维普资讯 http://www.cqvip.com ２００２年第ｌ期 水利水电 惠州抽水蓄能电站在广东电力系统中的效益 邓雪原 摘要拟建的惠州抽水蓄能电站是继广蓄之后广东的第二个优良站点，库容大、水头高、造 价低、调节性能好。它对改善广东电网的电源结构，保证电网的安全稳定运行，作用重大，其 经济效益显著。 关键词 电力系统惠州抽水蓄能电站 经济效益 Ｉ 研究方法及方案拟定 １．１惠州抽水蓄能电站简介 继广州抽水蓄能电站一、二期建成后，惠州抽水蓄能电站被选定为广东第二个拟建的大 型抽水蓄能电站项目。 站址位于广东省惠州市博罗县罗阳镇境内，直线距广州１１２ｋｍ。上库为范家田水库，正常 蓄水位７６０ｍ，死水位７４０ｍ，有效库容２０８８万ｍ３，具有周调节能力。下库为礞头水库，正常 蓄水位２２７ｍ，死水位２０５ｍ，有效库容２０３０万ｎ１３。平均毛水头５３４ｍ，输水道总长４４５４ｍ， Ｌ／Ｈ＝８．３。总装机容量２４００ＭＷ，单机容量３００ＭＷ，单位千瓦总投资约２８００元／ｋＷ。 １．２研究方法 采用由美国哈札国际工程公司和广东水利电力勘测设计研究院联合开发的（３ＧＳＭ模型和 国家电力公司动力经济研究中心开发的ＧＥＳＰ模型对惠州抽水蓄能电站在广东电网的运行进行 模拟。首先由ＧＥＳＰ模型对电源结构进行优化调整，分别考虑有惠蓄参与的“有”方案及无惠 蓄参与的“无”方案，各方案以总费用现值最小为目标函数，得出各自的电源组成，根据此电 源组成，再由ＣＧ ，Ｉ模型分别对这两个方案进行模拟运算，得出较详细的计算结果，通过比较 目标函数和系统可靠性指标等，来说明惠州抽水蓄能电站在广东电力系统中的效益。 ＣＧＳＭ模型是一个对拟定的电源扩展方案进行电站运行模拟，计算整个系统和各个电站 的技术经济指标，最后得出系统的总费用现值及可靠性指标的规划模型，因不能自动生成方 案，所以只宜作有限次方案的比选。在本次研究中，ＣＧＳＭ模型采用的电源扩展方案数据， 是经ＧＥＳＰ模型优化后，再按机组作为最小电源单位进行细微调整而得出的。 １．３ ＣＧＳＭ模型特点 （ Ｍ模型对电源的特点考虑较为详细，较结合电源建设的客观实际。其主要特点如下： （１）可进行周调节运行模拟，在典型周负荷时历曲线上有序地进行电源的生产模拟，最 小时段为ｌ ｈ，每周由连续的１６８ ｈ构成，每年由连续的５２周组成。 】３ 维普资讯 http://www.cqvip.com （２）机组的检修按整台机组考虑，以检修时造成系统潜在损失最少为依据逐周在年负荷 图上进行安排。 （３）通过整数规划确定系统每周的开机规模及开机对象。 （４）抽水蓄能电站按各周内获得效益最大的原则运行，发电位置及抽水位置受系统内其 它电源的边际费用和自身的调节性能约束，抽水工况机组满负荷运行。 （５）水电站按充分利用其容量及能量为原则安排工作位置。 （６）火电机组以二次多项式的形式描述其煤耗特性，并按边际费用由低到高的顺序确定 发电顺序和工作容量，确保发电费用最少。 （７）系统的发电可靠性通过各年内不能满足负荷需求的期望天数ＬＯＬＰ和期望电能 ＥＵＥ来描述。 ２边界条件 ２．Ｊ 负荷水平及负荷特性 ２０００年－－２０１０年的广东省负荷发展水平采用１９９９年３月广东省电力工业局出版的＜广 东省电力需求预测和电源规划）（１９９９－－２０１０年）成果，２０１１年－－２０１５年的负荷水平，根 据１９９９－－２０１０年的电力负荷发展趋势外推得出，见表１。广东年负荷曲线见表２。 表ｌ广东负荷预测表 （单位：万ｋＷ；亿ｋｗ・ｈ） 表２广东年负荷曲线 由于广东电网近年来出现了以周为单位的负荷周期性变化，即星期六、星期１３的最大负 荷明显低于星期一～星期五，周内最大负荷出现在星期四晚上、最小负荷出现在星期一凌 晨。所以有必要考虑负荷的周调节。周负荷曲线采用广东省电力设计研究院１９９９年７月的 研究成果，“１９９８年广东电力系统夏季、冬季典型周负荷曲线”，见表３。 表３ １９９８年广东周负荷主要指标 ｌ４ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２．２电源发展预测 规划期为２０００年～２０１５年，规划期后，按系统保持规划期末的状态继续运行３４年， 共５０年作为计算期，以较为客观地反映投资与运行费对目标函数的影响。 ２．３各类电源主要性能参数 根据广东的资源状况和广东电力系统的特点，将广东全部现有、在建、备选电源合并为 ７种，５３类，即：煤电ｌ３类、油电７类、气电２类、核电２类、省内水电２３类、西电３ 类、抽水蓄能电站３类。规划电源主要性能参数如表４所示，现有、在建电源有关参数略。 表４规划电源主要性能参数表 ２．４能源 根据广东的资源状况和外部对广东的能源供应情况，燃料考虑了煤炭、油、天然气、核 燃料，水能资源考虑了省内水电和西南水电。 煤炭：根据１９９７年ｌ２月广东省计委能源处等出版的＜广东省煤炭消耗状况调查和预测 １５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 研究报告＞，并参考国家计委综合处运输研究所的有关资料，考虑本省及邻省可供广东发电 用煤量按每年最大供应量８００万ｔ，国内其它省的煤炭主要是“三西”煤（山西、陕西、蒙 西），受运输能力，考虑用于广东发电的煤炭最大供应量到２０１０年为５２００万ｔ，到 ２０１５年为７７００万ｔ。进口煤的供应量不受。 天然气：ＬＮＧ最大发电供气量按每年４００万ｔ考虑，管道天然气最大供气量按可满足 珠海燃机扩建２１０万ｋｗ机组发电要求来考虑。 核燃料：核燃料供应充足，供应量不受。 油燃料：由于不再兴建新的燃油电厂，油燃料只需满足现有油电厂的发电要求，供应量 也不受。 水能：考虑到水文气象条件的随机性变化对水电站的影响，采用了两种设计水平年， 即：平水年（Ｐ＝５０％）、枯水年（Ｐ＝９０％），一是为了充分利用水力资源，以计算平均情 况下各种机组的经济性指标，二是考虑较不利情况，以考查系统的电力平衡情况。省内水电 资料根据１９８６年５月召开的“华南电网规划协调会议”上决定，以新丰江的水文系列为样 本，计算各设计保证率的设计水平年的出力过程，并计算省内其它水电站相应此设计水平年 的出力过程，出力过程包含预想出力、平均出力和强迫出力。西电资料采用天生桥、龙滩、 小湾等电站的有关设计报告中的内容。 ３研究结果分析 ３．１研究方案的主要经济指标对比 本次计算采用１９９８年的基准价，折现基准年为２０００年初，社会基准折现率采用１０％。 各方案的现值计算结果见表５，从表５中可看出，有惠蓄方案与无惠蓄方案相比，电力系统 在平水年总费用现值节约５８亿元，其中投资现值节约４７亿元，运行费现值节约１１亿元。 在节约的费用现值中，以投资现值节约最多，说明惠州抽水蓄能电站在广东电力系统中可避 免容量成本较大。 表５各方案现值表 （折现率＝１０％。单位：百万元） 表６为电力系统运行费用表。从表中可以看出，历年的系统运行费用对有无蓄能两个方 案来说，差别不太大，说明惠蓄在系统中的可避免电量成本不大。 表７反应了每个方案抽水蓄能电站本身抽水发电的电量效益，可以看出有惠蓄方案比无 惠蓄方案的电量效益更多，并且逐年增多。２０１５年，有惠蓄方案与无惠蓄方案相比，抽水 蓄能电站效益多２亿元。 １６ 维普资讯 http://www.cqvip.com 表６广东省电力系统运行费用表（设计平水年） 年 单位：百万元 份 ２Ｏｏｏ ２０ｏ１ ２Ｏ０２ ２０ｏ３ ２００４ ２０ｏ５ ２０ｏ６ ２０ｏ７ ２０ｏ８ ２ｏｏ９ ２０１０ ２０１１ ２０１２ ２０１３ ２０１４ ２０１５ １６—４９ 有惠蓄方案１８１６９ １９４６ｏ ２０５４２ ２１５８ｏ ２３８２４ ２５８２６ ２７８４５ ３０１９５ ３１５２５ ３３２５５ ３５６３９ ３７６４６ ３９５７４ ４２０３６ ４５１５６ ４９１９０ ４９３４６ 无惠蓄方案差额１８１６９ １９４６０ ２Ｏ５４２ ２１５８ｏ ２３８２４ ２５８５８ ２７８７８ ３Ｏ２９８ ３１５５３ ３３３３０ ３５５３３ ３７６７８ ３８８５５ ４１５５２ ４４７６１ ４９４７９ ４９９６１ ０ ０ ０ ０ ０ —３１—３３—１０３—２８—７５ １０７—３２ ７２０ ４８４ ３９５—２８９—６１５ ３．２电力系统发电可靠性指标 ＣＧＳＭ模型通过ＬＯＬＰ（Ｌｏｓｓ Ｌｏａｄ Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ）和ＥＵＥ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｕｎｐｒｏｖｉｄｅｄ Ｅｘｐｅｃｔａ． ｔｉｏｎ）两项指标来反映电力系统发电的可靠性。在这里，ＬＯＬＰ是指确定性负荷条件下不能 满足电力负荷需求的期望天数，ＥＵＥ是指确定性负荷条件下的不能满足电力负荷需求的期 望电能，见表８、９。 表８ Ｈａｒｚａ公司提供的ＬＯＬＰ及ＥＵＥ国际参考标准 表９是ＬＯＬＰ指标及ＥＵＥ指标成果表，为对比以上参考标准，该表已将ＥＵＥ指标换算 成占总电能需求的百分数。从两表中可看出，广东的电力供求矛盾，枯水年比平水年更为突 出，无惠蓄方案比有惠蓄方案更为突出。 １７ 维普资讯 http://www.cqvip.com 表９有、无规划惠州抽水蓄能电站方案可靠性指标对比表 在枯水年，无惠蓄方案的平均ＬＯＬＰ指标为３．５ｄ／ａ，平均ＥＵＥ指标为０．０２２９％，介于 参考标准中的发展中国家与发达国家之间。有惠蓄方案的平均ＬＯＬＰ指标为１．８ ｄ／ａ，平均 ＥＵＥ指标为０．０１１１％，相当于无惠蓄方案两项指标的一半，接近于参考标准中发达国家水 平。 ３．３电力电量平衡结果 通过对各方案不同水平年的电力电量平衡计算，结果表明，各方案都能满足系统的电量 要求，并且供需平衡，电力供应与负荷需求也是平衡的。规划期初，容量较为充裕，随着电 源扩展的优化，到２００４年后，系统的容量备用系数合理稳定在１９％左右。 抽水蓄能电站在系统中主要起调峰填谷作用，由于抽水蓄能电站的作用，系统的结构更 合理，其它电站工作更稳定，系统更安全。 以有蓄能方案进行分析：规划核电的平均年利用小时数为７４６４ ｈ，说明其工作位置处于 基荷（大亚湾核电站由于与分电，所以电量偏低）；大中型煤电的平均年利用小时数为 ５０００—７４００之间，说明其工作位置处于基荷与腰荷之间；水电站的平均年利用小时数约３４００ ｌ ８ 维普资讯 http://www.cqvip.com ｈ，说明其工作位置处于腰荷；小煤电平均年利用小时数约２７００ ｈ，其工作位置也是处于腰 荷；油电（＞ｌ２５ＭＷ）平均年利用小时数约１８００ ｈ，处于峰荷；小型燃机（２）及小型油电 由于成本太高，基本上不发电；大型燃机（管道气）平均年利用小时数为９７５ ｈ，处于峰荷； 大型燃机（ＬＮＧ）由于燃料费太高，平均年利用小时数很低，仅为２２３ ｈ；抽水蓄能的平均 年发电利用小时数为８２８ ｈ，处于峰荷，这与国内外的运行统计资料相符。 有惠蓄方案与无惠蓄方案相比，煤电年利用小时数从惠蓄投产年份开始逐年增加， ２０１０－－２０１５年平均增加了３８７ ｈ，说明煤电的工作位置下移，出力更趋均衡。水电及西电年 利用小时数基本不变。两方案的核电均在基荷运行，所以利用小时数变化也不大，Ｌｒ、ＩＧ年 发电利用小时数减少幅度较大，平均减少了６８ ｈ（约３０％）。说明抽水蓄能机组与ＬＮＧ机 组有较强的替代性。 ３．４抽水蓄能机组在电力系统的工作位置 ｔ、． ，’． 抽水蓄能机组的工作位置须满足火电机组的边际费用曲线的约束条件，即： ｕｐ２ ＝ａ 。 ｕｃ２ 当抽水蓄能电站在发电边际线以上发电，在抽水边际线以下抽水，则低谷电转换为高峰电均 有效益，我们称之为电量效益。图１、图２是２０１０第３２周各方案抽水蓄能电站的工作位置 图，而从图中可看出，抽水蓄能电站的发电与抽水的实际位置均大大优于边际位置，说明广 东电力系统有较大的容纳抽水蓄能电站的能力，也就是说抽水蓄能电站在广东电力系统中有 较大的生存空间。 图１ ２０１０年第３２周抽水蓄能电站工作位置图 （平水年夏季，有惠蓄方案） 发电边际：３２５２７ＭＷ．抽水边际：３０２７２ＭＷ ＣＧＳＭ模型是按抽水蓄能机组的投产先后次序来优先安排抽水蓄能电站的工作位置，图 ３、图４反应了抽水蓄能电站的蓄能量在周内的变化过程。在这些蓄能量图中，上面的曲线 表示电力系统全部蓄能电站（包括广蓄和惠蓄）的总蓄能量在典型周内的变化过程，从中亦 反映了单个抽水蓄能电站的蓄能量变化过程，即：下面的曲线表示惠蓄的蓄能量变化过程， 而上、下曲线之差值表示广蓄的蓄能量变化过程。从图中可看出，广州抽水蓄能电站的蓄能 量在周内变化频繁，多数情况下，库容每天满空变化一次，反映了它的日调节性能，而惠州 抽水蓄能电站一般每周库容空满变化一次，这反映了它具有周调节性能。 １９ 维普资讯 http://www.cqvip.com －一 ２宝 ；；高 霉 ｇ ｇ ２ 譬 昌容譬 ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ器器 ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ高 ，－Ｇ 一召 ，－Ｇ 图２ ２０１０年第３２周抽水蓄能电站工作位置图 （平水年夏季．无惠蓄方案） 发电边际：３１３５９ＭＷ，抽水边际：３０４４７ＭＷ ￣４００００ ３５０００ 棚 疆３００００ 粗 ２５００ｏ ２ＯＯ０ｏ ｌ５００ｏ ｌ０ｏ００ ５００ｏ Ｏ －一 ２宝 ；；高 霉 譬２ 譬 宕：昌窨譬 ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ器蛊 ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ －一召 ，－Ｇ 图３ ２０１０年第３２周抽水蓄能电站蓄能量变化图 （平水年夏季，有惠蓄方案） ｌ Ｉ ｆ口悬誓能重 口厂薯既重Ｉ ２ＯＯ∞ ｌ５Ｏ０ｏ ｌＯ０∞ ５００ｏ ０ 、 ，、 ＾ ＾ ： ． ２宝 ；；高 ．． 霉器昌譬 器 宕；宕宕 ．－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ一器器 ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ，－Ｇ＿． 晶 ，－Ｇ－一－一 昌 ，－Ｇ 图４ ２０１０年第３２周抽水蓄能电站蓄能量变化图 （平水年夏季，无惠蓄方案） 维普资讯 http://www.cqvip.com ４结论 通过有、无惠蓄两个方案的比较分析表明，惠州抽水蓄能电站的建设可为电力系统节省 总费用现值５８亿元，经济效益显著，而且有利于广东电源结构的优化，提高火电机组的稳 定性和机组效率及系统的可靠性。 ＣＧＳＭ模型的开发，为电源优化及电力系统生产运行模拟提供了一种新的途径，它采用 时序负荷曲线，以机组作为最小电源单位，既可周调节，又可日调节，尤其在蓄能机组的调 节性能、最优发电、抽水位置，以及火电机组的起停安排等方面具有独到之处。这种方法容 易被常规规划工作者接受，规划工作者可根据工作经验和实际情况拟定多种可行的方案，对 系统直观地模拟。通过对惠州抽水蓄能电站经济性论证，比较ＣＧＳＭ模型和ＧＥＳＰ模型的 计算结果，可以得出，Ｃ（、ＳＭ模型用于电源优化工作是可信的。 我国电力改革的方向是“政企分开，厂网分开，竟价上网”，将电网与发电彻底分 离，成为各自的公司，通过市场竞争使那些能耗大、成本高、污染严重的电厂被淘汰， 而效率高、运行灵活、成本低、符合环保要求的电厂将会逐步占领市场。惠州抽水蓄能电站 凭它的优良性能和技术经济指标，将对改善广东电网的电源结构，保证电网的安全稳定运 行，做出重大贡献，并取得良好的经济效益。 ※桊米※※※米※米桊※※※※※※米※※米来※※米※米桊米．※米米柴米米米米．※※桊米※ （上接第４６页）见表４：两试验点与承载力设计值（２００ｋＰａ）所对应的沉降量分别为 ２３．８３ｍｍ、２６．７４ｍｍ，最大试验荷载（４００ｋＰａ）所对应的沉降量分别为６８．３８ｍｍ、 ８０．８１ｍｍ。两试验点均没有出现破坏现象，其极限承载力均大于４００ｋＰａ。在设计荷载 （２００ｋＰａ）情况下，最终沉降量均满足设计要求。 表４复合地基静载试验表 ５结语 采用双管锤击法碎石桩加固地基，其施工工艺简单，碎石桩制桩密实，复合地基静载试 验检测表明，其地基承载力满足设计要求。 桩体强度是加固后复合地基的控制强度，而碎石桩的桩径和桩体本身密度是影响加固效 果的两个主要因素。桩径大小决定桩周围土体被挤压的范围，即周边范围的大小。碎石桩的 桩径较大，面积置换率增大，无疑对提高复合地基强度有利。桩体本身的强度取决于成桩的 密实度，桩体本身越密实，桩体强度越高，则复合地基承载力越高，加固效果越好，反之则差。 锤击碎石桩具有场地干净、省料、造价低、施工速度快等优点，故而适合软弱地基的建 筑物地基加固，值得推广。 ２１
