抽水蓄能電站是電力系統中一種比較特殊的電源,主要有兩個方面作用:一是調峰填谷;二是提供調頻、調相和系統事故備用等輔助服務。那么,這兩方面的作用具體能發揮哪些功能?筆者試加以總結歸納如下:
一、調峰填谷
抽水蓄能電站機組從靜止到滿負荷運行僅需120—150秒,這是火電、核電等機組所無法比擬的。發電削峰、用電填谷可明顯減少電網峰谷差,且這種電站具有削峰和填谷雙重作用,調峰能力為其裝機容量2倍,比常規水電站和調峰機組的調峰能力大得多。
抽水蓄能電站替代火電機組或燃氣輪機調峰后,在系統負荷低谷抽水時起到填谷作用,還能減輕或避免火電機組壓負荷運行深度,使該部分機組能以均勻出力在最優工況下運行,提高火電設備利用率和運行效率,降低發電煤耗,給火電廠帶來顯著潛在經濟效益。
二、動態功能
抽水蓄能電站動態功能因電網特性和需求而異,電站在電力系統中運行,不以生產電量為主,而以保證備用和提高供電質量等動態功能為宗旨。其動態功能分為5個部分:旋轉備用、調頻、同步調相、負荷跟蹤和黑啟動服務。
——旋轉備用功能。抽水蓄能電站能夠快速啟動,迅速轉換工況,由它來承擔系統旋轉備用容量,可以減少火電機組所承擔的旋轉備用容量,起到改善火電機組運行方式、穩定系統頻率和緩解事故等重要作用。
——調頻功能。電力系統負荷瞬間突然變化會影響電網頻率穩定。抽水蓄能電站從停機到滿載僅需2—3分鐘,調整靈活,負荷跟蹤性能遠比火電、核電機組優越,適宜承擔頻繁啟停調頻任務。
——同步調相功能。電力系統中無功電力不足或者過剩時,會造成電網電壓波動,這不僅會影響供電質量、損壞用電設備,而且會直接影響電力系統安全可靠運行。當無功電力不足時,常需設置調相機,或將同步發動機改作調相運行以增發無功出力,補充系統無功不足。抽水蓄能電機是同步電機,不但在空閑時(不發電又不抽水)可以用來調相,在發電和抽水的同時也可以供給或吸收系統中無功電力,從而能減少設置專門的無功補償設備。
——負荷跟蹤功能。抽水蓄能電站在負荷高峰時快速啟動,增加系統輸出功率,以較好適應負荷的波動,彌補火電機組增荷慢的不足,保證熱能機組負荷相對穩定,從而減少由于溫度、負荷、電氣方面劇烈變化而對火電機組產生不利影響。抽水蓄能機組負荷調整能力大約每分鐘可達額定出力的50%,而普通大型火電機組增荷速度每分鐘僅為額定出力的1%—2%,遠遠不能滿足系統負荷劇烈變化時的爬坡要求。
——黑啟動服務功能。抽水蓄能電站可在無外界幫助情況下,迅速自啟動,并通過輸電線路輸送啟動功率帶動其他機組,從而使電力系統在最短時間內恢復供電能力。
三、改善火電和核電運行條件
電力系統中的大型高溫、高壓熱力機組,包括燃煤機組和核燃料機組,均不適于低負荷下工作。當機組強迫壓負荷后,燃料消耗和廠用電都將增加,機組損耗也將加速。如果電力系統中加入抽水蓄能機組,則可使這些熱力機組都能在額定或較高出力下穩定運行。特別是對于核電站而言,尤其需要抽水蓄能電站配合改善其運行條件。
四、改善水電調節性能
在水電站占相當比重的電力系統中,汛期時,為了提高水電利用率,常規水電站盡可能多發滿發。在此期間,電網調節能力大幅下降,特別是庫容小的常規水電站,在電網處于負荷低谷時,只能采取減負荷或完全停機的方式,從而導致棄水。抽水蓄能電站此時正好可以發揮功能,消耗電網大量電力加以“儲藏”,從而大大提升水電消納水平。
五、釋放線路輸電能力
電力系統中有了抽水蓄能電站,就增大了系統裕度。低谷時,線路可以滿載運行,減少線路空載;而高峰時,在主網線路滿載運行情況下,依然可以供給周圍高峰負荷,從而減輕主網線路壓力,減少輸電損失。
六、節省電力投資和運行費用
由于抽水蓄能站址常能選在地形良好、地質條件優越、靠近負荷中心的地方,建設抽水蓄能電站,其投資比常規水電站、火電站或核電站少,工期相對也不算太長(中小型抽水蓄能電站一般需要3—5年可以建成,大型抽水蓄能電站一般要5—8年建成),再加上成熟的技術,這些優勢使其成為電網中最經濟的調峰電源。
七、提高電力系統可靠性
根據國內外水火電運行資料分析,水電及抽水蓄能機組可用率一般在99%以上,而火電機組可用率在80%左右,水電及抽水蓄能機組運行事故率大大低于火電機組。采用抽水蓄能機組作為系統負荷調整手段,可減少系統中火電機組強迫停運次數和時間,提高供電可靠性,減少電力系統停電損失以及改善電網運行工況。