抽水蓄能

7抽水蓄能电站世界排名
8抽水蓄能市场规模

抽水蓄能是什么

抽水蓄能可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，是技术成熟、使用经济、运行环保的大规模优质储能方式。抽水蓄能具有技术成熟、反应快速灵活、单机容量大、经济性较好等优点，可以有效缓解系统调峰压力、快速稳定系统频率、调相运行、稳定系统电压，是电力系统事故备用电源，能作为电网黑启动电源和大规模调节能源的首选。

抽水蓄能电站主要由处于高、低海拔位置的上、下水库，以及发电装置和厂房、控制中心组成，是利用电力负荷低谷时的电能自下水库抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。

抽水蓄能的工作原理

从本质上来看，抽水蓄能电站是一种特殊的水力发电站形式，其中主要用到的设备包括水泵以及涡轮等装置；从原理上来看，抽水蓄能电站可以像传统的水电站一样正常的进行的发电，同时还可以从用户的电网中吸收多余的电力，为了保证整个系统的稳定运行。一般情况下，抽水蓄能电站仅仅需要很小的能量就可以维持内部正常的工作，保证内部始终具备一定的电能。同时还可以利用电能将水泵入上游水库，然后将这部分电能转化为势能，直到第二天当电力系统负荷增加的时候，水库中的水通过水力发电机组回水库，水的势能便转化为电能回电网，从而满足负荷需要。

在实际工作的过程中，为了保证电能系统的稳定运行，抽水蓄能电站可以根据电网用电量的不同进行针对性的用电调节，不仅有效的增强了电能系统应用中的灵活性，同时还可以根据实际用电情况的不同来调节电网内部的峰值电压变化情况，这种调节方式对于维持电力系统的稳定高效运行有着十分重要的作用。

抽水蓄能电站采用两种卧式机组：水泵和水轮机。当电力负荷较低时，其他形式的发电机利用多余的电能推动水泵的运转，将下层水库中的水抽上上层水库，保证在电力负荷高峰时可以放水发电。

抽水蓄能电站的本质就是以水为存储介质，然后利用电能将水的势能转化为电能，这样可以更好的满足后续的紧急电能使用，同时也为系统的稳定运行提供了有效的帮助。抽水蓄能电站的储能能力要根据实际的需求进行分析，同时随着相关技术的发展，将风能和光能以及抽水蓄能电站结合起来进行利用，可以更好的保证系统的稳定运行。但是从建设的过程进行分析，很多因素都会对抽水蓄能电站的建设产生明显的影响，其中地理位置以及生态环境对其的建设影响较大^[1]。

抽水蓄能电站的分类

1.抽水蓄能电站按上水库调节水量来源划分可分为纯抽水蓄能电站和混合式抽水蓄能电站、非循环式抽水蓄能电站。混合型抽水蓄能电站会在电机运行的过程中增加常规的水电机组辅助运行，使电站既能调节电网，又能通过径流发电。纯抽水蓄能电站是专门为电网的调节而建立的，主要的作用就是按照计划进行发电，同时为了保证电网系统的稳定运行，还会针对电网的峰值以及低谷情况进行针对性的调节，它最重要的任务是调整电网的峰值负荷和调频。同时抽水蓄能电站还具备相位调制的功能，因此和其他传统的发电形式相比，抽水蓄能电站在电网的调节过程中具备更多的优势。

(1)纯抽水蓄能电站没有或只有少量的天然来水进入上水库(以补充蒸发、渗漏损失)。厂房内安装的全部是抽水蓄能机组，其主要功能是调峰填谷、承担系统事故备用等任务，而不承担常规发电和综合利用等任务。

(2)混合式抽水蓄能电站的上水库具有天然径流汇入，来水流量已达到能安装常规水轮发电机组来承担系统的负荷。厂房内所安装的机组，一部分是常规水轮发电机组，另一部分是抽水蓄能机组。相应地这类电站的发电量也由两部分构成，一部分为抽水蓄能发电量，另一部分为天然径流发电量。所以混合式抽水蓄能电站除了可以调峰填谷和承担

(3)非循环式抽水蓄能电站

当上游水库位于两河流域时，流域两侧河谷高差不同，高差较小的一侧有足够的自然径流源。较低的水库或进水口可以建在一侧，高度差较小的地方可以建抽水站，而水库可以建在分水岭上，同时可以在另外一侧建设常规的水电站，这样将水抽到上游的水库以后，可以利用建设的常规的水电站在下游发电。从下游水库抽上来的水没有流回下游水库，而是流向邻近的河流，这是一种特殊的方式，将水分流到不同的流域发电。由于抽水水头比发电水头小，所以这种抽水蓄能电站也是一种很好的电站设计方式。

2. 按调节周期划分为日、周和季调节抽水蓄能电站

(1)日调节抽水蓄能电站

抽水蓄能电站的日调节能力指的就是在一天一夜的情况下其能完成的电力负荷调节的能力，一般情况下受到时间以及系统负荷变化的直接影响，如果要求系统在运行的过程中降低供电量，则会迫使电厂减少输出运行，将不利于电厂的运行。但是日调节抽水蓄能电站可以增加抽水蓄能电站的日工作能力，并且提升其对应的调节能力，这样对于电力系统的稳定运行有着更加积极的作用，也可以有效的改善火电厂的运行状况以及运行能力。

(2)周调节抽水蓄能电站

抽水蓄能电站的周调节能力指的就是在一周的时间里抽水蓄能电站完成的调节电力负荷的任务，其中水库上下水位变化周期为一周。它仍然每天抽水和发电一次，但是在周末负荷较低的情况下，可以将抽水的时间延长，这对于提升抽水蓄能电站的调节能力有着十分重要的作用，也可以更好的提升抽水蓄能电站的供电能力。

(3)季调节抽水蓄能电站

抽水蓄能电站的季调节能力指的就是在一个季度的时间里抽水蓄能电站完成的调节电力负荷的任务，这种季调节抽水蓄能电站要求上游水库必须能够调节旱季发电所需的水量。

3.抽水蓄能电站按机组形式可分为分置式(四机式)抽水蓄能电站、串联式(三机式)抽水蓄能电站和可逆式(两机式)抽水蓄能电站。

(1)分置式(四机式)抽水蓄能电站：电站由水轮机与发电机组成的水轮发电机组与电动机与水泵机组成的水泵机组组成，共有4台机，输水系统与输、变电系统共有。效率高，但系统复杂，占地大，投资大，现很少采用。

(2)串联式(三机式)抽水蓄能电站：水泵、水轮机共用一台电动发电机，水泵、水轮机、电动发电机三者同轴运转。但是三机串连式机组使机轴太长，厂房高度加大，进出水需两套设备，投资大。

(3)可逆式(两机式)抽水蓄能电站：机组的水轮机同时具备水泵功能(称为水泵水轮机)，发电机又可以作电动机使用(称为电动发电机)，两者连在一根轴上，这种机组结构简单、总造价低，土建工程量小，是现代抽水蓄能电站的主要机组形式。

抽水蓄能的优势

(1)抽水蓄能电站能源转化率高：能源转化效率高75%-83%、度电成本低；

(2)抽水蓄能电站寿命长：抽水蓄能设备使用寿命更长，其机械及电气设备可使用50年以上，坝体更是可使用100年；

(3)抽水蓄能装机容量大、稳定性强：抽水蓄能的装机容量大(通常是GW级别)、持续放电时间更长、调节范围更广，因此通过使用抽水蓄能电站，可以有效提高电力系统的稳定性，增强其对可再生能源发电的消纳能力。

(4)抽水蓄能具备电源、负荷两种特性，储能和发电双向都可以进行。抽水蓄能电站可以明显地减少电网的峰谷差，他能在负荷低谷时将多余的电能转换为水的势能来存储进行“填谷”，而在负荷高峰时将势能再次转换为电能进行水力发电来“削峰”。

抽水蓄能电站的功能

抽水蓄能电站在电网中主要体现为三种功能，分别是安全保障、调峰填谷、配套新能源及核电。

1. 安全保障

安全保障功能是指抽水蓄能电站的事故备用、黑启动等功能，需要在电网出现紧急事故及突发状况时支撑电网出力，该类型电站主要分布于电网关键枢纽，如特高压直流受端地区及电力可靠性要求较高的重要经济及政治中心，或者用于支撑有功功率和频率调节。在电网中安全保障作用抽水蓄能电站主要有三个优点，一是当电网出现故障时，抽水蓄能机组的快速功率调节作用可以得到充分体现，能在1-2分钟内从静止状态开机发电至满负荷，有效防止事故扩大，给电网造成更大损失；二是不需要任何外电的接入实现机组自启动，是电网优良可靠的黑启动电源：三是以停机稳态方式代替火电机组的旋转备用，减少燃料消耗及火电机组投入率，优化电网机组运行方式。

2.调峰填谷

对于峰谷差较大、调节方式单一、急需丰富调节手段的电网，抽水蓄能电站则更多作为调峰填谷机组使用；我国居民用电和第三产业用电呈逐年上升趋势，且增长速率越来越快，整体能源结构不断变化，导致电网负荷随时间特性变化较大，电网峰谷电量差值进一步增加，该现象在节假日期间表现尤为突出，差值成倍增加。抽水蓄能电站参与电网的调峰填谷时，可以大量减少燃气及小容量、高煤耗火电机组投入运行，节约传统调峰机组燃料及启停机成本，在电网功率调节范围需求较大时，常规调峰机组性能无法满足要求，只能采用停机、重新启动方式来实现调节，使得运维成本加大，抽水蓄能机组则可轻松满足大范围功率调节需要。

3.配套新能源及核电

由于核电在电网中的重要地位，决定了对核电的安全性有着较高的要求，抽水蓄能机组配套核电为其提供备用容量，用于安全保障及运行效率调节，使核电更好的发挥其作用。目前并网的新能源以光伏发电和风电为主，由于其本身能源特性决定其具有较强的随机性和波动性，如何将其并网带来的负面影响降到最低，抽水蓄能无疑是最好的选择，而且可以提高光伏和风电的并网比例^[2]。

抽水蓄能发展历程

根据《2022年中国抽水蓄能供需端分析及产业链发展研究报告》^[3]，20世纪50年代，抽水蓄能电站起步，但由于技术的不成熟和需求的不足，年均新增装机量仅200MW左右。20世纪60年代，美欧日等发达国家经济快速增长，其常规水电站建设相对丰富后，系统调峰和备用电源的需求逐渐提升，抽水蓄能电站的作用开始显现，从而开始了蓬勃发展。十年内，全世界总装机容量从3500MW提升到了16010MW。之后，20世纪70年代的两次石油危机导致燃油电站比重降低，核电站建设开始加速，常规水电比重下降，进而导致电网调峰能力不足，抽水蓄能电站的需求飞速提升。21世纪后，西方国家对抽蓄电站的需求逐渐放缓，中国、韩国、印度等亚洲国家的抽蓄则开始快速发展，2017年中国超越日本首次成为世界上抽蓄电站规模最大的国家。

1968年，河北岗南水库电站安装了—台容量11MW的进口抽水蓄能机组，我国抽水蓄能开始发展，"；十二五"；、“十三五”期间，为适应新能源特高压电网快速发展，抽水蓄能发展迎来新的高峰。截至2020年底，全国运行抽水蓄能电站32座、31490MW，在建抽蓄装机45450Mw，目前。国内在抽水蓄能工程勘察设计施工、成套设备设计制造及电站运行等方面已经达到世界先进水平

抽水蓄能电站世界排名

位于中国河北省承德市的丰宁抽水蓄能电站是当前世界规模最大的抽水蓄能电站，创造四项世界第一：装机容量世界第一，储能能力世界第一，地下厂房规模世界第一，地下洞室群规模世界第一。丰宁电站总装机规模360万千瓦(3.6GW)，年设计发电量66.12亿千瓦时，年抽水电量87.16亿千瓦时。2021年12月30日，总投资192.37亿元的国家电网河北丰宁抽水蓄能电站首批两台机组(1号机、10号机)投产发电，为北京冬奥会供应绿电

抽水蓄能市场规模

根据《抽水蓄能行业研究：抽水蓄能正当时乘势而上千帆竞》报告显示，2021年9月17日，国家能源局正式印发《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》(下称《抽蓄中长期规划》)，并提出，按照能核尽核、能开尽开的原则，在规划重点实施项目库内核准建设抽水蓄能电站。根据规划，到2025年，抽水蓄能投产总规模较“十三五”翻一番，达到62GW以上，经测算，市场规模约3720万亿元；到2030年，抽水蓄能投产总规模较“十四五”再翻一番，达到120GW左右，市场规模约7200万亿元。

《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》指出，“本次中长期规划提出抽水蓄能储备项目247个，总装机规模约3.05亿千瓦”，若按照3.05亿千瓦的抽水蓄能储备项目装机规模测算，中国抽水蓄能储备项目的市场规模将达到18300万亿元。