趙常偉，張 揚(yáng)，趙曉宇

(1.國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司華北開(kāi)發(fā)建設(shè)分公司，天津 300010；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

0 引 言

衡量水電站的大小，往往看裝機(jī)容量和年發(fā)電量，而衡量抽水蓄能電站，還有2個(gè)特別指標(biāo)——蓄能量及其關(guān)聯(lián)的連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)。NB/T 35071—2015《抽水蓄能電站水能規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]將蓄能量定義為上水庫(kù)發(fā)電庫(kù)容相應(yīng)水量可發(fā)出的電量，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)為水庫(kù)蓄能量與裝機(jī)容量的比值。蓄能量公式[2]為

E=PGt=9.81QrHrηt=9.81ηVGHr/3 600

(1)

式中，E為蓄能量，kW·h；PG為電站總裝機(jī)容量(發(fā)電)，kW；t為連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)，h；Qr為電站全部機(jī)組額定流量總和，m3/s；Hr為水輪機(jī)額定水頭，m；η為水輪發(fā)電機(jī)綜合效率，%；VG為上水庫(kù)有效發(fā)電庫(kù)容，m3。

可以看出，抽水蓄能電站蓄能量與其上水庫(kù)有效發(fā)電庫(kù)容和額定水頭的乘積成正比。抽水蓄能電站的VG和Hr，主要受限于站址地形、地質(zhì)條件[3]，一旦站址選定，VG和Hr就基本確定。這意味著，規(guī)劃中的抽水蓄能電站蓄能量是一個(gè)定量，裝機(jī)容量和連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)是成反比的2個(gè)變量。蓄能量一定，抽水蓄能電站究竟是裝機(jī)容量大、連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)短好，還是連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)、裝機(jī)容量小好，20世紀(jì)90年代至今，業(yè)內(nèi)始終未形成共識(shí)。

NB/T 35071—2015《抽水蓄能電站水能規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]對(duì)抽水蓄能電站裝機(jī)容量選擇有如下規(guī)定：抽水蓄能電站裝機(jī)容量選擇，應(yīng)充分研究電力系統(tǒng)的需求特性，應(yīng)根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷水平及負(fù)荷特性、調(diào)峰和填谷需求、電源結(jié)構(gòu)及運(yùn)行特點(diǎn)，分析論證電力系統(tǒng)對(duì)抽水蓄能電站的規(guī)模、布局、調(diào)節(jié)性能及連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)等方面的要求。該規(guī)范的條文說(shuō)明對(duì)連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)還做了如下補(bǔ)充：日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站的連續(xù)滿發(fā)時(shí)間一般為4～6 h。但是，一座抽水蓄能電站是安裝4臺(tái)機(jī)組、設(shè)計(jì)連續(xù)滿發(fā)6 h好，還是安裝6臺(tái)機(jī)組、設(shè)計(jì)連續(xù)滿發(fā)4 h好，業(yè)內(nèi)討論比較激烈。

從規(guī)劃階段看，無(wú)論在哪個(gè)電網(wǎng)，大多數(shù)項(xiàng)目選擇了6 h方案，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的選擇與電站所在電網(wǎng)的需求、電源結(jié)構(gòu)和負(fù)荷特點(diǎn)等似乎并無(wú)關(guān)系。在預(yù)可研或可研階段，為了提高裝機(jī)容量，又有很多項(xiàng)目想方設(shè)法把6 h調(diào)整為5 h。

針對(duì)于此，本文虛擬了一座抽水蓄能電站，對(duì)連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)設(shè)計(jì)了3種方案，通過(guò)對(duì)各個(gè)方案在不同電網(wǎng)中模擬運(yùn)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短與電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷特征的匹配關(guān)系，找到了定量確定連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的基本原則。

1 連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)短的優(yōu)劣分析

1.1 觀點(diǎn)介紹

有觀點(diǎn)認(rèn)為連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)、裝機(jī)容量小(簡(jiǎn)稱(chēng)“長(zhǎng)時(shí)派”)更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橥瑯拥男钅芰浚O(shè)計(jì)連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)，在完成調(diào)峰填谷之后，還有備用蓄能量，當(dāng)電網(wǎng)有計(jì)劃外負(fù)荷需求時(shí)，可以用來(lái)再發(fā)電，所以連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，系統(tǒng)備用能力越強(qiáng)；另外，同樣的蓄能量，設(shè)計(jì)連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)，有更長(zhǎng)的時(shí)間消納清潔能源，儲(chǔ)能能力強(qiáng)。

另外一種觀點(diǎn)則認(rèn)為裝機(jī)容量大、連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)短(簡(jiǎn)稱(chēng)“大容量派”)更有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)橥瑯拥男钅芰?，裝機(jī)容量大，調(diào)峰發(fā)電時(shí)還有備用容量，而且大容量更有助于調(diào)峰填谷；另外還可靈活地降出力至“長(zhǎng)時(shí)派”方案運(yùn)行，同樣能省出備用蓄能量。

抽水蓄能電站具有調(diào)峰、填谷、儲(chǔ)能、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用(黑啟動(dòng))功能，其中的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用都屬于“系統(tǒng)備用”。只不過(guò)，調(diào)峰往往按計(jì)劃執(zhí)行，每次運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)；調(diào)頻則是自動(dòng)響應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行或被隨機(jī)調(diào)度，啟停頻繁，每次運(yùn)行時(shí)間短；而事故備用，是特指電網(wǎng)嚴(yán)重故障時(shí)，為防止電網(wǎng)瓦解進(jìn)行緊急發(fā)電或?qū)ν呓怆娋W(wǎng)進(jìn)行黑啟動(dòng)恢復(fù)時(shí)的發(fā)電，所備水量長(zhǎng)期儲(chǔ)存在上庫(kù)，是不能輕易被調(diào)度使用的。抽水蓄能電站的各種功能，有的是相互此消彼長(zhǎng)，用一兩個(gè)指標(biāo)去評(píng)價(jià)抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)能力是不準(zhǔn)確的。

1.2 運(yùn)行數(shù)據(jù)比較

以西部某省電網(wǎng)冬季典型日負(fù)荷曲線為樣本(見(jiàn)圖1)，對(duì)抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)能力進(jìn)行多維度對(duì)比分析。

圖1 西部某省電網(wǎng)冬季典型日負(fù)荷曲線

圖1所示的原始負(fù)荷(用電)是指所有電源的發(fā)電總負(fù)荷，凈負(fù)荷(發(fā)電)是指總發(fā)電負(fù)荷中剔除了風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷后的發(fā)電負(fù)荷(以下所述“發(fā)電負(fù)荷”均指扣除風(fēng)光發(fā)電后的發(fā)電負(fù)荷)，是可以被電網(wǎng)調(diào)度調(diào)節(jié)的。

以日平均發(fā)電負(fù)荷的±5%做兩條水平分割線來(lái)劃分全天發(fā)電負(fù)荷的“峰-谷-平”時(shí)段。該電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷早、晚兩次高峰分別在7∶00～11∶15和17∶15～22∶00，峰高約10 000 MW；發(fā)電負(fù)荷低谷出現(xiàn)在11∶45～16∶45，谷深約18 000 MW，其中13∶00～15∶00為深谷時(shí)段，出現(xiàn)了棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象。

假設(shè)一座抽水蓄能電站單機(jī)額定容量為Ps(kW)、具有24Ps(kW·h)的蓄能量，有3種設(shè)計(jì)方案：方案1，安裝3臺(tái)機(jī)組，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)8 h；方案2，安裝4臺(tái)機(jī)組，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)6 h；方案3，安裝6臺(tái)機(jī)組，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)4 h。

1.2.1 有光伏電網(wǎng)數(shù)據(jù)比較

將3種方案分別放在有光伏運(yùn)行的上述電網(wǎng)模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)能力考驗(yàn)運(yùn)行，對(duì)比數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 抽水蓄能電站在有光伏的電網(wǎng)中設(shè)計(jì)能力考驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

由表1可以看出：

(1)從上庫(kù)蓄能量變化幅度看，若運(yùn)行周期<連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)，表現(xiàn)為電站滿負(fù)荷出力仍不能實(shí)現(xiàn)上水庫(kù)水位全變幅運(yùn)行，說(shuō)明連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)選擇過(guò)大；若運(yùn)行周期>連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)，表現(xiàn)為電站要降出力運(yùn)行，說(shuō)明裝機(jī)容量選擇過(guò)大。

(2)從電站資源利用率來(lái)看，把表1中各方案在不同時(shí)段的資源利用率與時(shí)長(zhǎng)相乘，其和再除以24 h便是方案的日加權(quán)平均資源利用率，各方案的日加權(quán)平均資源利用率分別是57.6%、68.1%、75%，方案1最差，方案3最優(yōu)。

(3)從調(diào)頻能力看，在高峰發(fā)電時(shí)段，方案3略有備用容量，而方案1和方案2則完全沒(méi)有；在低谷或平段時(shí)，裝機(jī)容量越大，調(diào)頻容量越大。

(4)從調(diào)峰能力看，兩個(gè)高峰時(shí)段，盡管方案3裝機(jī)容量運(yùn)行受阻，仍然出力最大。因此，裝機(jī)容量越大，調(diào)峰能力越強(qiáng)。

(5)從消納清潔能源能力看，晝間深谷時(shí)段，3個(gè)方案減少的棄光量分別是6Ps、8Ps、12Ps。顯然，裝機(jī)容量越高，消納清潔能源越多。

綜上，在上述電網(wǎng)模擬運(yùn)行對(duì)比中，“大容量派”的方案3表現(xiàn)最優(yōu)，“長(zhǎng)時(shí)派”的方案1表現(xiàn)最差。

1.2.2 無(wú)光伏電網(wǎng)數(shù)據(jù)比較

把3個(gè)方案放到負(fù)荷特征完全不同的電力系統(tǒng)中做比較，還是以上述電網(wǎng)為例，假如光伏發(fā)電裝機(jī)全部退出運(yùn)行，其負(fù)荷特征如圖2所示。與圖1相比，用電負(fù)荷特征沒(méi)有任何變化，而發(fā)電負(fù)荷卻大不相同，其曲線與用電負(fù)荷曲線完全同步。

圖2 西部某省冬季典型日負(fù)荷曲線示意(無(wú)光伏電網(wǎng))

全天發(fā)電負(fù)荷分為以下幾個(gè)階段：高峰時(shí)段大約在9∶00～19∶00，共10 h；低谷時(shí)段在21∶30～7∶30左右，也是10 h。把3個(gè)方案放到?jīng)]有光伏的上述電網(wǎng)再次模擬進(jìn)行設(shè)計(jì)能力考驗(yàn)運(yùn)行，對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。由表2可以看出：

表2 抽水蓄能電站在無(wú)光伏的電網(wǎng)中設(shè)計(jì)能力考驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比

(1)從電站資源利用率來(lái)看，各方案的日加權(quán)平均資源利用率分別是75%、56.3%、37.5%。在有光伏運(yùn)行的西部某省電網(wǎng)中資源利用率最差的“長(zhǎng)時(shí)派”的方案1，在沒(méi)有光伏的同一電網(wǎng)中卻反而表現(xiàn)最好，而“大容量派”的方案3最差。

(2)從調(diào)頻能力看，仍然是裝機(jī)容量越大，調(diào)頻容量越大。

(3)從調(diào)峰能力看，在均滿足全時(shí)段運(yùn)行前提下，3個(gè)方案表現(xiàn)一致。

綜合3種方案在不同特征電網(wǎng)中的運(yùn)行表現(xiàn)，可以看出，電站資源利用率的高低與連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短不相關(guān)。把發(fā)電負(fù)荷曲線看成一個(gè)不規(guī)則的負(fù)荷波，不同時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)就是波長(zhǎng)，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)和電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷波長(zhǎng)的匹配度決定了電站資源利用率的高低。連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)和電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷的波長(zhǎng)越接近，其電站資源利用率越高；正偏離越大，表現(xiàn)為上水庫(kù)庫(kù)容閑置越多(如表1中早高峰的方案1)，閑置的庫(kù)容在電網(wǎng)故障時(shí)，可以發(fā)揮事故備用作用；負(fù)偏離越大，表現(xiàn)為裝機(jī)容量閑置越多(如表2中夜間低谷的方案3)，閑置的裝機(jī)容量可隨時(shí)應(yīng)對(duì)風(fēng)光發(fā)電的波動(dòng)，提高了調(diào)頻能力。調(diào)峰能力與裝機(jī)容量的大小不完全正相關(guān)，但一定不是負(fù)相關(guān)。調(diào)頻和消納清潔能源能力與裝機(jī)容量正相關(guān)，與連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)負(fù)相關(guān)，這與“長(zhǎng)時(shí)派”觀點(diǎn)剛好相反。

在沒(méi)有光伏發(fā)電的傳統(tǒng)電網(wǎng)，抽水蓄能電站調(diào)峰填谷的效益主要體現(xiàn)為提高電網(wǎng)中火電負(fù)荷率，使火電盡可能在基荷或部分腰荷運(yùn)行[4]，其運(yùn)行方式往往是“兩發(fā)一抽”，電網(wǎng)的確需要抽水蓄能電站連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)。

但是，光伏發(fā)電改變了電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷特征，“一峰一谷”或“兩峰一谷”的特征被“兩峰兩谷”所取代，電網(wǎng)的負(fù)荷波波長(zhǎng)變短了。設(shè)計(jì)的連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)長(zhǎng)，意味著其連續(xù)全抽小時(shí)數(shù)也長(zhǎng)，但電網(wǎng)低谷時(shí)段并沒(méi)有設(shè)計(jì)預(yù)期的那么長(zhǎng)，低谷時(shí)段能抽到上庫(kù)的水達(dá)不到連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)所需要的水量，不僅表現(xiàn)為消納清潔能源能力弱，甚至還滿足不了下一個(gè)高峰時(shí)段滿負(fù)荷發(fā)電的需要。

同樣的蓄能量，裝機(jī)容量大，在調(diào)峰、調(diào)頻、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和爬坡等方面，其容量(空間)維度上的優(yōu)勢(shì)是絕對(duì)的；通過(guò)降出力運(yùn)行，還能獲取連續(xù)運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)或留出備用蓄能量，好比以空間換時(shí)間，反之，時(shí)間卻不能換來(lái)空間。

2 經(jīng)濟(jì)比較

蓄能量一定的抽水蓄能電站，裝機(jī)容量不同，工程的裝機(jī)容量單位造價(jià)不同，其蓄能量單位造價(jià)也不同。

如前所述，水庫(kù)庫(kù)容及其特征水位確定后，蓄能量就是確定的。對(duì)同一座電站不同裝機(jī)容量方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)裝機(jī)容量大的方案，無(wú)論因單機(jī)容量大，還是裝機(jī)數(shù)量多，均會(huì)引起輸水系統(tǒng)、廠房工程以及機(jī)電設(shè)備3個(gè)方面的投資增加，這意味著工程的蓄能量單位造價(jià)會(huì)更高；同時(shí)，裝機(jī)容量大引起的總投資的增加幅度一定小于電站裝機(jī)容量的增加幅度，這又意味著工程裝機(jī)容量單位造價(jià)更低。

既然連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的長(zhǎng)短對(duì)上述2種單位造價(jià)指標(biāo)的影響是逆向的，筆者認(rèn)為，用上述哪個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量工程的經(jīng)濟(jì)性都不科學(xué)。

前面提到了抽水蓄能電站的資源利用率概念，在進(jìn)行全年8 760 h電力平衡分析時(shí)，同時(shí)可以得到設(shè)計(jì)方案的年加權(quán)平均資源利用率。用蓄能量單位造價(jià)除以其年加權(quán)平均資源利用率，形成一個(gè)性?xún)r(jià)比指標(biāo)，即蓄能量等效單位造價(jià)。筆者認(rèn)為以此衡量方案的經(jīng)濟(jì)性，比上述兩種單位造價(jià)指標(biāo)均具有明顯的公允性。

抽水蓄能電站作為獨(dú)立市場(chǎng)主體參與電力中長(zhǎng)期交易、現(xiàn)貨市場(chǎng)交易、輔助服務(wù)將是歷史的必然[5]，其收益將主要來(lái)自調(diào)頻、調(diào)峰、備用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、爬坡等有功平衡服務(wù)[6]。而調(diào)頻、調(diào)峰、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、爬坡能力均與裝機(jī)容量成正比，同樣的蓄能量，裝機(jī)容量大更有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

從消納清潔能源看，根據(jù)山東省《關(guān)于發(fā)布2023年容量補(bǔ)償系數(shù)及執(zhí)行時(shí)段的公告》，尖峰和深谷時(shí)段的補(bǔ)償系數(shù)達(dá)到2.0/0.1(見(jiàn)表3)，若連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)選擇2～3 h，將最大容量利用尖峰深谷價(jià)差[7]。

表3 2023年山東省容量補(bǔ)償價(jià)格分時(shí)峰谷系數(shù)及執(zhí)行時(shí)段

3 基本原則

通常情況下，抽水蓄能電站裝機(jī)容量的選擇應(yīng)根據(jù)電站自身具備的地形、地質(zhì)條件和水工布置要求，初步擬定上、下水庫(kù)的正常蓄水位和死水位，計(jì)算電站日調(diào)節(jié)發(fā)電出力和電量，按照日發(fā)電小時(shí)數(shù)(一般按滿發(fā)5 h)估算電站可能提供的工作容量[8]。但連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)本身是電網(wǎng)需求的一個(gè)重要指標(biāo)，不應(yīng)該由設(shè)計(jì)部門(mén)人為假設(shè)。

對(duì)抽水蓄能規(guī)劃，國(guó)家發(fā)展改革委明確要求主管部門(mén)組織電網(wǎng)公司開(kāi)展需求論證[9]，目前的抽水蓄能電站連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)始終按5～6 h設(shè)計(jì)是不符合上述管理要求的。

到2030年，風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億kW以上[10]；到2050年，風(fēng)能和太陽(yáng)能光伏發(fā)電合計(jì)將占68%以上[11]。屆時(shí)，太陽(yáng)能光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷特征的改變將比圖1更加顯著，發(fā)電負(fù)荷會(huì)是典型的正態(tài)波，與用電負(fù)荷完全不一致。如果每個(gè)電站繼續(xù)按照連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)5～6 h設(shè)計(jì)，抽水蓄能調(diào)節(jié)負(fù)荷的“凸”型波，將與電網(wǎng)需求嚴(yán)重不匹配。

因此，考慮電網(wǎng)對(duì)抽水蓄能電站的需求，不能再依據(jù)用電負(fù)荷特征，而應(yīng)該是發(fā)電負(fù)荷。因此，做好一座抽水蓄能電站連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的定量選擇，首先要預(yù)測(cè)好電網(wǎng)未來(lái)的發(fā)電負(fù)荷特征。

筆者建議對(duì)發(fā)電負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)采用間接法。首先預(yù)測(cè)用電負(fù)荷曲線，用電負(fù)荷特征不受電源結(jié)構(gòu)影響，主要受?chē)?guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、居民生活水平和電價(jià)政策等影響，有其自身的規(guī)律性；其次預(yù)測(cè)風(fēng)電和光伏發(fā)電，風(fēng)光發(fā)電主要受地理位置和氣候特征的影響，同樣有其自身的規(guī)律性；確定了用電負(fù)荷和風(fēng)光發(fā)電負(fù)荷，兩者之差就是發(fā)電負(fù)荷。

如前所述，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)應(yīng)盡量與發(fā)電負(fù)荷的波長(zhǎng)相匹配以獲取資源利用率的最大化。但是，電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷的波峰、波谷的波長(zhǎng)并無(wú)確定關(guān)系，且電網(wǎng)的負(fù)荷波在不同季節(jié)的特征也是不一樣的。

因此，對(duì)抽水蓄能電站裝機(jī)容量和連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的選擇，筆者認(rèn)為應(yīng)該按以下原則定量確定：

(1)如果電站所在電網(wǎng)光伏發(fā)電裝機(jī)占比較高，其主要功能是調(diào)峰和消納新能源。首先，按照小于或等于發(fā)電負(fù)荷最深波谷的波長(zhǎng)擬定一個(gè)連續(xù)全抽小時(shí)數(shù)，連續(xù)全抽小時(shí)數(shù)乘以0.8即連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)；其次，按照小于或等于發(fā)電負(fù)荷最高波峰的波長(zhǎng)再擬定一個(gè)連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)。如果根據(jù)以上2條擬定的連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)不一致，則按照就短不就長(zhǎng)的原則來(lái)選定。

(2)如果電站所在電網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)占比較高，負(fù)荷波動(dòng)大，還應(yīng)考慮其調(diào)頻功能的需要。在按照“原則一”確定的裝機(jī)容量基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高裝機(jī)容量以提高其調(diào)頻能力，相應(yīng)的連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)則更短?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)風(fēng)光發(fā)電成為電網(wǎng)主力軍的時(shí)候，未來(lái)的新型電力系統(tǒng)要求抽水蓄能電站至少“n-1”運(yùn)行或?qū)⒊蔀樾鲁B(tài)，甚至需要電站在一個(gè)發(fā)電或抽水周期內(nèi)“n-1”運(yùn)行時(shí)仍然要有實(shí)現(xiàn)上庫(kù)水位全變幅運(yùn)行的能力(事故備用庫(kù)容除外)，以最大能力消納太陽(yáng)能，還有備用容量應(yīng)對(duì)風(fēng)電的不確定性。

(3)若一年四季發(fā)電負(fù)荷的波長(zhǎng)不一致，則按照就短不就長(zhǎng)的原則確定連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)。電網(wǎng)負(fù)荷變化是漸進(jìn)的，電網(wǎng)調(diào)度往往會(huì)安排電站機(jī)組錯(cuò)時(shí)起停，保持電網(wǎng)中抽水蓄能電站總負(fù)荷變化率與電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷變化率相匹配，以維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。到2030年，全國(guó)抽水蓄能裝機(jī)規(guī)模將達(dá)到1.2億kW[10]，屆時(shí)會(huì)形成電站群規(guī)模效應(yīng)，首臺(tái)機(jī)組和末臺(tái)機(jī)組的起動(dòng)(停機(jī))間隔時(shí)間會(huì)較長(zhǎng)；在一個(gè)運(yùn)行周期，電站群集體滿出力的時(shí)間跨度達(dá)到2～3 h便足以滿足電網(wǎng)需求(如表3)；對(duì)每臺(tái)機(jī)組個(gè)體而言，其運(yùn)行時(shí)間也只是電網(wǎng)負(fù)荷波中的一段，而不需要覆蓋全程。

(4)如果電網(wǎng)需要電站具備事故備用功能，則在總蓄能量中先扣除事故備用蓄能量，以剩余蓄能量和上述原則確定連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)和裝機(jī)容量。

(5)在光伏裝機(jī)占比特別高的電網(wǎng)，深谷時(shí)長(zhǎng)只有2～3 h，連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)為2～3 h的抽水蓄能電站更符合清潔能源消納的需要。

以山東電網(wǎng)為例(見(jiàn)表3)分析抽水蓄能電站連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的選擇。夏季和冬季，波峰和波谷波長(zhǎng)均為6 h，按“原則一”確定的連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)≤4.8 h；春季和秋季，波峰和波谷波長(zhǎng)均為5 h，按“原則一”確定的連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)≤4 h；按照“原則三”就短不就長(zhǎng)原則，山東省抽水蓄能電站宜選擇連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)≤4 h。

以上原則主要是從電網(wǎng)需求角度考慮的，最終還要根據(jù)機(jī)組設(shè)計(jì)制造難度、施工組織設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等綜合因素來(lái)確定。

4 結(jié) 論

抽水蓄能電站連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)一味地按5～6 h設(shè)計(jì)，其調(diào)節(jié)負(fù)荷形成的“凸”型波與電網(wǎng)需求嚴(yán)重不匹配。隨著風(fēng)光發(fā)電成為電力系統(tǒng)的主角，電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷特征和用電負(fù)荷將完全不一致；抽水蓄能電站裝機(jī)容量和連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)的選擇，應(yīng)依據(jù)電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷而不再是用電負(fù)荷來(lái)確定。

一個(gè)電網(wǎng)所在區(qū)域，可開(kāi)發(fā)的抽水蓄能電站蓄能量是有限的，裝機(jī)容量和連續(xù)滿發(fā)小時(shí)數(shù)不可兼得。抽水蓄能電站與蓄能量有關(guān)的各項(xiàng)功能，裝機(jī)容量大在調(diào)峰、填谷、儲(chǔ)能和調(diào)頻等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，因而在有功平衡等電力輔助服務(wù)方面更有競(jìng)爭(zhēng)力，而且在電力市場(chǎng)中消納清潔能源的經(jīng)濟(jì)效益更加顯著。用蓄能量等效單位造價(jià)來(lái)衡量抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)性，比裝機(jī)容量單位造價(jià)或蓄能量單位造價(jià)更能反映方案的性?xún)r(jià)比。

隨著電網(wǎng)中抽水蓄能電站建設(shè)數(shù)量的增多，抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮電站群的規(guī)模效應(yīng)特點(diǎn)，對(duì)電站個(gè)體而言，其設(shè)計(jì)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)越來(lái)越?jīng)]有必要覆蓋電網(wǎng)峰或谷的全時(shí)段。