抽水蓄能電站介紹

1、o抽水蓄能電站介紹一、抽水蓄能電站簡介我們知道，電力具有發(fā)、供、用同時完成的特性。在負荷低谷時，發(fā)電廠的發(fā)電量可能超過了用戶需要，電力系統(tǒng)有剩余的電能。而在負荷高峰時，又可能出現(xiàn)滿足不了用戶需要的情況。建設(shè)抽水蓄能電站能夠較好地解決這個問題。抽水蓄能電站有一個建在高處的上水庫和一個建在電站下游的下水庫。抽水蓄能的機組能起到作為一般水輪機的發(fā)電作用和作為水泵將下庫的水抽到上庫的作用。在電力系統(tǒng)低谷負荷時，抽水蓄能電站的機組作為水泵運行，往上庫蓄水。在高峰負荷時，作為發(fā)電機組運行，利用上庫的蓄水發(fā)電，送到電網(wǎng)。世界抽水蓄能電站的運行實踐證明，它的能量轉(zhuǎn)換比率達75%即深夜低谷抽水耗電4kWh,可在

2、高峰期間發(fā)出電力3kWh。一些發(fā)達國家的實踐表明，電網(wǎng)發(fā)展到了一定的階段，必須建設(shè)一定數(shù)量的抽水蓄能電站來改善和平衡電力系統(tǒng)的負荷能力，提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量和經(jīng)濟效益。二、抽水蓄能電站在電網(wǎng)中的作用既能調(diào)峰又能填谷，具有雙倍容量功能。抽水蓄能電站的機組從備用達到滿負荷運行僅需120s到150s,這是火電機組所望塵莫及的。且這種電站具有削峰和填谷的雙重作用，因此它的調(diào)峰能力為其裝機容量的2倍，比常規(guī)水電站和調(diào)峰機組的調(diào)峰能力要好得多。起停迅速，是理想的緊急事故備用電源。抽水蓄能機組起停迅速，改變工況快，是良好的事故備用機組。在日本、意大利等國家，有些抽水蓄能電站年利用僅500h,絕大部分處于備用狀

3、態(tài)。改善火電和核電運行條件。抽水蓄能電站與核電配合運行所發(fā)電量成為可滿足電網(wǎng)負荷變化要求的優(yōu)質(zhì)電能。如電力系統(tǒng)日最小負荷率為0.6,系統(tǒng)為純火電機組時，還得一些機組頻繁地起停運行。如果加入10%勺抽水蓄能機組，則火電機組的調(diào)荷能力只需20%或稍多一點即可，同時“解放”了絕大部分火電機組，讓它們在高效率區(qū)間運行。對于核電站而言，尤其需蓄能電站配合改善其運行條件。提高電網(wǎng)運行效益。在水電比重較大的電網(wǎng)中，抽水蓄能電站可利用水電的o低谷電能抽水轉(zhuǎn)換成高峰電量，從而減少水電棄水量或火電耗煤量。發(fā)揮線路的輸電能力。有了蓄能電站，相當(dāng)于一條高速公路變成了兩條高速公路一一低谷時，線路可以滿載運行，而高峰時，

4、在主網(wǎng)線路滿載運行的情況下，蓄能電站依然可以供給周圍的高峰負荷，從而減輕了主網(wǎng)線路的壓力。顯著的動態(tài)效益。從國外的研究成果看，抽水蓄能的動態(tài)效益主要體現(xiàn)在承擔(dān)短負荷、事故備用、調(diào)頻、調(diào)相、提高系統(tǒng)運行可靠性等方面。抽水蓄能電站的調(diào)相運行功能可減少電網(wǎng)無功補償設(shè)備，從而節(jié)省電網(wǎng)投資及運行費用。節(jié)省電力投資費用。研究表明，興建抽水蓄能電站，其投資比常規(guī)水電站少、工期短。抽水蓄能電站可大大提高電網(wǎng)運行的安全性。由于抽水蓄能機組起停速度快，改變工況速度快，是電力系統(tǒng)的“快速反應(yīng)部隊”，它的加盟，對電力系統(tǒng)的安全運行和事故備用都起到安全保障作用。三、抽水蓄能電站的發(fā)展過程抽水蓄能電站的機組，早期是發(fā)電機

5、組和抽水機組分開的四機式機組；然后發(fā)展為水泵、水輪機、發(fā)電-電動機組成的三機式機組；現(xiàn)在已發(fā)展為水泵水輪機和水輪發(fā)電電動機組成的二機式可逆機組?？赡鏅C組大軸上端為發(fā)電電動機，下端為水泵水輪機。在發(fā)電工況下機組作為水輪機-發(fā)電機運行，抽水工況下作為水泵-電動機運行，兩種工況的轉(zhuǎn)向相反。抽水蓄能電站具有發(fā)電與抽水兩種工況，對可逆式機組應(yīng)設(shè)置換相開關(guān)來改變相序，從而改變電機的旋轉(zhuǎn)方向。換相開關(guān)多采用隔離開關(guān)，換相開關(guān)可設(shè)在主變壓器高壓側(cè)，也可設(shè)在低壓側(cè)，但設(shè)在高壓側(cè)占地面積大，且二次接線復(fù)雜。所以近期所建的抽水蓄能電站多將換相開關(guān)設(shè)在低壓側(cè)。可逆機組極大地減小了土建和設(shè)備投資，得以迅速推廣。四、抽水

6、蓄能電站的結(jié)構(gòu)抽水蓄能電站由上水庫、輸水系統(tǒng)、安裝有機組的廠房和下水庫等建筑物組成。抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設(shè)施，電網(wǎng)負荷低谷時段可將抽上來的水儲存在庫內(nèi)，負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）把下水庫的水量輸送到上水庫，在水輪機工況（發(fā)電）將上水庫放出的水量通過廠房輸送到下水庫。廠房是放置蓄能機組和電氣設(shè)備等o重要機電設(shè)備的場所，也是電廠生產(chǎn)的中心。抽水蓄能電站無論是完成抽水、發(fā)電等基本功能，還是發(fā)揮調(diào)頻、調(diào)相、升荷爬坡和緊急事故備用等重要作用，都是通過廠房中的機電設(shè)備來完成的。抽水蓄能電站的下水庫也是蓄存水量的工程設(shè)施，負荷低谷時段可滿足

7、抽水的需要，負荷高峰時段可蓄存發(fā)電放水的水量。五、抽水蓄能機組與常規(guī)機組的區(qū)別和常規(guī)水輪機相比較，可逆式水泵水輪機在水力性能上有一些明顯的特點：（一）可逆式轉(zhuǎn)輪要能適應(yīng)兩個方向水流的要求。由于水泵工況的水流條件較難滿足，故可逆轉(zhuǎn)輪一般都做成和離心泵一樣的形狀，而與常規(guī)水輪機轉(zhuǎn)輪的現(xiàn)狀相差較多。（二）由于水泵水輪機雙向運行的特性，水泵工況和水輪機工況的最高效率區(qū)并不重合，在選擇水泵水輪機的工作點時，一般先照顧水泵工況，因而水輪機工況就不能在最高效率點或其附近運行，在水力設(shè)計上，這種情況稱為效率不匹配。（三）由于可逆式轉(zhuǎn)輪的特有形狀，在高水頭運行時很容易產(chǎn)生葉片脫流而引起壓力脈動。水泵工況時水流出

8、口對導(dǎo)葉及固定槳葉的撞擊也會形成很大的壓力脈動，在轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉之間的壓力脈動要比常規(guī)水輪機高。總的看來，可逆式水泵水輪機的水力振動特性要略差于常規(guī)水輪機。在抽水蓄能電站中應(yīng)用最多的是可逆式水泵水輪機，與之配套的是可逆式電機。這種電機向一個方向旋轉(zhuǎn)為電動機，向另一方向旋轉(zhuǎn)為發(fā)電機，故稱為可逆式電動發(fā)電機。從電氣原理上看，同步發(fā)電機本身是可以正反旋轉(zhuǎn)的。但與常規(guī)水輪發(fā)電機相比較，在結(jié)構(gòu)上還有以下不同的特點：（一）雙向旋轉(zhuǎn)。由于可逆式水泵水輪機作水輪機和水泵運行時的旋轉(zhuǎn)方向是相反的，因此電動發(fā)電機也需按雙向運轉(zhuǎn)設(shè)計。在電氣上要求電源相序隨發(fā)電工況和驅(qū)動工況而轉(zhuǎn)換；同時電機本身的通風(fēng)、冷卻系統(tǒng)和軸承結(jié)構(gòu)

9、都應(yīng)能適應(yīng)雙向旋轉(zhuǎn)工作。（二）頻繁啟停。抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任填谷調(diào)峰、調(diào)頻的作用，一般每天要啟停數(shù)次，如英國迪諾威克抽水蓄能電站是近年建設(shè)的蓄能電站中啟停頻繁、操作要求很高的一個實例，設(shè)計每天啟停40次。電動發(fā)電機功率調(diào)整幅度要求很大，調(diào)整也很頻繁，大型機組要求有每秒鐘增減10MWfi荷的能力。o（三）需有專門啟動設(shè)施?？赡媸诫妱影l(fā)電機作電動機運行時，不能象組合式機組那樣利用水輪機來啟動，而必須采用專門的啟動設(shè)備，從電網(wǎng)上啟動，或采用“背靠背”方式各臺機組間同步啟動。在采用異步啟動方法時需在轉(zhuǎn)子上裝設(shè)啟動用阻尼繞組或使用實心磁極，當(dāng)采用其他啟動方法時均需增加專門的電氣設(shè)備和相應(yīng)的電站接

10、線。這些措施都增加設(shè)備造價，并使操作復(fù)雜。（四）過渡過程復(fù)雜。抽水蓄能機組在工況轉(zhuǎn)換過程中要經(jīng)歷各種復(fù)雜的水力、機械和電氣瞬態(tài)過程。在這些瞬態(tài)過程中會發(fā)生比常規(guī)水輪發(fā)電機組大得多的受力和振動，因此對于整個機組和水道設(shè)計都提出了更嚴格的要求。六、抽水蓄能電站的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（其中最高時段稱為高峰）；下半夜大幅度地下跌（其中最低時段稱為低谷），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，甚至得暫時停機，為了按照電力需求來協(xié)調(diào)使用

11、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。它利用下半夜負荷低谷時過剩的電力驅(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負荷高峰時將水放出發(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)化間流失，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源點，又是電力用戶；并成為電網(wǎng)運行管理的重要工具，是確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定生產(chǎn)的支柱。七、抽水蓄能電

12、站的運行方式抽水蓄能機組具有發(fā)電、抽水、發(fā)電調(diào)相、水泵調(diào)相四種運行工況。發(fā)電和抽水為兩種主要運行方式，在兩種運行方式之間又有多種從一個工況轉(zhuǎn)到另一工況的運行轉(zhuǎn)換方式。正常的運行方式具有以下功能：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3000-5000hoo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械能變?yōu)閯菽?，存蓄于上水庫中，待到電網(wǎng)需要時放水發(fā)電。蓄能機組發(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)，它的綜合效率為75

13、流右。調(diào)峰功能：具有日調(diào)節(jié)以上功能的常規(guī)水電站，通常在夜間負荷低谷時不發(fā)電，而將水量儲存于水庫中，待尖峰負荷時集中發(fā)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(fā)電。因此，蓄能電站抽水時相當(dāng)于一個用電大戶，其作用是把日負荷曲線的低谷填平了，即實現(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。蓄能電站同時可以使徑流式水電站原來要棄水的電能得到利用。調(diào)頻功能：調(diào)頻功能又稱旋轉(zhuǎn)備用或負荷自動跟隨功能。常規(guī)水電站和蓄能電站都有調(diào)頻功能，但在負荷跟蹤速度（爬坡速度）和調(diào)頻容量變化幅度上蓄能

14、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。而抽水蓄能機組在設(shè)計上就考慮了快速起動和快速負荷跟蹤的能力。現(xiàn)代大型蓄能機組可以在一兩分鐘之內(nèi)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(zhuǎn)換工況。最突出的例子是英國的迪諾威克蓄能電站，具6臺300MW機組設(shè)計能力為每天起動36次；每天工況轉(zhuǎn)換40次；6臺機處于旋轉(zhuǎn)備用時可在10s達到全廠出力1320MW調(diào)相功能：調(diào)相運行的目的是為穩(wěn)定電網(wǎng)電壓，包括發(fā)出無功的調(diào)相運行方式和吸收無功的進相運行方式。常規(guī)水電機組的發(fā)電機功率因數(shù)為0.850.9,機組可以降低功率因數(shù)運行，多發(fā)無功，實現(xiàn)調(diào)相功能。抽水蓄能機組在設(shè)計上有更強的調(diào)相功能，無論在

15、發(fā)電工況或在抽水工況，都可以實現(xiàn)調(diào)相和進相運行，并且可以在水輪機和水泵兩種旋轉(zhuǎn)方向進行，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)水電機組更好。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。抽水蓄能電站在設(shè)計上也考慮有事故備用的庫容，但蓄能電站的庫容相對于同容量常規(guī)水電站o要小，所以其事故備用的持續(xù)時間沒有常規(guī)水電站長。在事故備用操作后，機組需抽水將水庫庫容恢復(fù)。同時，抽水蓄能機組由于其水力設(shè)計的特點，在作旋轉(zhuǎn)備用時所消耗電功率較少，并能在發(fā)電和抽水兩個旋轉(zhuǎn)方向空轉(zhuǎn)，故其事故備用的反應(yīng)時間更短。止匕外，蓄能機組如果在抽水時遇電網(wǎng)發(fā)生重大事故，則可以由抽水工況快速轉(zhuǎn)