抽水蓄能电站经济型评价

1、抽水蓄能电站的经济性评价抽水蓄能电站经济型评价摘要：本文针对抽水蓄能电站的经济效益评价问题，结合我国电力市场改革的实际，在以往抽水蓄能电站经济效益评价的基础上，对其静态效益和动态效益进行了全面的分析，并考虑在厂网分开条件下，针对不同利益主体对抽水蓄能电站的综合经济效益进行界定，同时结合现实以及可能的投资运营管理模式和价格机制，探讨了的相应的配套产业政策，并提出政策建议。关键字：抽数蓄能 经济评价 关键政策正文：抽水蓄能电站在电力系统中担负削峰填谷、旋转备用、事故备用、调频、调相等任务。它对增加系统的稳定性、灵活性、改善供电质量,提高电网的安全性和经济性具有重要的意义,是电网经济而有效的调控手段

2、。 传统上对于抽水蓄能电站经济效益的研究,偏重于从技术功能的角度进行分析,这种分析具有简洁、方便的优点,但在评价问题上又不易做到清晰明确,常常出现模糊和重叠。本论文既然是研究市场条件下抽水蓄能的经济效益问题,所以就必须在分析传统效益划分方法的基础上,以市场运行的视角,对经济效益的分析进行基于市场观点的重新描述,并采用模糊层次分析法,对抽水蓄能电站经济效益进行综合评价,进一步分析电力市场条件下抽水蓄能电站经济效益问题。 近十几年来，中国抽水蓄能电站的迅速发展，主要是由于中国国民经济的高速发展，促进了中国抽水蓄能电站的大发展，而这十几年正是中国改革开放经济大发展时期。在这十几年中虽然取得了很大成绩

3、。2004年底全国已建成投产的抽水蓄能电站10座，装机容量达到570.1万kW（其中60万kW供香港）。其中包括1968年在河北岗南常规水电站上安装的1.1万kW抽水蓄能机组，1992年建成的河北潘家口混合式抽水蓄能电站(其中抽水蓄能机组27万kW)，1997年建成的北京十三陵抽水蓄能电站(80万kW)；广东电网分别于1994年和2000年建成的广州抽水蓄能电站一期、二期工程（共240万kW，其中60万kW供香港）；华东电网1998年建成的浙江溪口抽水蓄能电站（8万kW），2000年建成的装机规模180万kW的天荒坪抽水蓄能电站和安徽响洪甸抽水蓄能电站（8万kW），2002年建成的江苏沙河抽水

4、蓄能电站（10万kW）；华中电网的湖北天堂抽水蓄能电站（7万kW）；拉萨电网于1997年建成的羊卓雍湖抽水蓄能电站（9万kW） 随着国内抽水蓄能电站的不断发展壮大，抽水蓄能的经济型也成为国内水利行业所讨论的热点。首先我要对抽水蓄能电站的静态与动态效益进行分析评价。静态效益是指抽水蓄能电站承担调峰填谷功能时所体现出的效益，包括容量效益和电量效益（节煤效益）。 抽水蓄能电站的容量效益  在电力系统负荷出现高峰时，抽水蓄能电站可以像常规水电站一样发电，承担系统的高峰负荷，起到调峰作用，从而可以有效的替代电力系统其他电站的装机容量，由此产生的经济效益称为容量效益。  抽水

5、蓄能电站容量效益计算常采用等效替代法，等效火电容量的大小决定了抽水蓄能电站容量效益的大小。抽水蓄能电站的等效火电容量，是通过有、无抽水蓄能电站两种情况下的电力平衡来确定的。抽水蓄能电站的容量效益是用基本方案和替代方案总投资和固定运行费用之差来表示的。在运行阶段从电力系统运行的可靠性和安全性的影响角度出发，以抽水蓄能电站与火电相比在事故率、修复率、计划检修时间、厂用电率、机组运行灵活性的差异来表示容量效益。在规划阶段用系统的可靠性指标的差异来表示效益，这些指标是停电概率、停电小时数、停电频率、停电持续时间、由于容量不足引起的停电容量。 抽水蓄能电站的节煤效益  抽水蓄能电站的

6、节煤效益通常用有抽水蓄能电站方案和无抽水蓄能电站方案两种情况下，电力系统年煤耗量的差值来表示。在抽水蓄能电站抽水发电的转换过程中，抽水蓄能电站要损失一部分电能，但由于抽水蓄能电站的投入，火电机组的运行方式得到改善，火电的煤耗率降低，因此抽水蓄能电站节煤效益取决于上述两个因素的平衡。根据理论分析和实际计算，节煤效益还可以进一步划分为两个分量即调峰节煤效益和填谷节煤效益。  现有的调峰填谷节煤效益计算方法，极大多数按照等效替代原则构成的，但在具体计算方法上各有不同，大致可以归纳成两类：（1）生产模拟法：电力系统的生产模拟主要是按电力系统中各发电机组的技术经济特性，模拟其发电调度、预测各发

7、电机组的发电量及燃料消耗量，得出整个电力系统在该时期的运行费用，为电力系统进行电能成本分析，多区域互联效益分析和为规划进行方案比较提供经济指标。生产模拟方法可以分为两类，一类是随机生产模拟，另一类是确定性的生产模拟。应用生产模拟方法可以对抽水蓄能静态效益，事故备用、负荷备用等各项效益以及整体的动态效益进行评估。  应用随机生产模拟理论，建立了等效电量函数法分段模型，计算抽水蓄能电站的节煤效益时将火电机组的煤耗分为峰荷、腰荷和基荷三段考虑。考虑了抽水蓄能电站减少火电机组的启停煤耗，在计算启停煤耗时引入了频率期间法（FD）。以上方法的核心是围绕等效持续负荷曲线（ELDC），火电机组的强迫

8、停运率为定值。然而火电机组在电力系统运行中，机组的强迫停运率受到如启动延时、可延迟停运等诸多因素的影响，是一个变量。基于以上特点，采用多状态模型，模型中考虑了随机运行因素，用火电机组的条件强迫停运率（CFOR）代替强迫停运率（FOR）。基于各月典型日时序负荷曲线，采用确定性生产运行模拟，通过电力电量平衡安排水电工作位置，按“煤耗微增法”安排火电工作位置，通过计算有、无抽水蓄能电站的情况下电力系统的燃料消耗，论述抽水蓄能电站的节煤效益。在确定性生产模拟的基础上计算了抽水蓄能机组投入前、后系统火电机组运行煤耗量，对系统的多种运行工况进行全面的分析，包括波谷负荷压荷方式、波谷负荷开停机方式、压荷调峰

9、方式、开停机调峰方式下，系统火电机组的耗量。两种煤耗量的差值就是抽水蓄能电站的节煤效益。 （2）优化规划法：应用等效替代原则，以系统煤耗量最小、燃耗费用最小或发电成本最低作为计算调峰填谷节煤效益数学模型的目标函数，在满足系统各种运行条件约束下，对火电机组典型日逐小时出力进行优化，计算基本方案和替代方案的煤耗量，两方案煤耗量的差值即为抽水蓄能电站的节煤效益。抽水蓄能电站静态效益的整体评估  近年来，国内外相关学者对抽水蓄能电站的效益进行了不断的研究和探讨，得出了很多有价值的成果。其中，对于抽水蓄能电站削峰填谷所带来的静态效益从多个角度进行了分析和评估，到目前已经有了比较成熟的

10、测算方法。 前面提到应用生产模拟方法可以对抽水蓄能电站的静态效益进行整体评估。采用确定性生产模拟在典型日时序负荷图上安排机组的工作位置，用边际效益法优化抽水蓄能电站的工作位置，并用新算法对具有不同煤耗特性的火电机组进行最优分配，在此基础上得到静态效益。该模型没有考虑机组的随机停运和负荷的随机变化，计算结果不够精确，但由于计算方法简单可用于规划阶段对抽水蓄能电站的静态效益的定量评估。为模拟电力系统的运行过程并计算系统的可靠性和经济性指标，提出了一种新的概率生产模拟算法和发电机组的概率模型，提出了修正的边际效益和计算发电成本的解析表达式，以便在生产模拟中确定蓄能电站的最佳经济发电量和工作

11、位置。针对蓄能电站的运行特点，提出了其蓄能工况、发电工况、经济发电量、强迫发电量的模拟及计算方法,最后研究了影响蓄能电站静态效益的各种因素。抽水蓄能电站的动态效益及其评估，抽水蓄能电站由于其启动迅速，运行灵活，为系统带来的附加经济效益习惯上称之为动态效益。抽水蓄能电站的动态效益，由于对其定义和内容的理解不尽相同，至今无统一的划分标准。1984年5月在美国波士顿召开的“蓄能电站运行动态效益”国际研讨会，对抽水蓄能电站的动态效益进行了分类即：调频、负荷跟踪、旋转备用、调相、提高系统运行可靠性。随着电力市场的不断变化，抽水蓄能电站在电力系统中的效益也有不同程度的变化，同时该分类罗列了抽水蓄能电站在电

12、网中可能发挥的所有作用产生的效益，各子项之间有交叉和重复问题，存在夸大动态效益值和不便于评估的缺陷。本文考虑到抽水蓄能电站效益评估的需要，对抽水蓄能电站的动态效益重新进行定义和分类，并在此分类的基础上对各项效益进行综述。抽水蓄能电站由于启停快，工况转换迅速，机组出力变化范围大，能随时而迅速地调整出力，适应负荷的波动，跟踪负荷变化，保持频率和电网运行稳定。这种由于抽水蓄能机组的快速响应，实时处理较小的负荷与发电功率的不匹配，保持系统频率的稳定，由此而取得的效益即为调频效益。 （1）常规调频 电力系统常规意义下调频的任务是调整短时的负荷波动并承担计划外负荷增加。在某种意义上，系

13、统的负荷备用容量就是调频容量。电抽水蓄能机组在静止状态下工作于启停调频方式，在调峰时段利用旋转备用容量参与系统调频。电力系统常规意义下调频效益的计算所采用的负荷模型加入了负荷预测的不确定性，包括：日峰荷预测的误差荷各小时负荷的随机波动。目前国内外很少有关于抽水蓄能电站调频效益研究的相关文献，对如何定量评估抽水蓄能的调频效益，尚无借鉴。天津大学季云教授提出了水电机组在系统中的各种单项动态效益的计算方法，给出了水电机组在系统中承担任务时的旋转备用效益、调频、调相、提高系统可靠性等几项动态效益的定量计算模型，目前已有学者尝试将该思想引入抽水蓄能电站调频和调相效益的评估中。抽水蓄能电站调频效益Bf计算

14、公式如下：   Bf=（b2.n2+B.T).N0.NT.f-V.H/367.2.nnmnfl+R+Y          （3） 式中：2b为燃气轮机启动燃料消耗率或火电机组由最小技术出力到带满负荷的煤耗率，g/KW；2n为日启动或升荷次数；b为机组发电时的标准煤耗，g/KW；T为一段时间内一台机组带计划外负荷的总运行小时数；0N为机组容量，万KW；Tm为系统中承担调频火电机组台数；f为煤价，元/t；V为水轮机启动空载水量消耗，3/ms；H为水电站平均水头

15、；为水轮发电机组效率；Hn为水轮机该时间内启动次数；Hm为承担调频水轮机台数；lf为电价，元/kWh；R为火电机组调频情况下该段时间内检修费用增加值；Y为速度滞后损失，元。该法对系统方式做了很大的简化，计算结果不够精确。将系统负荷备用容量（调频备用）在承担短时负荷波动和计划外负荷增加这两种任务之间，作一“机械”的划分。系统的实际负荷服从正态分布的随机变量： LK=L0(1+K) L=(±1±2±3 )       （4） L0为系统预测负荷，L为负荷预测的

16、标准差，一般为预测负荷的36，最大可达10。当计划外负荷的增加为： LK=LKL0 K=(1,2,3)    （5） 应用概率方法，以电力系统年电量不足期望值为计算指标，采用等效替代方法，研究了抽水蓄能电站装机容量在调峰填谷、调频和备用三项任务之间的划分及效益计算问题。用概率方法计算电力系统实际所需负荷备用、抽水蓄能电站能提供的空闲容量和多余事故备用电能。当系统既设负荷备用小于实际所需的负荷备用时，抽水蓄能电站为系统提供补充的负荷备用。同替代方案比较，算出抽水蓄能电站提供补充的负荷备用容量从而提高了供电质量的效益。 （2）负

17、荷跟踪调频  电力系统负荷时刻变化，特别是在负荷高峰出现时，负荷变化率很大，火电机组很难适应负荷的这种变化，从而导致负荷和发电功率的不匹配，影响系统的频率质量，同时抽水蓄能电站在常规调频、负荷跟踪两种方式下，机组工作方式相同即：静止状态下工作于启停方式，在调峰时段利用旋转备用容量参与系统调频。故笔者认为在某种意义下负荷跟踪的实质即是调频。 抽水蓄能负荷跟踪调频效益的计算所采用的负荷模型是实际预测的负荷曲线，不考虑负荷预测的随机波动。尝试采用蒙特卡罗模拟抽水蓄能电站爬坡（负荷跟踪）效益的初步分析，建立了定量评估该项效益的解析算法和模型。从电力系统实际运行角度出发，建立逐小时负

18、荷模型和发电机停运容量概率的递推模型，在安排火电机组出力时将火电机组分为两种类型的机组，对机组负荷追踪过程进行了模拟，机组增荷过程是按照日负荷预测曲线进行的，并根据实际的负荷曲线对机组增荷过程进行修正。最后计算基本方案和替代方案增荷速度不能满足负荷变化引起的电量损失的差异，以此来表示效益。在电力系统概率分析的COPF模型基础上，将抽水蓄能电站的经济运行模式和概率生产模拟相结合，在安排机组投运顺序时考虑了爬坡容量限制。 事故备用效益 电力系统中突发停电事故，抽水蓄能电站能够快速启动，迅速转移工况，在发电工况下，可结合利用抽水蓄能电站运行的空闲容量；在水泵工况下，可停止抽水或切泵转换工况

19、；在静态条件下，亦可紧急启动，从而达到短时应急事故备用的目的。抽水蓄能电站可承担电力系统的事故备用，提高供电可靠性，减少停电损失，由此取得的效益即事故备用效益。 抽水蓄能电站的事故备用效益是动态效益中最重要的一项，占整个动态效益的4050。其向系统提供事故备用有两种方式：从抽水蓄能电站全部装机容量中划分出部分容量作为专设的事故备用容量，专门承担向系统提供事故备用任务。抽水蓄能电站在优先承担静态发电任务之后，利用其非发电剩余容量向系统提供事故备用。抽水蓄能电站事故备用定量评估方法至今还很不完善，现有方法大致可分为两种，即解析法和模拟法。 （1）解析模型 从系统机组停

20、运事故发生是随机现象这一基本事实出发，根据机组强迫停运率，应用数理统计、概率分析方法，建立数学模型，计算出效益期望值。文献34抽水蓄能机组在第一种运行方式下，由火电机组作为基本方案，抽水蓄能机组作为替代方案，针对典型日负荷图，进行电力电量平衡，逐小时构造系统在线容量停运分布表逐小时累加求出各个量的日、月、年的期望值。当基本方案和替代方案的可靠性指标相等时，求出替代方案的旋转备用容量，两方案运行费用的差额就是抽水蓄能电站的事故备用效益。则立足于电力系统实际发生的一次停运事故。当系统发生停运事故时，分别模拟有、无抽水蓄能电站系统的增荷过程，计算两方案下系统的可靠性指标即事故持续时间T，事故缺供电力

21、P，事故缺供电量E，用上述可靠性指标的差异来表示抽水蓄能电站的事故备用效益。以上方法在计算抽水蓄能事故备用效益时模拟系统在每一次故障状态下，发电机组的增荷过程，发电机组的强迫停运率处理为定值。考虑了机组故障间、机组故障与负荷变化间的相关性，用条件强迫停运率（CFOR）代替强迫停运率（FOR），该法采用概率生产模拟并在模拟中包含了运行调度的一些主要原则：经济投运顺序和经济负荷分配、旋转备用容量限制及旋转备用容量的分配等问题。调相效益  抽水蓄能机组在空闲时可作调相运行，在发电或抽水的同时，也可供给电力系统无功出力，减少设置专门的调相机，由此取得的效益即为调相效益。 对于抽水蓄

22、能电站的调相效益国内外已经达成了一致的认识，但对于这项效益的研究由于缺乏定量评估的模型和算法，在做抽水蓄能电站规划时只能对它进行估算。目前已有学者对调相效益的评估做了有益的探索。针对调相机组等无功设备一次性投资很大但是运行费用很小的特点，根据等效替代的思想，用一定容量的抽水蓄能代替相应的调相机组，则减少的固定资产投资实际上就可反应抽水蓄能机组调相带来的效益。XB为调相效益，K为减少调相设备的投资，V为调相机的年运行费用，A为年支付金额，P为现值，i为年利率，n为设备实用年限。  从技术经济的角度在详尽分析无功成本的基础上，提出了一套抽水蓄能电站调相效益的合理补偿方案，将调相效益分为容

23、量效益和电量效益分别进行计算。首先将无功容量资本从蓄能电站总资本成本中分离出来，并以其折旧额作为容量效益，考虑到蓄能电站是一项长期投资，采用了包含时间价值因素和物价变动因素在内的二分法对其计提折旧。针对不同运行状态进行成本分析，进而给出了电量效益的计算方法。  黑启动效益 当系统发生大面积停电的重大事故时，若无任何黑启动措施，则会使停电时间延长，造成国民经济重大损失。黑启动是电力系统安全运行的重要措施之一，其目标是在短时间内使系统恢复带负荷能力。系统恢复的顺利与否关键在于启动电源即黑启动机组。抽水蓄能机组具有良好的黑启动功能，是保证电网安全稳定的黑启动电源。 抽水

24、蓄能机组作为系统黑启动电源，其采取的黑启动方案及产生的效益值得大力研究。 除了以上四种效益外，抽水蓄能机组与火电机组相比，设备结构简单，自动化程度相对较高，因而强迫停运率大大低于火电机组，提高了供电可靠性，减少了停电损失。由此取得提高系统运行可靠性效益。另外，由于抽水蓄能电站的节煤效益，减少了系统的燃料消耗，相应减少了污染排放，还具有一定的环境效益。 动态效益的整体评估  由于动态效益涉及较多的不确定因素，故如何对其进行评价和计算是一个难题，20世纪70年代，人们通过把静态效益数据乘以大于1的增益系数得到动态值，这显然存在随意性。国内外对抽水蓄能电站具体动态效益的

25、认识是一致的，但在具体计算方法和考虑问题的原则上还有区别。综合目前国内外对抽水蓄能动态效益的整体评估方法，可以分为以下三类： （1）分项求和模型法 分项求和模型是一个比较成熟的理论。它先将抽水蓄能电站的容量按其承担的各种功能分块，对其各块容量所承担的各种功能分别提出了定量化计算公式。然后分别计算其动态效益。最后逐项累加以求得抽水蓄能电站总的动态效益。这种方法在国内外采用最多。如北京勘测设计院、中南勘测设计院、合肥工业大学和华东勘测设计院、美国电力研究院的A.Ferreiro和麻省理工学院的C.E.Carrer Jr.等在计算抽水蓄能电站的动态效益时均采用了这种方法

26、。 这种分项计算抽水蓄能电站动态效益的方法的最大特点是概念清晰，计算的动态效益比较全面，但由于各种功能效益相互交叉重叠，分项计算有着致命的缺陷，主要存在以下三个大问题：承担各项动态功能的容量难以截然分开，可能会降低动态效益的准确性；抽水蓄能电站承担调峰填谷与旋转备用之间、承担调频和负荷调整的容量之间存在着矛盾，在同一时段内，抽水蓄能机组的某一容量承担了某一功能，就不可能承担另一项功能，增加某一项功能的容量势必减少另一功能的容量，相应其动态效益也会发生变化，从而可能导致低估其动态效益；没有考虑系统的需求，只考虑了蓄能电站提供动态功能的可能。此法如果解决了容量合理划分问题，计算结果更符合

27、实际，也就有更大的实用性。 （2）优化规划法 优化规划法有线性规划法和非线性规划法。线性规划法以线性规划为工具建立电力系统短期经济运行数学模型，在电力系统电源构成、日负荷曲线和抽水蓄能装机容量己定的条件下，计入旋转备用、爬坡等动态约束条件，研究抽水蓄能电站逐小时承担的旋转备用和调峰填谷容量，以使系统总煤耗或运行费用最小。该模型求得的效益包含静态效益、旋转备用效益和启停节煤效益。非线性规划法是建立在系统优化调度的基础上的，其目标函数是在计及动态约束条件下，在计算时段内电力系统燃料费用最省，或支出费用最省。该模型对各项动态效益和发电节煤效益统筹考虑，在抽水蓄能电站取得最大静态效益的前提下

28、，充分发挥其动态效益，所求效益包含静态效益、旋转备用效益和启停节煤效益。 优化规划法把抽水蓄能电站的效益评价问题转化为系统优化运行问题，使得模型在处理电力系统的优化运行问题时具有一定的实用性，但模型未能将系统的可靠性考虑在内。 (3）整体模型法 整体模型法避免了单项求和模型的诸多缺点，通过系统调整和调查分析得出抽水蓄能电站在满足系统事故备用、运行灵活性、可靠性等动态功能方面优于火电或其他替代电源的价值，以此作为其动态效益。该模型从整体的角度分析其综合效益，这样可避免在实际计算中的各项互为补充的动态效益的重算或漏算。但是，抽水蓄能电站动态效益的实现机理很复杂，整体模

29、型中对动态效益的考虑往往不全面，并不能包容抽水蓄能电站所能实现的全部动态效益。同时整体模型法仅凭抽样调查资料（机组利用率、维修费用、机组使用周期等）和简单的经验数据进行计算，缺乏说服力，此类模型应用很少。静动态效益的综合评估静动态综合效益是指同一个蓄能电站同时承担调峰填谷（静态）和运行备用（动态）功能时产生的效益。进行这种研究的目的是探讨可否通过静动功能的协调以获得更大的效益以及这两种功能间的相互影响。文献49采用解析法，考虑了各台机组故障之间以及机组故障与负荷变化之间的相关性和不同类型机组的技术、经济、可靠性特征，采用生产模拟技术并在模拟中包含了运行调度中的一些主要原则，进行不同规划或调度方案的模拟，比较各方案的优劣或效益。电力市场环境下蓄能电站的效益评估在竞争的电力市场中，电能和辅助服务的价值通过相应的电价得以体现，而电价一般通过现货市场的竞标或双向合同的谈判确定。抽水蓄能电站具有发电方和用电方的“双重特殊”身份，电力市场环境下蓄能电站的效益评估是以抽水蓄能电站收益的最大化为目标函数，建立蓄能电站的效益评估模型，从而对抽水蓄能电站的运行方式进行优化调度，以此得到抽水蓄能电站的运行效益。传统经济调度