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我国抽水蓄能电站的发展现状及建设特征分析

发表时间：2020/8/20 来源：《基层建设》2020年第10期作者：徐斌

[导读] 摘要：抽水蓄能电站作为坚强智能电网的重要组成部分，主要承担调峰填谷、调频调相、事故备用和黑启动等辅助服务功能。

        湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司湖南长沙 410213
        摘要：抽水蓄能电站作为坚强智能电网的重要组成部分，主要承担调峰填谷、调频调相、事故备用和黑启动等辅助服务功能。抽水蓄能技术自诞生以来，经过130多年的发展，已成为现代电力系统内技术成熟、使用经济、清洁高效的优质调节手段。目前，全球抽水蓄能装机容量约1.5亿kW，中国、日本和美国装机规模位于前三位，拥有全球50%以上的市场份额。伴随全球能源结构转型和能源消费革命，抽水蓄能电站在保障大电网安全、提供系统灵活调节和促进新能源发展方面发挥越来越重要的作用。
        关键词：抽水蓄能电站；发展现状；建设特征
        引言
        我国抽水蓄能电站建设起步晚，但工程建设技术、设备制造技术、安装调试技术发展快速，积累了不同地貌地质、不同水头、不同装机容量等方面丰富的建设技术经验。
        1 抽水蓄能电站自动化系统结构
        抽水蓄能电站的原理在于，以电力负荷低谷时电能为支持，将水抽至上水库，于电力负荷高峰期将水放至下水库，以满足发电需求。抽水蓄能电站也称作蓄能式水电站，其能够对电网负荷低时的多余电能进行科学利用，向电网高峰时期的高价值电能转变，其能够促进调频、调相的实现，对于电力系统周波和电压的稳定具有重要作用，并且有助于促进系统中火电站与核电站效率的显著提升。我国抽水蓄能电站建设起步较晚，但在后发效应下，近年来所建设的大型抽水蓄能电站技术水平较高。
        抽水蓄能电站的特征在于，容量增幅较大，且发展速率较高，不仅作为发电厂，还是用户，启动迅速，运行灵活性高，能够满足事故备用需求。抽水蓄能电站在电网中发挥着重要的作用，令电网总体燃料得到有效节约，电网成本也明显降低，这就使得电网更具可靠性。抽水蓄能电站在国家电网公司的调度运行管理下，能够就电力系统调峰问题进行有效解决，通过调压与调相作用的发挥，对电网电压稳定性进行有效维护，维护电网安全运行，并且能够具备黑启动、系统特殊负荷等功能，对于抽水蓄能电站自身发展也具有一定推动作用。基于智能变电站设计要求出发，智能化抽水蓄能电站自动化系统结构设计中，可将其物理结构划分为一次设备和二次设备，前者带有智能化特征，后者带有网络化特征，基于IEC61850通信协议可知，智能抽水蓄能电站自动化系统中，其逻辑结构主要包含三个层次，分别是过程层、现地控制层和系统层，以系统层网络对系统层和现地控制层进行连接，以过程网络来现地控制层和过程层进行连接。
        2 我国抽水蓄能电站的发展现状及建设特征分析
        2.1 信息化是发展抽水蓄能电站建设的关键
        抽水蓄能电站信息化建设，重点分为以下几个方面：第一个方面就是在基建期与生产期大量运用电子信息技术，用来达到建设数字化智能型电站信息化智慧型企业的目标。第二个方面就是是企业在数据运用方面实现先进的信息自动化，运用“大云物移”等新一代“互联网+”信息技术，构建智能化、集成化、共享化的基建管控平台与KKS设备编码系统。第三个方面则是通过完善电站项目整体策划、上级辅助指导决策及管理制度建设，实现对抽水蓄能企业信息化建设。
        2.2 网络及应用部署策略
        结合国网公司信息安全要求及基建智能化管控业务，通过工程基建内、外网应用分离部署，保障新源公司内网访问及参建方外网访问，规划应用部署情况如图1。信息内网区域：满足国网公司、新源公司、项目公司管理应用，通过构建基建管理信息系统及与相关系统集成，实现向上与国网公司管理对接，向下通过外网应用延伸实现对项目公司工程基建业务管控。信息外网区域：满足项目现场智能化管控需求及参建方外网访问需求，通过系统的智能化管控功能模块应用实现对现场施工的过程管控和实时数据采集；通过系统外网应用实现项目公司对参建方的安全、质量、技术、结算等业务管理和评价。

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        2.3 构建基建项目统一应用管理平台
        构建基建项目统一业务数据集成应用平台，集成碾压监控、灌浆、运料车辆监控等施工专业子系统；构建基建项目统一移动应用管理平台，集成移动巡检等各类移动应用（APP），并统一移动应用传输网络；构建基建项目和智能决策分析应用模块，提升基建管控决策分析服务能力。
        2.4 二次设备的优化
        在抽水蓄能电站中，大多应用可逆式机组设备，以发电电动机为大轴上端，以水泵水轮机为大轴下端，在抽水操作实际执行过程中，机组发挥着水泵-电动机的作用得以有效运行，发电操作执行过程中，机组则发挥着水轮机-发电机的作用来进行操作，在不同工况下，机组转向相反。抽水蓄能电站自动化系统运行过程中，必须要规范安装二次设备，为切实提升系统智能化水平，在二次设备优化的过程中，要落实继电保护，结合抽水蓄能电站运行过程中的复杂工况出发，对继电保护进行合理配置，并确保保护跳闸输出与定值的合理性。
        抽水蓄能电站在实际运行过程中，必须要确保继电保护100%可靠动作，与监控系统相独立，从而对事故进行有效防范。在实际优化过程中，要严格遵循国家关于电网重大反事故措施的相关规定，令二次设备保持等电位状态，将电位差所造成的反击得到有效消除。大部分情况下，通过“目”字型连接的二次设备，都能够为控制设备多点接地的实现提供有效支持。
        2.5 建立电价机制
        并纳入销售电价全额疏导，确保电站投资回收。从发达国家抽水蓄能运营模式和电价机制来看，国外抽水蓄能电站经营模式主要有电网统一经营、租赁经营和独立经营3种。其中，租赁制比较常见，电网公司对电站运行考核后付租赁费，并在销售电价中疏导。而在电力市场机制比较成熟的国家，采用自由竞价的独立经营模式可以取得较好的业绩。从电价机制来看，总体上体现了容量和电量的两部分收益，保证了电站建设的基本投资回收，同时也有利于经营管理和优化调度，是国际上广泛采用的模式。
        结合我国国情，近期建议调整有关价格政策，将抽蓄电站建设运行成本从销售电价中全额疏导，疏导方式可选择租赁经营、两部制电价方式，确保电站的投资经营和充分利用。中长期来看，应建立抽水蓄能电站效益评价体系，健全上网侧峰谷电价、辅助服务电价等价格竞争机制，明确投资回报方式，进一步提高蓄能电站运行的经济效益和效率。
        优化系统运行，在更大范围内配置调峰资源，最大程度地发挥抽水蓄能的综合效益。我国风电、太阳能发电资源富集的“三北”地区建设蓄能电站的条件并不优越，而中东部负荷中心地区具有丰富的调峰资源和富余调节能力。在目前抽水蓄能总体比重不高的情况下，通过扩大联网范围、提高输电能力实现区域电网调峰资源互补，可以更好地发挥抽蓄电站的整体效益，提高电网接纳新能源的能力。同时，应根据不同区域电网的负荷和电源发展状况、调峰需求、跨省区送受电情况，结合不同类型抽蓄电站的定位，优化系统运行，合理确定抽蓄电站备用容量、调峰调频容量和调节方式。
        3 结语
        综上所述，通过对抽水蓄能电站基建期的智能管控系统信息化建设，先进的管理体系以及应用信息技术的实施与应用，抽水蓄能电站的信息化建设，和其他行业的信息化建设具有一定的共同点，也存在着个性的因素。要想将抽水蓄能电站基建期的管理工作完善，必须要结合行业的特点，建立电价机制，构建基建项目统一应用管理平台，进而达到抽水蓄能电站信息化建设的最佳状态。
        参考文献：
        [1]姜海军，王惠民，戎刚，单鹏珠，杜晨辉，喻洋洋.抽水蓄能电站自动化系统智能化发展探讨[J].水电厂自动化.2015（02）.
        [2]张毅，王德宽，刘晓波，文正国，王聪.水电厂智能化技术发展趋势与应用[J].水电站机电技术.2015（03）.