抽水蓄能电站的运行与管理
关键字 抽水蓄能 发展历史 作用 运行 管理
KEY WORDS： PUMPED STORAGE HISTORY FUNCTION OPERATION MANAGEMENT
摘要 随着大批抽水蓄能电站的陆续建成和投产，为使其发挥和创造更大的经济效益，越来越多的水
电行业人员开始关注和分析如何创立先进的抽水蓄能电站运行管理模式。本文仅从作者所了解
到的国内外抽水蓄能电站的运行管理模式，就其工作原理、结构特点、运行方式和作用、调度
方式、运营方式、人员编制和值班方式等方面进行了介绍和分析，供运行管理人员和关注于抽
水蓄能电站运行管理模式的人士共同交流和探讨。
SUMMARY： With many pumped storage power plant finishing and in operation，it plays more and more
important part in the national net , many people want to find how to create the advantage
operation management mode. In this article ,the author only introduce the operation
management mode about China and foreign country ,the principle , characterize, function,
scheduling mode, people arrangement and duty method are introduced for the operation
manager and the people who are interested in the pumped storage power plant .
1、 抽水蓄能电站的发展历史及概况
随着我国国民经济的迅猛发展，电力系统的供电形势日趋紧张，随之而来的电网容量
短缺、能源结构不合理、峰谷差加大、供电质量及安全可靠性下降等问题也逐步显现。正是在这种形势下，抽水蓄能电站开始应韵而声，并在我国得到了蓬勃发展。
抽水蓄能电站从1882年在欧洲问世以来已有百余年的历史，尤其是在欧美国家发展速度较快，已在电网结构中占有相当大的比重，其技术和运行管理模式已日趋成熟。抽水蓄能电站作为一种新兴的能源项目，直至上世纪60年代才开始研究开发和进入实质建设阶段。由于不同地区能源分布上的差别，电力系统的构成有所不同，据有关分析表明，在以火电为主的电网中建设7%～12%的抽水蓄能电站是比较合理的。但在我国的起步较晚，目前已建成并投入运行的大型的抽水抽水蓄能电站主要有广州抽水蓄能电站（8×300MW）、浙江天荒坪抽水蓄能电站（6×300MW）和北京十三陵抽水蓄能电站（4×200MW）等，其总装机容量在570MW左右，约占全部装机容量的1.8%。近年来，随着系统供电的日益紧张和人们对抽水蓄能认识的不断提升，抽水蓄能电站开始迅速发展，并列入了各区域电网的发展规划，在建的大型抽水蓄能电站有山东的泰安（4×300MW）、浙江的桐柏（4×300MW）、江苏的宜兴（4×250MW）、安徽的琅岈山（4×150MW）等，并有多处在选址和规划当中。
2、 抽水蓄能电站的作用
抽水蓄能电站是一个特殊类型的水电项目，除具备常规水电的作用外（如图例），特别适合于电力需求的峰荷调节。抽水蓄能电站的工作原理就像一个大型的蓄电池，按照电力的需求进行充电和放电。在负荷需求较低期间，如清晨，常规电站发出的多余电能可用来将下水库的水抽到上水库。峰荷期间，放出上库水，通过水轮机发出电能。这种将抽水蓄能设备和其它发电形式结合，通过对基荷电站更有效地利用，大大节约了生产成本。抽水蓄能设备具有以下一些显著特点：
―与常规水电站相比，利用小型水库能够取得相对较大的电力输出；
―重复利用水库中储存的水力资源而不必需要大的天然来水量；
―常规水电站只能用于发电，然而当系统能源过剩时，抽水蓄能电站能够吸收多余的电 力。抽水蓄能电站比常规水电站具备更强的平荷能力。
前两个特点意味着，抽水蓄能电站的建造在很大程度上不受水文和地形条件的限制，同时对周围生态系统的影响比大容量的常规水电站要小得多。这些特点使抽水蓄能电站为电网的运行提供了良好的辅助服务。在放宽监管的市场上，系统的可靠性和电力质量（频率和电压稳定）是一个主要的问题。由于抽水蓄能是一个能有效改善附属服务的方法，如今在不断放宽监管的电力市场上为大力改善电力系统的稳定发挥着重要的作用。抽水蓄能电站提供的附属服务包括：
―由于其快速的负荷跟踪运行能力，可进行频率控制；
―其负荷平衡功能能使大型火电站和核电站以常规输出运行；
―可储能运行以满足电力需求和系统故障的突然变化；
―其备用容量以备其它电站或系统的意外故障使用。
常规水电站也能提供频率控制。然而，当系统中发电机的输出过剩，为平衡负荷需要容量来吸收多余的电能。通过吸收这些多余的电能，即使负荷需求很低，抽水蓄能电站也能使大容量的火电站或核电站高效率地以最优输出工况运行。这就有利于减少火电站产生的温室废气的排放。除了平衡负荷，抽水蓄能电站在峰荷之外能将风力和潮汐发电设备发出的低价值电能转换成更有用的能源，为峰荷期间利用。因此有利于联合发电系统效率的全面改善。 抽水蓄能电站作为备用发电机的作用对于促进指定电力系统的稳定是非常重要的，而且，从环保的角度看，利于减少温室废气的排放，这是很有价值的。实际上，抽水蓄能在能源再生产过程中的循环效率大致为70~75%，并且使人误认为抽水蓄能会增加温室废气排放。然而，系统中若没有抽水蓄能电站，许多火电站运行时要将其部分负荷作为备用电力来应付电力需求的意外增加，或者系统故障造成的发电量的突然损失。这样，其备用运行迫使火电站以更低的效率运行，导致燃料消耗的增加和温室废气的排放。如果在电力系统中增加抽水蓄能，火电站的备用运行就不再需要。因此，抽水蓄能有利于减少系统中温室废气的排放。英国开展的最近一次研究显示，迪诺维格抽水蓄能电站（6台330MW机组）的运行每年减少了7,136~16,177吨二氧化硫SO2的排放（占所有英国电站的0.45~1%），使氮氧化物NOX的排放量减少了123~1,264吨（占全部电站的0.02~0.25%）。
因此，抽水蓄能的作用不仅体现在促进电力系统的稳定，而且还消除了以火力发电为主的电力系统中的副作用。与所有其它水电一样，抽水蓄能电站促进了对能源部门更持续性的管理。
旋转（同步）备用 接入电力系统时，能够空载以零负荷启动运行。当负荷增加时，更多的电力将输送到系统以满足需要。水电能提供这种电力服务而不用消耗燃料，
因此保证了最少的有害物排放。
能够使非并网能源进入电力系统。其它能源也可以提供旋转备用，但水电
的快速启动能力是不可比拟的，与其它的30分钟启动和热电几小时的启动
相比，它仅仅需要几分钟，为火电站的启动和关闭节约了费用，同时，使
火电站的运行更加稳定（燃料节约、延长运行寿命）。
能够满足电力系统中时时波动的要求。当系统不能正确响应负荷变化时，
其频率变化不仅将导致电力损失，而且将对系统连接的设备造成潜在的危
害，特别是计算机系统。水电迅速响应的特点尤其利于通过迅速的负荷跟
踪，满足大负荷变化幅度（坡降率）。
能够控制无功功率，因此保证电力从发电端流向负荷端。 非旋转备用 调节和频率响应 电压支持
黑启动能力 不需要外来电力，能够启动发电。此项服务允许系统运行人员为需要几小时甚至几天来重新启动的更为复杂的发电系统提供附属电力。具有水力发
电的系统比那些独立的火力发电系统能更快地重新投入运行。
（图例）
3、 抽水蓄能电站的运行人员编制和值班方式
传统方式下运行人员的职责范围包括监盘、机组开停机及设备停复役操作、巡回检查、
定期试验和切换、工作票的办理和事故处理等，每值运行人员的数量通常是按照处理事故情况下所需的人数来配置的，每值的运行人员也多达几个甚至十几个，在电厂的总人数中占据比重较大。这种值班方式的弊端在于机组正常运行时运行人员显得过多，但因其职责并不明确，往往出现人浮于事的现象，不利于运行生产的管理和提高效率。随着计算机技术在电厂的广泛应用和不断发展，设备保护和监视、运行数据的抄录等工作需要人为干预的情况越来越少，大部分工作将由计算机及监控系统来完成，这时值班方式和人员编制的问题就显得越来越突出。如何在保证电厂安全的前提下充分发挥每个运行人员的作用，并实现运行人员的合理裁减和分流，从而真正意义上的实现“无人值班（少人值守）”是目前抽水蓄能电站运行管理模式的发展方向。
目前我国新建和在建的抽水蓄能电站在设计和规划上大都采用了先进的自动控制和计
算机监控系统，故起点都很高，运行人员的编制也较少，整体运行管理技术和水平比较先进，已投运的几个大型抽水蓄能电站都已基本上实现了运行“无人值班（少人值守）”，有些抽水蓄能电站甚至达到或超过国外同类电站的运行管理水平。下面仅就本人所了解的国内外几个典型电力系统及抽水蓄能电站的具体运行管理模式做以简单介绍：
3.1 国外抽水蓄能电站的基本运行管理模式。
以法国电力公司（EDF）所属的几座大型抽水蓄能电站为例，运行人员的编制情况一般
如下：1台机组运行人员定为3人，其中1人为班长，2名为巡回检查工；2台机组运行人员为2名班长和4名巡回检查员；3台机组以上则要增设1名副值长和2名巡回检查工，专门负责公用设施的巡回检查。班长必须具有5年以上的运行经验，并且要取得模拟系统培训合格证。全厂设1名值长，从有比较丰富经验的班长中选拔，班长只管自己的1台机组，1名巡回检查工负责水泵水轮机、主阀等机械系统，另1名则负责电动发电机等电气系统。机组的开停机大都集中在流域控制中心进行远方操作，现场控制室不设人值班，采用“无人值班”方式。运行操作上允许单人操作，可不设人监护，这点与国内管理理念存在较大差异。
3.2 天荒坪抽水蓄能电站的运行管理模式。
运行部目前现有人员26人（含新参加工作人员3人），实际在岗当班工作人员23人，
其中部门管理人员2人，值长5人，值班工程师10人，值班员6人。具体运行值班体系分为两大块：即值守组和ON-CALL组。
值守组共设8组，每组由2名正式工和1名临聘工组成，采用2+1方式，其中中控室值
班人员由值班工程师担任，另外1名值班员带1名临聘工在地下厂房值班（由于机组在运行初期主轴密封温度不稳定，所以聘用工的主要作用是负责人工调节其操作腔压力）。值守组中每2个月抽出2个组参加运行ON-CALL工作，其余6组采用6班4倒方式进行倒班。值守
组在ON-CALL值长的直接领导下具体负责机组的开停机操作及与总调的联系、监视全厂设备的运行状态和调整设备的运行方式、运行数据的记录和计算机输入、机组及主要辅机设备的巡检记录等工作。
ON-CALL组共设A、B、C、D 四组，由4名值长和2个值守组的成员组成。其中每组设1名值长和1名值班工程师或值班员。按照白班ON-CALL、巡检、晚班ON-CALL、休息的顺序进行轮换，其中白班ON-CALL人员主要负责全厂设备的停复役操作、办理地面及地下厂房的工作票、全厂设备的异常情况及事故处理等工作；巡检组主要负责全厂设备的日常巡视、全厂设备的定期试验和切换等工作；晚班ON-CALL主要负责夜间的事故处理及应急操作等工作。
3.3 广州抽水蓄能电站的运行管理模式
广州抽水蓄能电站是目前世界上装机容量最大的抽水蓄能电站，也是我国最早建成并率先实现运行“无人值班（少人值守）”的大型抽水蓄能电站，一期和二期工程各安装了4台300MW机组，且一期和二期厂房分离设置，但机组开停机操作及监盘一期和二期合并实行集中控制。
广州抽水蓄能电站运行管理模式的发展思路是将设备巡检、定期试验、隔离操作、工作票的办理、事故处理等工作从运行值班职责中剥离出来，运行值班人员只负责单纯的值守或机组启停操作工作，人数按照机组正常运行所需的人数来配置，由最初的每值3人、2人减少到最后六班四倒，每值1人在中控室值班。运行管理改革的第二步是实行待命值班（即ON-CALL）制度，即成立三个小组，每组由一个值长带一个值班员组成，分别承担从运行值班职责中剥离的各项工作。其中一个小组24小时待命值班，负责隔离操作、工作票的办理和事故处理等，作为对运行待命的补充，检修部的机械、电气、自动化也分别安排1人随运行ON-CALL组一起待命值班，上班时除了待命外还需做正常的维护工作；另一个小组负责设备的巡检、定期试验和运行状况分析，只上白班，第三小组则休息。上述三个小组每周轮换一次，其中负责设备隔离和办理工作票的小组跨周末工作。这样的改革，不仅减少了运行人员，而且加强了设备的巡检和运行状况分析。95年实现了中控室1人值班，随着设备的不断完善和稳定，以及少人值守经验的不断积累，2000年元月又将这位值守人员撤出到离厂房2公里的办公大楼集控室，从而实现了一期的无人值班。二期从首台机组投产就开始实行1人值班。2001年6月二期的值守人员也撤离了集控室，真正实现了一期和二期的无人值班。2002年实现了在集控室1人对A、B两厂的集中控制。
3.4 综述
根据国内外抽水蓄能电站的运行管理经验，综合本电站的实际情况，将本电站的运行管理模式分为值守和ON-CALL相结合应该是一套行之有效的值班体系。然而，鉴于本电站的运行人员较少，故而在倒班分组时应做少许调整，由于是新建电站，机组不稳定因素较多，刚开始机组投产的几年，ON-CALL模式可能暂时还不能真正融合在电站的日常运行管理之中，几年后随着电站运行的日趋成熟及稳定，可以借鉴同类单位的管理模式作出调整，甚至可以实现真正的无人值班。
4、 结论
本文对抽水蓄能电站的历史、发展、作用及运行管理方面作出一些参考，水平有限，
文中有失偏颇之处，还望各位读者多多指正，提出意见共同学习。