這些工作為我國抽水蓄能的可持續(xù)發(fā)展打下了堅實的基礎。
抽水蓄能在我國電力系統(tǒng)中的作用
抽水蓄能電站與其他電源優(yōu)化配置，充分發(fā)揮其在電力系統(tǒng)中的調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、黑啟動等多種功能，可以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行，大力促進風電、太陽能發(fā)電、核電等清潔能源的發(fā)展。抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的具體作用如下：
（一）配合火電機組運行，實現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能減排
抽水蓄能電站的調(diào)峰填谷具有明顯的節(jié)煤作用，一是減少了火電機組參與調(diào)峰啟停次數(shù)，使得火電機組出力過程平穩(wěn)，提高負荷率并在高效區(qū)運行，降低機組的燃料消耗。二是在經(jīng)濟調(diào)度情況下，低谷電由系統(tǒng)中煤耗最低的基荷機組發(fā)出，而高峰電由系統(tǒng)中煤耗最高的調(diào)峰機組發(fā)出。
抽水蓄能電站的環(huán)保效益體現(xiàn)在一方面通過減少火電機組參與調(diào)峰啟停次數(shù)降低機組燃料消耗，減少硫化物、氮氧化物、粉塵及一氧化碳等的排放。另一方面可以通過耗用裝有脫硫裝置的高效電量替代未安裝脫硫裝置的落后機組電量減少污染物排放。
?。ǘ┍ＷC電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平，提高供電質(zhì)量
我國電力系統(tǒng)裝機以煤電為主。煤電機組的調(diào)峰幅度相對較小、調(diào)峰能力相對較差，雖能滿足系統(tǒng)正常運行要求，但遠不能保障電力系統(tǒng)事故情況下的快速調(diào)節(jié)要求。抽水蓄能電站具有適應負荷快速變化的特性，從抽水工況到滿負荷運行一般只有2-3分鐘，可以快速大范圍調(diào)節(jié)出力。
抽水蓄能電站對于提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平，保證供電質(zhì)量具有重要作用。一是抽水蓄能電站啟停靈活、反應快速，具有在電力系統(tǒng)中擔任緊急事故備用和黑啟動等任務的良好動態(tài)性能，可有效提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行水平；二是抽水蓄能電站跟蹤負荷迅速，能適應負荷的急劇變化，是電力系統(tǒng)中靈活可靠的調(diào)節(jié)頻率和穩(wěn)定電壓的電源，可有效地保證和提高電網(wǎng)運行頻率、電壓質(zhì)量的穩(wěn)定性；三是抽水蓄能電站利用其調(diào)峰填谷性能可以降低系統(tǒng)峰谷差，提高電網(wǎng)運行平穩(wěn)性，有效減少電網(wǎng)拉閘限電次數(shù)，減少對企業(yè)和居民等廣大電力用戶生產(chǎn)和生活的影響。
（三）配合風電等可再生能源大規(guī)模發(fā)展，提高電力系統(tǒng)消納風電等清潔能源的能力
2005年可再生能源法頒布后，我國風電發(fā)展迅猛。截至2009年底，我國風電裝機容量達到了1613萬千瓦。預計到2020年，我國風電發(fā)展規(guī)模將達到1.5億千瓦。風電受當?shù)仫L力變化的影響，發(fā)電極不穩(wěn)定，對系統(tǒng)沖擊非常大。我國陸地風資源主要分布在“三北”等經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，當?shù)仉娋W(wǎng)無法消納大量風電，制約了風電的發(fā)展，風電必須經(jīng)高電壓等級電網(wǎng)遠距離送出。
電力系統(tǒng)建設適當規(guī)模的抽水蓄能電站，充分發(fā)揮抽水蓄能與風電運行的互補性，在系統(tǒng)中有多余風電時抽水、蓄能，在風電突然減少時及時發(fā)電，保持電網(wǎng)特別是高電壓等級電網(wǎng)輸電的穩(wěn)定性，發(fā)揮抽水蓄能電站既可以平衡風電發(fā)電量的不均衡性，又可以參加電網(wǎng)運行調(diào)頻的優(yōu)點，減少風電對電網(wǎng)的沖擊，解決當前風電開發(fā)送出困難的實際問題。
?。ㄋ模┡浜虾穗姶笠?guī)模發(fā)展，減少系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻壓力
核電是我國電力系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能減排、減少溫室氣體排放的重要舉措。根據(jù)現(xiàn)有發(fā)展趨勢，預計2020年我國核電裝機將達到7000-8000萬千瓦。核電適宜長期穩(wěn)定帶基荷運行，大規(guī)模發(fā)展核電將給以煤電為主的電力系統(tǒng)調(diào)峰帶來極大壓力。建設適當規(guī)模的抽水蓄能電站與核電配合運行，可解決核電在基荷運行時的調(diào)峰問題，提高核電站的運行效益和安全性。同時抽水蓄能電站還是核電站的事故備用電源。廣州抽水蓄能電站對大亞灣核電站的調(diào)節(jié)是當前我國抽水蓄能與核電配合運行的成功范例。
?。ㄎ澹┦翘馗邏狠旊姷陌踩Ｕ?，是智能電網(wǎng)的有機組成部分
特高壓電網(wǎng)實現(xiàn)了我國各個電網(wǎng)間電力電量補償、備用，是優(yōu)化能源資源配置和保障國家能源安全重要工具。但特高壓電網(wǎng)建設也對電網(wǎng)安全提出了更高要求，電網(wǎng)規(guī)模越大，電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行風險就越大，一旦出現(xiàn)問題所造成損失也就越大。對于大容量和長距離送電，必須配備一定容量具有快速反應特征和調(diào)頻、調(diào)相功能的電站作為緊急事故備用，以防止系統(tǒng)崩潰造成巨大損失。
在特高壓電網(wǎng)的受電端、中間落點，甚至起點建立適當規(guī)模的抽水蓄能電站，可以充分發(fā)揮抽水蓄能電站獨有的快速反應特性，有效防范電網(wǎng)發(fā)生故障的風險，防止事故擴大和系統(tǒng)崩潰。另外，在特高壓送電的受電端配置一定規(guī)模的抽水蓄能電站，可以有效提高受端電網(wǎng)的調(diào)節(jié)能力，提高整個區(qū)域輸電線路的利用率，減少輸電損失。
隨著國家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐的加快，風電、太陽能發(fā)電、核電大規(guī)模發(fā)展，我國電力系統(tǒng)對風電等清潔能源消納、平穩(wěn)運行的壓力逐步加大，社會對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求逐步提高，抽水蓄能作為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的重要工具，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的功能將日益凸顯。
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