抽水蓄能水電站文獻(xiàn)綜述

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 中國抽水蓄能水電站的建設(shè) 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)效益中國抽水蓄能水電站建設(shè)始于20世紀(jì)60年代后期，從國外引進(jìn)第一臺抽水蓄能機(jī)組(安裝在河南省崗南水

2、電站)，至今已有三十多年的歷史。近二十年來，中國的抽水蓄能電站有了不較快的發(fā)展，最早開始進(jìn)行前期勘測設(shè)計工作的是北京十三陵抽水蓄能電站。當(dāng)時由于認(rèn)識上的不同意，對建設(shè)抽水蓄能電站存在異議。因此，圍繞十三陵抽水蓄能電站建設(shè)的必要性，可行性級經(jīng)濟(jì)型的重大問題，做了攝入的分析論證工作。為政府部門的決策而提供了科學(xué)依據(jù)，從而大大的促進(jìn)了抽水蓄能電站的立項和開工建設(shè)。通過多年對抽水蓄能電站所做的大量分析論證工作，目前不管是規(guī)劃設(shè)計部門，還是運行管理部門，主管決策部門，對抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的作用于效益都有了了一個比較深入的了解，對修建抽水蓄能電站的必要性與經(jīng)濟(jì)性在認(rèn)識上逐漸統(tǒng)一，在工作過程中逐步形成了一

3、套比較系統(tǒng)的抽水蓄能電站經(jīng)濟(jì)效益分析計算與評價方法也被接受。所有這些工作，對推動中國抽水蓄能電站的發(fā)展都起到了重要作用個，隨著最近幾年一批高水頭，大容量的抽水蓄能電站相機(jī)建成發(fā)電，標(biāo)志著中國的抽水蓄能電站進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段。1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)

4、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抽水蓄能電站的構(gòu)成抽水蓄能電站應(yīng)有上水庫(池)、高壓引水系統(tǒng)、主廠房、低壓尾水系統(tǒng)和下水庫池)。其構(gòu)成如圖2。按水文條件來看，如果上庫沒有流域面積或流域面積甚小，沒有天然入流量，則這一類抽水蓄能電站稱為“純抽水蓄能電站”，廠房內(nèi)安裝流量基本相同的水輪機(jī)和(或)水泵。如

5、果上庫有天然入流量，則這一類抽水蓄能電站稱為“混合式抽水蓄能電站”廠房內(nèi)除安裝抽水蓄能機(jī)組外，尚可增裝常規(guī)的水輪發(fā)電機(jī)，其容量與來水量相匹配。水庫的開發(fā)方式主要取決于站址的自然條件?？梢杂袔追N方式：(1)上、下兩庫均由人工圍建。此種方式是只能建純抽水蓄能電站。自然條件主要是地形上能建設(shè)合適庫容和站址距電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)距離。水文條件是次要的。上庫的調(diào)節(jié)庫容量一般考慮5一l0小時的蓄放水量，而水位變化輻度不超過水輪機(jī)工作水頭的10一20。(2)上庫由人工圍建，下庫則利用天然河道、湖泊、海彎或利用已經(jīng)建成的水庫。此種開發(fā)條件與(1)相同。(3)人工圍建下庫，而上庫則為已建成的水庫。即對原有的常規(guī)水電站進(jìn)行

6、改造，成為混合式抽水蓄能電站。建站規(guī)模主要由下庫的地形和庫容來決定。(4)上、下兩庫均利用相近的天然河道或湖泊。這種站址比較難選，而且上、下庫之間的水位差也不會很大。(5)在地形比較平坦的場合，只有上水庫是露天的，而下水庫、電站廠房及管道全部設(shè)在地下，也可利用報廢的礦井。這種蓄能電站的水頭可達(dá)1000米以上，可安裝大容量、高水頭、高效率的水輪機(jī)。抽水蓄電站一般采用高水頭以達(dá)到高效率低水耗，因此，壓力引水管也同樣承受高壓。高壓管道除了進(jìn)入廠房部份采用大口徑壓力鋼管外，其余部分均采用隧洞或豎井。洞的內(nèi)部襯砌是影響壓力的重要因素，一般情況下采用鋼板襯砌。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時可將部份內(nèi)水壓力傳遞至周圍巖石

7、上，以減少鋼板用量及工程費用。為增強(qiáng)襯砌剛度，防止壓曲，對襯砌鋼板再加焊勁環(huán)或勁帶。為了防止水錘的發(fā)生，調(diào)壓井的設(shè)置與常規(guī)水電站相同，特別要考慮過渡工況下的負(fù)水錘和涌流。如調(diào)壓井的位置選擇困難，亦可采用氣墊式調(diào)壓室，它與常規(guī)調(diào)壓井起到同樣的作用。抽水蓄能的水泵需要有正的吸入揚程，因此與常規(guī)水電站不同，尾水管道也是有壓力的。常規(guī)水電站的進(jìn)水口有攔污柵。抽水蓄能電站的進(jìn)水口又是蓄能工況時的出水口。因此欄污柵的設(shè)計是一個專門問題。抽水蓄能電站的廠房一般采用地下式。廠房的標(biāo)高應(yīng)低于下庫最低水位以下3050米，以保證抽水工況時有一定的吸水揚程，防止氣蝕。近年來各種高效施工機(jī)械的發(fā)展，以及隧洞施工方法的改

8、進(jìn)，突破了在惡劣地質(zhì)條件下修建地下洞室的困難，地下廠房最大斷面積可達(dá)1500m2以上，能滿足大型機(jī)組的安裝和維修。此外，采用地下廠房方案，使許多缺少適宜的地面廠房位置的優(yōu)良站址得到了修建的可行性。對環(huán)境及旅游也是一種保護(hù)。3抽水蓄能電站的運行3.1抽水蓄能機(jī)組的起動由于單機(jī)容量大，靜態(tài)起動會使電網(wǎng)波動。起動有以下幾種方法：3.1.l水力起動法適用于“三機(jī)式”機(jī)組。水泵側(cè)用壓縮空氣排水或關(guān)閉進(jìn)出口閥門，水輪機(jī)則用水力起動，直到同步轉(zhuǎn)速。并網(wǎng)后使水泵接帶負(fù)荷，水輪機(jī)壓水充氣。這種方法起動時間約需100秒以上，但對電網(wǎng)沒有沖擊。3.1.2起動電機(jī)起動法在主機(jī)同軸安裝一臺專供起動用的電動機(jī)，該電動機(jī)的

9、極數(shù)應(yīng)少于主電機(jī)的極數(shù)，使其轉(zhuǎn)速能高于主機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，電動機(jī)的功率一般為主機(jī)功率的68。起動時間約需58分鐘。主機(jī)正常運行時，起動電機(jī)空轉(zhuǎn)。這種起動方法適用于各類機(jī)組。起動電動機(jī)還可以作制動用。3.1.3同步起動法即所謂“背靠背起動”。適用于混合式抽水蓄能電站。起動時，將待起動機(jī)組的定子通過起動母線與常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)的定子相聯(lián)結(jié)，然后分別加勵磁，水輪發(fā)電機(jī)以同步方式帶著起動機(jī)組升速，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速時用準(zhǔn)同期方式并網(wǎng)。起動機(jī)的容量應(yīng)大于主機(jī)容量的1520，起動時間約需24分鐘。3.1.4變頻起動安裝一臺專供起動用的可控硅變額電源，機(jī)組起動時將變頻電源送至主機(jī)的定于。然后調(diào)整頓率使轉(zhuǎn)速逐步上升，到同步

10、轉(zhuǎn)速時退出變頻電源，用自同期方式并網(wǎng)。3.1.5降壓異步起動法用升壓變壓器的抽頭或串接降壓電抗器，以異步電動機(jī)方式起動，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)80額定轉(zhuǎn)速時加入勵磁電流，使主機(jī)拉入同步轉(zhuǎn)速。此種方法對電網(wǎng)沖擊較大，適用于小機(jī)組。3.2抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換從抽水工況快速轉(zhuǎn)換為發(fā)電工況，是抽水蓄能機(jī)組的一大特點，以適應(yīng)電網(wǎng)的應(yīng)急需要。為了實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，要求機(jī)組具有制動功能，使惰走時間減小一半以上。電氣制動的措施是解列后迅速將定于繞組三相短路或經(jīng)過外加電阻短路，轉(zhuǎn)子繼續(xù)勵磁(用專用的勵磁電源)，使定子產(chǎn)生電流加大有功損耗。另外，如果機(jī)組設(shè)有起動電動機(jī)，則將該電機(jī)反接，增加阻力距?！叭龣C(jī)式”機(jī)組及“兩機(jī)式”機(jī)組在運

11、行中進(jìn)行轉(zhuǎn)變的典型時間(秒)如下：工況轉(zhuǎn)變 三機(jī)式 兩機(jī)式從靜止至水輪機(jī)滿載 80 80從水泵滿載至水輪機(jī)滿載 60 120從靜止至水泵滿轉(zhuǎn) 120 300從水輪機(jī)滿載至水泵滿載 40 4003.3抽水蓄能電站的調(diào)度抽水蓄能電站的調(diào)度是牽涉面很廣的不統(tǒng)工程。對抽水蓄能電站的機(jī)組來說，調(diào)度決定是開機(jī)還是停機(jī)，是抽水工況還是發(fā)電工況，至于機(jī)組的負(fù)荷般是固定在額定出力運行，不作調(diào)整。因為額定出力運行效率最高。對于一個抽水蓄能電站來說調(diào)度的任務(wù)是決定同一工況下開機(jī)的臺數(shù)，一個站內(nèi)不可能出現(xiàn)不同工況同時運行。至于混合式抽水蓄能電站，則調(diào)度的任務(wù)是分別決定常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)開機(jī)的臺數(shù)和抽水蓄能機(jī)組發(fā)電的臺數(shù)。

12、對于抽水蓄能電站調(diào)度的依據(jù)也是多方面的。如高峰時的功率、高峰持續(xù)時間，高峰電量；低谷時的功率、低谷持續(xù)時間；基荷向各電廠的分配、系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)備用量；各抽水蓄能電站上下庫的水位；各火電機(jī)組的微增煤耗值；系統(tǒng)負(fù)荷潮流；峰谷的電價；次日是否節(jié)假日或星期日這么多因子一般是非常難于全面考慮的。使用電子計算機(jī)實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度，達(dá)到系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)運行是研究的方向。4我國抽水蓄能近況我國抽水蓄能電站的建設(shè)起步較晚，技術(shù)儲備不多。已經(jīng)選點的有廣東的從化，北京的十三陵，浙江的天荒坪，安徽的瑯那山和響洪甸。這些項目有的已經(jīng)開工，有的已開始初設(shè)，有的已通過可行性研究。現(xiàn)將華東地區(qū)的三個點簡單介紹如下。華東地區(qū)目前峰谷差已達(dá)

13、3000MW，大機(jī)組比重較高，秦山核電站即將投產(chǎn)，調(diào)峰任務(wù)艱巨，抽水蓄能電站的建設(shè)巳很迫切。天荒坪位于浙江北部的安吉縣，它是一個人工圍建上、下庫的純抽水蓄能電站，能承擔(dān)3600MW的調(diào)峰能力?，樼鹕轿挥诎不諙|部的滁州市，它是利用已有的城西水庫作為下庫，人工修建上庫的純抽水蓄能電站，能承擔(dān)900MW的調(diào)峰能力。響洪甸位于皖西的金寨縣，它是利用已建成的響洪甸水電站的水庫作為上庫，人工修建下庫，改造后成為混合式的抽水蓄能電站，包括原有40MW的水輪發(fā)電機(jī)在內(nèi)，其調(diào)峰能力有200MW。三個點的主要參數(shù)如下：5中國抽水蓄能水電站發(fā)展前景5.1電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，為抽水蓄能電站發(fā)展提供

14、了機(jī)遇。近年來，隨著電力工業(yè)的發(fā)展與國民經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，中國電力供求形勢發(fā)生了新的變化，電力供求矛盾趨于緩和，絕大部分地區(qū)嚴(yán)重缺點的局面整逐步得到緩解，有的地方還出現(xiàn)了電力供大于求的現(xiàn)象。中國的電力發(fā)展速度已經(jīng)有過去主要取決于投資規(guī)模逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槭袌鲂枨髞頉Q定。參 數(shù)天荒坪瑯琊山響洪甸裝機(jī)容量 臺數(shù)×容量 MW6×3006×752×40調(diào)峰能力 MW3600900200上庫調(diào)節(jié)庫容 萬m3744900下庫調(diào)節(jié)庫容 萬m37444075440工作水頭 m56612162主廠房型式地下式地下式地下式洞室尺寸 長×寬×高m214×2

15、4×51146×20.5×41.4574.8×21×46.4引水管型式隧洞隧洞隧洞截面 長×直徑 m1004×6×3285×4.3×6750×8L/H2.611.412 機(jī)組型式可逆豎軸混流式可逆豎軸混流式可逆豎軸混流式轉(zhuǎn)速 r/min429214/250107效率 %70（綜合）90/92.590/92吸入水頭 m-54-22-14抽水年小時數(shù)200816601590發(fā)電年小時數(shù)140812902174起動方式可控硅變頻同軸起動電機(jī)背靠背出線電壓 kV500220110為提

16、高電網(wǎng)供電質(zhì)量，降低供電成本，在電源結(jié)構(gòu)上需進(jìn)行調(diào)整。由于目前水電占的比重偏低，為此提出了“大力發(fā)展水電，優(yōu)化發(fā)展火電，適當(dāng)發(fā)展核電，因地制宜發(fā)展新能源發(fā)電，開發(fā)與節(jié)約并重”的建設(shè)方針，在沿海缺能省份，要發(fā)展核電和燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組。在邊遠(yuǎn)地區(qū)和有條件的農(nóng)村，要充分利用當(dāng)?shù)厮Y源，風(fēng)能資源，因地制宜利用新能源即可再生能源發(fā)電。在電源建設(shè)中，要重視調(diào)峰電廠的建設(shè)，特別是在我國東部地區(qū)，由于缺乏水力資源，要加快抽水蓄能電站的建設(shè)。5.2加快建設(shè)抽水蓄能電站，解決火電為主電網(wǎng)的調(diào)峰問題。我國能源分布不平衡，東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口稠密，水力資源相對貧乏，調(diào)節(jié)性能好的大水電更少，電網(wǎng)以火力為主。根據(jù)

17、華北、東北、華東三大主網(wǎng)今年運行資料分析，由于電源結(jié)構(gòu)上的不合理、水電比重低、壓荷限電比較嚴(yán)重。解決電網(wǎng)的調(diào)峰問題是電網(wǎng)運行中一項緊迫的任務(wù)，只有不斷優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)才是解決這一問題的根本措施。抽水蓄能電站具有多功能的運行特點，既能調(diào)峰，又能填谷，具有雙倍調(diào)峰的能力，在電網(wǎng)中，不僅可以作為電網(wǎng)的緊急事故備用電源，又能隨時跟蹤負(fù)荷的變化，對保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行及提高供電質(zhì)量起到非常重要的作用。抽水蓄能電站已是現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的重要組成部分，國內(nèi)外電網(wǎng)運行實踐也充分證明了這一點。5.3核電的發(fā)展，要求適當(dāng)配套蓄能電站，促進(jìn)了抽水蓄能電站建設(shè)和電視一種安全可靠清潔的能源。世界上一些比較發(fā)達(dá)的國家從資源或從環(huán)境保護(hù)考慮，核電站在電網(wǎng)中的比重比較大。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，未解決能源短缺問題，核電在能源中的比重將會越來越大，從長遠(yuǎn)來看，中國的核電事業(yè)將會有一個較快的發(fā)展。綜上所述，隨著電力工業(yè)改革的不斷深入與電源結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，為抽水蓄能電站的發(fā)展創(chuàng)造了條件。參考文獻(xiàn)【1】 張健 鄭源 .抽水蓄能技術(shù) 河海大學(xué)出版社【2】 梅祖彥 .抽水蓄能發(fā)電技術(shù) .機(jī)械工業(yè)出版社【3】 邱彬如 .世界抽水