1.四川大学水利水电学院 四川成都 610065；2.内蒙古师范大学法政学院 内蒙古呼和浩特 010022
摘要：能源与经济是当前小流域地区综合治理的物质基础，有效经济的利用能源，可以使小流域综合治理事半功倍。本文从小流域地区综合治理的能源角度，阐述抽水蓄能电站对于小流域地区供能的有利作用，针对不同条件下抽水蓄能的能量来源、原理，为能源利用提出一些建议。
关键词：小流域综合治理；抽水蓄能电站；经济建设
能源与经济是当前小流域地区综合治理的物质基础，有效经济的利用能源，可以使小流域综合治理事半功倍。本文从小流域地区综合治理的能源角度，阐述抽水蓄能电站对于小流域地区供能的有利作用，针对不同条件下抽水蓄能的能量来源及原理，对小流域综合治理中的电能经济利用方式进行探讨。
一、小流域治理中电能利用分析
1.小流域中对能源需求较大
充足的电能是地区发展的基本能源需求，小流域地综合治理，会带来大量的耗能需求，如工业生产用电，建设临时用电，人口增加和人民生活水平提高带来的用电，意味着人们生产生活中会产生大量的能源需求，这些需求即使推动地区发展的动力，但当能源需求无法满足时更会成为发展的阻碍。
2.小流域中有足以建造抽水蓄能电站的地理条件和经济条件
抽蓄水电站的建设需要有一定的自然地理条件，为了节约建设成本，交通条件较好，水资源较丰富，可以满足储水需要，并且拥有较为廉价的能量来源。在建设前，需要综合考虑当地的需求，建设经济压力，政策支持等多方面因素。
3.小流域的治理辐射范围内有较大的居住聚集地（城镇）
小流域综合治理需要体现出相应的经济生态等方面的效益，而“人”是其中起重要作用的因素，故在考虑发展需求，给出发展建议，设定相关方案时需以人为本，优先考虑辐射范围内有较大居住聚集地（城镇），并可以通过大型聚集地来辐射影响其它小型、分散居住地。
二、抽水蓄能供电方式的优势
1.小流域综合治理的能源问题
小流域的综合治理，需要考虑到当地的政治、经济、生态、人文等各方面情况，而治理的基本前提条件是基本的物质基础，尤其是能源基础。在小流域地区，尤其是偏远地区的小流域地区，更可能面对着电网供应不足，电站受到自然资源的限制，时空分布不稳定，无法稳定满足当地的能源需求。
2.水蓄能水供电方式的优势
自然的能量资源难以被人类集中性地使用，人类通过建造各类电站将分散、难以利用地自然能量资源转换为电力资源来供人类生产生活使用。为了能更好地使用电力资源，各类电站需按照相关规定将输出的电能以一定频率、电压并入电网，人们再通过电网，使用消耗这些电能。
3.国内抽蓄水电站的现状
目前，国内的抽蓄水电站技术是最为成熟的大规模储能技术，我国的抽水蓄能项目起步较晚，但发展迅速。我国在20世纪60年代才开始研究此项目，此时世界上抽水蓄能项目的研究已经开始迅速发展。在2000年我国抽水蓄能电站总装机容量约为500万kw，而2018已经突破3000万kw，成为世界上抽蓄水电站装机容量第一的国家。我国水能资源丰富，但时空分布极不均匀。主要集中在我国西部第二三级阶梯的和流处。为了解决电网调峰问腿，我国从20世纪开始研究抽水蓄能技术。50多年过去，我国已经积累了大量工程经验和技术人才，掌握了较为先进的技术和设备，在建和在运行装机容量均为世界第一，如，江西洪屏电站系国家重点工程，总装机容量为240万千瓦，与广东惠州抽水蓄能电站并列为世界上装机容量最大的抽水蓄能电站。
三、抽水蓄能供电方式的成本和收益构成
1.抽水蓄能电价成本构成
单位千瓦的一次性成本/收益
单位千瓦投资I=总投资/装机容量（元/千瓦）
单位千瓦造价B=总造价/装机容量（元/千瓦）
单位千瓦净残值J=预计净残值/预计使用寿命（元/千瓦）
利用（p，f，i，n）公式可以算得一次性成本的现值，单位千瓦一次性支出Zp=B-J/(1+i)^n，其中i为折现率，n为预计使用寿命。
2.单位千瓦的持续性成本、收益
单位千瓦折旧费Z=(固定资产原值−预计净残值)/预计使用寿命（年）/装机容量（元/千瓦*年）
单位千瓦维护费H=日常维护费/装机容量（元/千瓦*年）
单位千瓦电抽水蓄能净收入Q=每日抽水蓄能净收入/装机容量（元/千瓦*年）或Q=峰电电价-谷电电价
对于抽水蓄能的净收入，下面会通过抽水蓄能的能量来源的不同来详细介绍
单位千瓦持续性收入Sa=Z+Q-H
利用（p，a，i，n）公式可求得，Sa折算现值为Sp=（1-(1+i)^(-n)）/ i
四.发电的能量来源
1.利用余电作为发电来源
在小流域有电网覆盖，电网，以江苏为例，高峰时间段为8：00-12:00,17:00-21:00；平峰时间段为12:00-17:00；21:00-24:00；低谷时间段为0:00-8:00（表1）。可以看出，在220kv以上时，峰电价格为谷电价格的W1=3.328倍，大型抽水蓄能电站的综合效率α大致为0.75-0.77，所以综合利润W=W1*α=2.495，即在排除人工费用，日常维护费用的情况下，利用电网为能量来源可以收获2.495倍的利润（表1）。
表1江苏电价——时间关系表
2.利用风、光、地热等能源作为发电来源
多能源互补的基本思路是利用抽水蓄能电站作为能源储存装置，合理调节能源的输出质量与功率。在小流域无电网覆盖或电网较为脆弱的地区，电网提供的电能不稳定或基本无法满足能源需求，此时需要建设额外的能量来源来满足当地的能量需求。以风能为例，风具有不稳定性，风时断时续、风力忽大忽小。其中风的季节性和时段性最能体现这一特点，如季风区在季风期风多，非季风期风少，西北部分地区，晚上风大，白天风小。的也是风不稳定性的体现。如果利用传统的方法处理，容易导致发电断续、电压不稳定，变压器的负荷增大和空载损耗多的问题，在能量并入电网时还可能产生大量谐波，增大了电网的负荷。因此，风能量大，但质量不高，在电网脆弱的地区，难以有效利用。而光能也类似。此时，可以利用这些难以并入电网的能源，充当抽水蓄能电站的能量来源，而抽水蓄能电站此时就相当于这些电站附属的对于地热能这类能量输出较为稳定但是产能无法停止的能源或电站停止发电代价较大的，抽水蓄能电站可以起到蓄能作用，合理利用这些本来大概率被浪费的能源
五、小流域治理中的电能需求分析
1.对农产品加工
可以将肉类、蔬菜、水果加工为罐头，零食。牛奶加工为奶酪、各类乳制品。有效提高各类农产品的保质年限。将加工工厂建设于农产品生产基地附近，可就近收购农产品，极大地减少交通费用支出，增加农产品的利润。而工厂的建设与运行，也可以向当地提供就业岗位，提高居民收入和就业率。
2.生活用电的提供
人类的生活是有规律性的，不同时间段人群的规律性活动往往不同，对能源的需求也不同。比如白天人们活动性强，用电需求大，而到了夜晚大部分人都进入梦乡，用电需求量也随之变小。也就是说在生活用电上，电能的消耗功率P消耗是不稳定的，而在一天内相比于较为稳定的电能产生功率P产生。若要保证城镇用电，则需P产生≥P消耗MAX。而在峰值以外的时间段，P产生＞＞P消耗MAX，则会造成大量的能源浪费，如下图中的阴影部分。以某市为例，假设产电的功率（P1）大致与最大消耗的电功率相等，则在保证全日不停电的情况下0：00—10：00以及20：00-24：00的电能产量远大于电能消耗量，在没有蓄能装置的情况下，这部分电能资源会直接被浪费。
3.工程用电
工地的施工为了保证施工的安全性、效率、施工质量，大多在白天施工，与生活用电的高峰期相近，但由于工程用电量较大，且临时性强，并不能形成长期稳定的用电需求，所以传统工程临时用电是通过柴油机发电来供应工地能源需求，而柴油发电机具有效率低，系统带载能力差及供电可靠性不强等问题，同时由于其需要消耗大量的柴油，造成了化石能源能耗，施工运营成本较大。抽水蓄能发电站可以在原有电网的基础上，临时放水发电，增加电网的用电供应，来满足工程临时用电的需求。
六、不足与展望
（1）不稳定的能量来源对于抽水设备、能量运输设备的要求以及损耗对于成本的提升还需要进一步的考虑，而最终计算收益时，应当将这部分损耗考虑进去，得出新的能量转化率。（2）抽水蓄能电站实质上是一种资源调配的工程建筑，它可以将在缺乏抽水蓄能电站建设条件的地方也可以考虑利用电—热（蒸汽）或其它思路来充当储能，实现能量的再分配。（3）本文多为定性思考，能源的需求也只是考虑到了一小部分，在具体实践中，还需要结合当地产业发展情况，考虑到当地政策，地理位置、生态条件等因素综合指定规划。
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【作者简介】
王靖凯（1999.11.-），男，汉族，浙江省遂昌县人，四川大学本科在读，主要研究方向：水利水电工程。