抽水蓄能电站节能评估问题探讨

张 李，孙 帆

(中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能把下水库储蓄的水抽到上水库内，即利用电网低谷电能通过高压电缆、主变压器降压、离相封闭母线使(发电)电动机输出机械能，再由水泵(水轮机)将机械能转换为上水库的水力势能。电力系统需要时再从上水库放水至下水库进行发电，即由(水泵)水轮机将水力势能转换成机械能，再由发电(电动)机将机械能转换成高峰电能，经离相封闭母线、主变压器升压及高压电缆将电能送入电网。因此，抽水蓄能电站不是真正意义上的发电电源，而是电力系统的能量转换器。能量转换主要过程如下：电网的低谷电能→变压器降压→电动机旋转机械能→水泵抽水→水力势能→水轮机旋转机械能→发电机组发电→变压器升压→高峰电能[1-6]。

1 抽水电量、发电电量

抽水蓄能电站作为能源加工转换企业，存在抽水和发电2个完全相反的工序，既需要从电网购买电能，又要为电网提供电能，因此，存在抽水电量和发电电量2个重要指标。

目前，《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》 、《固定资产投资项目节能评估和审查工作指南(2014年本)》 、《固定资产投资项目节能评估报告编制指南系列丛书 水力发电项目 风力发电项目(2014年版)》 、《抽水蓄能电站设计导则》等法规、指南、导则均未对抽水电量和发电电量给出明确定义。各单位均按约定俗成的通用做法来定义和计算这2项指标。2项指标的定义及计算方法分别如下[1-14]。

图1 抽水蓄能电站工艺流程图

图2 抽水蓄能电站能量转换过程示意图

1.1 抽水电量

抽水蓄能电站的抽水电量的计量点设定在厂网分界点处，故抽水电量其实是电站从系统购入的总电量，不仅仅是电站抽水过程的耗电量。抽水电量最终转换为两大部分：一部分经过抽水和发电2个工序后转换为发电电量；另一部分则是在整个抽水过程中损耗和消耗的所有电量(包括抽水时的水力损失、机组机械损失、输送损失及辅助和附属生产设备消耗的电量)以及发电过程中水力损失和机组机械损失的电量。即[1]:

抽水电量= 发电电量+抽水损耗的所有电量+发

电时水力损失和机组机械损失的电量

(1)

1.2 发电电量

发电电量的计量点设定在发电机出口，因此其中还包含了发电机发出的电能在厂内输送过程中损失的电量及发电时辅助和附属生产设备等消耗的电量。发电电量扣除这2部分电能损耗即得到上网电量。即：

发电电量= 上网电量+发电时的输送损失电量+发

电时及辅助和附属生产设备消耗的电量

(2)

1.3 可研阶段抽水电量和发电电量的计算

在电站可研设计阶段，对抽水电量和发电电量仅进行估算。规划专业根据电站装机容量和发电时间计算得出电站的设计发电电量，再除以抽水蓄能电站通常的电力转换效率75% ，得到电站的设计抽水电量[3]。

1.4 节能评估阶段抽水电量和发电电量的计算

在节能评估阶段，通过对电站抽水、发电全过程中各项能耗(水力损失、机械损失、输送损失及辅助和附属生产设备消耗的电量)的详细核算，得出电站的电力消费总量，并以此为基础对抽水电量(购入电量)、发电电量以及上网电量进行核算[1]。

1.5 节能评估审查中遇到的问题

在节能评估报告审查过程中，有的专家由于不了解抽水蓄能电站的运行和计量特点以及抽水电量和发电电量的定义与计算方法，错误地按字面意思认为抽水电量仅仅是电站抽水过程中的耗电量，提出抽水蓄能电站的电力消费总量是抽水电量和发电电量的差值与能评阶段核算出的电力消费总量的和的错误概念。这其实是电力消费量的重复计算，将导致能效水平、能源消费影响等评估结果出现较大偏差。因此，应该引起一定的注意[8-9]。

1.6 观点及建议

通过上述分析可知，节能评估阶段计算得出的电力消费总量包含了电站在抽水和发电全过程中的所有电力损耗和消耗，因此，在能效水平评估和能源消费影响评估环节中使用的综合能源消费量，采用能评阶段核算出的电力消费总量与其它能源消费量之和即可，不应再叠加抽水电量与发电电量的差值。

在节能评估报告编写过程中，应对抽水电量、发电电量的概念进行适当的阐述，在被审查过程中也应该注意与专家的沟通和解释，避免上述问题的发生。

也希望在今后制定节能评估规范时能够明确定义这2项指标，以避免引起不必要的误会和错误的评估结果[4]。

2 能量平衡

能量平衡是对输入的全部能量与输出的全部能量在数量上的平衡关系的研究，由于抽水蓄能电站有抽水和发电这2个截然相反、又相对独立的工序，目前，抽水蓄能电站的能量平衡过程也存在2个相反的方向[10]。

2.1 能量平衡方向1(以发电电量为基准)

以电站发电电量为基准，通过累加各项损耗、能耗，推算出电站购入电量亦即抽水电量。计算公式见式(1)。

方向1与可研阶段抽水电量的计算方法类似，都以发电电量为基准来推算抽水电量。

2.2 能量平衡方向2(以抽水电量为基准)

以电站抽水电量为基准，通过扣减各项损耗、能耗，推算出电站的发电电量。即：

发电电量= 抽水电量-抽水损耗的所有电量-发

电时水力损失和机组机械损失的电量

(3)

2.3 问题及分析

这2种方向都可行，且看似相同，但结果却有所不同。因为，可研阶段用来计算抽水电量的电力转换效率(75%)是一个经验值，实际抽水蓄能电站的电力转换效率不一定等于75%，通常抽蓄的电力转换效率都高于75% ，即抽水发电过程中的电力消费低于25% 。对于同一工程，如果使用方向1，以发电电量为基准推算出的抽水电量将小于可研阶段推算出的抽水电量；如果使用方向2，以抽水电量为基准推算出的发电电量将高于可研阶段的发电电量。故由方向2推算出的上网电量将高于由方向1推算出的上网电量。

以某抽水蓄能电站为例，笔者按2个不同方向推算出的抽水电量、发电电量和上网电量，见表1。

表1 某抽水蓄能电站能评阶段不同推算方向电量推算结果 /万kWh

2.4 观 点

由表1可以看出，由不同基准、不同推算方向得出的电量可能存在较明显差异，故笔者提出这个问题，与各位专家探讨。但笔者认为方向1更符合可研阶段抽水电量和发电电量的推算方向，更趋合理。

3 厂用电率、综合厂用电率

3.1 厂用电率和综合厂用电率的定义

厂用电率和综合厂用电率是衡量电力生产企业能耗的一项重要指标。抽水蓄能电站厂用电率和综合厂用电率的定义，即计算公式：

(4)

(5)

3.2 问题及分析

由于电站的电力转换效率通常不是刚好等于75%，可研阶段的抽水电量、发电电量和节能评估核算出的抽水电量、发电电量往往存在一定差异，从而用可研阶段的抽水电量+发电电量计算出的厂用电率(综合厂用电率)和节能评估阶段的抽水电量+发电电量计算出的厂用电率(综合厂用电率)也会存在一定差异。

笔者查阅了多份不同评估单位编制的节能评估报告，均采用可研阶段的电量计算厂用电率和综合厂用电率，但笔者认为既然节能评估核算出了抽水电量和发电电量，则采用节能评估阶段核算出的电量计算厂用电率和综合厂用电率更为合理。

但如果采用能评阶段核算出的抽水电量和发电电量来计算厂用电率和综合厂用电率，则由于本文第2章节中提出的能量平衡方向的问题，引出了下面的问题：

由第2章节中的论述可知，由方向1推算出的抽水电量和发电电量的和小于方向2推算出的抽水电量和发电电量的和，这就会导致最终厂用电率和综合厂用电率计算结果的不同。

以某抽水蓄能电站为例，笔者分别采用可研阶段和能评阶段2个不同方向推算出的电量，计算得出的厂用电率和综合厂用电率，见表2。

表2 某抽水蓄能电站采用不同电量值的厂用电率及综合厂用电率计算结果表

由表2可见，对于不同的电量取值，虽然厂用电率和综合厂用电率差别不太明显，但还是存在一定差异。

3.3 观 点

笔者认为既然节能评估核算出了抽水电量和发电电量，则采用节能评估阶段核算出的电量计算厂用电率和综合厂用电率更为合理。又基于本文第2章节的观点，笔者认为采用由方向1(以发电电量为基准)推算出的抽水电量和发电电量来计算厂用电率和综合厂用电率更为合理。

4 结 语

抽水蓄能电站作为能源加工转换企业，存在抽水和发电2个完全相反的工序，与常规水电站有着诸多差异，这也就决定了抽水蓄能电站的节能评估工作存在诸多与常规水电站节能评估的不同之处。笔者认为应针对抽水蓄能电站节能评估工作制定专门的有针对性的规范或指南，明确抽水电量和发电电量的定义及计算方法、能量平衡方向及厂用电率(综合厂用电率)计算的参数选取等问题。

在评估报告中应对抽水电量和发电电量的定义及计算方法进行简单阐述，防止在能耗统计过程中出现重复计算的错误，避免导致错误的评估结果。对于能量平衡方向，笔者认为方向1(以发电电量为基准)更符合可研阶段抽水电量和发电电量的推算方向，更趋合理。关于厂用电率(综合厂用电率)计算参数选取的问题，笔者认为采用节能评估阶段由方向1(以发电电量为基准)推算出的抽水电量和发电电量来计算厂用电率和综合厂用电率更为合理。

笔者提出并分析以上问题，是想抛砖引玉，与大家一起探讨得出更合理的计算方式，从而得到更合理的评估结果，以不断完善抽水蓄能电站的节能评估工作。也希望今后能出台专门的抽水蓄能电站节能评估规范或指南，规范主要评估指标的定义和计算方法，让抽水蓄能电站的节能评估工作以统一的方式进行，以便考核验收[7]。

参考文献:

[1] 孙莉.天池抽水蓄能电站节能评估要点[J].资源节约与环保,2014(11)：26-27.

[2] 王婷婷,李晓伟.常规水电站节能评估的能量转换分析与计算[J].水力发电,2016(06)：80-83.

[3] 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司．新疆阜康抽水蓄能电站可行性研究报告[R]．西安：中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,2015.

[4] 孙鹏辉,林楠,毛宗杰.黄藏寺水利枢纽工程节能评估要点[J].河南水利与南水北调,2015(20)：61-62.

[5] 孙鹏辉,王永新,王志刚.水利水电工程节能评估若干问题分析[J].中国水能及电气化,2015(12)：20-22.

[6] 高苏杰,娄素华.抽水蓄能电站综合效益评估综述[J].水电自动化与大坝监测,2008(02)：11-15.

[7] 颜芳.工业固定资产投资项目节能评估程序探讨[J].中国能源，2010,32(08)：37-39.

[8] 王侃宏,侯佳松,戚高启.浅析中国固定资产投资项目节能评估发展现状[J].能源与节能，2011(06)：25-27.

[9] 赵忠山,陈景福,郭红.节能评估审查工作程序及存在的问题[J].中国工程咨询，2013(12)：55-56.

[10] 中国国家标准化管理委员会.企业能量平衡通则:GB/T 3484-2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[11] 国家发展改革委资源节约和环境保护司.固定资产投资项目节能评估和审查工作指南[M].2014版.北京：中国市场出版社,2014.

[12] 国家发改委.固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法[M].北京： 中国电力出版社, 2012.

[13] 国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司.固定资产投资项目节能评估报告编制指南系列丛书水力发电项目风力发电项目[M].2014版.北京：中国计划出版社,2014.

[14] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.抽水蓄能电站设计导则:DL/T 5208-2005[S].北京：中国电力出版社，2005.

[15] 中国电力企业联合会环保与资源节约部.电力行业节能减排法规政策选编[M].北京：中国电力出版社，2012.