抽水蓄能電站

抽水蓄能電站

抽水蓄能電站(pumped storage power station)利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫,在電力負荷高峰期再放水至下水庫發電的水電站。又稱蓄能式水電站。它可將電網負荷低時的多餘電能,轉變為電網高峰時期的高價值電能,還適於調頻、調相,穩定電力系統的周波和電壓,且宜為事故備用,還可提高系統中火電站和核電站的效率。我國抽水蓄能電站的建設起步較晚,但由於後發效應,起點卻較高,建設的幾座大型抽水蓄能電站技術已處於世界先進水平。

發展現狀

據統計,至2009年底我國投產的抽水蓄能電站共22座,總容量11545MW,其中大型純抽水蓄能電站11座(包括北京十三陵、廣東廣州一期與二期、浙江天荒坪與桐柏、吉林白山、山東泰安、安徽琅琊山、江蘇宜興、山西西龍池、河北張河灣)10400MW,其餘11座1145MW,在建的8座,裝機容量9360MW。我國已建、在建抽水蓄能電站見下表。

我國已建、在建抽水蓄能電站統計表

1崗南河北平山混合式1×111968.511

2密雲北京密雲混合式2×111973.1122

3潘家口河北遷西混合式3×901991.9270

4寸塘口四川彭溪純蓄能2×11992.112

5廣州一期廣州從化純蓄能4×3001994.31200

6十三陵北京昌平純蓄能4×2001995.12800

7羊卓雍湖西藏貢嘎純蓄能4×22.51997.590

8溪口浙江奉化純蓄能2×401997.1280

9廣州二期廣州從化純蓄能4×3001999.41200

10天荒坪浙江吉安純蓄能6×3001998.91800

11響洪甸安徽金寨混合式2×402000.180

12天堂湖北羅田純蓄能2×352000.1270

13沙河江蘇溧陽純蓄能2×502002.6100

14回龍河南南陽純蓄能2×602005.9120

15白山吉林樺甸純蓄能2×1502005.11300

16泰安山東泰安純蓄能4×2502006.71000

17桐柏浙江天台純蓄能4×3002005.121200

18琅琊山安徽滁州純蓄能4×1502006.9600

19宜興江蘇宜興純蓄能4×2502008.121000

20西龍池山西五台純蓄能4×3002008.12300

21張河灣河北井陘純蓄能4×2502008.121000

22惠州廣東惠州純蓄能8×3002009.5300

23寶泉河南輝縣純蓄能4×300在建

24白蓮河湖北羅田純蓄能4×300在建

25佛磨安徽霍山混合式2×80在建

26蒲石河遼寧寬甸純蓄能4×300在建

27黑麋峰湖南望城純蓄能4×300在建

28響水澗安徽蕪湖純蓄能4×250在建

29呼和浩特內蒙古純蓄能4×300在建

30仙遊福建仙遊純蓄能4×300在建

31溧陽江蘇溧陽純蓄能6×250在建

目前,可行性研究報告已審查通過、待建的抽水蓄能電站有4座,總容量4280MW,預可行性研究報告已審查通過、正在進行可行性研究工作的抽水蓄能電站有16座,總容量24500MW,另有部分項目正在開展預可行性研究工作,保持了一定的項目儲備。

正開展前期設計工作的抽水蓄能電站統計表

1清遠廣東清遠1280待建

2馬山江蘇無錫600待建

3荒溝黑龍江牡丹江1200待建

4深圳廣東深圳1200待建

5板橋峪北京密雲1000可研

6豐寧河北豐寧3600可研

7天荒坪二浙江安吉2400可研

8文登山東文登1800可研

9陽江廣東陽江2400可研

10敦化吉林敦化1200可研

11紅石吉林樺甸1200可研

12通化吉林通化800可研

13五嶽河南光山1000可研

14河南天池河南南陽1200可研

15寶泉二期河南新鄉1200可研

16桓仁遼寧桓仁800可研

17蟠龍重慶綦江1200可研

18烏龍山浙江建德2400可研

19泰安二期山東泰安1800可研

20雙溝吉林撫松500可研

我國抽水蓄能電站建設雖然起步比較晚,但由於後發效應,起點卻較高,近年建設的幾座大型抽水蓄能電站技術已處於世界先進水平。例如:廣州一、二期抽水蓄能電站總裝機容量2400MW,為世界上最大的抽水蓄能電站;天荒坪與廣州抽水蓄能電站機組單機容量300MW,額定轉速500r/min,額定水頭分別為526m和500m,已達到單級可逆式水泵水輪機世界先進水平;西龍池抽水蓄能電站單級可逆式水泵水輪機組最大揚程704m,僅次於日本葛野川和神流川抽水蓄能電站機組。十三陵抽水蓄能電站上水庫成功採用了全庫鋼筋混凝土防滲襯砌,滲漏量很小,也處於世界領先水平。天荒坪、張河灣和西龍池抽水蓄能電站採用現代瀝青混凝土面板技術全庫盆防滲,處於世界先進水平。

發展趨勢

隨著我國新興能源的大規模開發利用,抽水蓄能電站的配置由過去單一的側重於用電負荷中心逐步向用電負荷中心、能源基地、送出端和落地端等多方面發展。

新能源的迅速發展需要加速抽水蓄能電站建設

風電作為清潔的可再生資源是國家鼓勵發展的產業,核電是國家大力發展的新型能源,風電和核電的大力發展,對實現我國能源結構最佳化、可持續發展有著不可替代的作用。

風能是一種隨機性、間歇性的能源,風電場不能提供持續穩定的功率,發電穩定性和連續性較差,這就給風電併網後電力系統實時平衡、保持電網安全穩定運行帶來巨大挑戰,同時風電的運行方式必將受到電力系統負荷需求的諸多限制。抽水蓄能電站具有啟動靈活、爬坡速度快等常規水電站所具有的優點和低谷儲能的特點,可以很好地緩解風電給電力系統帶來的不利影響。

核電機組運行費用低,環境污染小,但核電機組所用燃料具有高危險性,一旦發生核燃料泄漏事故,將對周邊地區造成嚴重的後果;同時,由於核電機組單機容量較大,一旦停機,將對其所在電網造成很大的衝擊,嚴重時可能會造成整個電網的崩潰。在電網中必須要有強大調節能力的電源與之配合,因此建設一定規模的抽水蓄能電站配合核電機組運行,可輔助核電在核燃料使用期內儘可能的用盡燃料,多發電,不但有利於燃料的後期處理,降低了危險性,而且有效降低了核電發電成本。

抽水蓄能電站是電力系統中最可靠、最經濟、壽命周期長、容量大、技術最成熟的儲能裝置,是新能源發展的重要組成部分。通過配套建設抽水蓄能電站,可降低核電機組運行維護費用、延長機組壽命;有效減少風電場併網運行對電網的衝擊,提高風電場和電網運行的協調性以及電網運行的安全穩定性。

特高壓、智慧型電網的發展需要加速抽水蓄能電站建設

目前,國家電網公司正在推進“一特四大”的電網發展戰略,即以大型能源基地為依託,建設由1000千伏交流和±800千伏直流構成的特高壓電網,形成電力“高速公路”,促進大煤電、大水電、大核電、大型可再生能源基地的集約化開發,在全國範圍內實現資源最佳化配置。同時,將以特高壓電網為骨幹網架、各級電網協調發展的堅強電網為基礎,發展以信息化、數位化、自動化、互動化為特徵的自主創新、國際領先的堅強智慧型電網。特高壓交流輸電系統的無功平衡和電壓控制問題比超高壓交流輸電系統更為突出。利用大型抽水蓄能電站的有功功率、無功功率雙向、平穩、快捷的調節特性,承擔特高壓電力網的無功平衡和改善無功調節特性,對電力系統可起到非常重要的無功/電壓動態支撐作用,是一項比較安全又經濟的技術措施,建設一定規模的抽水蓄能電站,對電力系統特別是堅強智慧型電網的穩定安全運行具有重要意義。

儲能產業正處起步階段抽水蓄能建設加速

“儲能肯定已到了呼之欲出的時候。保守估計,到2020年,國內整個儲能產業的市場規模至少可以達到6000億元,樂觀的話甚至有可能到兩萬億。預計未來國家對儲能的支持力度會不斷加大。”中科院工程熱物理研究所所長助理、鄂爾多斯大規模儲能技術研究所所長譚春青在上月召開的“儲能國際峰會2012”上表示。這昭示著儲能的巨大魅力與潛力。

對新能源和可再生能源的研究和開發,尋求提高能源利用率的先進方法,已成為全球共同關注的首要問題。對中國這樣一個能源生產和消費大國來說,既有節能減排的需求,也有能源增長以支撐經濟發展的需要,這就需要大力發展儲能產業。

前瞻產業研究院發布的《中國儲能行業市場前瞻與投資預測分析報告》顯示,日益增長的能源消費,特別是煤炭、石油等化石燃料的大量使用對環境和全球氣候所帶來的影響使得人類可持續發展的目標面臨嚴峻威脅。據預測,如按現有開採不可再生能源的技術和連續不斷地日夜消耗這些化石燃料的速率來推算,煤、天然氣和石油的可使用有效年限分別為100-120年、30-50年和18-30年。顯然,21世紀所面臨的最大難題及困境可能不是戰爭及食品,而是能源。

近年我國電力系統建設正處於快速發展階段,用電高峰時的供電緊張、有功無功儲備不足、輸配電容量利用率不高和輸電效率低等問題都有不同程度的存在。同時,越來越多的大型工業企業和涉及信息、安全領域的用戶對負荷側電能質量問題提出更高的要求。這些特點為分散電力儲能系統的發展提供了廣泛的空間,而儲能系統在電力系統中套用可以達到調峰、提高系統運行穩定性及提高電能質量等目的。

抽水蓄能是目前電力系統最可靠、最經濟、壽命周期最長、容量最大的儲能裝置。為了保障電源端大型火電或核電機組能夠長期穩定的在最優狀態運行,需要配套建設抽水蓄能電站承擔調峰調荷等任務。截至2008年,我國已建成抽水蓄能電站20座,在建的11座,裝機容量達到1091萬千瓦,占全國總裝機容量的1.35%。

而一般工業國家抽水蓄能裝機占比約在5%-10%水平,其中日本2006年抽水蓄能裝機占比即已經超過10%。我國抽水蓄能電站目前占比明顯偏低,隨著國核心電及大型火電機組的投建,近年來國內抽水蓄能電站建設明顯加速。目前在建規模達到約1400萬千瓦,擬建和可行性研究階段的抽水蓄能電站規劃規模分別達到1500萬千瓦和2000萬千瓦,如果以上項目順利投產,2020年我國抽水蓄能電站總裝機容量將達到約6000萬千瓦。

前瞻產業研究院儲能行業研究員歐陽凌高表示,儲能本身不是新興的技術,但從產業角度來說卻是剛剛出現,正處在起步階段。到目前為止,中國沒有達到類似美國、日本將儲能當作一個獨立產業加以看待並出台專門扶持政策的程度,尤其在缺乏為儲能付費機制的前提下,儲能產業的商業化模式尚未成形。

管理

在運行管理方面達到較高水平。抽水蓄能電站可逆式水泵水輪機—發電電動機組運行工況多、監控對象多、自動化元件多、信息量多,計算機監控系統比常規水電站計算機監控系統複雜,操作要求也比常規水電站高。已建成的抽水蓄能電站在運行管理方面都達到較高水平,表現在:(1)人員精煉,基本上做到無人值班或少人值守。(2)綜合效率高,電站運行的平均綜合效率,一般在75%左右。廣蓄平均達78%,天荒坪平均達79.4%,最高達80.6%。(3)可用率和機組啟動成功率均達先進水平。

相比

抽水蓄能電站與常規水電站圖片相比抽水蓄能電站與常規水電站圖片相比

除機組特殊外,在水工建築方面也有它的特殊性,比如對防滲的要求就特別嚴格,因為它的水是用電換來的,同時機組吸出高度多為負值,廠房多為地下式等等,因此在設計和施工方面都有一定的難度,在已建的抽水蓄能電站中,攻克了這些難關,為今後抽水蓄能電站的建設,取得了成功的經驗。

如十三陵電站上水庫,是人工開挖填築而成,庫盆採用鋼筋混凝土面板防護,在北京這樣寒冷地區,這樣大規模的鋼筋混凝土防滲工程在中國是第一個,在國外也少有。天荒坪抽水蓄能電站的上庫,也是人工開挖填築而成,天荒坪電站的防滲措施系採用瀝青混凝土襯護,滲漏量很少。這兩個工程說明在人工庫盆防滲方面,中國已積累了一定的經驗。

又如地下廠房輕型支護,廣州抽水蓄能電站寬21m的大型地下廠房採用噴錨支護,其支護參數在國內外同類工程中是比較先進的。實踐證明,中國在地下廠房噴錨支護設計和施工方面都具有成功的經驗。

廣蓄電站廠房400t天車和天荒坪電站廠房500t天車均採用岩壁吊車梁,取代傳統的柱式支承吊車梁,既減少廠房寬度,節約投資,又縮短了工期。通過廣蓄、天荒坪等電站岩壁吊車梁實踐,中國己完全掌握了岩壁吊車梁的設計理論和施工技術。

抽水蓄能電站的引水道有豎井和斜井兩種布置形式。斜井與豎井相比,斜井水道長度短,水力過渡條件好,具有節省投資、提高電站效率等優勢。但斜井的施工難度較大,施工技術比豎井複雜。中國廣蓄、十三陵、天荒坪等蓄能電站,引水道均採用斜井布置。通過這些斜井施工,己形成了較為成熟的斜井安全快速施工成套技術。

電站介紹

遼寧蒲石河抽水蓄能電站

蒲石河抽水蓄能電站位於遼寧省寬甸滿族自治縣境內,距丹東市約40公里,為東北地區第一座大型純抽水蓄能電站,電站樞紐工程由上水庫面板堆石壩、地下廠房及輸水系統、下水庫混凝土重力壩組成。總裝機容量1200MW(4×300 MW),主機設備由法國阿爾斯通(ALSTOM)製造與技術支持,工程總投資45.156億元。

2006年8月,主體工程開工建設。2010年12月第一台機組投入運行,2011年12月全部機組投產發電。電站建成後,屬國家特大型企業,在東北電網中擔任調峰、填谷、調頻和事故備用。

蒲石河抽水蓄能電站建成後為“無人值班、少人值守”的管理模式,生產調度中心、辦公樓、職工住宅及生活福利設施建在丹東市內鴨綠江畔,尚在建設中,預計2009年投入使用。丹東市依山傍水,氣候宜人,交通便利,距瀋陽市約220公里,距大連市約245公里。

主要參建單 位:中國水利水電第六工程局有限公司、武警水電部隊、水電二局

潘家口、十三陵抽水蓄能電廠

它們所在的中國京津唐電網是一個以火電為主的電網,電站在電網中的作用主要體現在調頻、調峰、填谷、事故備用、黑啟動及保證北京用電的穩定性和可靠性等方面。京津唐電網在沒有抽水蓄能電站投入以前,電網主要依靠燃煤火電機組調頻。由於燃煤火電機組受設備的限制,對電網頻率的急劇變化適應能力差。1993年以前,京津唐電網周波合格率在98%左右。目前電網調頻主要以十三陵、潘家口抽水蓄能電廠為主。十三陵抽水蓄能電廠投入運行後,電網周波合格率每年均達到99.99%以上,除了電網供電狀況有所好轉外,抽水蓄能電站參與電網調頻起了很大作用。

在事故備用方面也起到重要作用,比較典型的例子如:

1999年3月,北京連續十多天出現大霧陰雨天氣,使北京供電線路造成電網霧閃、線路閃絡掉閘等事故不斷出現,此時十三陵蓄能電站做出快速反應,開機48次,緊急啟動成功率100%。

廣州抽水蓄能電站

該電站是中國最大的抽水蓄能電站,裝機2400MW,同樣在系統中發揮了重要作用。它的作用主要表現在:使核電實現不調峰穩定運行,廣蓄電站的調峰填谷作用使香港中華電力公司無需多開兩台66萬kW煤機,而且在負荷低谷期可以更多接受核電。大亞灣兩台900MW核電機組於1994年投入運行,分別向廣電和中電兩個電網供電。由於兩個電網都有抽水蓄能容量供調度使用,為核電創造了良好的運行環境,使核電不作調峰,實現穩定運行。

在事故備用方面,廣東電網內火電和核電機組單機容量都大,還有從西南省份經500kV線路供電,廣東電網還與香港電網相聯,無論火電站、核電站跳機或西電解列等事故均對電網安全影響巨大,而蓄能電站對防止電網事故擴大,恢復正常供電起著顯著作用,廣蓄自投入運行以來,平均每年緊急啟動18次左右。

廣蓄還為電網作特殊負荷運行。由於抽水蓄能機組既可作電源又可作負荷,因此對電網調度組織功率特別方便簡易,電網中的核電機組、煤電機組調試期間甩負荷實驗、滿負荷振動實驗,都由廣蓄機組水泵運行作為負荷,使核電、煤電機組試驗得以順利進行。

天荒坪抽水蓄能電站

該電站裝機容量達1800MW,運行綜合效率最高達80.5%,超過一般抽水蓄能電站4度換3度的指標。電站自首台機組投產以來,對保證華東電網的安全、穩定運行發揮了重要作用。自1998年投產至2003年6月底,已為電網應急調頻或事故備用23次。它還被電網指定為系統瓦解時,恢復電網的黑啟動電源。同時,蓄能電站也成為系統調試的重要工具。天荒坪抽水蓄能電站投入華東電網運行後,對保證華東電網的安全穩定、經濟運行發揮了不可替代的作用。

綜上所述,已建的抽水蓄能電站不管是大型還是中型,在實際運行中都很好地發揮了調峰、填谷、調相、調頻、事故備用和替代燃煤機組的作用,取得了良好的信譽和經濟效益。

豐寧抽水蓄能電站

2012年7月25日上午,承德豐寧抽水蓄能電站項目獲得國務院第212次常務會議審議通過。

2013年5月29日上午,豐寧抽水蓄能電站開工建設。該項目由國網新源控股有限公司負責建設、運營、管理,建成後將成為目前世界裝機容量最大的抽水蓄能電站。

敦化抽水蓄能電站

敦化抽水蓄能電站前期工作於2006年啟動,2007年完成項目選點規劃和項目可行性研究報告審查。2011年項目可研報告通過國家發改委審查,並取得所有支持性檔案。2012年10月,國家發改委印發核准批覆。2013年7月,吉林敦化抽水蓄能電站工程開工。

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