抽水蓄能电站在电力系统中的作用

2抽水蓄能电站在电力系统中的作用

2.1电力系统

2.1.1电力系统基本特性

电能一般不能大量储存，电力的生产、输送、消费是连续进行的，发电、输送、配

电及用电在同一瞬间完成。电力系统的运行要求电力生产与消费必须随时保持平衡。而

实际上，由于电力负荷随季节、气候、人们生产、生活及社会活动的不同而不断变化,

这就要求电力系统的发电设备必须具有相应的调节能力，以适应电力负荷的不断变化。

同时由于电力系统的发电、输电、配电等设备的故障和检修、水电因水情变化而出力不

足、火电因强迫停运而出力降低等因素，要求电力系统必须具有相应的备用容量，并且

能够随时补充系统的出力不足。

整个电力系统在电磁上是相互连接和耦合的，系统中任何一点的运行参数（电流、

功率、频率及电压）发生变化，都会立即引起本系颊他地方的运行参数的联动，使系

统运行失去平衡，甚至会引起连锁反应，导致事故的扩大，严重时会发生大面积停电，

造成巨大损失。这就要求电力系统必须具备一定的快速响应能力，进行及时调整，恢复

平衡。

2.1.2电力系统运行稳定性

1.同步运行稳定性

电力系统在受到干扰后将使系统中并列运行的各同步发电机的机械输入转矩与电

磁转矩失去平衡，引起各发电机转子不同程度的加速或减速，并使各发电机转子相对功

率角，或以周期性振荡的形式变化，或以单调形式变化。如果这种变化是随时间衰减的，

并最终恢复到初始状态的正常值，或达到新的稳定值，则各发电机仍处于同步运行状态,

其发出的电功率是定值，同时电力系统中各节点的电压及支路的电功率也能保持定值，

这样，电力系统便能在稳定状态下运行。如果这种变化随时间递增，最终不能恢复到初

始状态的正常值，或达不到新的稳定值，则各发电机无法处于同步运行状态,其发出的

电功率是不定值，电力系统中各节点的电压及支路的电功率不能保持稳定，这样，电力

系统将处于失步状态下运行，电力系统便失去运行稳定性。

失去运行同步稳定的后果是：发生电流、功率及电压的强烈摆动，造成系统不能继

续供电，并且极易扩大成为大面积停电事故。

保持同步运行稳定性的必要条件是：在正常运行和在发生大干扰（发生短路故障而

失去一回输电线路）后的条件下，电力系统中任一输电回路的传输能力都大于所传输的

功率，同时保证所有发电机组都具有衰减转速变化的能力。

2.运行频率稳定性

电力系统频率是同步发电机产生的交流正弦基波的频率。在电力系统同步稳定条件

下，整个电力系统的频率是相同的，即电力系统频率是一个统一值。只有电力系统的发

电出力与用电负荷保持平衡，电力系统频率才能保持稳定。电力系统任何部位负荷的变

化，都会使系统有功功率失去平衡，导致频率的变化。这就要求电力系统必须具有及时

调整发电出力的能力，确保系统功率平衡，以保持频率的变动维持在允许范围内。

失去运行频率稳定的后果是：产生频率崩溃，使全系统停电。

保持运行频率稳定的必要条件是：电力系统中各发电机组可以提供的综合有功功率

与全系统综合有功负荷需求之差小于等于允许值。

3,运行电压稳定性

在正常运行情况下，由于负荷的电压效应及无功备用的调节作用，当负荷变化时,

电力网的电压可以随时稳定于某一确定值，此时电力系统电压是稳定的；而当电力网电

压降低到某一数值之后，电源无功功率的减少大于负荷无功功率需求的减少时，电力网

将出现无功功率缺额持续增大和电压不断下降的恶性循环，最终失去电压稳定。这就要

求电力系统必须具有及时调整无功出力的能力，以保持电压的变动维持在允许范围内。

失去电压稳定的后果是：产生电压崩溃，使受影响地区停电。

保持运行电压稳定的必要条件是：在电力系统中任一负荷枢纽点或负荷集中地区可

以提供的无功功率的补偿能力与该负荷枢纽点或负荷集中地区负荷的无功功率需求之

差小于等于允许值。

2.1.3电力负荷特性

电力系统中所有用电设备的开机容量之和称为电力负荷。工业、农业、交通、建筑、

电信、商业、服务、市政及居民生活等所有用电设备同时消耗的电功率之和称为综合用

电负荷，加上供电网络中损耗的电功率后称为供电负荷，再加上发电厂的厂用电功率后

称为发电负荷。

工业用户的用电特性随企业的类别、生产规模、工艺流程而有所不同。一般重工业

用电设备单机容量大，用电负荷比较集中，常伴有较大的冲击负荷，季节性变化较小。

轻工业用电设备单机容量小，但数量多，用电量大。另外，在工业用户中有一班制、二

班制、三班制生产等不同企业。不同班制，其日负荷特性亦不同，三班制企业日用电负

荷较均匀，其次是二班制企业，最不均匀的是一班制企业。电力系统中一班制企业比重

大，日负荷曲线变化剧烈，峰谷差大，对电力系统运彳亍最为不利。

农业用户包括农田排灌、农副产品加工、农机具耕作及修造、机械化养殖等。农田

排灌受季节、气候影响随机性较大，有明显的季节变化，日负荷变化与工业三班制相似。

农副产品加工用电随农作物收割加工需要影响，也有明显的季节性变化，日内变化也较

大。

电气化铁路用电随运输量增减而变，一般年变化和日变化都不大，但城市电气化交

通用电日变化较大。

电力负荷具有一定的自动调压作用，这是由于电力负荷无功功率与电压存在正比关

系，即电压升高负荷无功功率增大，而负荷无功功率增大会引起电网无功功率缺额加大,

导致电压下降，反之使电压上升。此作用称为电力负荷的电压效应，亦称电力负荷的电

压特性。

2.1.4各类电源特性

各类电源具有不同的技术经济特性，在电力系统中发挥着不同的作用。应当通过详

尽的技术经济论证，选择最佳的电源组合，充分发挥各类电源在电力系统中的作用，获

得最大的经济效益和社会效益。以下简述各类电源的技术经济特性。

1.凝汽式火电机组

凝汽式火电机组在任何时候,只要有足够的燃料，在其出力变化允许范围内都能发

电，是一种比较可靠的电源。机组年利用小时多，可供电量大，在满足负荷电量需求方

面能发挥较大的作用。另外，相对于水电站，其建设期较短，有可能建在距负荷中心较

近的地方，所需输电线路较短，电能输送损失较小。但是，此类机组对环境污染较严重，

适应负荷变化能力较差，一是允许变化幅度有限，二是启停不灵活，增减负荷速度缓慢，

三是变出力运行经济性较差。尖峰火电机组的调峰性能有所改善，但机组造价较贵，运

行成本较高。

2.燃气轮机

燃气轮机组分简单循环和联合循环两种，它们的共同优点是建设周期短，投资省，

运行比凝汽式火电灵活。但燃料受资源限制,燃料前期开发和运输投资大，运行成本高。

简单循环燃汽轮机启停速度快，运行灵活，但效率较低，适合带尖峰负荷运行；联合循

环机组由燃气轮楣口汽轮机组成,汽机利用燃机尾气发电,机组效率较高，但运行没有

简单循环灵活，适合带腰荷运行。

3.常规水电站

通常水电站建成发电，便完成了一次能源向电能的转换，相当于火电站从煤炭开采

到运输到发电全过程。而且水能是可再生能源，又不污染环境。

水电机组启停快，运行灵活可靠，跟踪负荷变化能力强。一般从开机到满载运行只

需在旋转备用状态下，从技术最小出力到满载运行只需可

1~3mino0.25~0.5mino

调幅度较大，一般可达额定出力的75%~80%。但水电站靠河川径流发电，受季节及

气候变化影响大。土建工程工期较长，投资较大，有淹没损失和移民处理问题（过大的

淹没也会造成生态环境的改变，产生不利影响，但有的形成人工湖泊后能改善小气候,

产生正面影响。

另外，水电站调节性能差异很大，无调节能力的径流式水电站，丰、枯季出力相差

悬殊，只能承担基荷运行,有调节能力的水电站，可以承担电力系统的峰、腰荷运行。

调节性能大的水电站，还可进行季、年、甚至多年的水量调节。

4.抽水蓄能电站

抽水蓄能电站与常规水电站一样，具有启停迅速，运行灵活可靠的特点，它的可

调幅度可以从+100%（满载发电）变到-100%（满载抽水），而且切换时间短，一般

只需它在电力系统中运行，既可顶替峰荷，又能吸收低谷出力，调峰作用大，

1~5mino

跟踪负荷变化能力强。

抽水蓄能电站的调节水量在上、下水库中循环使用，不像常规水电那样依赖河川径

流。水库规模相对较小，淹没损失相对较小。

抽水蓄能电站的运行经济性,在于它不但将廉价的低谷电能转换为宝贵的高峰电能

所带来的经济利益，而且在于它改善了电力系统运行条件，提高了电力系统运行的可靠

性、安全性及经济性。

抽水蓄能电站一般建在河谷源头，与常规水电相比没有复杂的施工导流问题，受季

节性影响较小，一般可全年施工，但地下工程较多，建筑物较分散。

5.潮汐电站

潮汐电站是利用潮汐能发电，是可再生能源，不消耗燃料，不污染环境，水库淹没

损失小，可结合海湾航运、水产养殖及海涂围垦等综合开发。但利用水头较低，施工不

便，单位千瓦投资较大。潮汐电站运行受潮汐运动规律制约，每天的工作时间是变化的，

其在电力系统中的工作位置呈周期（24时50分）性变化（每日后延50分入需电力系

统通过调节方可吸收其所产生的电能。潮汐电站不能起电网调峰作用,其装机容量多为

重复容量。潮汐能月内、日内呈周期性变化，月际、年际之间变化很小。

6.核电站

核电站是利用原子核裂变释放能量发电，比燃烧反应释放的能量大得多，1kg铀全

部裂变所产生的能量相当于2500~2700t优质煤燃烧所释放的能量。一座装机容量

600MW的核电站，每天仅需消耗约3kg的铀。因此核电站具有能量大，燃料运输量小

的优点。核电站可调幅度很小，一般只有额定容量的5%~15%,增减负荷速度十分缓

慢，而且可调幅度和变出力速度，随着核燃料裂变过程进行而逐步衰减。另外,核电造

价高，单位造价比前述各类电站都高。

7.风力发电站

风力发电站所利用的风力是一种取之不尽用之不竭的可再生能源，储量大，无污染,

对环境影响小。但单机容量较小（国内目前安装的风力发电机组单机容量多为600~

2500kW）,发电出力受风力变化影响有一定随机性，对于小电网（电网容量小于10倍

风电场装机容量）并网运行有一定难度。国外有人提出用风电生产氢气作为新能源使用，

用这种能源转换的形式弥补风电出力与用电负荷在时间上分配不一致的缺陷，发展前景

广阔。

1991年以来风电机组设计方面的进步，使得风电机组可以在更低的风速下运行，

并且轮毂高度增加，大大增加了可利用的风能资源。另外，由于加强了海上风能储量的

评估，使可利用的风能资源猛增，不仅可以满足美国的电力需求，而且可以满足美国所

有的能源需求。欧洲风能协会和绿色和平组织推断，世界风力发电的潜力是预计的2020

年世界电力需求的2倍。我国拥有漫长的海岸线，有相当多的浅海区，具有丰富的可开

发的风电资源。

2.2不同电网对抽水蓄能电站的需求分析

由于各地区资源的分布差别较大，造就了各地区电网不同的电源构成。如华北地区

煤炭资源比较丰富，而水资源相对缺乏，因此电网内电源主要以火电机组为主，这类机

组一般可占电网总装机容量的95%以上，常规水电机组容量很少。西南地区水力资源

较丰富，电网内水电机组所占比重较大，一般水电机组容量可以占电网总装机容量的

60%-70%,火电机组容量相对较少，一般仅占30%〜40%。华东和华南地区水力资

源和煤炭资源均比较缺乏，特别是煤炭资源绝大部分是来自我国西北地区，不仅运输距

离远，而且由于运输能力的限制，发展火电机组也受到一定制约，因此该地区的电源发

展，一个途径是建设核电机组；另一途径是〃西电东送”，将我国西部丰富的水电资源，

通过高压和超高压输电线路送往该地区。

不同地区的资源分布使地区电网内的机组构成差别非常大，从而使不同地区电网的

调度运行方式有较大的差别。由于各地区电网电源构成、电网调度运行方式的差别，对

抽水蓄能电站的建设需求也各不相同。

1.火电为主的电网

由于火电机组增加和降低出力受到机组本身技术条件的限制，其调节性能不如水电

机组灵活，对电网负荷变化的反应速度也较慢，给电网调度运行带来困难，不能很好满

足电网运行要求,需要建设一定规模的调节性能好而运行灵活的调峰电源。然而这类电

网所覆盖的地区一般水资源相对比较缺乏，建设常规水电站用于电网调峰的可能性不大。

因此，对以火电为主的电网来说，建设抽水蓄能电站是解决电网调峰比较理想的途径。

2.具有核电机组的电网

我国东南部的广东、江苏和浙江等省，既缺少水力资源也缺乏煤炭资源，这些地区

的电源建设除充分开发当地有限的水力资源外，就是调人煤炭发展火电。由于调入的煤

炭来自我国的西北部和北部，煤炭调入成本较高，受运输条件的制约，有时还不能满足

发电的需要，特别是在供电紧张时，发电用煤经常告急。鉴于此，这些地区近几年开始

大力发展核电。核电可以有效解决地区用电的矛盾，但核电机组所用燃料具有高危险性,

一旦发生核燃料泄漏事故，将对周边地区造成严重的后果，因此核电站的运行不能出现

任何闪失，机组出力一般要求在平稳状态下运行，承担电网的基荷。而且核电机组单机

容量较大，一台机组的容量可达lOOOMw甚至更大，一旦停机，将对其所在电网造成

很大的冲击，严重时可能会造成整个电网的崩溃。这类电网也需要建设一定规模的抽水

蓄能电站，除可以解决电网的调峰外，更重要的是作为核电站运行的保安电源。如广东

省大亚湾核电站，机组单机容量为900MW投入运行以来，多次发生停机甩负荷事故，

广东电网均是调用广州抽水蓄能电站机组以恢复电网正常运行。一般从核电机组甩负荷

电网周波下降到电网周波恢复正常，仅需要7min左右。故对于核电机组容量占有一定

比例的电网，建设蓄能电站作为电网的调峰电源和核电机组的保安和备用电源是必不可

少的。

3.水电为主的电网

对于水电资源比较丰富的地区，系统内常规水电装机容量虽然比较大，如果调节性

能好的水电站较少，没有足够大的调节库容，其调节性能会受到限制，丰、枯水期出力

变化大。在汛期常规水电经常处于弃水调峰状态，而枯水期常由于出力不足，满足不了

电网的调峰要求。在这种地区修建一定规模的抽水蓄能电站，不仅可弥补电网调峰容量

的不足，增加系统运行的灵活性，也可使水力资源得到充分利用。如我国正在兴建的湖

北省白莲河抽水蓄能电站和湖南省的黑糜峰抽水蓄能电站，通过深入地分析论证工作,

表明在水电容量相对较大的地区，建设一定规模的抽水蓄能电站是合理的，也是经济的。

4.接受远距离送电的电网

这类电网所覆盖的范围一般均是能源相对缺乏，而经济比较发达、用电量较大的地

区，当地的电源建设不能满足用电要求，需要从电力资源比较富余的地区远距离输电。

如京津唐电网接受蒙西、山西地区的外送电力距离相对最近，但也有500km左右；华

东、华中、广东等地区接受西南地区的送电距离均在1500km以上。由于送电距离较

远，没有一定的送电规模，远距离送电是不经济的。线路较长，发生事故的几率相对比

较大；送电规模较大，出现事故时对电网的影响也匕俄大。对于这类电网也需要建设一

定规模的蓄能电站作为电网的保安电源，以保证电网运行的安全与可靠。

2.3抽水蓄能电站在电网中的作用

抽水蓄能电站在电网中的作用主要体现在以下几个方面：

1.调峰发电

一个供电系统的负荷每时每刻都在变化。一般电网在发电设备容量和用电负荷基本

平衡的情况下，每天都会出现两个用电高峰，即早高峰和晚高峰。电网负荷早高峰一般

出现在上午9:00~11:00,晚高峰一般出现在晚上19:00-23:00。但随着季节的

变化，早、晚负荷高峰出现的时间会稍有差别。电网用电高峰时负荷上升速率较快，而

火电等电源不能满足负荷上升速率要求，需要抽水蓄能电站进行调峰发电，以缓解电网

供电之不足。抽水蓄能电站承担电网调峰运行，可替代火电容量或降低火电机组的调峰

深度，减少系统燃料消耗与运行费用，提高电网运行的可靠性与经济性。

2.抽水填谷

电网低谷负荷一般出现在后夜至凌晨，以及午间。在用电低谷时，电网内大量的富

裕电能无法利用，而电能又不能储存，系统必须减少发电设备的出力，以保证电网内电

能的供需平衡，同时也保证电网的供电安全和供电质量。对于以火电为主的电网，火电

机组因受机组技术最小出力的限制，一般最小负荷可降低到机组额定容量的50%~

70%,如降低的幅度超过机组技术最小出力，就容易造成机组灭火停机事故，这就是通

常所说的火电机组压负荷调峰。对于以水电为主的电网，可停运部分水电机组。对于调

节性能不好的水电站，特别是径流式水电站，就会造成大量的弃水。在电网负荷低谷有

大量的富裕电能时，抽水蓄能电站可以进行抽水运行，此时蓄能电站变成用电户，利用

电网低谷电量将下水库的水抽到上水库，以水作为载体将电网的富裕电能转化为势能,

达到储存电能的目的，这样可减少火电机组压负荷调峰和水电站弃水调峰的问题，减少

火电机组因压负荷运行所增加的煤耗。当以水电站作为抽水电源时，可减少电站弃水,

增加电站效益，还可使火电机组的运行状态大大改善，减少火电机组事故率。

3.频率调整

由于电力系统中各用电对象的用电特性千差万另J,系统的负荷每时每刻都在变化,

即常说的负荷大波动与小波动现象。如电力机车的运行、一些加工机械的运行等，都是

间断性工作，这些用电对象的工作都对系统的负荷产生影响。如果用电对象增加的负荷

较大，系统内的发电设备一时不能满足时，由于供需不平衡就会使系统频率下降；如果

系统用电对象减负荷较多，供大于需求时，系统频率就会上升。不论系统频率上升还是

下降，都会对系统用户产生影响，严重时可使用电户设备受到损坏。因此，电力系统应

根据系统的负荷变化，随时调整发电设备的出力以适应系统负荷变化，而使系统频率保

持在规定的范围之内。我国规定，电力系统频率（也称周波）50Hz±0.2Hz为合格。以

燃煤火电为主的电力系统，由于火电机组增、减负荷速度相对较慢，一般较难适应系统

的负荷变化，特别是系统负荷急剧变化时（即出现大波动现象），以至系统的频率合格率

较低。如华北电网，在20世纪80年代，系统频率合格率最低曾降到81%,一般也仅

为95%~98%,主要原因就是调频手段不足。90年代后潘家口和十三陵抽水蓄能电站

相继投入运行，系统频率合格率一般保持在99.99%。以下实例可进一步说明抽水蓄能

电站在电网中承担调频任务所具有的作用：

(1)京津唐电网在1997年6月24日14时34分，系统频率降至49.84Hz,当

时十三陵抽水蓄能电站机组静止备用，运行人员迅速启动两台机组带满负荷，系统频率

在4min内恢复正常；

(2)1998年11月28曰，华东电网SOOkV电网频率突然下降0.16Hz,天荒坪

抽水蓄能电站1号机组迅即从水泵工况转为水泵调相工况运行，使500kV电网频率在

2min内回升至49.96Hz。需要说明的是，由于受库容的限制，抽水蓄能电站解决系统

负荷小波动的频率调节能力有限。调节性能好的蓄能电站，通过库容使用上的调整，可

以短时间内承担这种调频运行方式。

4.无功调节(调相)

不论电力系统的电压升高或降低，对电力用户都会产生不利影响，严重时同样会使

设备损坏或不能正常工作。抽水蓄能机组具有调相功能，可以吸收无功功率，也可以发

出无功功率。这样可减少电力系统的无功补偿装置，从而减少系统的投资。1999年十

三陵抽水蓄能电站1号、2号、3号和4号机组在抽水工况下调相运行小时数分别达到

14.47、26.07、17.91h和20.34h,总调相时间达到78.79h。广州抽水蓄能电站一期

建成初期调相运行的时间也比较多。1994年共发无功1.58亿kvarh,吸收无功8128

万kvarh;1995年发出无功5774万kvarh，吸收无功1.1亿kvarh;1996年发出无

功284万kvarh,吸收无功4.92亿kvarh;1997年发出无功20万kvarhz吸收

无功4600万kvar-h,为广东电网稳定电压起了较大的作用。

kvarh—无功功率电量。电网中的电力负荷如电动机、变压器等，大部分属于感性电抗，在

运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。在电网中安装并联电容器、同步调相机等容性设

备以后，可以供给感性电抗消耗的部分无功功率小电网电源向感性负荷提供无功功率。也即减少无

功功率在电网中的流动，因此可以降彳氐输电线路因输送无功功率造成的电能损耗，改善电网的运行

条件。电表不能计算无功电量。

cos①功率因数是供用电系统的一项重要技术经济指标，用电设备在消耗有功功率的同时,还

需大量的无功功率由电源送往负荷，功率因数反映的是用电设备在消耗一定的有功功率的同时所需

的无功功率。对于农村用电负荷来说，主要是一些小加工业及照明负荷，其中大部分用电设备为感

性负载，其功率因数都很低,影响了线路及配电变压器的经济运行。通过合理配置无功功率补偿设

备，以提高系统的功率因数,从而达到节约电能，降低损耗的目的。

5.事故备用

电力系统的发电电源不仅要满足系统用电负荷的要求，同时还必须有一定数量的备

用容量。根据电网容量大小及电源构成上的差别，设置备用容量的比例会有所不同。一

般情况下，发电设备容量备用率为系统最大负荷的20%左右（包括负荷备用、事故备用

和检修备用等1大电网备用率可能要低一些，小电网可能要高一些。电力系统的备用容

量一般分为紧急事故备用容量和一般事故备用容量。当由火电机组承担紧急事故备用容

量时，机组以额定转速空转,处于旋转备用状态（称为热备用），根据系统要求旋转备用

容量随时可以带负荷运行；火电备用机组在其备用状态下称为冷备用，冷备用容量投入

运行需要的时间相对较长。由火电机组来承担旋转备用容量，一部分容量经常处于空转

状态，使机组煤耗上升，系统的燃料消耗增加。抽水蓄能机组同常规水电机组一样，启

动迅速灵活，工况转换快，具有火电机组旋转备用功能，承担系统的备用是非常合适的。

以往大量的研究成果表明，抽水蓄能电站承担电力系统备用容量，其经济效益显著。在

抽水蓄能电站设计中，一般在上水库都留有一定的发电备用库容，当系统需要时可以利

用上水库的库存水量，及时为系统提供备用发电。抽水蓄能电站在电力系统中承担备用

所起到的作用是非常显著的，比较典型的例子有：

(1)1996年6月7日10时30分，京津唐电网沙岭子电厂4号机组掉闸，电网

周波降为49.93Hz,10时37分3号机组又掉闸,电网周波降至49.7Hz。十三陵蓄能

电站1号机组和潘家口水电站1号蓄能机组紧急投入发电，使电网很快恢复正常。

(2)2001年3月22日10时59分，广东电网内的核电机组跳机，系统周波降低

到49.6Hz,广州抽水蓄能电站仅用6min,就由840MW出力升至2017MW,使系统

周波恢复正常。

(3)2002年7月16日9时53分，华东电网北仑电厂跳闸，甩负荷600MW;

阳城电厂5号机组跳闸，用负荷230MW,周波降至49.72Hz。天荒坪抽水蓄能电站

超出力运行,出力达到1934.2MW，使电网恢复正常。

6.黑启动

电力系统在遇到特大事故时，会使整个系统处于瘫痪状态。2003年8月14日，

美国、加拿大发生大范围停电事故，停电范围超过24万kmL,影响5000万居民，使

国家遭受了巨大损失。火电机组在失去厂用电，又没有外部电源的情况下，一般是难以

启动恢复正常运行的。而抽水蓄能电站即使没有外来电源，依靠电站上水库库存水量，

机组可以发电工况启动，恢复厂用电，并向电网供电，这就是所谓的黑启动。北京十三

陵抽水蓄能电站在1999年成功进行了黑启动试验。在电力系统瘫痪状态下，蓄能电站

的黑启动功能可为系统中其他机组的启动创造条件，使系统尽快恢复正常。

7.配合系统的特殊负荷需要

电力系统每年都要投产一定规模的发电电源，以满足用电负荷增长的需求。而新投

产的火电或水电机组在投入正式运行之前都要进行一系列的调试工作，目前生产的火电

机组单机容量已达到1000MW,进行甩负荷试验时将对电力系统造成很大的冲击,严

重时会导致系统瘫痪。抽水蓄能电站可配合新机组的甩负荷试验，即由抽水蓄能电站抽

水运行作为试验机组的负荷，当其甩负荷时，蓄能机组可迅即停止抽水运行，以保持系

统负荷平衡，从而保证电网正常运行。如广东大亚湾核电机组（单机容量为900MW）

和沙角C厂火电机组（单机容量为600MW）的甩负荷试验,都由广州抽水蓄能电站配

合进行。

8.满足系统特殊供电要求

对于国家举行的一些重要活动，要求确保100%的供电可靠性。火电机组为主的电

网,即使其装机容量余度匕限大，但应对电网突发性事故仍很困难。比较有效的办法就

是利用抽水蓄能电站的特殊运行方式来解决。如1997年，为保证香港回归的直播，要

求京津唐电网的供电不能出现任何事故，安排十三陵抽水蓄能电站4台机组中2台机组

在抽水工况运行,当系统出现事故时，可将抽水工况运行的2台机组停止抽水并转成发

电工况运行，这样十三陵抽水蓄能电站800MW的装机容量可发挥1200MW备用容量

的作用。抽水蓄能电站这种特殊的运行方式及发挥的作用，是其他任］可电源难以达到的。

2.4抽水蓄能电站在电网中的效益

2.4.1静态效益分析

抽水蓄能电站在系统负荷低谷时作抽水工况运行，吸收系统低谷剩余电力，可以提

高系统低谷负荷率，使原来需要压负荷运行的火电机组避免大幅度降低出力运行，提高

运行效率；系统负荷高峰时作发电工况运行，向电网提供峰荷电力，可以替代其他电源

承担高峰负荷。前者称作〃填谷〃，后者称作〃顶峰〃。通常认为抽水蓄能电站的静态效

益，是指其满足电力系统用电负荷的容量和电量需求（即静态需求）所产生的效益，集

中反映在抽水蓄能电站的"顶峰"、〃填谷〃作用所产生的容量效益和电量转换效益。

1.容量效益分析

"顶峰"的效益在于替代其他电源工作容量，减少其装机规模及以蓄能电站的运行

费用代替被替代电源的运行费用所产生的效益。当抽水蓄能电站的单位千瓦建设投资比

替代电源单位千瓦建设投资小时，便可节省系统电源建设资金。如天荒坪抽水蓄能电站

单位动态投资为3647元/kW,其高峰发电容量180万kW,与同期同规模大型煤电

（按单位投资4500元/kW计）相比，可减少建设投资约15.35亿元。当蓄能电站的

运行费用（包括强迫停运率、检修率、厂用电率等的影响）低于替代电源的运行费用时，

便可节省系统的运行费用。一般抽水蓄能电站的发电成本比燃油机组和燃气轮机组的发

电成本低，替代此类机组往往是有利的。与燃煤机组相比有无效益不能一概而论，需作

具体分析，一般高参数大容量燃煤机组平均发电煤耗率较低，平稳运行的高参数大容量

煤电机组的运行成本低于抽水蓄能机组，但在担任调峰运行或热备用时，计入低谷压火

或热备用空载煤耗后，运行成本也可能比抽水蓄能机组高。〃顶峰〃所获得的效益是蓄能

电站容量效益的主要组成部分。

另外，蓄能电站还可以替代其他电源承担系统负荷备用容量和事故热备用容量，也

体现了蓄能电站的容量效益，不过那是满足系统的动态需求，属于动态效益。

2.电量转换效益分析

电量转换效益主要体现在将系统低谷电能转换成高峰电能所产生的效益。直观看来,

似乎只是将廉价的低谷电能转换成高价的高峰电能，其效益仅为二者的电价差，其实还

应包括"填谷"所产生的其他效益。"填谷”的效益在于增加其他电源低谷时间负荷，减

少火电、核电机组压负荷运行深度和次数，维持高效率运行，节省燃料消耗，增加发电

量，降低运行成本或减少调节性能差的水电弃水，增加水能利用率，减少系统燃料消耗。

如天荒坪抽水蓄能电站投运后从根本上改变了华东电网火电机组的运行条件，大大减少

火电机组调停次数，1999年仅上海电网就减少125MW机组调停约200次。按天荒坪

抽水蓄能电站平均日调峰2800MW计算，累计年调喳容量达10亿kW相当于300MW

机组全年调停3333台次，300MW机组调停费按50万元/台次计，一年可节省启停

费用17亿元。

由于从安全和经济角度考虑，核电机组和某些煤电机组不宜作频繁跟踪负荷运行，

系统负荷低谷时难以大幅度减负荷运行，而燃煤机组由于要承担部分事故热备用容量，

满足次日系统应急需要，必须保留一定的并网机组。又由于煤电机组升负荷速度有限，

当日深夜不运行次日来不及满足负荷陡增需要。这样电网低谷时段不仅核电机组要运行,

而且部分煤电机组也要并网运行，并保持一定的负荷水平，这样会出现多种电源争夺低

谷发电的局面。此时抽水蓄能电站抽水，等于增加低谷负荷，有利于缓解这个矛盾。因

此，在香港中华电力系统中，抽水蓄能电站被看作可以协助电网在低谷时段吸收核电的

作用。广州抽水蓄能电站一期投入运行后，为大亚湾核电厂创造了安全平稳运行的条件，

年发电量增加约10亿kw-h,因而增加了核电厂的发电收入，提高了核电厂的运行经

济指标。

〃填谷〃效益还体现在改善核电、煤电机组运行条件，减少发生事故的几率，延长

使用寿命，节省机组检修和设备更新费用等方面。

2.4.2动态效益分析

电力系统的运行参数（例如功率、频率、电流、电压）是随时变化的，这是由于系

统负荷的有功功率和无功功率不断变化的结果。为了维持电力系统正常运行，除了要满

足电力负荷容量和电量需求（称为静态需求）以外，还必须适应电力负荷随时变化的要

求（称为动态需求\在进行电源发展规划时，对前者容易受到重视,而对后者却重视不

够。其实适应负荷变化也是一种需求，这种需求是客观存在的，也是必须满足的。电力

系统为满足电力负荷容量和电量需求，需要建设足够的发电设备，消耗足够的资源。同

样，为满足负荷变化需求，也要建设可以跟踪负荷变化的发电设备，消耗相应的资源。

抽水蓄能电站具有独特的运行灵活性，跟踪负荷能力强，用它替代其他电源来满足负荷

的动态需求，会给电力系统带来经济效益，即所谓动态效益。

具体说来，动态效益可以表现在因抽水蓄能电站承担系统调频、调相、负荷备用、事故

热备用、快速跟踪负荷变化以及提供黑启动服务，提高系统运行可靠性和经济性等方面。

1.负荷调整效益

任何时候都要保持电力系统功率平衡，即系统发出的有功功率必须等于系统有功负

荷与有功损耗之和；系统发出的无功功率必须等于系统无功负荷与无功损耗之和。由于

负荷变化是不可避免的，因此必须靠调整系统发出的有功功率和无功功率来确保系统运

行稳定性。这就要求电力系统的TB分发电设备必须能随时调整出力，使系统出力与负

荷不仅在数量上而且在时间分配上完全一致。

这样的要求，对于普通火电机组来说运行是较困难的。在日运行方式下，一日之内

负荷起伏数次，其变化幅度（即峰谷差）达最高负荷的30%~50%,特别是负荷曲线

陡坡部分，单位时间增减负荷量很大，华东电网曾经达到每分钟增加14万kW0而火

电机组的电力生产是一个热力循环过程，需要较长的能量转换和传递时间，出力的变动

难以跟得上负荷的变化。普通燃煤机组在热态下启动，达到满载需要1~2h,每分钟增

加的出力不到额定出力的3%。同时火电机组是在高温高压的环境下工作，其关键部件

的低周循环疲劳寿命随着负荷的变动而急剧下降，机组使用寿命缩短，设备更新费用增

加。另外，火电机组作频繁变出力运行，比稳定运行燃料增多，事故率、检修率和厂用

电率上升。所以普通煤电机组作调整负荷运行是不经济的。

抽水蓄能电站的能量转换形式简单，变工况运行操作简便迅速，不增加过多的额外

消耗。抽水蓄能机组从抽水到满载发电只需2~4mm，调整负荷能力很强。例如英国迪

诺威克抽水蓄能电站能在10s内从静止状态向系统提供1300MW的出力。因此,用抽

水蓄能机组替代煤电机组适应系统负荷变动，特别是适应负荷曲线陡坡段快速增减出力

的需要，可以节省系统固定资产投资和运行维修费用。

2.旋转备用效益

电力系统不仅要适应负荷的变化，而且要经得起额外负荷的冲击和系统元件突然事

故的