抽水蓄能-三個皮匠報告百科

抽水蓄能是什么

抽水蓄能可將電網負荷低時的多余電能，轉變為電網高峰時期的高價值電能，是技術成熟、使用經濟、運行環保的大規模優質儲能方式。抽水蓄能具有技術成熟、反應快速靈活、單機容量大、經濟性較好等優點，可以有效緩解系統調峰壓力、快速穩定系統頻率、調相運行、穩定系統電壓，是電力系統事故備用電源，能作為電網黑啟動電源和大規模調節能源的首選。

抽水蓄能電站主要由處于高、低海拔位置的上、下水庫，以及發電裝置和廠房、控制中心組成，是利用電力負荷低谷時的電能自下水庫抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發電的水電站。

抽水蓄能的工作原理

從本質上來看，抽水蓄能電站是一種特殊的水力發電站形式，其中主要用到的設備包括水泵以及渦輪等裝置；從原理上來看，抽水蓄能電站可以像傳統的水電站一樣正常的進行的發電，同時還可以從用戶的電網中吸收多余的電力，為了保證整個系統的穩定運行。一般情況下，抽水蓄能電站僅僅需要很小的能量就可以維持內部正常的工作，保證內部始終具備一定的電能。同時還可以利用電能將水泵入上游水庫，然后將這部分電能轉化為勢能，直到第二天當電力系統負荷增加的時候，水庫中的水通過水力發電機組回水庫，水的勢能便轉化為電能回電網，從而滿足負荷需要。

在實際工作的過程中，為了保證電能系統的穩定運行，抽水蓄能電站可以根據電網用電量的不同進行針對性的用電調節，不僅有效的增強了電能系統應用中的靈活性，同時還可以根據實際用電情況的不同來調節電網內部的峰值電壓變化情況，這種調節方式對于維持電力系統的穩定高效運行有著十分重要的作用。

抽水蓄能電站采用兩種臥式機組：水泵和水輪機。當電力負荷較低時，其他形式的發電機利用多余的電能推動水泵的運轉，將下層水庫中的水抽上上層水庫，保證在電力負荷高峰時可以放水發電。

抽水蓄能電站的本質就是以水為存儲介質，然后利用電能將水的勢能轉化為電能，這樣可以更好的滿足后續的緊急電能使用，同時也為系統的穩定運行提供了有效的幫助。抽水蓄能電站的儲能能力要根據實際的需求進行分析，同時隨著相關技術的發展，將風能和光能以及抽水蓄能電站結合起來進行利用，可以更好的保證系統的穩定運行。但是從建設的過程進行分析，很多因素都會對抽水蓄能電站的建設產生明顯的影響，其中地理位置以及生態環境對其的建設影響較大^[1]。

抽水蓄能電站的分類

1.抽水蓄能電站按上水庫調節水量來源劃分可分為純抽水蓄能電站和混合式抽水蓄能電站、非循環式抽水蓄能電站。混合型抽水蓄能電站會在電機運行的過程中增加常規的水電機組輔助運行，使電站既能調節電網，又能通過徑流發電。純抽水蓄能電站是專門為電網的調節而建立的，主要的作用就是按照計劃進行發電，同時為了保證電網系統的穩定運行，還會針對電網的峰值以及低谷情況進行針對性的調節，它最重要的任務是調整電網的峰值負荷和調頻。同時抽水蓄能電站還具備相位調制的功能，因此和其他傳統的發電形式相比，抽水蓄能電站在電網的調節過程中具備更多的優勢。

(1)純抽水蓄能電站沒有或只有少量的天然來水進入上水庫(以補充蒸發、滲漏損失)。廠房內安裝的全部是抽水蓄能機組，其主要功能是調峰填谷、承擔系統事故備用等任務，而不承擔常規發電和綜合利用等任務。

(2)混合式抽水蓄能電站的上水庫具有天然徑流匯入，來水流量已達到能安裝常規水輪發電機組來承擔系統的負荷。廠房內所安裝的機組，一部分是常規水輪發電機組，另一部分是抽水蓄能機組。相應地這類電站的發電量也由兩部分構成，一部分為抽水蓄能發電量，另一部分為天然徑流發電量。所以混合式抽水蓄能電站除了可以調峰填谷和承擔

(3)非循環式抽水蓄能電站

當上游水庫位于兩河流域時，流域兩側河谷高差不同，高差較小的一側有足夠的自然徑流源。較低的水庫或進水口可以建在一側，高度差較小的地方可以建抽水站，而水庫可以建在分水嶺上，同時可以在另外一側建設常規的水電站，這樣將水抽到上游的水庫以后，可以利用建設的常規的水電站在下游發電。從下游水庫抽上來的水沒有流回下游水庫，而是流向鄰近的河流，這是一種特殊的方式，將水分流到不同的流域發電。由于抽水水頭比發電水頭小，所以這種抽水蓄能電站也是一種很好的電站設計方式。

2. 按調節周期劃分為日、周和季調節抽水蓄能電站

(1)日調節抽水蓄能電站

抽水蓄能電站的日調節能力指的就是在一天一夜的情況下其能完成的電力負荷調節的能力，一般情況下受到時間以及系統負荷變化的直接影響，如果要求系統在運行的過程中降低供電量，則會迫使電廠減少輸出運行，將不利于電廠的運行。但是日調節抽水蓄能電站可以增加抽水蓄能電站的日工作能力，并且提升其對應的調節能力，這樣對于電力系統的穩定運行有著更加積極的作用，也可以有效的改善火電廠的運行狀況以及運行能力。

(2)周調節抽水蓄能電站

抽水蓄能電站的周調節能力指的就是在一周的時間里抽水蓄能電站完成的調節電力負荷的任務，其中水庫上下水位變化周期為一周。它仍然每天抽水和發電一次，但是在周末負荷較低的情況下，可以將抽水的時間延長，這對于提升抽水蓄能電站的調節能力有著十分重要的作用，也可以更好的提升抽水蓄能電站的供電能力。

(3)季調節抽水蓄能電站

抽水蓄能電站的季調節能力指的就是在一個季度的時間里抽水蓄能電站完成的調節電力負荷的任務，這種季調節抽水蓄能電站要求上游水庫必須能夠調節旱季發電所需的水量。

3.抽水蓄能電站按機組形式可分為分置式(四機式)抽水蓄能電站、串聯式(三機式)抽水蓄能電站和可逆式(兩機式)抽水蓄能電站。

(1)分置式(四機式)抽水蓄能電站：電站由水輪機與發電機組成的水輪發電機組與電動機與水泵機組成的水泵機組組成，共有4臺機，輸水系統與輸、變電系統共有。效率高，但系統復雜，占地大，投資大，現很少采用。

(2)串聯式(三機式)抽水蓄能電站：水泵、水輪機共用一臺電動發電機，水泵、水輪機、電動發電機三者同軸運轉。但是三機串連式機組使機軸太長，廠房高度加大，進出水需兩套設備，投資大。

(3)可逆式(兩機式)抽水蓄能電站：機組的水輪機同時具備水泵功能(稱為水泵水輪機)，發電機又可以作電動機使用(稱為電動發電機)，兩者連在一根軸上，這種機組結構簡單、總造價低，土建工程量小，是現代抽水蓄能電站的主要機組形式。

抽水蓄能的優勢

(1)抽水蓄能電站能源轉化率高：能源轉化效率高75%-83%、度電成本低；

(2)抽水蓄能電站壽命長：抽水蓄能設備使用壽命更長，其機械及電氣設備可使用50年以上，壩體更是可使用100年；

(3)抽水蓄能裝機容量大、穩定性強：抽水蓄能的裝機容量大(通常是GW級別)、持續放電時間更長、調節范圍更廣，因此通過使用抽水蓄能電站，可以有效提高電力系統的穩定性，增強其對可再生能源發電的消納能力。

(4)抽水蓄能具備電源、負荷兩種特性，儲能和發電雙向都可以進行。抽水蓄能電站可以明顯地減少電網的峰谷差，他能在負荷低谷時將多余的電能轉換為水的勢能來存儲進行“填谷”，而在負荷高峰時將勢能再次轉換為電能進行水力發電來“削峰”。

抽水蓄能電站的功能

抽水蓄能電站在電網中主要體現為三種功能，分別是安全保障、調峰填谷、配套新能源及核電。

1. 安全保障

安全保障功能是指抽水蓄能電站的事故備用、黑啟動等功能，需要在電網出現緊急事故及突發狀況時支撐電網出力，該類型電站主要分布于電網關鍵樞紐，如特高壓直流受端地區及電力可靠性要求較高的重要經濟及政治中心，或者用于支撐有功功率和頻率調節。在電網中安全保障作用抽水蓄能電站主要有三個優點，一是當電網出現故障時，抽水蓄能機組的快速功率調節作用可以得到充分體現，能在1-2分鐘內從靜止狀態開機發電至滿負荷，有效防止事故擴大，給電網造成更大損失；二是不需要任何外電的接入實現機組自啟動，是電網優良可靠的黑啟動電源：三是以停機穩態方式代替火電機組的旋轉備用，減少燃料消耗及火電機組投入率，優化電網機組運行方式。

2.調峰填谷

對于峰谷差較大、調節方式單一、急需豐富調節手段的電網，抽水蓄能電站則更多作為調峰填谷機組使用；我國居民用電和第三產業用電呈逐年上升趨勢，且增長速率越來越快，整體能源結構不斷變化，導致電網負荷隨時間特性變化較大，電網峰谷電量差值進一步增加，該現象在節假日期間表現尤為突出，差值成倍增加。抽水蓄能電站參與電網的調峰填谷時，可以大量減少燃氣及小容量、高煤耗火電機組投入運行，節約傳統調峰機組燃料及啟停機成本，在電網功率調節范圍需求較大時，常規調峰機組性能無法滿足要求，只能采用停機、重新啟動方式來實現調節，使得運維成本加大，抽水蓄能機組則可輕松滿足大范圍功率調節需要。

3.配套新能源及核電

由于核電在電網中的重要地位，決定了對核電的安全性有著較高的要求，抽水蓄能機組配套核電為其提供備用容量，用于安全保障及運行效率調節，使核電更好的發揮其作用。目前并網的新能源以光伏發電和風電為主，由于其本身能源特性決定其具有較強的隨機性和波動性，如何將其并網帶來的負面影響降到最低，抽水蓄能無疑是最好的選擇，而且可以提高光伏和風電的并網比例^[2]。

抽水蓄能發展歷程

根據《2022年中國抽水蓄能供需端分析及產業鏈發展研究報告》^[3]，20世紀50年代，抽水蓄能電站起步，但由于技術的不成熟和需求的不足，年均新增裝機量僅200MW左右。20世紀60年代，美歐日等發達國家經濟快速增長，其常規水電站建設相對豐富后，系統調峰和備用電源的需求逐漸提升，抽水蓄能電站的作用開始顯現，從而開始了蓬勃發展。十年內，全世界總裝機容量從3500MW提升到了16010MW。之后，20世紀70年代的兩次石油危機導致燃油電站比重降低，核電站建設開始加速，常規水電比重下降，進而導致電網調峰能力不足，抽水蓄能電站的需求飛速提升。21世紀后，西方國家對抽蓄電站的需求逐漸放緩，中國、韓國、印度等亞洲國家的抽蓄則開始快速發展，2017年中國超越日本首次成為世界上抽蓄電站規模最大的國家。

1968年，河北崗南水庫電站安裝了—臺容量11MW的進口抽水蓄能機組，我國抽水蓄能開始發展，"；十二五"；、“十三五”期間，為適應新能源特高壓電網快速發展，抽水蓄能發展迎來新的高峰。截至2020年底，全國運行抽水蓄能電站32座、31490MW，在建抽蓄裝機45450Mw，目前。國內在抽水蓄能工程勘察設計施工、成套設備設計制造及電站運行等方面已經達到世界先進水平

抽水蓄能電站世界排名

位于中國河北省承德市的豐寧抽水蓄能電站是當前世界規模最大的抽水蓄能電站，創造四項世界第一：裝機容量世界第一，儲能能力世界第一，地下廠房規模世界第一，地下洞室群規模世界第一。豐寧電站總裝機規模360萬千瓦(3.6GW)，年設計發電量66.12億千瓦時，年抽水電量87.16億千瓦時。2021年12月30日，總投資192.37億元的國家電網河北豐寧抽水蓄能電站首批兩臺機組(1號機、10號機)投產發電，為北京冬奧會供應綠電

抽水蓄能市場規模

根據《抽水蓄能行業研究：抽水蓄能正當時乘勢而上千帆競》報告顯示，2021年9月17日，國家能源局正式印發《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》(下稱《抽蓄中長期規劃》)，并提出，按照能核盡核、能開盡開的原則，在規劃重點實施項目庫內核準建設抽水蓄能電站。根據規劃，到2025年，抽水蓄能投產總規模較“十三五”翻一番，達到62GW以上，經測算，市場規模約3720萬億元；到2030年，抽水蓄能投產總規模較“十四五”再翻一番，達到120GW左右，市場規模約7200萬億元。

《抽水蓄能中長期發展規劃(2021-2035年)》指出，“本次中長期規劃提出抽水蓄能儲備項目247個，總裝機規模約3.05億千瓦”，若按照3.05億千瓦的抽水蓄能儲備項目裝機規模測算，中國抽水蓄能儲備項目的市場規模將達到18300萬億元。