1、抽水蓄能電站基本知識摘要：隨著國家經濟的高速發展，電網規模越來越大，抽水蓄能電站在電網中的作用與地位日趨顯著，已從早期的調峰填谷改善電源品質逐步過渡到電力系統不可或缺的管理工具，得到了水電建設部門與運行管理機構的高度重視。抽水蓄能電站，是一種具有啟動快、負荷跟蹤迅速和快速反應的特殊電站。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，還有它的靜態效益和動態效益，以及電站的特點與組成。關鍵詞：抽水蓄能電站 原理 功能 經濟效益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，Function，Economic benefits一、抽水蓄能電站工作原理電力的生產、輸送和使用是同時發生的，一般情況下又不能儲存，而電力負荷的需求卻瞬息萬變。一天之內，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，發電設備在負荷高峰時段要滿發，而在低谷時段要壓低出力，甚至得暫時關閉，為了按照電力需求來協調使用有關的發電設備，需采取一系列的措施。抽水蓄能電站就是為了解決電網高峰、低谷之間供需矛盾而產生的，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電，并流入下水庫。在整個運作過程中，雖然部分能量會在轉化時流失，但相比之下，使用抽水蓄能電站仍然比增建煤電發電設備來滿足高峰用電而在低谷時壓荷、停機這種情況來得便宜，效益更佳。除此以外，抽水蓄能電站還能擔負調頻、調相和事故備用等動態功能。因而抽水蓄能電站既是電

6、源點，又是電力用戶；并成為電網運行管理的重要工具，是確保電網安全、經濟、穩定生產的支柱。抽水蓄能電站有發電和抽水兩種主要運行方式，在兩種運行方式之間又有多種從一個工況轉到另一工況的運行。二、抽水蓄能電站的功能(1) 發電功能 常規水電站最主要的功能是發電，即向電力系統提供電能，通常的年利用時數較高，一般情況下為30005000h。蓄能電站本身不能向電力系統供應電能，它只是將系統中其他電站的低谷電能和多余電能，通過抽水將水流的機械能變為勢能，存蓄于上水庫中，待到電網需要時放水發電。蓄能機組發電的年利用時數一般在8001000h 之間。蓄能電站的作用是實現電能在時間上的轉換。經過抽水和發電兩種環節

7、，它的綜合效率為75%左右。 (2) 調峰功能 具有日調節以上功能的常規水電站，通常在夜間負荷低谷時不發電，而將水量儲存于水庫中，待尖峰負荷時集中發電，即通常所謂帶尖峰運行。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，待尖峰負荷時發電。因此，蓄能電站抽水時相當于一個用電大戶，其作用是把日負荷曲線的低谷填平了，即實現"填谷"。"填谷"的作用使火電出力平衡，可降低煤耗，從而獲得節煤效益。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) 調頻功能 調頻功能又稱旋轉備用或負荷自動跟隨功能。常規水

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

9、組可以降低功率因數運行，多發無功，實現調相功能。抽水蓄能機組在設計上有更強的調相功能，無論在發電工況或在抽水工況，都可以實現調相和進相運行，并且可以在水輪機和水泵兩種旋轉方向進行，故其靈活性更大。另外，蓄能電站通常比常規水電站更靠近負荷中心，故其對穩定系統電壓的作用要比常規水電機組更好。(5) 事故備用功能 有較大庫容的常規水電站都有事故備用功能。(6) 黑啟動功能 黑啟動是指出現系統解列事故后，要求機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由于能源在地區分布上的差別，電網的構成也有所不同，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。根

10、據我國各地區、各電網的具體情況，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。這些電網需要抽水蓄能電站承擔調峰填谷、調頻、調相和緊急事故備用。（2）雖然有水電，但水電的調蓄性能較差的電網。如具有年調節及以上能力的水電站比例較小，枯水期可利用水電進行調峰，汛期水電失去調節能力，若要利用水電調峰，則只能被迫采取棄水調峰方式。在這樣的電網，配備了抽水蓄能電站后，可吸收汛期基荷電，將其轉化為峰荷電，從而減少或避免汛期棄水，提高經濟效益并改善水電汛期運行狀況，較大地改善電網的運行條件。（3）沿海地區的省份，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，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行設計的，一則是為保證核電機組的安全，再則是為提高利用小時數，降低上網電價。為此，必須有抽水蓄能電站與之配合運行，如廣州抽水蓄能電站與大亞灣核電站配合的成功經驗。（4）遠距離送電的受電區。如我國“西電東送”工程，西部電源點和東部受電區之間的距離都在10002000km甚至 2500km 以上，除保證安全供電外，還應考慮經濟效益問題。輸電距離遠到一定限度后，送基荷將比送峰荷經濟，特別是電價改革后，上網峰谷電價差增大，受電區自然要求買便宜的低谷電，但不能解決缺調峰容量的矛盾。如在受電當地自建抽水蓄能

12、電站后，可將低谷電加工成尖峰電，經濟效益更好。（5）風電比例較高或風能資源比較豐富的省（自治區）。這些電網配備了抽水蓄能電站后，可把隨機的、質量不高的電量轉換為穩定的、高質量的峰荷。四、抽水蓄能電站靜態效益抽水蓄能電站在電網中由頂峰填谷作用而產生的經濟效益，稱為靜態效益。包括：（1）容量效益：抽水蓄能電站是調節電網負荷曲線高峰和低谷之間差距的有效措施。負荷高峰時段，它可以作為水電站發電，擔負電網尖峰容量；用電低谷時段，則可作為電網用戶，吸收低谷電量抽水蓄能，減少負荷峰谷差。因此抽水蓄能電站可減少火電機組的日出力變幅，使其在高效區運行，增加發電量，并使核電和大型火電機組穩定經濟運行。抽水蓄能電站

13、一般無防洪、灌溉、航運等綜合利用要求，建設成本低。建設周期比常規水電站要短，運行費用比火電站要低。在電網中缺少調峰電源時，建設抽水蓄能電站可減少火電或其它類型電源的裝機容量，改變能源結構，減少總的電力建設投資。（2）能量轉換效益：抽水蓄能電站通過能量轉換，將成本低的低谷電能轉換為價值高的峰荷電能。（3）節煤效益：抽水蓄能機組的投人，使電網負荷分配得到調整，火電盡量擔負基荷和腰荷，從而使火電總平均煤耗下降。五、抽水蓄能電站的動態效益 抽水蓄能電站具有調峰、調頻和調相等作用，還可承擔緊急事故備用，保證電網安全、穩定運行。這些動態效益高于其靜態效益，主要包括： （1）調峰效益：抽水蓄能機組因為結構簡

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組(包括燃氣輪機機組)的調峰負擔（大型火力發電機組及核電機組不適于變化負荷下運行，并且有最小的出力限制，大型火力發電機組最小技術限制出力為額定出力70%左右，核電機組為80-90%左右）。蓄能機組具有可以隨時將其出力調整在額定出力的50 105 或更寬大的范圍內用以適應電網的負荷需要，如此電網調度無需頻繁調整火電機組之出力，使火電機組的負荷相對穩定，從而節省火電廠的運行和維護費用。因此，蓄能電站抽水時相當于一個用電大戶其作用是把日負荷曲線的低谷填平了，即實現"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。在整個運作過程中，雖然部分能量會在轉化時流失，但相比之下，使用抽水蓄能電站仍然比增建煤電發電設備來滿足高峰用電而在低谷時壓荷、停機這種情況來得便宜，效益更佳。（2）調頻效益：抽水蓄能機組調節靈活，出力變化可以從0 到100%，可以快速起動，隨時增荷或減荷，起到調整周波的作用，有助于保持頻率并提高電網的穩定性。調頻在電網頻率下降至設定值時，蓄能機組會自動從水泵工況、調相工況和停機狀態轉為發電工況，把電網頻率調整到設定值。常規水電站自起動到滿載一般需數分鐘。而抽水蓄能機組在設計上就考慮了快速起動和快速負荷

16、跟蹤的能力。現代大型蓄能機組可以在一兩分鐘之內從靜止達到滿載，增加出力的速度可達每秒1 萬kW，并能頻繁轉換工況。最突出的例子是英國的迪諾威克蓄能電站，其6 臺300MW 機組設計能力為每天起動36 次；每天工況轉換40 次；6臺機處于旋轉備用時可在10s達到全廠出力1320MW。（3）負荷跟隨效益：電網負荷總是在不斷的變化，當負荷急劇變化時，抽水蓄能機組與火電或其它類型機組相比，其負荷跟隨很快，爬坡能力較強。（4）旋轉備用(事故備用)效益：現代電網一般應儲備一定量的備用容量，蓄能機組可以作為熱備用容量，用以應付不可預見的負荷需要，這樣可以節省火電機組的啟動費用，減少或避免備用火電機組低出力(

17、負荷)時的運行費用。抽水蓄能機組作為水力機組可以方便地處于旋轉備用狀態，以利快速地承擔事故備用。抽水蓄能電站能夠快速啟動機組，迅速轉換工況，但因其水庫庫容較小，所起作用與具有較大庫容的常規水電站有所區別，一般只能擔任短時間的事故備用。在發電工況下，可利用抽水蓄能電站運行中的空閑容量，短時間內加大出力；在停機狀態下，亦可緊急啟動，從而達到短時應急事故備用的目的。在水泵工況下，可停止抽水，快速切換至發電工況。 （5）調相效益：抽水蓄能機組由于其結構上的優點，可以方便地做調相運行。可以向電網輸送無功用以提高電網電壓，也可以從電網中吸收無功用以降低電網電壓，這樣不但可以保持電網電穩定而且可以減少電網的

18、網損。不但在空閑時可供調相用，在發電和抽水時也可調相，既可以發出無功功率提高電力系統電壓，也可以吸收無功功率降低電力系統電壓，尤其是在抽水工況調相時，經常進相吸收無功功率，有時進相很深，持續時間很長，這種情況是其他發電機組達不到的，只有抽水蓄能機組才能做到。另外，抽水蓄能機組在調相運行完成后可以快速地轉為發電或抽水。（6）提高電網可靠性：蓄能機組的高度靈活性和快速啟動能力，可大大減少電網中強迫停運的時間和次數，因而可大大增加電網的可靠性。（7）特殊作用：為電網做特殊負荷作用，由于蓄能機組既可作為電源又可作為負荷，這可為大火電機組的調試投產提供負荷作用，保證火電機組的調試順利進行，避免了大火電機組甩負荷時對電網造成的劇烈沖擊。六、抽水蓄能電站特點（1）需要水但基本上不耗水，故其規模不像常規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可供低谷時抽水的電量。（2）電站型式很多，適應性強，可視情況選定，在山區、江河梯級、平原均可修建抽水蓄能電站，關鍵在于因地制宜擇優選擇。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施，電網負荷低谷時段可將抽上來的水儲存在庫內，負荷高峰時段由水庫放下來發電。輸水系統是輸送水量的工程設施，在水泵工況(抽水)把下水庫的水量