中國儲能網(wǎng)訊：11月27日，由21CN組織的“海南三日科普游”正式啟動，網(wǎng)友科普團(tuán)由廣州出發(fā)前往海口，實地參觀海南瓊中抽水蓄能電站，開始為期3天科普之旅。
為了對抽水蓄能電站有更多了解，“海南三日科普游”活動開展前，21CN在官方微博上收集了大量網(wǎng)友的提問，并特邀水力能源研究領(lǐng)域?qū)＜伊号d博士為其解答。
以下為訪談內(nèi)容：
問：抽水蓄能電站是干什么的?什么樣的工作原理?能否用通俗的語言向網(wǎng)友們普及一下?
答：對一個國家或者地區(qū)而言，每一天用電量都存在著峰谷差異，比如上海市在上午10點-11點，下午2點-3點和晚上7點-9點左右存在著明顯的用電高峰，一天中最高的用電量與最低用電量相差數(shù)百萬千瓦，而電力是必須及時消耗的，電廠發(fā)多少電用戶就要消耗多少電。為解決每日用電峰谷差異的問題，最直接的有兩個辦法，第一個是根據(jù)用電負(fù)荷的變化開啟或者停止發(fā)電機(jī)組，但是火力發(fā)電機(jī)組、核電機(jī)組以及部分水電機(jī)組由于其自身設(shè)計特點和運行要求，如果頻繁起停機(jī)組，將直接影響到機(jī)組的使用壽命和運行安全，因此對存在著明顯用電峰谷差異的大電網(wǎng)而言，不宜采用該方法。第二種方法就是我們大家所關(guān)心的抽水蓄能，它能夠在用電高峰將多余電能“存儲”起來，在用電低谷則將存儲的電能釋放出來。在實際中，對于大電網(wǎng)而言，其供電量可以分為兩部分，一部分是由火力發(fā)電機(jī)組、核電機(jī)組和大型水電機(jī)組等組成，在用電量發(fā)生變化時，其發(fā)電量卻基本保持不變;同時利用抽水蓄能機(jī)組、小型水電機(jī)組等完成“調(diào)峰填谷”作用。
抽水蓄能工作原理：抽水蓄能電站的一個關(guān)鍵設(shè)備就是水泵水輪機(jī)，在用電低谷期，抽水蓄能電站在水泵工況運行，將水從下游水庫(位置較低)抽到上游水庫(位置較高)，把多余的電能轉(zhuǎn)化成為水的勢能存儲起來;在用電高峰期，抽水蓄能電站在水輪機(jī)工況運行，水從上游水庫流向下游水庫沖擊水輪機(jī)作功進(jìn)而發(fā)電，將存儲的水勢能轉(zhuǎn)化為電能，彌補(bǔ)用電高峰的需求。
問：抽水蓄能起哪些作用?
答：抽水蓄能電站的作用主要有調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用和黑啟動等。
(1)調(diào)峰填谷：在用電谷期，抽水蓄能電站將水從下游水庫(位置較低)抽到上游水庫(位置較高)，把多余的電能轉(zhuǎn)化成為水的勢能存儲起來;在用電高峰，則利用水從上游水庫流向下游水庫沖擊水輪機(jī)作功進(jìn)而發(fā)電，將存儲的水勢能轉(zhuǎn)化為電能，彌補(bǔ)用電高峰的需求。
(2)調(diào)頻調(diào)相：簡單的說，供電質(zhì)量兩個重要參數(shù)是頻率和電壓，比如家庭用電要求是220V50Hz，但是當(dāng)電網(wǎng)電量供需發(fā)生變化(負(fù)荷變化)時，電的頻率和電壓等參數(shù)也會發(fā)生波動，直接影響到供電質(zhì)量。而抽水蓄能電站起動速度快，其出力(相當(dāng)于瞬時發(fā)電量)可以在一個較大范圍內(nèi)靈活調(diào)整，是一種優(yōu)良的調(diào)頻調(diào)相設(shè)施。
(3)事故備用和黑啟動：由于抽水蓄能電站機(jī)組起動到滿負(fù)荷只需1-2分鐘，而且運行工況調(diào)整、轉(zhuǎn)換的速度也快，也能夠黑啟動(黑啟動是指出現(xiàn)系統(tǒng)解列事故后，要求機(jī)組在無電源的情況下迅速起動)，是電網(wǎng)最佳的緊急事故備用機(jī)組。
由于上述作用，抽水蓄能電站能夠有效的提高火、水、核電站的綜合利用率，降低系統(tǒng)能耗，提高電網(wǎng)的可靠性。
問：抽水蓄能電站是適合中國的選擇嗎?看到很多說國外建了這種電站的項目，但是這適合中國的情況嗎?
答：抽水蓄能電站是否適合，與電網(wǎng)供電來源密不可分。電網(wǎng)供電來源一般可以分為兩類：一類是以火電(或核電)為主;另一類是以水電為主或水、火比例大致相當(dāng)。對于前者，由于火電機(jī)組、核電機(jī)組不宜頻繁起動，電網(wǎng)需要抽水蓄能電站承擔(dān)調(diào)峰填谷、調(diào)頻調(diào)相和緊急事故備用等作用;對于后者，水電機(jī)組有一定的調(diào)蓄能力，但是如果電網(wǎng)中水電站屬于年調(diào)節(jié)以下的情況較多，比如，電站屬于季調(diào)節(jié)型，即所在河流有較明顯的枯水期和汛期，在汛期時，若要利用水電調(diào)峰，則只能白白放掉水而不能用來發(fā)電，降低了電站經(jīng)濟(jì)效益，對于此類電網(wǎng)，配備了抽水蓄能電站后，就可以減少或避免汛期棄水，提高經(jīng)濟(jì)效益并改善水電汛期運行狀況，也能增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)控能力。對我國而言，從發(fā)電總量上來看，2012年火力發(fā)電量占全國總發(fā)電量的78.6%，水力發(fā)電量占17.4%，其余為核電和風(fēng)電等新能源發(fā)電量;從地域分布上分析，北方火電居多，西南地區(qū)水電居多，核電則多處于沿海地區(qū);從水電特性上分析，相當(dāng)大一部分水電站，比如三峽、葛洲壩都屬于季調(diào)節(jié)水電站;因此，不論是從電網(wǎng)實際調(diào)控需求，還是從電站經(jīng)濟(jì)運行角度考慮，都是需要興建大量的抽水蓄能電站。
問：網(wǎng)上有很多傳言，“地球一小時”是作秀，實際上什么電也不省，真的嗎?能否解釋一下?
答：對于家庭或者個人而言，少用一個小時的電，那肯定是省電的，但是從國家或者電網(wǎng)安全的角度看，我們更應(yīng)該推崇的是其節(jié)能思想，而不是這種活動?！暗厍蛞恍r”活動建議在每年3月最后一個星期六20點30分到21點30分熄燈。對于這個時間段，首先，它處于枯水期，水電機(jī)組發(fā)電量較低，火電機(jī)組起主要作用;其次，這個時段家庭生活用電量占整個電網(wǎng)供電量的比重較大，突然熄燈一個小時，將會造成用電量急劇變化。從電網(wǎng)調(diào)控方面來看，一方面，火電機(jī)組起停需要一個過程，不可能像家用電器一樣，開關(guān)鍵一按它就停機(jī)了，利用火電機(jī)組難以實現(xiàn)實時調(diào)控;另一方面，在電網(wǎng)中抽水蓄能電站相對較少，也沒有辦法在如此大的用電波動中保持電網(wǎng)的穩(wěn)定，這將會對電網(wǎng)造成較大沖擊，甚至?xí)茐囊徊糠止╇娫O(shè)備。因此，如果全國人民都參加這個活動，8點30分，電燈開關(guān)一關(guān)，其他家用電器也許會跟著跳閘。最后，即便單純從能源消耗角度，不考慮電網(wǎng)破壞和電器設(shè)備損壞的損失，由于火電機(jī)組在完全停止后和正在運行中存在較大的溫差，而活動中停機(jī)和起動時間僅相隔一個小時，火力發(fā)電機(jī)組需要不斷燃煤來保證其設(shè)備溫度，以便于1小時后開啟，這部分煤炭也白白燃燒掉了，因此，它難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)環(huán)保的作用。
問：抽水蓄能電站在我國能源開發(fā)與利用中起到什么樣的作用呢?它能解決“地球一小時”活動引發(fā)的那些電力問題?
答：我國面臨著能源緊張的問題，解決該問題一方面是節(jié)能，抽水蓄能電站的節(jié)能特點，主要體現(xiàn)在與電網(wǎng)進(jìn)行配合，特別是與大型電站配合使用，它能夠提高火力發(fā)電、水力發(fā)電和核電的綜合利用率，保證火電機(jī)組、水電機(jī)組和核電機(jī)組等安全經(jīng)濟(jì)運行，有效的降低總能耗;另一方面則是開發(fā)新能源，特別是核電等能源，核電站單機(jī)容量大，能效高，但是它與火電機(jī)組類似，不宜頻繁起動，不具有調(diào)蓄能力，需要與抽水蓄能電站等配合使用。
抽水蓄能電站不論是在理論中，還是在實際應(yīng)用中，其節(jié)能特性已經(jīng)被證實，和“地球一小時”完全不同，而且，由于抽水蓄能的“調(diào)峰填谷”特點，它能緩解或解決類似“地球一小時”所帶來的用電峰谷差異對電網(wǎng)和用電設(shè)備所造成的電力沖擊。
問：網(wǎng)上資料顯示，這種抽水蓄能電站規(guī)模一般都比較小，這小的電站能對整一個省市片區(qū)的電力進(jìn)行調(diào)控嗎?
答：一般常用電站總裝機(jī)容量來衡量電站的規(guī)模。但是抽水蓄能電站和常規(guī)電站的用途是不同的，常規(guī)電站是為了解決電力缺口興建的，它們是主要的供電源，而抽水蓄能電站是為了解決電網(wǎng)調(diào)峰缺口而興建的，在電網(wǎng)中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。另外，需要說明的是，現(xiàn)代大型抽水蓄能電站的規(guī)模也不能稱之為小，比如，廣州抽水蓄能電站一期工程裝機(jī)120萬千萬，年發(fā)電量23.8億度;二期工程裝機(jī)120萬千瓦，年發(fā)電量25.089億度，比很多火電站和水電站的總裝機(jī)容量都要大。
一個地方是否需要興建抽水蓄能電站，興建多大裝機(jī)容量的抽水蓄能電站，與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)用電量峰谷差異密切相關(guān)。比如，截止到2012年年底，我國已投產(chǎn)的抽水蓄能電站總?cè)萘繛?066.75萬千瓦，其中廣東就占了23.2%，而部分省份則共用一個抽水蓄能電站來調(diào)峰。隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，用電量逐步提升，電網(wǎng)峰谷差異也呈擴(kuò)大趨勢，電網(wǎng)調(diào)峰壓力也逐步增大，急需擴(kuò)建和興建一批抽水蓄能電站，據(jù)有關(guān)部門估計，到2020年，全國抽水蓄能電站總裝機(jī)將達(dá)到5000萬千瓦左右，抽水蓄能電站也將在電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行中發(fā)揮更大的作用。
問：和葛洲壩、三門峽、小浪底等中國知名的水力發(fā)電站相比，抽水蓄能電站和它們有什么相似與區(qū)別呢?
答：抽水蓄能電站的發(fā)電原理與其他水電站是相同的，但是，它們在電網(wǎng)中的作用和地位有著明顯的區(qū)別。從電力行業(yè)的角度來看，知名水電站的主要是用來發(fā)電，充當(dāng)基荷，而抽水蓄能電站主要是用來調(diào)峰的。抽水蓄能電站在整個運作過程中，雖然部分能量會在能量轉(zhuǎn)換間損失，但與采用迫使其他類型發(fā)電機(jī)組頻繁起停來滿足電網(wǎng)調(diào)控相比，抽水蓄能電站更經(jīng)濟(jì)，效益更好。除此以外，抽水蓄能電站還能擔(dān)負(fù)調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等功能，它是確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運行的關(guān)鍵設(shè)施之一。
問：相比于煤電、核電項目，抽水蓄能電站的優(yōu)勢在哪里?它對環(huán)境保護(hù)能起到什么樣的作用?
答：煤電(火力發(fā)電的一種)主要是以煤炭為燃料，其發(fā)電過程中不僅伴隨著大量的二氧化碳，而且還有氧化氮、氧化硫、粉塵等對大氣、環(huán)境有害的伴生物;核電由于其原料自身特點，不會產(chǎn)生二氧化碳等溫室氣體或有害氣體，正常運行時污染也較小。而抽水蓄能電站則可以稱得上是純凈無污染的能源，即其抽水過程消耗的是電能，發(fā)電過程則利用的是無污染的水能，而且抽水蓄能電站基本上是利用現(xiàn)有的水庫、湖泊，對水生生物、植被等影響也很小;另外，由于上下游水庫的蓄水作用，在小區(qū)域內(nèi)還能起到改善環(huán)境、與周邊生態(tài)和諧發(fā)展的作用。抽水蓄能電站已經(jīng)出現(xiàn)100多年了，我國也在上個世紀(jì)60年代就開始了抽水蓄能的研發(fā)，因此，抽水蓄能在技術(shù)上是成熟的，實際運行經(jīng)驗的積累也非常豐富，不僅在水資源高效利用和改善環(huán)境等方面也發(fā)揮著重要的作用，也是電力系統(tǒng)特別是大電網(wǎng)不可或缺的組成部分。
專家簡介
梁興，河南南陽人，博士，畢業(yè)于武漢大學(xué)，現(xiàn)于南昌工程學(xué)院能源與動力工程專業(yè)任教，從事水力機(jī)械內(nèi)流理論，水力機(jī)械在線監(jiān)測與故障診斷等領(lǐng)域的科研與教學(xué)工作，發(fā)表多篇EI論文。
