張 李，孫 帆

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能電站利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的電能把下水庫(kù)儲(chǔ)蓄的水抽到上水庫(kù)內(nèi)，即利用電網(wǎng)低谷電能通過高壓電纜、主變壓器降壓、離相封閉母線使(發(fā)電)電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械能，再由水泵(水輪機(jī))將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為上水庫(kù)的水力勢(shì)能。電力系統(tǒng)需要時(shí)再?gòu)纳纤畮?kù)放水至下水庫(kù)進(jìn)行發(fā)電，即由(水泵)水輪機(jī)將水力勢(shì)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，再由發(fā)電(電動(dòng))機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成高峰電能，經(jīng)離相封閉母線、主變壓器升壓及高壓電纜將電能送入電網(wǎng)。因此，抽水蓄能電站不是真正意義上的發(fā)電電源，而是電力系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換器。能量轉(zhuǎn)換主要過程如下：電網(wǎng)的低谷電能→變壓器降壓→電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能→水泵抽水→水力勢(shì)能→水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能→發(fā)電機(jī)組發(fā)電→變壓器升壓→高峰電能[1-6]。

1 抽水電量、發(fā)電電量

抽水蓄能電站作為能源加工轉(zhuǎn)換企業(yè)，存在抽水和發(fā)電2個(gè)完全相反的工序，既需要從電網(wǎng)購(gòu)買電能，又要為電網(wǎng)提供電能，因此，存在抽水電量和發(fā)電電量2個(gè)重要指標(biāo)。

目前，《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查暫行辦法》 、《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查工作指南(2014年本)》 、《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估報(bào)告編制指南系列叢書 水力發(fā)電項(xiàng)目 風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目(2014年版)》 、《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》等法規(guī)、指南、導(dǎo)則均未對(duì)抽水電量和發(fā)電電量給出明確定義。各單位均按約定俗成的通用做法來定義和計(jì)算這2項(xiàng)指標(biāo)。2項(xiàng)指標(biāo)的定義及計(jì)算方法分別如下[1-14]。

圖1 抽水蓄能電站工藝流程圖

圖2 抽水蓄能電站能量轉(zhuǎn)換過程示意圖

1.1 抽水電量

抽水蓄能電站的抽水電量的計(jì)量點(diǎn)設(shè)定在廠網(wǎng)分界點(diǎn)處，故抽水電量其實(shí)是電站從系統(tǒng)購(gòu)入的總電量，不僅僅是電站抽水過程的耗電量。抽水電量最終轉(zhuǎn)換為兩大部分：一部分經(jīng)過抽水和發(fā)電2個(gè)工序后轉(zhuǎn)換為發(fā)電電量；另一部分則是在整個(gè)抽水過程中損耗和消耗的所有電量(包括抽水時(shí)的水力損失、機(jī)組機(jī)械損失、輸送損失及輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備消耗的電量)以及發(fā)電過程中水力損失和機(jī)組機(jī)械損失的電量。即[1]:

抽水電量= 發(fā)電電量+抽水損耗的所有電量+發(fā)

電時(shí)水力損失和機(jī)組機(jī)械損失的電量

(1)

1.2 發(fā)電電量

發(fā)電電量的計(jì)量點(diǎn)設(shè)定在發(fā)電機(jī)出口，因此其中還包含了發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能在廠內(nèi)輸送過程中損失的電量及發(fā)電時(shí)輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備等消耗的電量。發(fā)電電量扣除這2部分電能損耗即得到上網(wǎng)電量。即：

發(fā)電電量= 上網(wǎng)電量+發(fā)電時(shí)的輸送損失電量+發(fā)

電時(shí)及輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備消耗的電量

(2)

1.3 可研階段抽水電量和發(fā)電電量的計(jì)算

在電站可研設(shè)計(jì)階段，對(duì)抽水電量和發(fā)電電量?jī)H進(jìn)行估算。規(guī)劃專業(yè)根據(jù)電站裝機(jī)容量和發(fā)電時(shí)間計(jì)算得出電站的設(shè)計(jì)發(fā)電電量，再除以抽水蓄能電站通常的電力轉(zhuǎn)換效率75% ，得到電站的設(shè)計(jì)抽水電量[3]。

1.4 節(jié)能評(píng)估階段抽水電量和發(fā)電電量的計(jì)算

在節(jié)能評(píng)估階段，通過對(duì)電站抽水、發(fā)電全過程中各項(xiàng)能耗(水力損失、機(jī)械損失、輸送損失及輔助和附屬生產(chǎn)設(shè)備消耗的電量)的詳細(xì)核算，得出電站的電力消費(fèi)總量，并以此為基礎(chǔ)對(duì)抽水電量(購(gòu)入電量)、發(fā)電電量以及上網(wǎng)電量進(jìn)行核算[1]。

1.5 節(jié)能評(píng)估審查中遇到的問題

在節(jié)能評(píng)估報(bào)告審查過程中，有的專家由于不了解抽水蓄能電站的運(yùn)行和計(jì)量特點(diǎn)以及抽水電量和發(fā)電電量的定義與計(jì)算方法，錯(cuò)誤地按字面意思認(rèn)為抽水電量?jī)H僅是電站抽水過程中的耗電量，提出抽水蓄能電站的電力消費(fèi)總量是抽水電量和發(fā)電電量的差值與能評(píng)階段核算出的電力消費(fèi)總量的和的錯(cuò)誤概念。這其實(shí)是電力消費(fèi)量的重復(fù)計(jì)算，將導(dǎo)致能效水平、能源消費(fèi)影響等評(píng)估結(jié)果出現(xiàn)較大偏差。因此，應(yīng)該引起一定的注意[8-9]。

1.6 觀點(diǎn)及建議

通過上述分析可知，節(jié)能評(píng)估階段計(jì)算得出的電力消費(fèi)總量包含了電站在抽水和發(fā)電全過程中的所有電力損耗和消耗，因此，在能效水平評(píng)估和能源消費(fèi)影響評(píng)估環(huán)節(jié)中使用的綜合能源消費(fèi)量，采用能評(píng)階段核算出的電力消費(fèi)總量與其它能源消費(fèi)量之和即可，不應(yīng)再疊加抽水電量與發(fā)電電量的差值。

在節(jié)能評(píng)估報(bào)告編寫過程中，應(yīng)對(duì)抽水電量、發(fā)電電量的概念進(jìn)行適當(dāng)?shù)年U述，在被審查過程中也應(yīng)該注意與專家的溝通和解釋，避免上述問題的發(fā)生。

也希望在今后制定節(jié)能評(píng)估規(guī)范時(shí)能夠明確定義這2項(xiàng)指標(biāo)，以避免引起不必要的誤會(huì)和錯(cuò)誤的評(píng)估結(jié)果[4]。

2 能量平衡

能量平衡是對(duì)輸入的全部能量與輸出的全部能量在數(shù)量上的平衡關(guān)系的研究，由于抽水蓄能電站有抽水和發(fā)電這2個(gè)截然相反、又相對(duì)獨(dú)立的工序，目前，抽水蓄能電站的能量平衡過程也存在2個(gè)相反的方向[10]。

2.1 能量平衡方向1(以發(fā)電電量為基準(zhǔn))

以電站發(fā)電電量為基準(zhǔn)，通過累加各項(xiàng)損耗、能耗，推算出電站購(gòu)入電量亦即抽水電量。計(jì)算公式見式(1)。

方向1與可研階段抽水電量的計(jì)算方法類似，都以發(fā)電電量為基準(zhǔn)來推算抽水電量。

2.2 能量平衡方向2(以抽水電量為基準(zhǔn))

以電站抽水電量為基準(zhǔn)，通過扣減各項(xiàng)損耗、能耗，推算出電站的發(fā)電電量。即：

發(fā)電電量= 抽水電量-抽水損耗的所有電量-發(fā)

電時(shí)水力損失和機(jī)組機(jī)械損失的電量

(3)

2.3 問題及分析

這2種方向都可行，且看似相同，但結(jié)果卻有所不同。因?yàn)椋裳须A段用來計(jì)算抽水電量的電力轉(zhuǎn)換效率(75%)是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)際抽水蓄能電站的電力轉(zhuǎn)換效率不一定等于75%，通常抽蓄的電力轉(zhuǎn)換效率都高于75% ，即抽水發(fā)電過程中的電力消費(fèi)低于25% 。對(duì)于同一工程，如果使用方向1，以發(fā)電電量為基準(zhǔn)推算出的抽水電量將小于可研階段推算出的抽水電量；如果使用方向2，以抽水電量為基準(zhǔn)推算出的發(fā)電電量將高于可研階段的發(fā)電電量。故由方向2推算出的上網(wǎng)電量將高于由方向1推算出的上網(wǎng)電量。

以某抽水蓄能電站為例，筆者按2個(gè)不同方向推算出的抽水電量、發(fā)電電量和上網(wǎng)電量，見表1。

表1 某抽水蓄能電站能評(píng)階段不同推算方向電量推算結(jié)果 /萬(wàn)kWh

2.4 觀 點(diǎn)

由表1可以看出，由不同基準(zhǔn)、不同推算方向得出的電量可能存在較明顯差異，故筆者提出這個(gè)問題，與各位專家探討。但筆者認(rèn)為方向1更符合可研階段抽水電量和發(fā)電電量的推算方向，更趨合理。

3 廠用電率、綜合廠用電率

3.1 廠用電率和綜合廠用電率的定義

廠用電率和綜合廠用電率是衡量電力生產(chǎn)企業(yè)能耗的一項(xiàng)重要指標(biāo)。抽水蓄能電站廠用電率和綜合廠用電率的定義，即計(jì)算公式：

(4)

(5)

3.2 問題及分析

由于電站的電力轉(zhuǎn)換效率通常不是剛好等于75%，可研階段的抽水電量、發(fā)電電量和節(jié)能評(píng)估核算出的抽水電量、發(fā)電電量往往存在一定差異，從而用可研階段的抽水電量+發(fā)電電量計(jì)算出的廠用電率(綜合廠用電率)和節(jié)能評(píng)估階段的抽水電量+發(fā)電電量計(jì)算出的廠用電率(綜合廠用電率)也會(huì)存在一定差異。

筆者查閱了多份不同評(píng)估單位編制的節(jié)能評(píng)估報(bào)告，均采用可研階段的電量計(jì)算廠用電率和綜合廠用電率，但筆者認(rèn)為既然節(jié)能評(píng)估核算出了抽水電量和發(fā)電電量，則采用節(jié)能評(píng)估階段核算出的電量計(jì)算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

但如果采用能評(píng)階段核算出的抽水電量和發(fā)電電量來計(jì)算廠用電率和綜合廠用電率，則由于本文第2章節(jié)中提出的能量平衡方向的問題，引出了下面的問題：

由第2章節(jié)中的論述可知，由方向1推算出的抽水電量和發(fā)電電量的和小于方向2推算出的抽水電量和發(fā)電電量的和，這就會(huì)導(dǎo)致最終廠用電率和綜合廠用電率計(jì)算結(jié)果的不同。

以某抽水蓄能電站為例，筆者分別采用可研階段和能評(píng)階段2個(gè)不同方向推算出的電量，計(jì)算得出的廠用電率和綜合廠用電率，見表2。

表2 某抽水蓄能電站采用不同電量值的廠用電率及綜合廠用電率計(jì)算結(jié)果表

由表2可見，對(duì)于不同的電量取值，雖然廠用電率和綜合廠用電率差別不太明顯，但還是存在一定差異。

3.3 觀 點(diǎn)

筆者認(rèn)為既然節(jié)能評(píng)估核算出了抽水電量和發(fā)電電量，則采用節(jié)能評(píng)估階段核算出的電量計(jì)算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。又基于本文第2章節(jié)的觀點(diǎn)，筆者認(rèn)為采用由方向1(以發(fā)電電量為基準(zhǔn))推算出的抽水電量和發(fā)電電量來計(jì)算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

4 結(jié) 語(yǔ)

抽水蓄能電站作為能源加工轉(zhuǎn)換企業(yè)，存在抽水和發(fā)電2個(gè)完全相反的工序，與常規(guī)水電站有著諸多差異，這也就決定了抽水蓄能電站的節(jié)能評(píng)估工作存在諸多與常規(guī)水電站節(jié)能評(píng)估的不同之處。筆者認(rèn)為應(yīng)針對(duì)抽水蓄能電站節(jié)能評(píng)估工作制定專門的有針對(duì)性的規(guī)范或指南，明確抽水電量和發(fā)電電量的定義及計(jì)算方法、能量平衡方向及廠用電率(綜合廠用電率)計(jì)算的參數(shù)選取等問題。

在評(píng)估報(bào)告中應(yīng)對(duì)抽水電量和發(fā)電電量的定義及計(jì)算方法進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，防止在能耗統(tǒng)計(jì)過程中出現(xiàn)重復(fù)計(jì)算的錯(cuò)誤，避免導(dǎo)致錯(cuò)誤的評(píng)估結(jié)果。對(duì)于能量平衡方向，筆者認(rèn)為方向1(以發(fā)電電量為基準(zhǔn))更符合可研階段抽水電量和發(fā)電電量的推算方向，更趨合理。關(guān)于廠用電率(綜合廠用電率)計(jì)算參數(shù)選取的問題，筆者認(rèn)為采用節(jié)能評(píng)估階段由方向1(以發(fā)電電量為基準(zhǔn))推算出的抽水電量和發(fā)電電量來計(jì)算廠用電率和綜合廠用電率更為合理。

筆者提出并分析以上問題，是想拋磚引玉，與大家一起探討得出更合理的計(jì)算方式，從而得到更合理的評(píng)估結(jié)果，以不斷完善抽水蓄能電站的節(jié)能評(píng)估工作。也希望今后能出臺(tái)專門的抽水蓄能電站節(jié)能評(píng)估規(guī)范或指南，規(guī)范主要評(píng)估指標(biāo)的定義和計(jì)算方法，讓抽水蓄能電站的節(jié)能評(píng)估工作以統(tǒng)一的方式進(jìn)行，以便考核驗(yàn)收[7]。

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