中國儲能網(wǎng)訊：隨著研究和實踐的不斷深入，抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的作用已得到了廣泛的認同。但由于現(xiàn)有文獻資料對抽水蓄能節(jié)能減排效益多采用運籌學的優(yōu)化方法，計算過程復雜，抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的具體作用不易定量說明，社會對抽水蓄能的節(jié)能作用普遍難以理解，許多人甚至認為抽水蓄能是一種能源浪費。
實際上，建設(shè)適度規(guī)模的抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中是具有明顯節(jié)能減排效益的，我們從另一種思路，對抽水蓄能的節(jié)能減排作用進行過一些探討，近年來這些成果也相續(xù)在一些專業(yè)期刊上發(fā)表，現(xiàn)在對這些成果進行整理，力求還原事實真相，對抽水蓄能的節(jié)能減排效益進行系統(tǒng)說明。
對抽水蓄能節(jié)能減排作用
質(zhì)疑的由來
過去文獻資料對抽水蓄能節(jié)能減排作用的描述：一是抽水蓄能在電力系統(tǒng)峰荷時頂峰運行，減少了電力系統(tǒng)中調(diào)峰火電機組的啟停次數(shù)，因而實現(xiàn)了電力系統(tǒng)的節(jié)能減排。二是抽水蓄能在電力系統(tǒng)中調(diào)峰填谷運行——電力系統(tǒng)峰荷時由于抽水蓄能頂峰發(fā)電，火電機組升負荷幅度減少；電力系統(tǒng)谷荷時由于抽水蓄能電站水泵工況抽水，增加電力系統(tǒng)負荷，增加火電機組出力，使火電機組的壓負荷幅度降低。由于火電機組在低谷負荷時，單位發(fā)電煤耗急劇上升，抽水蓄能的調(diào)峰填谷運行，提高了火電機組的負荷水平，可以有效降低火電機組的煤耗水平，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排。
對于抽水蓄能實現(xiàn)的前一種節(jié)能減排，人們易于接受。對于后一種，人們一直持懷疑態(tài)度，具體理由就是抽水蓄能是“用4度電換3度電”，而抽水蓄能調(diào)峰填谷帶來的火電機組煤耗的減少，一般最多達幾克甚至十幾克（火電機組的煤耗按340克/千瓦時），一邊是能量損失25%，一邊是煤耗降低不足5%，抽水蓄能怎能實現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能減排？
對抽水蓄能調(diào)峰填谷
節(jié)能減排的正確認識
為了直觀說明抽水蓄能調(diào)峰填谷帶來的節(jié)能減排效益，就必須要說明各類電源在電力系統(tǒng)中的作用，在明確各類電源分工的基礎(chǔ)上，才能說清楚抽水蓄能調(diào)峰填谷的節(jié)能減排作用。
一、各類電源的責任分工
能源結(jié)構(gòu)的多樣性，決定了發(fā)電形式的多樣性。我國的一次能源結(jié)構(gòu)決定了電力以燃煤機組為主，水電機組、燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組以及可再生能源機組共同發(fā)展的電源結(jié)構(gòu)。不同類型的機組發(fā)揮各自優(yōu)勢，相互配合、優(yōu)化組合，使系統(tǒng)以最低供電成本滿足用戶的負荷需求。
系統(tǒng)的負荷一般分為峰荷、腰荷和谷荷，各類機組按其對負荷調(diào)節(jié)特性的不同，相應的分為調(diào)峰電源和基荷電源。調(diào)峰電源的負荷調(diào)節(jié)范圍大，對負荷的適應性強，運行靈活。從一般意義上講，調(diào)節(jié)式水電機組因為具有良好的調(diào)節(jié)特性和低廉的成本而成為最佳的調(diào)峰電源，但我國多數(shù)地區(qū)調(diào)峰水電資源缺乏，調(diào)峰機組多由成本較高的煤電機組（其單位供電煤耗較高）或燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組擔任。帶基荷的機組在額定出力附近運行，負荷變動不大，多由煤耗較低的先進煤電機組和核電機組擔任。
電力系統(tǒng)在正常運行時按照等效微增的方法調(diào)度各機組出力，煤耗最低的機組優(yōu)先調(diào)度，然后按煤耗從低到高依次增調(diào)火電機組出力，其主旨是隨負荷的變化使整體煤耗最小，運行最經(jīng)濟。
抽水蓄能是一種特殊的機組，在系統(tǒng)谷荷時耗電抽水，峰荷時發(fā)電，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的調(diào)節(jié)工具。抽水蓄能機組在電力系統(tǒng)中的工作位置如圖1所示。圖1中，面積A代表抽水蓄能電站抽水所耗電量，B代表抽水蓄能電站所發(fā)電的電量，P1為系統(tǒng)最高負荷，P2為抽水蓄能電站在系統(tǒng)中開始發(fā)電的位置，P3為抽水蓄能電站在系統(tǒng)中開始抽水的位置，P4為系統(tǒng)的最低負荷。抽水蓄能電站調(diào)峰填谷運行，抽水耗用低谷負荷電量，發(fā)出高峰負荷電量，相當于將一部分谷荷電量轉(zhuǎn)移成了峰荷電量，既將圖1中區(qū)域A移到區(qū)域B，其轉(zhuǎn)換效率就是抽水蓄能電站的抽發(fā)效率。
二、抽水蓄能調(diào)峰填谷的節(jié)煤減排原理
根據(jù)各類機組在電力系統(tǒng)中的工作位置，經(jīng)濟調(diào)度情況下，電力系統(tǒng)低谷時的負荷通常由煤耗最低的一批先進機組承擔，在當前的電力系統(tǒng)中這批機組為大型的超超臨界、超臨界及亞臨界機組，所以抽水蓄能電站抽水所耗電量的煤耗應是系統(tǒng)中煤耗最低的超臨界、亞臨界機組的供電煤耗。
同樣，經(jīng)濟調(diào)度情況下，電力系統(tǒng)高峰時段的負荷通常由煤耗最高的中高壓調(diào)峰小機組承擔。抽水蓄能電站在發(fā)電時，它會頂替系統(tǒng)中煤耗最高的調(diào)峰機組運行。
抽水蓄能電站調(diào)峰填谷運行時的節(jié)煤效益，就是考慮中間環(huán)節(jié)的損失（抽發(fā)電效率為75%），即抽水電量與發(fā)電電量所用煤耗之差。
抽水蓄能電站具有的環(huán)保效益體現(xiàn)在，它在滿足相同電力用戶需求的情況下，能減少電力系統(tǒng)中硫化物、氮氧化物、粉塵及一氧化碳等的排放，其中氮氧化物、粉塵及一氧化碳的減排是通過節(jié)煤實現(xiàn)的，而硫化物的減排不僅僅是由節(jié)煤實現(xiàn)。因為抽水蓄能電站在正常運行時耗用的是先進的超臨界、亞臨界機組的電力，這些機組一般都裝有脫硫裝置，所以抽水蓄能機組在抽水時耗用電力燃煤的污染物排放很低。而抽水蓄能電站在發(fā)電時所替代的是系統(tǒng)中最落后的中高壓機組，一般都沒有安裝脫硫裝置，所以抽水蓄能電站的環(huán)保效益不僅僅是節(jié)煤所減少的污染物排放效益，而是全部替代的中低壓機組發(fā)電耗煤的污染物排放所減少的污染物排放效益。
三、實例分析
2007年，我們對山東泰山抽水蓄能電站調(diào)峰填谷中的節(jié)能減排效益進行了測算。
山東泰山抽水蓄能電站的裝機容量為1000MW，設(shè)計年發(fā)電時數(shù)為1300小時，2005年山東電網(wǎng)的裝機容量構(gòu)成如圖2所示。
山東鄒縣電廠2臺1000MW超超臨界機組已于2007年投產(chǎn)，所以山東電網(wǎng)的最低供電煤耗可以暫按超臨界機組來進行計算，而山東電網(wǎng)100MW以下的中高壓機組容量達到了1.2萬MW。通過計算，如果按設(shè)計年發(fā)電小時數(shù)調(diào)峰填谷運行，泰山抽水蓄能電站每年的節(jié)煤量為15.6萬噸標準煤。相應的減少二氧化硫排放9703噸，減少氮氧化物排放1609噸，減少煙塵排放5噸，減少一氧化碳排放36噸。如果按年發(fā)電2000小時運行計算，山東泰山抽水蓄能電站每年節(jié)煤24萬噸，減少二氧化硫排放1.5萬噸，減少氮氧化物排放2475噸，減少煙塵排放7噸，減少一氧化碳排放55噸，減少燃油消耗13.3萬噸。該計算結(jié)果充分說明了抽水蓄能電站的調(diào)峰填谷具有顯著的節(jié)煤環(huán)保等效益。
對抽水蓄能事故備用
節(jié)能環(huán)保效益的正確認識
抽水蓄能不僅在電力系統(tǒng)調(diào)峰填谷中具有節(jié)能減排效益，其在電力系統(tǒng)中承擔調(diào)頻、調(diào)相、旋轉(zhuǎn)備用和事故備用等在電力系統(tǒng)中發(fā)揮調(diào)節(jié)安保作用時，以及替代火電機組的事故備用容量時，將使系統(tǒng)中所有火電機組的負荷率升高，從而使火電機組的煤耗下降。由此看來，抽水蓄能電站事故備用的節(jié)能減排效益就是使火電機組煤耗下降所帶來的效益。各類機組降出力情況下煤耗變化情況見圖3。
同樣，我們以泰山抽水蓄能電站為例，讓其在山東電網(wǎng)承擔事故備用容量，對它的節(jié)能減排效益進行了計算分析。通過計算，在比較保守的條件下，如果山東電網(wǎng)的事故備用容量用抽水蓄能電站承擔，則山東泰山抽水蓄能電站每年由事故備用而直接產(chǎn)生的經(jīng)濟效益為節(jié)煤3.17萬噸；減小污染物排放：SO2為25.32噸，NOx為326.39噸，煙塵為0.95噸，CO為7.3噸；減少固定投資及運行成本約2億元。因此，即使抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中運行時間很少，僅承擔事故備用也能帶來節(jié)能減排效益。
對抽水蓄能節(jié)能減排作用
的進一步認識
抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的作用是多樣的，通常一個抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)既調(diào)峰填谷運行，也會調(diào)頻、調(diào)相、發(fā)揮事故備用、黑啟動等多種功能。我們把抽水蓄能在電力系統(tǒng)中完全調(diào)峰填谷運行所帶來的節(jié)能減排效益看作是其所能帶來的最大節(jié)能減效益，把抽水蓄能在事故備用時所帶來的節(jié)能減排效益看作是其最小節(jié)能減排效益，一般一個抽水蓄能電站的節(jié)能減排效益在兩者之間。
應該說，隨著我國“上大壓小”的開展，電力系統(tǒng)中的中小機組逐漸退役，亞臨界機組逐漸成為調(diào)峰機組，電力系統(tǒng)中調(diào)峰機組的煤耗會大幅下降，系統(tǒng)中各類火電機組的煤耗差距逐漸縮小，抽水在電力系統(tǒng)中的節(jié)能減排作用會逐漸減弱。但由于抽水蓄能在完全事故備用、發(fā)電時間為零的情況下，仍然具有節(jié)能減排效益，所以只要規(guī)模適當，抽水蓄能在電力系統(tǒng)中的節(jié)能減排效益是不容置疑的。
抽水蓄能是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行的有效調(diào)節(jié)工具和重要保障，節(jié)能減排效益在抽水蓄能所帶來的綜合效益中只占很小的一部分，其靈活運行方式和快速調(diào)節(jié)特性帶來的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的作用才是抽水蓄能所產(chǎn)生的主要效益。尤其是在我國大力發(fā)展清潔能源，促進能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的大形勢下，抽水蓄能的適當建設(shè)可以有效增強風電的消納能力，解決風電并網(wǎng)的困難；可以配合核電機組調(diào)峰，解決核電帶來的電力系統(tǒng)調(diào)峰困難，保障核電機組和整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本文論述的目的不是鼓吹抽水蓄能的節(jié)能減排效益有多么巨大，只是解答人們心中的疑問，說明抽水蓄能節(jié)能減排效益的真相，希望能對提高我國抽水蓄能發(fā)展的認識產(chǎn)生一點作用。
（作者單位：國網(wǎng)新源控股有限公司）
