抽水蓄能電站的運(yùn)行方式與及常規(guī)水電機(jī)組的不同

1、抽水蓄能電站的運(yùn)行方式與及常規(guī)水電機(jī)組的不同 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(gè)工 況轉(zhuǎn)到另一工況的運(yùn)行轉(zhuǎn)換方式。正常的運(yùn)行方式具有以下功能：(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(shí)數(shù)較高，一般情況下為 3000 5000h。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(guò)抽水將水流的機(jī)械能變?yōu)閯?shì)能， 存蓄于上水庫(kù)中，待到電網(wǎng)需要時(shí)放水發(fā)電。 蓄能 機(jī)組發(fā)電的年利用時(shí)數(shù)一般在8001000h之間。蓄能電站的作用是實(shí)現(xiàn)電能在時(shí)間上的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)抽水和發(fā)電兩種環(huán)節(jié)，它

2、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(shí)不發(fā)電， 而 將水量?jī)?chǔ)存于水庫(kù)中， 待尖峰負(fù)荷時(shí)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(shí)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(kù)儲(chǔ)存起來(lái)， 待尖峰負(fù)荷時(shí)發(fā)電。 因此， 蓄能電站抽水時(shí)相當(dāng)于一個(gè)用電大戶， 其作用是把日負(fù)荷曲線的 低谷填平了，即實(shí)現(xiàn)“填谷” ?！疤罟取钡淖饔檬够痣姵隽ζ胶?，可降低煤耗，從而獲得節(jié)煤 效益。蓄能電站同時(shí)可以使徑流式水電站原來(lái)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(dòng)跟隨功能。 常規(guī)水電站和蓄

3、能電站都 有調(diào)頻功能，但在負(fù)荷跟蹤速度(爬坡速度)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(dòng)到滿載一般需數(shù)分鐘。 而抽水蓄能機(jī)組在設(shè)計(jì)上就考慮了快速起動(dòng)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(wàn)kW并能頻繁轉(zhuǎn)換工況。最突出的例子是英國(guó)的迪諾威克蓄能電站，其 6臺(tái)300MW機(jī)組設(shè)計(jì)能力為每天起動(dòng) 36次；每天工況轉(zhuǎn)換40次；6臺(tái)機(jī)處于旋轉(zhuǎn)備用 時(shí)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(wú)功的調(diào)相運(yùn)行方式和吸收無(wú)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

4、0.85 0.9 ，機(jī)組可以降低功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無(wú)功，實(shí)現(xiàn)調(diào)相功能。抽水蓄能機(jī)組在設(shè)計(jì)上有更強(qiáng)的調(diào)相功能， 無(wú)論在發(fā)電工況或在抽水工況， 都可以實(shí)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(duì)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(kù)容的常規(guī)水電站都有事故備用功能。 抽水蓄能電站在設(shè)計(jì)上也考慮有事故備用的庫(kù)容， 但蓄能電站的庫(kù)容相對(duì)于同容量常規(guī)水電站要小， 所以其事故備用的持續(xù)時(shí)間沒(méi)有常規(guī)水電站長(zhǎng)。 在事故備用操作后， 機(jī)組需抽 水將水庫(kù)庫(kù)容恢復(fù)。 同時(shí)， 抽水蓄能機(jī)組由于其水力

5、設(shè)計(jì)的特點(diǎn)， 在作旋轉(zhuǎn)備用時(shí)所消耗電 功率較少，并能在發(fā)電和抽水兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向空轉(zhuǎn)，故其事故備用的反應(yīng)時(shí)間更短。此外， 蓄能機(jī)組如果在抽水時(shí)遇電網(wǎng)發(fā)生重大事故， 則可以由抽水工況快速轉(zhuǎn)換為發(fā)電 工況， 即在一兩分鐘內(nèi)， 停止抽水并以同樣容量轉(zhuǎn)為發(fā)電。所以有人說(shuō)，蓄能機(jī)組有兩倍裝 機(jī)容量的能力來(lái)做為事故備用。當(dāng)然這種功能是在一定條件下才能產(chǎn)生的。(6) 黑啟動(dòng)功能。 黑啟動(dòng)是指出現(xiàn)系統(tǒng)解列事故后， 要求機(jī)組在無(wú)電源的情況下迅速起 動(dòng)。常規(guī)水電站一般不具備這種功能?，F(xiàn)代抽水蓄能電站在設(shè)計(jì)時(shí)都要求有此功能。抽水蓄能機(jī)組的正常運(yùn)行和工況轉(zhuǎn)換可能有下列的多種操作方式?？梢?jiàn)蓄能機(jī)組的運(yùn)行方式是相當(dāng)復(fù)雜的，同

6、時(shí)也說(shuō)明蓄能機(jī)組的功能是很完善的。水輪機(jī)工況發(fā)電及停機(jī) 2 種操作方式水泵工況抽水及停機(jī) 2 種操作方式發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相及返回 2 種操作方式抽水轉(zhuǎn)調(diào)相及返回 2 種操作方式停止至發(fā)電方向調(diào)相及停機(jī)2 種操作方式停止至抽水方向調(diào)相及停機(jī)2 種操作方式發(fā)電轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)抽水 1 種操作方式抽水轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)發(fā)電 1 種操作方式抽水直接轉(zhuǎn)發(fā)電 1 種操作方式黑啟動(dòng) 1 種操作方式 抽水蓄能電站的靜態(tài)效益和動(dòng)態(tài)效益 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(shí)段，它可以作為水電站發(fā)電，擔(dān)

7、負(fù)電網(wǎng)尖峰容量；用電低谷時(shí)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， 使其在高效率區(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 能電站一般無(wú)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(shí)， 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(guò)能量轉(zhuǎn)換， 將成本低的低谷電能轉(zhuǎn)換為價(jià)值高的 峰荷電能。(3) 節(jié)煤效益： 抽水蓄能機(jī)組的投入， 使電網(wǎng)負(fù)荷分配

8、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。動(dòng)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(dòng)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?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)。(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(dòng)， 隨時(shí)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。(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(shí)， 抽水蓄能機(jī)組

9、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：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(dòng)機(jī)組， 迅速轉(zhuǎn)換工況， 但因其水 庫(kù)庫(kù)容較小， 所起作用與具有較大庫(kù)容的常規(guī)水電站有所區(qū)別， 一般只能擔(dān)任短時(shí)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(shí)間內(nèi)加大出力；在停機(jī) 狀態(tài)下，亦可緊急啟動(dòng)，從而達(dá)到短時(shí)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(diǎn)， 可以方便地做調(diào)相運(yùn)行。 不但在空 閑時(shí)

10、可供調(diào)相用， 在發(fā)電和抽水時(shí)也可調(diào)相， 既可以發(fā)出無(wú)功功率提高電力系統(tǒng)電壓， 也可 以吸收無(wú)功功率降低電力系統(tǒng)電壓， 尤其是在抽水工況調(diào)相時(shí)， 經(jīng)常進(jìn)相吸收無(wú)功功率， 有 時(shí)進(jìn)相很深， 持續(xù)時(shí)間很長(zhǎng)， 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。最能體現(xiàn)動(dòng)態(tài)效益的是抽水蓄能機(jī)組的事故備用功能：據(jù)美國(guó)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1993 1997 年 8 月， 電力系統(tǒng)發(fā)生主要事故 137 起，由電廠引起的僅 9 起，而 93.4%的事故是由 輸配電設(shè)施引起的。 抽水蓄能機(jī)組不僅可調(diào)相運(yùn)行 （發(fā)出或吸收無(wú)功功率 ） ，為電網(wǎng)提供電壓

11、 支持， 避免出現(xiàn)電壓崩潰和熱過(guò)載， 而且由于其工況轉(zhuǎn)換迅速，應(yīng)變能力強(qiáng)，在一系列的重 大電網(wǎng)事故中能在短時(shí)間內(nèi)從任何工況下轉(zhuǎn)為滿負(fù)荷發(fā)電，從而防止事故擴(kuò)大和系統(tǒng)瓦解。英國(guó)和法國(guó)間通過(guò)兩條額定容量為 1000MW的直流輸電線路連接，聯(lián)網(wǎng)后雖可互為備用，但 也使最大甩負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)由 660MW增加到1000MV，備用容量也要相應(yīng)增加。迪諾威克抽水蓄能 電站（1800MW）設(shè)計(jì)時(shí)考慮能在10s內(nèi)發(fā)出1320MW出力，以適應(yīng)緊急事故備用的需要。廣州抽水蓄能電站投產(chǎn)后， 在電網(wǎng)中發(fā)揮了緊急事故備用作用。 1994 年 5 月至 1996 年 年底期間，在核電機(jī)組跳機(jī)、火電機(jī)組甩負(fù)荷和西電解列等 66 次事

12、故中，由于廣蓄電站迅 速投入，防止了事故的擴(kuò)大，幫助電網(wǎng)及時(shí)恢復(fù)正常供電。十三陵抽水蓄能電站投產(chǎn)以來(lái)， 對(duì)京津唐電網(wǎng)的安全、 穩(wěn)定運(yùn)行起到了關(guān)鍵作用。 尤其是 1999 年 3 月， 因連續(xù)十多天的大 霧陰雨天氣使供電線路不斷出現(xiàn)電網(wǎng)污閃、 線路閃絡(luò)掉閘等事故， 在此期間十三陵蓄能電廠 均能做出快速反應(yīng)，六天內(nèi)共開(kāi)機(jī) 48 次，緊急啟動(dòng)成功率 100%，避免了事故造成的損失。 抽水蓄能電站的類型及適用場(chǎng)合抽水蓄能的類型， 按開(kāi)發(fā)方式可分為純抽水蓄能電站、 混合式抽水蓄能電站和調(diào)水式抽 水蓄能電站；按調(diào)節(jié)周期分，可分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)和季調(diào)節(jié)等；按水頭分，可分為高水頭 和中低水頭； 按機(jī)組類型分，

13、 可分為四機(jī)分置式、 三機(jī)串聯(lián)式和二機(jī)可逆式； 按布置特點(diǎn)分， 可分為地面式、地下式和特殊布置形式 （人工地下水庫(kù) ） 。（1）純抽水蓄能電站廠內(nèi)安裝的機(jī)組全部是抽水蓄能機(jī)組。 其發(fā)電量絕大部分來(lái)自于抽 水蓄存的水能， 發(fā)電的水量基本上等于抽蓄的水量，重復(fù)循環(huán)使用。在運(yùn)行中，僅需少量天 然徑流， 補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏損失， 補(bǔ)充水量既可來(lái)自上水庫(kù)的天然徑流， 也可來(lái)自下水庫(kù)的天 然徑流。 混合式抽水蓄能電站廠內(nèi)既安裝有抽水蓄能機(jī)組， 也安裝有常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組。 上 水庫(kù)有天然徑流來(lái)源， 既可利用天然徑流發(fā)電， 也可從下水庫(kù)抽水蓄能發(fā)電。 其上水庫(kù)一般 是天然來(lái)水形成的， 下水庫(kù)按抽水蓄能需要的容積在

14、河道下游修建。 調(diào)水式抽水蓄能電站的 上水庫(kù)建于分水嶺高程較高的地方， 在分水嶺某一側(cè)攔截河流建下水庫(kù)， 并設(shè)水泵站抽水到 上水庫(kù)； 在分水嶺另一側(cè)的河流建常規(guī)水電站從上水庫(kù)引水發(fā)電， 尾水流入水面高程最低的 河流。 這種類型的抽水蓄能電站，其下水庫(kù)有天然徑流來(lái)源， 上水庫(kù)沒(méi)有天然徑流來(lái)源，調(diào) 峰發(fā)電量往往大于填谷的耗電量。（2）抽水蓄能電站的運(yùn)行分為抽水和發(fā)電兩種工況： 在抽水過(guò)程中， 下水庫(kù)由滿庫(kù)至空庫(kù)，上水庫(kù)則由空庫(kù)至滿庫(kù)； 在發(fā)電過(guò)程中， 上水庫(kù)由滿庫(kù)至空庫(kù)， 下水庫(kù)則由空庫(kù)至滿庫(kù)， 完成一個(gè)循環(huán)周期。 如該周期歷時(shí)一晝夜，則稱為日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站；如歷時(shí)一周，則稱為周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站

15、； 如歷時(shí)更長(zhǎng)，可在年內(nèi)蓄豐補(bǔ)枯，則稱為季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。一 般純抽水蓄能電站大多進(jìn)行日調(diào)節(jié)和周調(diào)節(jié)，混合式抽水蓄能電站有時(shí)可進(jìn)行季調(diào)節(jié)。（3）抽水蓄能電站的有效水頭越高， 所需要的流量和庫(kù)容越小， 單位造價(jià)就可減少， 故抽水蓄能電站的造價(jià)隨水頭增大而降低。 我國(guó)高水頭抽水蓄能電站如廣蓄、 十三陵和天荒坪 等利用水頭已達(dá) 400600m國(guó)外使用單級(jí)水泵水輪機(jī)的水頭（揚(yáng)程）已達(dá)700m以上，而使用多級(jí)水泵水輪機(jī)的水頭已達(dá) 1300m 左右。國(guó)內(nèi)的羊湖抽水蓄能電站多級(jí)泵最大揚(yáng)程達(dá) 853m=抽水蓄能電站水頭 200m左右及以下稱中低水頭，如已建的溪口和建設(shè)中的泰安抽水蓄能電站就是安裝 200m水頭段的機(jī)組。我國(guó)混合式抽水蓄能電站受天然落差限制，水頭一 般較低，如崗南、密云、潘家口和響洪甸等混合式抽水蓄能電站都是水頭在100m以下的電站。（4）從機(jī)組類型來(lái)說(shuō)， 四機(jī)式機(jī)組是較早期的抽水蓄能電站所用的結(jié)構(gòu)方式，裝有由水泵與電動(dòng)機(jī)組成的抽水機(jī)組和由水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)組成的發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)一般已不再選用。 三機(jī)式機(jī)組的發(fā)電機(jī)兼用作電動(dòng)機(jī)， 稱為電動(dòng)發(fā)電機(jī) （ 或發(fā)電電動(dòng)機(jī) ） ，水輪機(jī)和水泵連結(jié)在一個(gè) 軸上，