中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著研究和實(shí)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(rèn)同。但由于現(xiàn)有文獻(xiàn)資料對(duì)抽水蓄能節(jié)能減排效益多采用運(yùn)籌學(xué)的優(yōu)化方法，計(jì)算過程復(fù)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(huì)對(duì)抽水蓄能的節(jié)能作用普遍難以理解，許多人甚至認(rèn)為抽水蓄能是一種能源浪費(fèi)。
實(shí)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(duì)抽水蓄能的節(jié)能減排作用進(jìn)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(duì)這些成果進(jìn)行整理，力求還原事實(shí)真相，對(duì)抽水蓄能的節(jié)能減排效益進(jìn)行系統(tǒng)說明。
對(duì)抽水蓄能節(jié)能減排作用
質(zhì)疑的由來
過去文獻(xiàn)資料對(duì)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(shí)頂峰運(yùn)行，減少了電力系統(tǒng)中調(diào)峰火電機(jī)組的啟停次數(shù)，因而實(shí)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(yùn)行——電力系統(tǒng)峰荷時(shí)由于抽水蓄能頂峰發(fā)電，火電機(jī)組升負(fù)荷幅度減少；電力系統(tǒng)谷荷時(shí)由于抽水蓄能電站水泵工況抽水，增加電力系統(tǒng)負(fù)荷，增加火電機(jī)組出力，使火電機(jī)組的壓負(fù)荷幅度降低。由于火電機(jī)組在低谷負(fù)荷時(shí)，單位發(fā)電煤耗急劇上升，抽水蓄能的調(diào)峰填谷運(yùn)行，提高了火電機(jī)組的負(fù)荷水平，可以有效降低火電機(jī)組的煤耗水平，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的節(jié)能減排。
對(duì)于抽水蓄能實(shí)現(xiàn)的前一種節(jié)能減排，人們易于接受。對(duì)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(jī)組煤耗的減少，一般最多達(dá)幾克甚至十幾克（火電機(jī)組的煤耗按340克/千瓦時(shí)），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(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)節(jié)能減排？
對(duì)抽水蓄能調(diào)峰填谷
節(jié)能減排的正確認(rèn)識(shí)
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(zé)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(jī)組為主，水電機(jī)組、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組以及可再生能源機(jī)組共同發(fā)展的電源結(jié)構(gòu)。不同類型的機(jī)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(fù)荷需求。
系統(tǒng)的負(fù)荷一般分為峰荷、腰荷和谷荷，各類機(jī)組按其對(duì)負(fù)荷調(diào)節(jié)特性的不同，相應(yīng)的分為調(diào)峰電源和基荷電源。調(diào)峰電源的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，對(duì)負(fù)荷的適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行靈活。從一般意義上講，調(diào)節(jié)式水電機(jī)組因?yàn)榫哂辛己玫恼{(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(jī)組多由成本較高的煤電機(jī)組（其單位供電煤耗較高）或燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組擔(dān)任。帶基荷的機(jī)組在額定出力附近運(yùn)行，負(fù)荷變動(dòng)不大，多由煤耗較低的先進(jìn)煤電機(jī)組和核電機(jī)組擔(dān)任。
電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)按照等效微增的方法調(diào)度各機(jī)組出力，煤耗最低的機(jī)組優(yōu)先調(diào)度，然后按煤耗從低到高依次增調(diào)火電機(jī)組出力，其主旨是隨負(fù)荷的變化使整體煤耗最小，運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。
抽水蓄能是一種特殊的機(jī)組，在系統(tǒng)谷荷時(shí)耗電抽水，峰荷時(shí)發(fā)電，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的調(diào)節(jié)工具。抽水蓄能機(jī)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(fù)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(fù)荷。抽水蓄能電站調(diào)峰填谷運(yùn)行，抽水耗用低谷負(fù)荷電量，發(fā)出高峰負(fù)荷電量，相當(dāng)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(jī)組在電力系統(tǒng)中的工作位置，經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況下，電力系統(tǒng)低谷時(shí)的負(fù)荷通常由煤耗最低的一批先進(jìn)機(jī)組承擔(dān)，在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中這批機(jī)組為大型的超超臨界、超臨界及亞臨界機(jī)組，所以抽水蓄能電站抽水所耗電量的煤耗應(yīng)是系統(tǒng)中煤耗最低的超臨界、亞臨界機(jī)組的供電煤耗。
同樣，經(jīng)濟(jì)調(diào)度情況下，電力系統(tǒng)高峰時(shí)段的負(fù)荷通常由煤耗最高的中高壓調(diào)峰小機(jī)組承擔(dān)。抽水蓄能電站在發(fā)電時(shí)，它會(huì)頂替系統(tǒng)中煤耗最高的調(diào)峰機(jī)組運(yùn)行。
抽水蓄能電站調(diào)峰填谷運(yùn)行時(shí)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(shí)現(xiàn)的，而硫化物的減排不僅僅是由節(jié)煤實(shí)現(xiàn)。因?yàn)槌樗钅茈娬驹谡＿\(yùn)行時(shí)耗用的是先進(jìn)的超臨界、亞臨界機(jī)組的電力，這些機(jī)組一般都裝有脫硫裝置，所以抽水蓄能機(jī)組在抽水時(shí)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(shí)所替代的是系統(tǒng)中最落后的中高壓機(jī)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(jī)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(shí)例分析
2007年，我們對(duì)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(jìn)行了測算。
山東泰山抽水蓄能電站的裝機(jī)容量為1000MW，設(shè)計(jì)年發(fā)電時(shí)數(shù)為1300小時(shí)，2005年山東電網(wǎng)的裝機(jī)容量構(gòu)成如圖2所示。
山東鄒縣電廠2臺(tái)1000MW超超臨界機(jī)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(jī)組來進(jìn)行計(jì)算，而山東電網(wǎng)100MW以下的中高壓機(jī)組容量達(dá)到了1.2萬MW。通過計(jì)算，如果按設(shè)計(jì)年發(fā)電小時(shí)數(shù)調(diào)峰填谷運(yùn)行，泰山抽水蓄能電站每年的節(jié)煤量為15.6萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。相應(yīng)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(shí)運(yùn)行計(jì)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(jì)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(duì)抽水蓄能事故備用
節(jié)能環(huán)保效益的正確認(rèn)識(shí)
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(dān)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(shí)，以及替代火電機(jī)組的事故備用容量時(shí)，將使系統(tǒng)中所有火電機(jī)組的負(fù)荷率升高，從而使火電機(jī)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(jī)組煤耗下降所帶來的效益。各類機(jī)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(dān)事故備用容量，對(duì)它的節(jié)能減排效益進(jìn)行了計(jì)算分析。通過計(jì)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(dān)，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(jì)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(yùn)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(yùn)行時(shí)間很少，僅承擔(dān)事故備用也能帶來節(jié)能減排效益。
對(duì)抽水蓄能節(jié)能減排作用
的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)
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(gè)抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)既調(diào)峰填谷運(yùn)行，也會(huì)調(diào)頻、調(diào)相、發(fā)揮事故備用、黑啟動(dòng)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(yùn)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(shí)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(gè)抽水蓄能電站的節(jié)能減排效益在兩者之間。
應(yīng)該說，隨著我國“上大壓小”的開展，電力系統(tǒng)中的中小機(jī)組逐漸退役，亞臨界機(jī)組逐漸成為調(diào)峰機(jī)組，電力系統(tǒng)中調(diào)峰機(jī)組的煤耗會(huì)大幅下降，系統(tǒng)中各類火電機(jī)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(huì)逐漸減弱。但由于抽水蓄能在完全事故備用、發(fā)電時(shí)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(dāng)，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(jì)運(yùn)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(yùn)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(jìn)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的大形勢下，抽水蓄能的適當(dāng)建設(shè)可以有效增強(qiáng)風(fēng)電的消納能力，解決風(fēng)電并網(wǎng)的困難；可以配合核電機(jī)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(jī)組和整個(gè)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)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(duì)提高我國抽水蓄能發(fā)展的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生一點(diǎn)作用。
（作者單位：國網(wǎng)新源控股有限公司）
