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摘要：针对风能资源随机性较强、稳定性较差的特点，提出加快发展风电事业必须注重解决大规模能量储存电能，保障系统供电可靠性等问题。抽水储能电站与风电场互补营运可基本解决这些问题。文章对这种互补营运供电方式进行了初步探讨，提出了相应营运模型。
关键词：抽水储能电站；风电场；互补营运
作者简介：禹红（1973-），女，湖南双峰人，湖南水利水电职业技术学院电力工程系，副教授、高级工程师。（湖南 长沙 410131）
基金项目：本文系湖南省教育厅课题“抽水储能式水电站的经济效益分析研究”（课题编号：09C1220）的研究成果。
中图分类号：F272 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）18-0076-01
随着风力发电技术日趋成熟，风力发电在我国已经成为水电、火电等不可替代的补充能源。但是风能存在随机性太大、能源供应与负荷需求数量时间不尽一致等问题，因此如何高效利用风力这一洁净的可再生新能源，如何保障能源供应与负荷需求数量、时间上一致，都成了大力发展风力发电的障碍，而抽水储能作为可以用于大规模储能的技术，它不仅能优化能源结构，还能提高电能质量、解决电网调峰填谷。因此采用抽水储能电站与风电场互补营运的模式正好能解决这些问题，研究这一模式就显得尤为重要。
一、抽水储能电站、风电场营运现状
1.抽水储能电站
抽水储能电站是利用电网过剩的电力驱动水泵，水泵抽水将水从下水库抽到上水库转化为上水库水的势能储存起来，在电网电力需求不足时，通过水轮发电机将水的势能转化为电能。抽水储能的低吸高发功能，实现了电能的有效存储，有效调节了电力系统生产、供应、使用，保持了三者之间的动态平衡。抽水储能是能够大规模储能的发电装置，是保障电力系统安全稳定、经济运行、有效调节的装置。它比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机这种情况更便宜，效益更佳。除此以外，抽水储能电站还具有调峰、调频、调相、事故备用、黑启动等诸多功能，同时还有节约能源和保护环境等特点，因此抽水储能电站还是确保电网安全、经济、稳定生产的支柱。我国抽水储能电站发展速度很快，截至2009年底，我国有18座抽水储能电站投入运行，装机容量达到1454.5万千瓦；在建抽水储能电站12座，在建容量1114万千瓦。但抽水储能装机容量占系统总装机容量的比例还很低，仅为1.66%，世界发达国家的抽水储能占系统总装机的比重一般在3%～10%之间，与世界发达国家相比，我国抽水储能装机明显不足。
2.風电场
风能是取之不尽，用之不竭的清洁、优良的可再生能源。风电场利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，从而将风能转化为电能。2005年可再生能源法颁布后，2010年，我国风电新增装机超过1600万千瓦，累计风电规模超过4000万千瓦，“双居”世界第一。按照国家风电发展规划，2020年，我国风电装机容量有望达到1.5亿千瓦。但是风能属于过程性能源，稳定性差，有随机性、间隙性、不稳定性、风速和风向经常变动等缺点，它们对风力发电机的工况影响很大，风力发电机组发电极不稳定，对系统冲击非常大，因此单机运行的风力发电机组要保证不间断供电，必须配备相应的储能装置。
二、抽水储能电站与风电场互补营运模式
风能存在随机性和不均匀性，对小电网冲击非常大，因此风电发展受到电网规模的限制。我们可以考虑在风力资源丰富地区建设风电场及风电电网，同时配套建设抽水储能电站，风电场和抽水储能电站互补营运，利用抽水储能电站的多种功能和灵活性弥补风力发电的随机性和不均匀性，打破电网规模对风电容量的限制，把随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷电量，为大力发展风电创造条件，为电网提供更多的调峰填谷容量和调频、调相、紧急事故备用的手段，改善电网的运行条件。
互补营运的基本思路：在用电高峰风能比较充足时，尽量使用风力发电，以抽水储能发电为补充；在用电高峰风能不足时，采用抽水储能发电为主，以风力发电为补充；在用电低谷风能过剩时，在采用风力发电为主的同时，抽水储能把风能转化为水的势能储存。如：风力发电的峰值一般是在晚上，而晚上用电量很少；白天需电量大的时候，风力又不足，发电量不能满足需求。为解决这一矛盾就可在夜间把风电通过抽水储能电站存储为水的势能，在第二天白天用电量大的时候抽水储能电站放水发电。通过这样的方式有效地吸收了风能，又解决了用高峰时电力不足的问题，对国家高效利用清洁能源、高峰时间段解决供电不足等难题都有很大意义。
三、抽水储能电站与风电场互补营运优势
1.优化资源，提高供电质量
一是利用抽水储能电站优良的储能性能，避免“弃风”现象，提高风能的利用率。即在系统中有多余风电时抽水储能电站抽水储能；在风电突然减少时及时发电，保持电网电网输出稳定，发挥抽水储能电站既可以平衡风电发电量的不均衡性，又可以参加电网运行调频的优点，减少风电对电网的冲击，解决风力过剩送出困难的实际问题，把风电——“垃圾电”变成“优质电”送出去。
二是抽水储能电站反应快速、启停灵活，能在电力系统中担任紧急事故备用和黑启动等任务，可有效提高电力系统安全稳定运行水平；它能跟踪负荷迅速适应负荷的急剧变化，灵活可靠地调节电力系统的频率和电压；抽水储能电站利用其调峰填谷性能可以降低系统峰谷差，提高电网运行平稳性，有效减少电网拉闸限电次数，减少对企业和居民等广大电力用户生产和生活的影响。
2.在实现电力系统节能减排的同时，实现经济效益的最大化
抽水储能电站与风电场互补营运是用风能、抽水储能这些可再生能源替代火电等发电方式，可以降低煤炭等不可再生能源的消耗，减少硫化物、氮氧化物、粉尘及一氧化碳等污染物的排放，达到实现电力系统节能减排的目的。抽水储能电站通过能量转换，能将成本低的低谷电能转换为价值高的峰荷电能。在电价改革到位后实施错时电价的情况下，会实现高峰时电价高，低谷时电价低，峰荷电价可以为谷荷电价的3～5倍。互补营运，就可以利用抽水储能电站的储能作用将低谷时段的电能调整至高峰时段使用，从而获得高额电价，取得显著的经济效益，同时也能有效降低整个电网的备用电源，提升系统的经济效益。
3.是实现特高压输电、智能电网的必要保障
我国电力目前正在向大容量、远距离、特高压输送等方向发展，对于大容量和长距离送电能，采用特高压电网能实现我国各个电网间电力电量补偿、备用，是优化能源资源配置和保障国家能源安全重要工具。但特高压电网建设也对电网安全提出了更高要求，电网规模越大，电网安全稳定运行风险就越大，一旦出现问题所造成损失也就越大。因此对于大容量和长距离送电，必须配备一定容量具有快速反应特征和调频、调相功能的电站作为紧急事故备用，用以预防系统崩溃造成巨大损失。在特高压电网中建立适当规模的抽水储能电站，正好可以解决这一问题，它可以充分发挥抽水储能电站独有的快速反应特性，有效防范电网发生故障的风险，防止事故扩大和系统崩溃，还可以有效提高受端电网的调节能力，提高整个区域输电线路的利用率，减少输电损失。
随着科技的发展技术的进步，智能电网普及指日可待。但智能电网具有瞬时应对发电侧和用电侧多变冲击的高度灵敏性，需要在电网中建设合理规模的抽水储能电站，在保障电网安全稳定运行的同时，发挥其大规模储能和机动灵活的调节性能，充分吸纳风力、太阳能发电等不稳定和不连续的清洁能源上网，提高电网经济性。
四、小结
抽水储能电站与风电场互补营运，具有重要的技术经济价值。在有条件的地方为风电场配置抽水储能电站不但可以充分利用当地的风能资源，还可以提高电网的经济效益，保证电网的安全可靠性。可见抽水储能电站和风电场互补营运不仅在技术经济上是可行合理的，而且是实现风能资源最大化开发利用的有效途径之一。
参考文献：
[1] 佘占兴.抽水储能机组电动机工况的启动方式[J].福建电力与电工,2004,(4).
[2]王晓蓉,王伟胜,戴慧珠.我国风力发电现状与展望[J].中国电力,2004,37(1):81-84.
[3] 张珍玲,蔡镇坤.抽水储能电站在电网运行中的作用及经济价值[J].华电技术,2008,(11).
[4] 李强,袁越,等.考虑峰谷电价的风电——抽水蓄能联合系统能量转化效益研究[J].电 网 技 术,2009,(6).
[5] 孙昶辉,王丹.风 电 场 发 电 量 计 算 的 物 理 模 型[J].中 国 电 力,2011,(1).
[6]陆佑楣,潘家铮.抽水蓄能电站[M].北京:水利水电出版社,1991:28-75.
（责任编辑：刘辉）
关键词：抽水储能电站；风电场；互补营运
作者简介：禹红（1973-），女，湖南双峰人，湖南水利水电职业技术学院电力工程系，副教授、高级工程师。（湖南 长沙 410131）
基金项目：本文系湖南省教育厅课题“抽水储能式水电站的经济效益分析研究”（课题编号：09C1220）的研究成果。
中图分类号：F272 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）18-0076-01
随着风力发电技术日趋成熟，风力发电在我国已经成为水电、火电等不可替代的补充能源。但是风能存在随机性太大、能源供应与负荷需求数量时间不尽一致等问题，因此如何高效利用风力这一洁净的可再生新能源，如何保障能源供应与负荷需求数量、时间上一致，都成了大力发展风力发电的障碍，而抽水储能作为可以用于大规模储能的技术，它不仅能优化能源结构，还能提高电能质量、解决电网调峰填谷。因此采用抽水储能电站与风电场互补营运的模式正好能解决这些问题，研究这一模式就显得尤为重要。
一、抽水储能电站、风电场营运现状
1.抽水储能电站
抽水储能电站是利用电网过剩的电力驱动水泵，水泵抽水将水从下水库抽到上水库转化为上水库水的势能储存起来，在电网电力需求不足时，通过水轮发电机将水的势能转化为电能。抽水储能的低吸高发功能，实现了电能的有效存储，有效调节了电力系统生产、供应、使用，保持了三者之间的动态平衡。抽水储能是能够大规模储能的发电装置，是保障电力系统安全稳定、经济运行、有效调节的装置。它比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机这种情况更便宜，效益更佳。除此以外，抽水储能电站还具有调峰、调频、调相、事故备用、黑启动等诸多功能，同时还有节约能源和保护环境等特点，因此抽水储能电站还是确保电网安全、经济、稳定生产的支柱。我国抽水储能电站发展速度很快，截至2009年底，我国有18座抽水储能电站投入运行，装机容量达到1454.5万千瓦；在建抽水储能电站12座，在建容量1114万千瓦。但抽水储能装机容量占系统总装机容量的比例还很低，仅为1.66%，世界发达国家的抽水储能占系统总装机的比重一般在3%～10%之间，与世界发达国家相比，我国抽水储能装机明显不足。
2.風电场
风能是取之不尽，用之不竭的清洁、优良的可再生能源。风电场利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电，从而将风能转化为电能。2005年可再生能源法颁布后，2010年，我国风电新增装机超过1600万千瓦，累计风电规模超过4000万千瓦，“双居”世界第一。按照国家风电发展规划，2020年，我国风电装机容量有望达到1.5亿千瓦。但是风能属于过程性能源，稳定性差，有随机性、间隙性、不稳定性、风速和风向经常变动等缺点，它们对风力发电机的工况影响很大，风力发电机组发电极不稳定，对系统冲击非常大，因此单机运行的风力发电机组要保证不间断供电，必须配备相应的储能装置。
二、抽水储能电站与风电场互补营运模式
风能存在随机性和不均匀性，对小电网冲击非常大，因此风电发展受到电网规模的限制。我们可以考虑在风力资源丰富地区建设风电场及风电电网，同时配套建设抽水储能电站，风电场和抽水储能电站互补营运，利用抽水储能电站的多种功能和灵活性弥补风力发电的随机性和不均匀性，打破电网规模对风电容量的限制，把随机的、质量不高的风电电量转换为稳定的、高质量的峰荷电量，为大力发展风电创造条件，为电网提供更多的调峰填谷容量和调频、调相、紧急事故备用的手段，改善电网的运行条件。
互补营运的基本思路：在用电高峰风能比较充足时，尽量使用风力发电，以抽水储能发电为补充；在用电高峰风能不足时，采用抽水储能发电为主，以风力发电为补充；在用电低谷风能过剩时，在采用风力发电为主的同时，抽水储能把风能转化为水的势能储存。如：风力发电的峰值一般是在晚上，而晚上用电量很少；白天需电量大的时候，风力又不足，发电量不能满足需求。为解决这一矛盾就可在夜间把风电通过抽水储能电站存储为水的势能，在第二天白天用电量大的时候抽水储能电站放水发电。通过这样的方式有效地吸收了风能，又解决了用高峰时电力不足的问题，对国家高效利用清洁能源、高峰时间段解决供电不足等难题都有很大意义。
三、抽水储能电站与风电场互补营运优势
1.优化资源，提高供电质量
一是利用抽水储能电站优良的储能性能，避免“弃风”现象，提高风能的利用率。即在系统中有多余风电时抽水储能电站抽水储能；在风电突然减少时及时发电，保持电网电网输出稳定，发挥抽水储能电站既可以平衡风电发电量的不均衡性，又可以参加电网运行调频的优点，减少风电对电网的冲击，解决风力过剩送出困难的实际问题，把风电——“垃圾电”变成“优质电”送出去。
二是抽水储能电站反应快速、启停灵活，能在电力系统中担任紧急事故备用和黑启动等任务，可有效提高电力系统安全稳定运行水平；它能跟踪负荷迅速适应负荷的急剧变化，灵活可靠地调节电力系统的频率和电压；抽水储能电站利用其调峰填谷性能可以降低系统峰谷差，提高电网运行平稳性，有效减少电网拉闸限电次数，减少对企业和居民等广大电力用户生产和生活的影响。
2.在实现电力系统节能减排的同时，实现经济效益的最大化
抽水储能电站与风电场互补营运是用风能、抽水储能这些可再生能源替代火电等发电方式，可以降低煤炭等不可再生能源的消耗，减少硫化物、氮氧化物、粉尘及一氧化碳等污染物的排放，达到实现电力系统节能减排的目的。抽水储能电站通过能量转换，能将成本低的低谷电能转换为价值高的峰荷电能。在电价改革到位后实施错时电价的情况下，会实现高峰时电价高，低谷时电价低，峰荷电价可以为谷荷电价的3～5倍。互补营运，就可以利用抽水储能电站的储能作用将低谷时段的电能调整至高峰时段使用，从而获得高额电价，取得显著的经济效益，同时也能有效降低整个电网的备用电源，提升系统的经济效益。
3.是实现特高压输电、智能电网的必要保障
我国电力目前正在向大容量、远距离、特高压输送等方向发展，对于大容量和长距离送电能，采用特高压电网能实现我国各个电网间电力电量补偿、备用，是优化能源资源配置和保障国家能源安全重要工具。但特高压电网建设也对电网安全提出了更高要求，电网规模越大，电网安全稳定运行风险就越大，一旦出现问题所造成损失也就越大。因此对于大容量和长距离送电，必须配备一定容量具有快速反应特征和调频、调相功能的电站作为紧急事故备用，用以预防系统崩溃造成巨大损失。在特高压电网中建立适当规模的抽水储能电站，正好可以解决这一问题，它可以充分发挥抽水储能电站独有的快速反应特性，有效防范电网发生故障的风险，防止事故扩大和系统崩溃，还可以有效提高受端电网的调节能力，提高整个区域输电线路的利用率，减少输电损失。
随着科技的发展技术的进步，智能电网普及指日可待。但智能电网具有瞬时应对发电侧和用电侧多变冲击的高度灵敏性，需要在电网中建设合理规模的抽水储能电站，在保障电网安全稳定运行的同时，发挥其大规模储能和机动灵活的调节性能，充分吸纳风力、太阳能发电等不稳定和不连续的清洁能源上网，提高电网经济性。
四、小结
抽水储能电站与风电场互补营运，具有重要的技术经济价值。在有条件的地方为风电场配置抽水储能电站不但可以充分利用当地的风能资源，还可以提高电网的经济效益，保证电网的安全可靠性。可见抽水储能电站和风电场互补营运不仅在技术经济上是可行合理的，而且是实现风能资源最大化开发利用的有效途径之一。
参考文献：
[1] 佘占兴.抽水储能机组电动机工况的启动方式[J].福建电力与电工,2004,(4).
[2]王晓蓉,王伟胜,戴慧珠.我国风力发电现状与展望[J].中国电力,2004,37(1):81-84.
[3] 张珍玲,蔡镇坤.抽水储能电站在电网运行中的作用及经济价值[J].华电技术,2008,(11).
[4] 李强,袁越,等.考虑峰谷电价的风电——抽水蓄能联合系统能量转化效益研究[J].电 网 技 术,2009,(6).
[5] 孙昶辉,王丹.风 电 场 发 电 量 计 算 的 物 理 模 型[J].中 国 电 力,2011,(1).
[6]陆佑楣,潘家铮.抽水蓄能电站[M].北京:水利水电出版社,1991:28-75.
（责任编辑：刘辉）