辽宁大雅河抽水蓄能电站装机容量分析

辽宁大雅河抽水蓄能电站装机容量分析

白云鹏1，张彦东2，李晓军2

（1.中核辽宁核电有限公司，辽宁兴城125100；2.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）

［摘要］大雅河抽蓄电站位于辽宁省东部，电站建成后将主要配合先期建设的蒲石河抽水蓄能电站及其它调峰电源，共同解决辽宁电网及东北电网调峰能力不足，维护电网安全、稳定运行。文中通过电力电量平衡、工程建设条件等因素，结合厂址实际情况推荐最优的装机容量方案。

［关键词］抽蓄项目；调峰能力；装机容量；方案比较

1 工程概况

大雅河抽水蓄能电站位于辽宁省桓仁满族自治县境内，距桓仁县城30 km，距本溪市106 km，距省会沈阳市152 km，下水库利用浑江支流大雅河上拟建的大雅河水利枢纽工程。电站开发任务为承担电力系统调峰、填谷、调频、负荷备用及紧急事故备用。综合考虑辽宁电网电源结构、负荷特点、电网受电等因素，为了满足电网调峰需求，确定大雅河抽水蓄能电站的供电范围为辽宁电网、兼顾东北电网。

大雅河抽水蓄能电站实施后，将配合先期建设的蒲石河抽水蓄能电站及其它调峰电源，共同解决辽宁电网及东北电网调峰能力不足，维护电网安全、稳定运行。

2 装机容量研究

2.1 满发利用小时数确定

抽水蓄能电站的满发利用小时数取决于电力系统的负荷特性和调峰需求，以及电站本身的自然条件，需要寻找一个合适的满发利用小时数，来保证抽蓄电站满足电网在最优工况下运行。

按照辽宁省电网2025年水平年预测的负荷特性，在一日内出现三个负荷高峰、早峰、上午峰和晚间高峰，其中晚高峰比较突出，早、上午峰不太明显，且较平缓，持续时间为1～2 h，需要的调峰容量也较小；变化幅度较大的主要是晚高峰最大持续时间约4 h，特别是在迎峰爬坡的2 h，系统的负荷由53 913 MW，增加到64 030 MW，平均每小时增加5 059 MW/h，系统负荷增加幅度较大，因此，晚高峰4 h时间系统需要的调峰容量也比较大。因此大雅河抽水蓄能电站满发利用小时数不宜小于5 h。

从抽水蓄能电站的运行特点看，满发利用小时数越大对电网调峰运行越有利，可见抽水蓄能电站的调峰发电小时数在条件允许的情况下，应尽可能大一些；从配合核电、风电等新能源方面看，抽水蓄能电站能够降低风电对电网的冲击，而发电小时数越大，将越有利于配合风电运行，实时调峰、储能，以促进风能资源充分、有效利用；从电力系统备用的角度看，抽蓄电站反应迅速，备用容量越多对于系统运行越安全，当系统某些机组发生故障，蓄能机组能及时投入运行，保障电力系统安全。综上分析，从电网调峰、备用需求、电站的建设条件分析，大雅河抽水蓄能电站选择日调峰发电5 h，同时考虑1 h备用发电是比较合适。

2.2 装机容量比较方案拟定

结合工程本身的自然条件、辽宁电网及东北电网需求，该电站装机容量初拟时，主要考虑以下几个方面因素：

1）工程自然条件。电站上水库位于一撮毛山峰及与其北边相邻的次高峰之间的鞍部，通过开挖山脊鞍部和在鞍部两侧筑坝形成上水库库盆。南侧山顶高程1 174～1 186 m，北侧山顶高程1 134～1 140 m，鞍部最低点高程1 098 m，东侧鞍部地形坡度17°～28°，西侧鞍部地形坡度23°～26°。南北两峰之间距离900 m，库盆开挖至正常蓄水位1 066.0 m高程时，南侧山体厚度约400 m，北侧山体厚度约240 m，鞍部山体厚度约160 m。从地形地质条件和建筑物布置等方面来看，上水库的正常蓄水位不宜超过1 075.0 m。

2）机组制造国产化及参数。根据初步分析，大雅河抽蓄电站的水头应在582.7～649.8 m之间。目前国内抽水蓄能电站在该水头段的机组已有运行实例，参考国内同等规模的抽水蓄能电站机组参数、水头变幅范围、设计条件与机组制造难度等情况，大雅河抽水蓄能电站采用单级可逆混流式水泵水轮机，单机容量350～400 MW，国内技术可行。

3）电网需求。从辽宁电网电源优化配置角度分析，到2025年辽宁电网抽水蓄能电站最小配置规模需达到7 800 MW时，才能使整个电力系统的费用现值最小，运行最经济。目前辽宁电网中仅有蒲石河一座抽水蓄能电站，装机容量1 200 MW，远不能满足电网调峰的需求。可见辽宁电网抽水蓄能电站发展空间较大。

基于上述因素，并考虑了目前可逆式水轮机的单机容量，初拟1 400 MW、1 600 MW、1 800 MW和2 000 MW四个比选方案，各方案动能指标见表1。

2.3 电力电量平衡

该电站供电范围主要是辽宁电网，参加平衡的电源主要包括抽水蓄能电站、常规水电站、调峰火电机组。抽水蓄能电站考虑蒲石河抽水蓄能电站1 200 MW，同时考虑这次设计的大雅河抽水蓄能电站。常规水电站包括白山、红石、丰满、云峰、渭源、太平湾、水丰、尼尔基、白山蓄能等9座，东北电网统一调度的水电站和桓仁、回龙山、金哨、双岭、太平哨等5座辽宁省调水电站。根据东北电网关口调度规则，东北网统调水电46.67%分配给辽宁电网，共2 210 MW，加上辽宁省调水电608.5 MW，合计可用水电容量为2 818 MW。

表1 各方案动能指标汇总表

根据预测，到2025年辽宁电网火电机组容量为35 210 MW，其中能调峰的火电机组为24 247 MW，热电机组10 963 MW。调峰火电机组中：单机容量200 MW机组3 200 MW，调峰幅度按30%考虑；单机容量300～600 MW机组为14 440 MW，调峰幅度45%；单机容量800 MW机组为1 600 MW；单机容量1 000 MW机组为2 000 MW，调峰幅度均按45%考虑。部分单机容量在100 MW及以下的小火电机组，可以开停机调峰，其调峰幅度为100%。

平衡原则：在满足电力系统电力、电量及调峰能力平衡的前提下，使系统的燃料消耗最小，空闲容量最小为原则，采用电力系统电源优化和生产模拟模型，分别对各装机方案进行2025年设计水平年电力电量平衡，同时进行系统的燃料消耗计算。计算成果见表2。从平衡成果分析，随着大雅河抽水蓄能电站的装机容量增大，系统煤耗呈递减趋势，抽水蓄能电站容量能够得到充分利用。电力电量平衡成果表明，电网对抽水蓄能电站的需求量较大，故装机容量大的方案对电网较为有利。

表2 各方案电力电量平衡表

项目系统发电最高负荷/MW系统装机容量/MW系统抽水蓄能装机容量/MW系统火电装机容量/MW系统耗煤量/万t系统火电装机容量差值/MW系统抽水蓄能装机容量差值/MW系统耗煤量差值/MW方案一1 400 MW 64 030 77 740 2 600 72 461 13 182.69 -220 200 -1.13方案二1 600 MW 64 030 77 719 2 800 72 241 13 181.56方案三1 800 MW 64 300 77 699 3 000 72 021 13 180.47方案四2 000 MW 64 030 77 679 3 200 71 801 13 179.61 -220 200 -1.09 -220 200 -0.85

2.4 工程建设条件

水工布置：各方案枢纽布置格局基本相同，主要由上水库、输水系统、地下厂房系统及下水库等组成。上水库采用全库盆开挖方案，输水系统压力管道初拟采用钢衬型式，拟采用首部布置方式，下水库利用大雅河水利枢纽为下水库。各方案上水库、厂房水道系统主体工程量随装机容量增加而增加，但对装机规模不存在制约性因素。

机电和金结：电站四个装机容量方案的机组参数均处在国内平均水平，其Kp值均在3 000～3 400范围内，Hpmax/Htmin比值在1.144～1.152之间，均在统计曲线的稳定运行范围之内，机组设计、制造及大件设备的运输均不存在制约因素。随着装机容量加大，机组尺寸、重量均有所增加，机电设备投资有所增加。

施工组织：四个装机规模方案的施工导流、施工方法、施工交通、施工总布置基本相同，只是施工总布置中的渣场布设根据各装机规模工程弃渣量不同而有所不同。四个装机规模方案工程施工关键项目均为地下厂房系统，引水隧洞、压力管道、尾水隧洞等非关键线路工程项目施工进度安排有所不同。

建设征地及环境保护：征地区主要涉及桓仁满族自治县普乐堡镇，不涉及永久占用耕地和专业项目，不考虑移民安置和专业项目迁改建，临时用地进行耕地复垦以及村内调剂土地的方式进行安置，各装机方案安置难度相当。建设征地移民安置对装机规模方案选择存在一定影响，但影响程度很小，不构成制约性因素。工程建设不存在重大环境敏感问题。

2.5 经济比较

各方案运行期取30年。社会折现率取8%。蓄能电站运行费率取2.5%。随着电站装机容量的增加，电站静态总投资不断增加，而单位千瓦投资先降后增，1 600 MW装机方案单位千瓦投资最低。从总费用现值来看，1 600 MW装机方案总费用现值最低。具体详见表3。

表3 不同方案经济比较成果表

装机容量方案项目装机容量/MW补充火电容量/MW补充火电投资/万元补充火电年运行费/万元运行费/万元静态总投资/万元单位千瓦投资/（元·kW-1）补充单位千瓦投资/（元·kW-1）总费用现值/万元总费用现值差值/万元方案一1 400 660 264 000 10 560 16 167 514 520 3 675 2 363 664 737 -41 227方案二1 600 440 176 000 7 040 17 584 561 777 3 511方案三1 800 220 88 000 3 520 21 217 679 731 3 776方案四2 000 0 0 0 23 355 751 166 3 756 5 8983 572 623 510673 957656 643 50 447-17 314

3 研究结论

综上分析，辽宁电网对抽水蓄能电站的需求空间很大，且大雅河抽水蓄能电站各装机容量比选方案机组均可满足国产机组相关要求，各方案在施工、金结、环保、征地移民等方面没有本质区别。根据地形地质条件及水工建筑物的布置，以及从挖填平衡角度考虑装机容量不宜超过1 600 MW。从经济指标来看，装机容量1 600 MW方案的单位千瓦投资和总费用现值最低。装机容量1 600 MW方案较好地利用了上、下水库天然地形地质条件，装机规模适中，经济性也较优。因此，推荐大雅河抽水蓄能电站装机规模为1 600 MW，电站满发利用小时数为5 h，备用发电为1 h。

［中图分类号］TV743

［文献标识码］B

［文章编号］1002—0624（2017）08—0009—03

［收稿日期] 2017-03-22