北京大学学报(自然科学版) 第60卷 第5期 2024年9月

Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 60, No. 5 (Sept. 2024)

doi: 10.13209/j.0479-8023.2024.075

收稿日期: 2023–11–01;

修回日期: 2024–03–23

多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素分析——以辽宁清原抽水蓄能电站为例

孟祥鑫 李芍毅 胡森昶 唐文哲

清华大学水利水电工程系, 水圈科学与水利水电工程国家重点实验室, 北京 100084; †通信作者, E-mail: twz@tsinghua.edu.cn

摘要 以辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站为研究案例, 提出基于多能互补视角的抽水蓄能电站运营管理框架, 并设计问卷, 通过实地考察和发放问卷, 调研多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素。均值分析结果表明, 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的主要影响因素为电价机制的确定、参与方责权利分配以及缺少数字化管理技术的应用。通过系统聚类方法, 将影响因素分为政策支持、电力市场需求、先进的技术和设备、激励机制与收益分配、多能互补智慧管理以及“源网荷储”共赢六大类, 并提出多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系, 构建多能互补视角下抽水蓄能电站相关方管理组织架构。最后, 提出多能互补视角下抽水蓄能电站管理策略、抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理策略以及“源网荷储”一体化管理系统搭建策略。

关键词 多能互补; 源网荷储; 抽水蓄能电站; 运营管理

“风光水储”多能互补是构建清洁低碳能源体系的重要组成部分, 其核心是利用水电和储能等调节性强的电源来平衡风电和光伏等随机性强的新能源电源, 从而提高电网运行效率和可靠性[1–2]。多能互补与社会、经济及生态环境紧密相关, 涉及不同的利益相关方, 是一个重要的系统工程[3–6]。现有的研究主要以电网为中心, 分析区域内风光水储等清洁能源的协调互补, 缺乏针对单个电源的运营管理研究, 并缺乏实证支撑[7–12]

“源网荷储”强调电力系统中电源侧、电网侧、负荷测和储能侧资源的相互依赖和协调[13], 可以全面地描述互联电力系统。储能系统为电力系统提供了关键的调节功能, 在“源网荷储”体系中起着至关重要的作用。首先, 在电力供应过剩时, 储能系统能吸收并存储多余的电能, 从而减少能源浪费。其次, 当电力系统遭遇高负荷情况时, 储能系统能迅速地释放存储的电能来满足增长的电力需求, 有效地缓解电网负荷压力[14–15]。随着现代电力系统中可再生能源的不断增加, 这些能源固有的间歇性和不确定性使得储能系统的调节功能显得尤为重要。通过平衡电力供需波动, 储能系统不仅能够提升电网的运行效率, 还能促进可再生能源的有效整合与利用, 对电力系统的可持续发展起着至关重要的 作用。

抽水蓄能是一种成熟的、被广泛使用的储能技术[16]。抽水蓄能电站是一种运行方式灵活、功能多样的特殊电站, 在用电需求低时, 利用电力将水抽到上库储能; 在用电需求高时, 将水放回下库发电[7,9]。作为一种灵活运行的可调电源, 抽水蓄能电站通过与风光水清洁电源并网, 发挥重要的储能作用, 对保障电网安全稳定运营有着重要意义[17–18]

目前, 关于多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的研究主要关注电站资源配置, 包括多能互补中抽水蓄能电站与风光水电源的最优占比以及通过抽水蓄能电站配合风光水电源来实现不同昼夜与不同季节间的多能互补的最优资源配置[2,5,7,9,19], 缺乏对多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理影响因素的分析。

本文通过文献调研, 提出多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理框架, 并设计调研问卷。通过在辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站的实地调研, 揭示多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素。基于现状分析, 提出相关对策与建议, 并构建多能互补视角下抽水蓄能电站的运营管理体系, 搭建多能互补视角下抽水蓄能电站相关方的管理组织架构、抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理架构以及“源网荷储”一体化管理系统, 以期为多能互补视角下抽水蓄能电站的优化运营管理提供参考。

1 研究方法

1.1 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理框架

多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的利益相关方包括政府管理部门、风光水电源、抽水蓄能电站、电网公司和电力用户[20]。抽水蓄能电站的运营管理主要包括实时监测电力供给与消纳、完善并网流程、使用先进技术与设备、确保有合适的电价机制和绩效考核与激励机制[21], 最终实现“源网荷储”一体化、风光水储多能互补、平衡电力供需、保障各方投资收益以及电站安全运行的管理目标[7–10]。通过智慧电网, 运用先进数字技术, 实现多源信息采集和集成, 通过抽水蓄能电站稳定风光水清洁电源, 为抽水蓄能电站长期稳定运营提供技术支持, 同时通过智慧电网, 监测评估抽水蓄能电站的管理情况, 保障抽水蓄能电站运营管理目标的实现[22–23]。本文基于文献调研, 提出一种多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理框架, 如图 1 所示。

1.2 调查方法

本文以辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站为研究对象。清原抽水蓄能电站装机容量为 1800MW, 设计年发电量为 30.11 亿 kW·h, 设计年抽水用电量为40.15 亿 kW·h。本文采取定量和定性数据收集方法, 通过问卷调研收集定量数据, 利用访谈和现场考察收集定性数据。采用 Likert-5 分量表, 对问卷指标进行量化。通过均值分析, 对多能互补视角下抽水蓄能电站的不同影响因素进行评价。通过系统聚类分析, 总结关键管理要素, 进而根据实地调研情况, 分析不同关键管理要素的现状, 并提出相应的优化措施。

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图1 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理框架

Fig. 1 Operations management framework of pumped storage power stations from the perspective of multi-energy complementarity

调研对象包括清原抽水蓄能电站项目的业主方、设计方、施工方、运营方和其他相关人员。在这些群体中, 分别收集有效问卷 15, 19, 28, 27 和 16份, 共计 105 份。调研对象的平均从业年限为 8.07年, 具有良好的专业性和代表性。

除完成问卷调研外, 本研究还采取以问卷内容为基础的半结构化访谈形式, 与项目相关的 41 位专家进行沟通, 了解问卷评分的深层次理由以及受访者对多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的意见和建议。

2 结果分析

多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理关键影响因素得分如表 1 所示。其中, 1 表示完全不符; 2 表示比较不符; 3 表示一般; 4 表示比较符合; 5 表示完全符合。

由表 1 可知, 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理关键影响因素得分均值为 3.99, 表明多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理涉及的因素已在一定程度落实。其中, “多能互补参与方责权利分配明确”“电站的数字化系统建设”和“有适合清洁电源交易的电价机制”的排名比较靠后, 表明清洁能源电价机制和多能互补参与方责权利分配需进一步明确, 并需加强电站数字化系统建设。对表 1 中的各项影响因素进行聚类分析, 结果如图 2 所示。

从图 2 可以看出, 在抽水蓄能电站影响因素聚类分析结果中, 在距离为 10 处停止聚类。因此, 可将多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理关键影响因素可归为如下 6 类。

1)政策支持: 有完善配套的清洁能源相关政策, 支持抽水蓄能电站运营。

2)电力市场需求: 当地电力市场需求空间大, 能消纳风光水储电站生产的绿电。

3)先进技术与设备: 抽水蓄能电站使用先进技术与设备, 支持电站高效稳定运行。

4)激励机制与收益分配: ①抽水蓄能电站运营绩效考核与激励机制完善, 促进运营管理水平不断提升; ②多能互补参与方责权利分配明确, 保障合理分享抽水蓄能电站产生的收益。

5)多能互补智慧管理: ①有匹配的多能互补运行机制, 规范的清洁能源并网流程, 保障抽水蓄能电站顺利运营; ②建设有数字化系统, 实现“源网荷储”一体化管理, 提升电力系统对多样化电源综合响应、调度与协调能力。

表1 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的关键影响因素

Table 1 Key influencing factors in the operations management of pumped storage power stations from the perspective of multi-energy complementarity

影响因素得分标准差排序 抽水蓄能电站能对当地电网负荷和电力消纳发挥重要调节作用4.050.861 有完善的抽水蓄能电站运营绩效考核与激励机制, 促进运营管理水平不断提升4.040.842 有完善配套的清洁能源相关政策, 支持抽水蓄能电站运营4.020.833 抽水蓄能电站使用先进技术与设备, 支持电站高效稳定运行4.020.903 抽水蓄能电站在多能互补中, 能对当地风光清洁能源发挥重要调节作用4.020.863 当地电力市场需求空间大, 能消纳风光水储电站生产的绿电3.980.906 有匹配的多能互补运行机制, 规范的清洁能源并网流程, 保障抽水蓄能电站顺利运营3.980.886 数字化系统能实时监测电力供给与消纳, 及时调整抽水蓄能电站运行, 优化电力调度3.960.848 多能互补参与方责权利分配明确, 保障合理分享抽水蓄能电站产生的收益3.950.899 建设有数字化系统, 实现“源网荷储”一体化管理, 提升电力系统对多样化电源综合响应、调度与协调能力3.920.9110 有适合清洁电源交易的电价机制, 保障抽水蓄能电站投资的合理收益3.910.9111 均值3.990.87

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0, 5, 10, 15和20代表系统聚类过程中的距离

图2 多能互补视角下抽水蓄能电站影响因素聚类分析

Fig. 2 Cluster analysis of influencing factors on pumped storage power stations from the perspective ofmulti-energy complementarity

6) “源网荷储”共赢: ①抽水蓄能电站能对当地电网负荷和电力消纳发挥重要调节作用; ②数字化系统能实时监测电力供给与消纳, 及时调整抽水蓄能电站运行, 优化电力调度; ③抽水蓄能电站在多能互补中, 能对当地风光清洁能源发挥重要调节作用; ④有适合清洁能源交易的电价机制, 保障抽水蓄能电站投资的合理收益。

3 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的关键要素

3.1 政策支持

政策支持是多能互补视角下抽水蓄能电站的一个关键管理要素。在国家“双碳”目标的推动下, 随着风光水清洁能源电站大量建设, 抽水蓄能电站得到快速的发展, 国家和地方政府都出台相关政策, 支持抽水蓄能电站的开发[24–25]。辽宁省在“十四五”期间规划建设 11 座抽水蓄能电站, 开工建设总装机容量 1360 万千瓦[26]。现有的相关政策聚焦于抽水蓄能电站的开发建设, 较少涉及抽水蓄能电站的运营管理。例如, 抽水蓄能电站跨省区电力交易尚不完善, 可出台相关政策, 以便实现大范围清洁电源优化配置, 避免抽水蓄能电站快速发展过程中布局不合理的问题。

3.2 电力市场需求

电力市场需求是抽水蓄能电站的一个关键管理要素。由表 1 可知, “当地电力市场需求空间大, 能消纳风光水储电站所生产的绿电”得分为 3.98, 总体得分排名第六, 表明清洁电源的消纳问题值得关注。2022 年, 我国的水风光核等清洁电源发电量为2.96 亿千瓦[27], 然而, 到 2025 年, 我国规划抽水蓄能投产总规模 6200 万千瓦以上[24]。因此, 需加强电力输送通道建设和完善清洁电源交易机制, 确保清洁电源的消纳。

3.3 先进技术与设备

先进技术与设备在多能互补视角下抽水蓄能电站的运营管理中不可忽视。在调研过程中, 我们发现技术与设备的挑战集中在抽水蓄能电站的智能化管理方面。1)电站业务数据整合程度不高, 存在信息数据孤岛运行、业务系统融合度不高以及信息分析利用程度低等问题。2)当前电网具有大功率远距离输电、微电网发展迅速、新能源接入爆炸式增长的特点, 抽水蓄能电站对发电机组的响应速度、功率调节、运行方式多样等管理要求日益提高。3)安全监测系统智能化程度不足。针对以上问题, 应加强智能化电站建设, 基于信息技术实现电站各类系统智能运行、诊断、预警和调控。

3.4 激励机制与收益分配

多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理需要关注激励机制与收益分配。由表 1 可知, “有完善的抽水蓄能电站运营绩效考核与激励机制, 促进运营管理水平不断提升”的得分为 4.04, 总体得分排名第二, 表明抽水蓄能电站建有体系化的激励考核制度, 能保障抽水蓄能电站的运行。“多能互补参与方责权利分配明确, 保障合理分享抽水蓄能电站产生的收益”得分为 3.95, 总体得分排名第九, 表明各方责权利分配机制建立还需加强。多能互补视角下抽水蓄能电站与利益相关方的合作问题, 主要是抽水蓄能电站与电网间的收益分配问题。当抽水蓄能电站和电网不存在隶属关系时, 抽水蓄能电站需要亲自与电网协商谈判, 以便纳入电网调度。

3.5 多能互补智慧管理

多能互补智慧管理是抽水蓄能电站运营管理的一个关键管理因素。由表 1 可知, “有匹配的多能互补运行机制, 规范的清洁电源并网流程, 保障抽水蓄能电站顺利运营”的得分为 3.98(总体得分排名第六), “建设有数字化系统, 实现“源网荷储”一体化管理, 提升电力系统对多样化电源综合响应、调度与协调能力”的得分为 3.92(总体得分排名第十), 表明已经建立较为完善的多能互补运行机制, 但基于数字化系统进行“源网荷储”一体化高效管理还有提升空间。在多能互补智慧管理中, 要求抽水蓄能电站与风光水电站紧密联系, 发挥自身消纳清洁电源的作用, 提升可再生能源的利用效率。通过实地调研发现, 抽水蓄能与风光水电源间的联系不紧密, 处于相对独立的状态, 很难组成风储互补、光储互补、风光水储互补的电源系统, 风光水电源与抽水蓄能电站无法直接并网, 要通过电网协调来实现多能互补, 但电网还在数字化转型中, 智慧电网的建设和应用还不成熟, 没有在区域内很好地实现多能互补的协同运行调度。

3.6 “源网荷储”共赢

“源网荷储”共赢是多能互补视角下抽水蓄能电站需要关注的运营管理要素。由表 1 所示, “抽水蓄能电站能对当地电网负荷和电力消纳发挥重要调节作用”的得分为 4.05, 排名第一; “抽水蓄能电站在多能互补中, 能对当地风光清洁能源发挥重要调节作用”的得分为 4.02, 排名第三; “数字化系统能实时监测电力供给与消纳, 及时调整抽水蓄能电站运行, 优化电力调度”的得分为 3.96, 排名第八; “有适合清洁能源交易的电价机制, 保障抽水蓄能电站投资的合理收益”的得分为 3.91, 排名第十一。以上情况表明, 抽水蓄能电站能消纳清洁电源并调节当地电网负荷, 为当地电网稳定运行做出贡献, 但同时抽水蓄能电站在数字化系统方面还存在不足, 而且缺乏一个能够保障抽水蓄能电站投资合理收益的电价机制。

抽水蓄能电价的确定受国家发改委电价指导, 现有抽水蓄能电价执行两部制电价政策, 包括以下方式: 以竞争性方式确定电量电价, 抽水蓄能电站通过电量电价回收抽水、发电的运行成本; 以政府核定方式确定容量电价, 抽水蓄能电站通过容量电价回收抽发运行成本外的其他成本, 并获得合理收益[28]。但是, 电价的确定仍不明确, 同时缺乏市场化竞价机制, 清洁能源电力市场建设还不完善。例如, 政府规定抽水蓄能电站容量电费需要在多个省级电网分摊, 目前区域内电网容量电费的分摊比例尚不明确。

抽水蓄能电站建设的目的是消纳新能源电站的电力, 稳定电力系统。实现“源网荷储”共赢, 需要抽水蓄能电站的可持续运营。首先, 要发挥抽水蓄能电站自身的储能功能, 对风光水电源发挥消纳调节作用, 同时也要对当地电网负荷和电力消纳发挥重要调节作用。其次, 需要通过建设智慧电网保证多能互补, 包括内部微电网和外部大电网的建设, 抽水蓄能电站通过数字化系统实时监测电力供给与消纳, 配合电网调整电站运营, 优化电力调度。最后, 必须建立有竞争性的电价机制, 使抽水蓄能电站的电价相对火力发电在电力市场具有竞争力, 通过电价保证抽水蓄能电站的合理收益, 促进电站可持续运营。

4 多能互补视角下抽水蓄能电站发展的建议

4.1 构建多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系

系统聚类分析结果表明, 多能互补视角下抽水蓄能电站的运营管理需综合考虑以下 6 个管理要素: 政策支持、电力市场需求、先进的技术和设备、激励机制和收益分配、多能互补智慧管理以及“源网荷储”共赢。多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理以风光水储多能互补、平衡电力供需和保障各方投资收益为目标, 综合考虑 6 个管理要素, 构建多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系, 如图 3所示。

4.2 多能互补视角下抽水蓄能电站的相关方管理

多能互补视角下抽水蓄能电站的相关方管理需要综合考虑运营管理关键要素中的政策支持、电力市场需求、激励机制与收益分配。多能互补视角下抽水蓄能电站涉及的相关方主要包括电力管理部门、相关管理部门、电网公司、风光水电源与抽水蓄能电站和用电户[20,28]。电力管理部门制定管理制度, 落实相关政策, 审查管理电网公司、风光水电源和抽水蓄能电站, 并对电力市场进行监督, 同时可提供税收优惠或补贴来激励电网公司和抽水蓄能电站的合作。电力企业间可创建一个以电网公司为核心的综合协调机制, 涵盖风光水储等多种能源形式, 确保各能源间的有效协同和互补, 在此基础上, 以合同形式确定一个公平合理的收益分配方案, 确保所有参与方都能从中获得适当的收益。相关政府管理部门协调和配合电力管理部门。电网公司负责统筹和协调风光水电源与抽水蓄能电站间的多能互补。抽水蓄能电站对接电网公司, 通过电网公司与风光水电源并网, 稳定电力系统, 消纳清洁电源。工业、农业、居民和商业等用电户既是电力市场中的消费者, 也具备社会监督职责。多能互补视角下抽水蓄能电站相关方管理组织架构如图 4 所示。

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图3 多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系

Fig. 3 Operations management system of pumped storage power stations from the perspective ofmulti-energy complementarity

4.3 抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理

多能互补视角下抽水蓄能电站的相关方管理需要综合考虑先进技术与设备、多能互补智慧管理以及“源网荷储”共赢, 实现抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理。抽水蓄能电站具有调峰、填谷、调频、调相、储能、事故备用和黑启动等多种功能[7,9], 既要通过先进技术与设备, 使抽水蓄能电站能够稳定电力系统, 调节当地电网负荷, 又要通过多能互补智慧管理, 促进抽水蓄能电站消纳风光水电源电力[28]。同时, 还要从“源网荷储”共赢的角度出发, 使抽水蓄能电站在电网调节与新能源消纳综合管理中实现动态平衡。本研究搭建抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理架构, 如图 5 所示。

从稳定电力系统和调节当地电网负荷的角度看, 抽水蓄能电站应建立数字化信息管理系统, 利用数字技术收集信息, 推动抽水蓄能电站运营管理的智能化。同时, 抽水蓄能电站要确保使用先进技术与设备, 提升自身的抽蓄发电能力和效率。

在消纳清洁电源方面, 应及时将抽水蓄能电站与电网公司并网, 通过电网公司来完善抽水蓄能电站与风光水电源输电线路建设, 搭建“源网荷储”一体化管理系统, 运用信息技术, 精确地计算风光水电源的电力生产情况以及抽水蓄能电站对风光水电源的消纳情况, 通过电网公司实现对抽水蓄能电站资源利用精确管理, 充分发挥自身储能作用。

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图4 多能互补视角下抽水蓄能电站相关方管理组织架构

Fig. 4 Organizations structure for stakeholder management of pumped storage power stations from the perspective of multi-energy complementarity

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图5 抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理架构

Fig. 5 Integrated management framework for grid regulation and renewable energy absorption at pumped storage power stations

4.4 “源网荷储”一体化智慧管理

多能互补视角下抽水蓄能电站的相关方管理需要综合考虑电力市场需求、多能互补智慧管理和“源网荷储”共赢, 通过搭建一体化管理系统, 实现“源网荷储”一体化智慧管理。信息技术在“源网荷储”管理中的应用需要将抽水蓄能电站与电网公司并网整体考虑, 以及时稳定消纳清洁电源、调节当地电网负荷满足电力市场需求为出发点, 结合各类风光水电源的业务活动, 搭建“源网荷储”一体化管理系统[29], 如图 6 所示。

“源网荷储”一体化管理系统以电网公司与抽水蓄能并网为核心, 对接风光水电源, 消纳风光水电源电力, 保障电力系统稳定运行, 满足当地工业、农业、商业和居民的用电需求。“源网荷储”一体化管理系统主要包括检测智慧化、传输智慧化和运维智慧化, 通过“源网荷储”一体化管理系统来保障抽水蓄能电站智慧调节当地电网负荷和电力消纳、智慧吸收和储存风光水电源。

1)检测智慧化。通过设置智能检测设施, 建设智慧感知体系, 实时监测风光水电源与抽水蓄能电站的发电情况、当地电网的运行情况和用电户的用电情况, 实现区域内“源网荷储”全范围实时监控。

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图6 “源网荷储”一体化管理系统

Fig. 6 “Source-Grid-Load-Storage” integrated management system

2)传输智慧化。实时收集、汇总智能检测设施上传的数据, 统一数据编码和数据格式, 构建数据库并实时更新, 以便支撑智慧电网的运转, 通过“源网荷储”一体化管理系统来协调抽水蓄能电站消纳风光水电源, 调节电网负荷。

3)运维智慧化。建立风光水储资源调度控制、电站设施控制和电力系统传输控制等控制体系, 利用物联网和信息技术, 基于智能检测设施的数据集成分析, 通过 AI 系统的辅助进行智慧决策, 高效地调配电力资源, 提升风光水电源的发电效率和抽水蓄能电站的运营效率, 确保通过清洁电源满足当地用电需求, 逐步淘汰火力等非清洁电源。

5 结论

本文以辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站为研究案例, 搭建多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理框架, 并基于管理框架设计调研问卷, 分析多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理的影响因素。研究结果表明, 多能互补视角下影响抽水蓄能电站的关键管理要素可以分为 6 类: 1)政策支持; 2)电力市场需求; 3)先进的技术和设备; 4)激励机制与收益分配; 5)多能互补智慧管理; 6)“源网荷储”共赢。针对多能互补视角下抽水蓄能电站不同关键管理要素, 建立多能互补视角下抽水蓄能电站运营管理体系, 并搭建多能互补视角下抽水蓄能电站相关方管理组织架构、抽水蓄能电站电网调节与新能源消纳综合管理架构以及”源网荷储”一体化管理系统, 为多能互补视角下抽水蓄能电站优化运营管理提供参考。

本研究数据来源于辽宁省抚顺市清原抽水蓄能电站的相关参建方及运营管理单位, 未来的研究中可以扩大数据收集范围, 同时将多能互补视角下的抽水蓄能电站运营管理拓展到抽水蓄能电站与风、光、水清洁能源电站组成的清洁能源基地一体化运营管理研究。

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Influencing Factors of Pumped Storage Power Stations from the Perspective of Multi-Energy Complementarity: A Case Study of Liaoning Qingyuan Pumped Storage Power Station

MENG Xiangxin, LI Shaoyi, HU Senchang, TANG Wenzhe

State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering, School of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084; †Corresponding author, E-mail: twz@tsinghua.edu.cn

Abstract Taking Qingyuan Pumped Storage Power Station, Fushun City, Liaoning Province, as a case study, this paper proposes an operations management framework for pumped storage power stations from the perspective of multi-energy complementarity. Through the design of an operations management questionnaire, along with on-site inspections and questionnaire distribution, the influencing factors of operations management of pumped storage power stations from a multi-energy complementarity viewpoint was surveyed. Using mean analysis, the main issues in the operations management of pumped storage power stations from a multi-energy complementarity perspective are the determination of electricity pricing mechanisms, allocation of responsibilities and rights among stakeholders, and the lack of application of digital management technologies. By employing system clustering methods, the key influencing factors of the operations management of pumped storage power stations from the perspective of multi-energy complementarity are divided into six categories: policy support, power market demand, advanced technology and equipment, incentive mechanisms and profitability, intelligent management of multi-energy complementarity, and mutually-beneficial and win-win cooperation between "source-grid-load-storage". Based on the analysis of the current state of key management elements, a management system for pumped storage power stations from the perspective of multi-energy complementarity is proposed, as well as an organizational structure for stakeholders of pumped storage power stations. Based on the above, strategies for stakeholder management, adjustment of the power grid and integrated management of new energy consumption for pumped storage power stations, and strategies for building an integrated smart grid for “source-grid-load-storage” are proposed.

Key words multi-energy complementarity; source-grid-load-storage; pumped stoarge power stations; operations management

国家自然科学基金(72171128)、清华大学水圈科学与水利水电工程国家重点实验室项目(2022-KY-04)和中国华能有限集团科技项目(HNKJ23-H4)资助