1、抽水蓄能電站基本知識摘要：隨著國家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模越來越大，抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的作用與地位日趨顯著，已從早期的調(diào)峰填谷改善電源品質(zhì)逐步過渡到電力系統(tǒng)不可或缺的管理工具，得到了水電建設(shè)部門與運(yùn)行管理機(jī)構(gòu)的高度重視。抽水蓄能電站，是一種具有啟動快、負(fù)荷跟蹤迅速和快速反應(yīng)的特殊電站。本文主要介紹抽水蓄能電站的一些基本知識，包括抽水蓄能電站的工作原理及其功能，適用的電力系統(tǒng)，還有它的靜態(tài)效益和動態(tài)效益，以及電站的特點與組成。關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站 原理 功能 經(jīng)濟(jì)效益Summary:With China's rapid economic development, increasingl

2、y large grid, pumped in the increasingly significant role of power and status, has been moved from the earlier peak to improve power quality and gradual transition to an essential aspect of electric power system management tools, get water and electricity construction sector and management body atta

3、ches. Pumped storage power station, is a quick startup, load following the rapid and special rapid reaction of power station. This article focuses on some basic knowledge of the pumped storage power station, including the principle and function of pumped-storage power station, for electric power sys

4、tem, as well as its static efficiency and dynamic efficiency, as well as the characteristics and composition of the power station.Keywords: Pumped storage power station ，Principle，F(xiàn)unction，Economic benefits一、抽水蓄能電站工作原理電力的生產(chǎn)、輸送和使用是同時發(fā)生的，一般情況下又不能儲存，而電力負(fù)荷的需求卻瞬息萬變。一天之內(nèi)，白天和前半夜的電力需求較高；下半夜大幅度地下跌，低谷有時只及高峰的一

5、半甚至更少。鑒于這種情況，發(fā)電設(shè)備在負(fù)荷高峰時段要滿發(fā)，而在低谷時段要壓低出力，甚至得暫時關(guān)閉，為了按照電力需求來協(xié)調(diào)使用有關(guān)的發(fā)電設(shè)備，需采取一系列的措施。抽水蓄能電站就是為了解決電網(wǎng)高峰、低谷之間供需矛盾而產(chǎn)生的，是間接儲存電能的一種方式。它利用下半夜過剩的電力驅(qū)動水泵，將水從下水庫抽到上水庫儲存起來，然后在次日白天和前半夜將水放出發(fā)電，并流入下水庫。在整個運(yùn)作過程中，雖然部分能量會在轉(zhuǎn)化時流失，但相比之下，使用抽水蓄能電站仍然比增建煤電發(fā)電設(shè)備來滿足高峰用電而在低谷時壓荷、停機(jī)這種情況來得便宜，效益更佳。除此以外，抽水蓄能電站還能擔(dān)負(fù)調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等動態(tài)功能。因而抽水蓄能電站既是電

6、源點，又是電力用戶；并成為電網(wǎng)運(yùn)行管理的重要工具，是確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定生產(chǎn)的支柱。抽水蓄能電站有發(fā)電和抽水兩種主要運(yùn)行方式，在兩種運(yùn)行方式之間又有多種從一個工況轉(zhuǎn)到另一工況的運(yùn)行。二、抽水蓄能電站的功能(1) 發(fā)電功能 常規(guī)水電站最主要的功能是發(fā)電，即向電力系統(tǒng)提供電能，通常的年利用時數(shù)較高，一般情況下為30005000h。蓄能電站本身不能向電力系統(tǒng)供應(yīng)電能，它只是將系統(tǒng)中其他電站的低谷電能和多余電能，通過抽水將水流的機(jī)械能變?yōu)閯菽埽嫘钣谏纤畮熘校诫娋W(wǎng)需要時放水發(fā)電。蓄能機(jī)組發(fā)電的年利用時數(shù)一般在8001000h 之間。蓄能電站的作用是實現(xiàn)電能在時間上的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過抽水和發(fā)電兩種環(huán)節(jié)

7、，它的綜合效率為75%左右。 (2) 調(diào)峰功能 具有日調(diào)節(jié)以上功能的常規(guī)水電站，通常在夜間負(fù)荷低谷時不發(fā)電，而將水量儲存于水庫中，待尖峰負(fù)荷時集中發(fā)電，即通常所謂帶尖峰運(yùn)行。而蓄能電站是利用夜間低谷時其他電源(包括火電站、核電站和水電站)的多余電能，抽水至上水庫儲存起來，待尖峰負(fù)荷時發(fā)電。因此，蓄能電站抽水時相當(dāng)于一個用電大戶，其作用是把日負(fù)荷曲線的低谷填平了，即實現(xiàn)"填谷"。"填谷"的作用使火電出力平衡，可降低煤耗，從而獲得節(jié)煤效益。蓄能電站同時可以使徑流式水電站原來要棄水的電能得到利用。(3) 調(diào)頻功能 調(diào)頻功能又稱旋轉(zhuǎn)備用或負(fù)荷自動跟隨功能。常規(guī)水

8、電站和蓄能電站都有調(diào)頻功能，但在負(fù)荷跟蹤速度和調(diào)頻容量變化幅度上蓄能電站更為有利。常規(guī)水電站自起動到滿載一般需數(shù)分鐘。而抽水蓄能機(jī)組在設(shè)計上就考慮了快速起動和快速負(fù)荷跟蹤的能力。現(xiàn)代大型蓄能機(jī)組可以在一兩分鐘之內(nèi)從靜止達(dá)到滿載，增加出力的速度可達(dá)每秒1 萬kW，并能頻繁轉(zhuǎn)換工況。最突出的例子是英國的迪諾威克蓄能電站，其6 臺300MW 機(jī)組設(shè)計能力為每天起動36 次；每天工況轉(zhuǎn)換40 次；6 臺機(jī)處于旋轉(zhuǎn)備用時可在10s達(dá)到全廠出力1320MW。(4) 調(diào)相功能 調(diào)相運(yùn)行的目的是為穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，包括發(fā)出無功的調(diào)相運(yùn)行方式和吸收無功的進(jìn)相運(yùn)行方式。常規(guī)水電機(jī)組的發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為0.850.9，機(jī)

9、組可以降低功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無功，實現(xiàn)調(diào)相功能。抽水蓄能機(jī)組在設(shè)計上有更強(qiáng)的調(diào)相功能，無論在發(fā)電工況或在抽水工況，都可以實現(xiàn)調(diào)相和進(jìn)相運(yùn)行，并且可以在水輪機(jī)和水泵兩種旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行，故其靈活性更大。另外，蓄能電站通常比常規(guī)水電站更靠近負(fù)荷中心，故其對穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用要比常規(guī)水電機(jī)組更好。(5) 事故備用功能 有較大庫容的常規(guī)水電站都有事故備用功能。(6) 黑啟動功能 黑啟動是指出現(xiàn)系統(tǒng)解列事故后，要求機(jī)組在無電源的情況下迅速起動。三、抽水蓄能電站適用的電力系統(tǒng)由于能源在地區(qū)分布上的差別，電網(wǎng)的構(gòu)成也有所不同，大致可分為兩類：一類是以火電（包括核電）為主；另一類是以水電為主或水火比例大致相當(dāng)。根

10、據(jù)我國各地區(qū)、各電網(wǎng)的具體情況，抽水蓄能電站適用于以下情況：（1）以火電為主的、沒有水電或水電很少的電網(wǎng)。這些電網(wǎng)需要抽水蓄能電站承擔(dān)調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相和緊急事故備用。（2）雖然有水電，但水電的調(diào)蓄性能較差的電網(wǎng)。如具有年調(diào)節(jié)及以上能力的水電站比例較小，枯水期可利用水電進(jìn)行調(diào)峰，汛期水電失去調(diào)節(jié)能力，若要利用水電調(diào)峰，則只能被迫采取棄水調(diào)峰方式。在這樣的電網(wǎng)，配備了抽水蓄能電站后，可吸收汛期基荷電，將其轉(zhuǎn)化為峰荷電，從而減少或避免汛期棄水，提高經(jīng)濟(jì)效益并改善水電汛期運(yùn)行狀況，較大地改善電網(wǎng)的運(yùn)行條件。（3）沿海地區(qū)的省份，不但火電比例較大，而且還有核電站。如廣東已有大亞灣核電站、浙江已有秦山

11、核電站，江蘇的連云港核電站正在建設(shè)，遼寧、山東、福建等省正在籌建核電站。我國的核電站多是按基荷方式運(yùn)行設(shè)計的，一則是為保證核電機(jī)組的安全，再則是為提高利用小時數(shù)，降低上網(wǎng)電價。為此，必須有抽水蓄能電站與之配合運(yùn)行，如廣州抽水蓄能電站與大亞灣核電站配合的成功經(jīng)驗。（4）遠(yuǎn)距離送電的受電區(qū)。如我國“西電東送”工程，西部電源點和東部受電區(qū)之間的距離都在10002000km甚至 2500km 以上，除保證安全供電外，還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)效益問題。輸電距離遠(yuǎn)到一定限度后，送基荷將比送峰荷經(jīng)濟(jì)，特別是電價改革后，上網(wǎng)峰谷電價差增大，受電區(qū)自然要求買便宜的低谷電，但不能解決缺調(diào)峰容量的矛盾。如在受電當(dāng)?shù)刈越ǔ樗钅?/p>

12、電站后，可將低谷電加工成尖峰電，經(jīng)濟(jì)效益更好。（5）風(fēng)電比例較高或風(fēng)能資源比較豐富的省（自治區(qū)）。這些電網(wǎng)配備了抽水蓄能電站后，可把隨機(jī)的、質(zhì)量不高的電量轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的、高質(zhì)量的峰荷。四、抽水蓄能電站靜態(tài)效益抽水蓄能電站在電網(wǎng)中由頂峰填谷作用而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，稱為靜態(tài)效益。包括：（1）容量效益：抽水蓄能電站是調(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷曲線高峰和低谷之間差距的有效措施。負(fù)荷高峰時段，它可以作為水電站發(fā)電，擔(dān)負(fù)電網(wǎng)尖峰容量；用電低谷時段，則可作為電網(wǎng)用戶，吸收低谷電量抽水蓄能，減少負(fù)荷峰谷差。因此抽水蓄能電站可減少火電機(jī)組的日出力變幅，使其在高效區(qū)運(yùn)行，增加發(fā)電量，并使核電和大型火電機(jī)組穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。抽水蓄能電站

13、一般無防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用要求，建設(shè)成本低。建設(shè)周期比常規(guī)水電站要短，運(yùn)行費(fèi)用比火電站要低。在電網(wǎng)中缺少調(diào)峰電源時，建設(shè)抽水蓄能電站可減少火電或其它類型電源的裝機(jī)容量，改變能源結(jié)構(gòu)，減少總的電力建設(shè)投資。（2）能量轉(zhuǎn)換效益：抽水蓄能電站通過能量轉(zhuǎn)換，將成本低的低谷電能轉(zhuǎn)換為價值高的峰荷電能。（3）節(jié)煤效益：抽水蓄能機(jī)組的投人，使電網(wǎng)負(fù)荷分配得到調(diào)整，火電盡量擔(dān)負(fù)基荷和腰荷，從而使火電總平均煤耗下降。五、抽水蓄能電站的動態(tài)效益 抽水蓄能電站具有調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)相等作用，還可承擔(dān)緊急事故備用，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。這些動態(tài)效益高于其靜態(tài)效益，主要包括： （1）調(diào)峰效益：抽水蓄能機(jī)組因為結(jié)構(gòu)簡

14、單，控制方便，可以隨需要增加功率或減少功率，因而有效地減輕了火電機(jī)組(包括燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組)的調(diào)峰負(fù)擔(dān)（大型火力發(fā)電機(jī)組及核電機(jī)組不適于變化負(fù)荷下運(yùn)行，并且有最小的出力限制，大型火力發(fā)電機(jī)組最小技術(shù)限制出力為額定出力70%左右，核電機(jī)組為80-90%左右）。蓄能機(jī)組具有可以隨時將其出力調(diào)整在額定出力的50 105 或更寬大的范圍內(nèi)用以適應(yīng)電網(wǎng)的負(fù)荷需要，如此電網(wǎng)調(diào)度無需頻繁調(diào)整火電機(jī)組之出力，使火電機(jī)組的負(fù)荷相對穩(wěn)定，從而節(jié)省火電廠的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。因此，蓄能電站抽水時相當(dāng)于一個用電大戶其作用是把日負(fù)荷曲線的低谷填平了，即實現(xiàn)"填谷"。"填谷"的作用使火電出

15、力平衡，可降低煤耗，從而獲得節(jié)煤效益。蓄能電站同時可以使徑流式水電站原來要棄水的電能得到利用。在整個運(yùn)作過程中，雖然部分能量會在轉(zhuǎn)化時流失，但相比之下，使用抽水蓄能電站仍然比增建煤電發(fā)電設(shè)備來滿足高峰用電而在低谷時壓荷、停機(jī)這種情況來得便宜，效益更佳。（2）調(diào)頻效益：抽水蓄能機(jī)組調(diào)節(jié)靈活，出力變化可以從0 到100%，可以快速起動，隨時增荷或減荷，起到調(diào)整周波的作用，有助于保持頻率并提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。調(diào)頻在電網(wǎng)頻率下降至設(shè)定值時，蓄能機(jī)組會自動從水泵工況、調(diào)相工況和停機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為發(fā)電工況，把電網(wǎng)頻率調(diào)整到設(shè)定值。常規(guī)水電站自起動到滿載一般需數(shù)分鐘。而抽水蓄能機(jī)組在設(shè)計上就考慮了快速起動和快速負(fù)荷

16、跟蹤的能力。現(xiàn)代大型蓄能機(jī)組可以在一兩分鐘之內(nèi)從靜止達(dá)到滿載，增加出力的速度可達(dá)每秒1 萬kW，并能頻繁轉(zhuǎn)換工況。最突出的例子是英國的迪諾威克蓄能電站，其6 臺300MW 機(jī)組設(shè)計能力為每天起動36 次；每天工況轉(zhuǎn)換40 次；6臺機(jī)處于旋轉(zhuǎn)備用時可在10s達(dá)到全廠出力1320MW。（3）負(fù)荷跟隨效益：電網(wǎng)負(fù)荷總是在不斷的變化，當(dāng)負(fù)荷急劇變化時，抽水蓄能機(jī)組與火電或其它類型機(jī)組相比，其負(fù)荷跟隨很快，爬坡能力較強(qiáng)。（4）旋轉(zhuǎn)備用(事故備用)效益：現(xiàn)代電網(wǎng)一般應(yīng)儲備一定量的備用容量，蓄能機(jī)組可以作為熱備用容量，用以應(yīng)付不可預(yù)見的負(fù)荷需要，這樣可以節(jié)省火電機(jī)組的啟動費(fèi)用，減少或避免備用火電機(jī)組低出力(

17、負(fù)荷)時的運(yùn)行費(fèi)用。抽水蓄能機(jī)組作為水力機(jī)組可以方便地處于旋轉(zhuǎn)備用狀態(tài)，以利快速地承擔(dān)事故備用。抽水蓄能電站能夠快速啟動機(jī)組，迅速轉(zhuǎn)換工況，但因其水庫庫容較小，所起作用與具有較大庫容的常規(guī)水電站有所區(qū)別，一般只能擔(dān)任短時間的事故備用。在發(fā)電工況下，可利用抽水蓄能電站運(yùn)行中的空閑容量，短時間內(nèi)加大出力；在停機(jī)狀態(tài)下，亦可緊急啟動，從而達(dá)到短時應(yīng)急事故備用的目的。在水泵工況下，可停止抽水，快速切換至發(fā)電工況。 （5）調(diào)相效益：抽水蓄能機(jī)組由于其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點，可以方便地做調(diào)相運(yùn)行。可以向電網(wǎng)輸送無功用以提高電網(wǎng)電壓，也可以從電網(wǎng)中吸收無功用以降低電網(wǎng)電壓，這樣不但可以保持電網(wǎng)電穩(wěn)定而且可以減少電網(wǎng)的

18、網(wǎng)損。不但在空閑時可供調(diào)相用，在發(fā)電和抽水時也可調(diào)相，既可以發(fā)出無功功率提高電力系統(tǒng)電壓，也可以吸收無功功率降低電力系統(tǒng)電壓，尤其是在抽水工況調(diào)相時，經(jīng)常進(jìn)相吸收無功功率，有時進(jìn)相很深，持續(xù)時間很長，這種情況是其他發(fā)電機(jī)組達(dá)不到的，只有抽水蓄能機(jī)組才能做到。另外，抽水蓄能機(jī)組在調(diào)相運(yùn)行完成后可以快速地轉(zhuǎn)為發(fā)電或抽水。（6）提高電網(wǎng)可靠性：蓄能機(jī)組的高度靈活性和快速啟動能力，可大大減少電網(wǎng)中強(qiáng)迫停運(yùn)的時間和次數(shù)，因而可大大增加電網(wǎng)的可靠性。（7）特殊作用：為電網(wǎng)做特殊負(fù)荷作用，由于蓄能機(jī)組既可作為電源又可作為負(fù)荷，這可為大火電機(jī)組的調(diào)試投產(chǎn)提供負(fù)荷作用，保證火電機(jī)組的調(diào)試順利進(jìn)行，避免了大火電機(jī)組甩負(fù)荷時對電網(wǎng)造成的劇烈沖擊。六、抽水蓄能電站特點（1）需要水但基本上不耗水，故其規(guī)模不像常規(guī)水電那樣取決于所在站址的來水流量和落差，而主要取決于上下池容積和落差，更主要的是取決于所在電網(wǎng)可供低谷時抽水的電量。（2）電站型式很多，適應(yīng)性強(qiáng)，可視情況選定，在山區(qū)、江河梯級、平原均可修建抽水蓄能電站，關(guān)鍵在于因地制宜擇優(yōu)選擇。七、抽水蓄能電站的組成部分（1）上水庫 抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設(shè)施，電網(wǎng)負(fù)荷低谷時段可將抽上來的水儲存在庫內(nèi)，負(fù)荷高峰時段由水庫放下來發(fā)電。輸水系統(tǒng)是輸送水量的工程設(shè)施，在水泵工況(抽水)把下水庫的水量