抽水蓄能电站技术概况简介概要

抽水蓄能电站技术概况简介

安徽省电力试验研究所倪安华

1989年7月

1抽蓄能电站的作用

抽水蓄能电站是水力发电站的一种特殊形式。它兼具有发电及蓄能功能。抽水蓄能电站有上、下两个水库(池)。当上库的水流向下库时，就如常规的水力发电站，消耗水的位能转换为电能；相反，将下库的水输到上库时就是抽水蓄能，消耗电能转换为水的位能。由于机械效率和各种损耗的原因，在同样水位差和同样水流量的条件下，抽水时所消耗的电能总

是大于发电时产生的电能。那末，建设抽水

蓄能电站的经济效益表现在哪里呢?

众所周知，随着工业化水平的发展和

人民生活用电的增加，电网用电负荷的峰谷

差愈大。图1是典型的日负荷曲线。在上午

8：00左右开始和晚上19：00左右开始为两

个高峰负荷，此期间电网的发电出力必须满

足P max的要求；晚上23：00以后为低谷负荷，

电网的发电出力又必须限制在P min。

也就是说，发电出力必须满足调峰要求。随着电网的发展，大机组在电网中的比重将增加，用高压高温高效率的大机组来调节负荷不仅在经济上是不合算的，而且对设备的安全和寿命也有影响。今后核电机组更要求带固定负荷。因此，电网调峰将更为困难。抽水蓄能电站的作用就是在低谷负荷期间吸取电网中的电能将水抽至上库，积蓄能量；而在高峰负荷期间再将上库的水发电。亦即在图l中增加了“V”部分的用电负荷，使常规机组负荷不必降到P min。而在高峰负荷时，“P”部分的负荷由抽水蓄能机组承担，使常规机组的负荷不需要升高到P max塞。V的面积必然是大于P的面积，在电能平衡上是要亏损的，：然而却减小了大机组的调峰幅度，降低了大机组由于带峰荷而引起的额外的燃料消耗，提高了大机组的利用率。从全电网来衡量经济效益是显著的。

抽水蓄能电站的综合效率一般在65—75％，这—数字包括了抽水和发电时所损耗的机械效率。然而，大火电机组利用率的提高即意味着煤耗的降低。如火电厂在30—40％酌额定工况远行时，其煤耗约比额定工况增加35％，而且低负荷远行可能要用油助燃，厂用电率也要比正常增加1—2个百分点。煤耗和厂用电的减少也可认为是在同样的能耗时发电量的增加。

此外，常规水力发电站虽然也具备调峰功能，但其发电出力往往与灌溉、防洪等矛盾。因为常规水电站的水库调度是一个综合的系统工程。而抽水蓄能电站的发电量及蓄水量是可以按日调节的，可以做到按日平衡，不影响水库的中长期调度。

综上所述，抽水蓄能电站的优越性可以归纳为以下几点：

(1)对电网起到调峰作用，降低火电机组的燃料消耗、厂用电和运行费用。

(2)提高火电机组的利用率，火电装机容量可有所降低。

(3)避免水电站发电与农业的矛盾，有条件按电网要求进行调度。

(4)作为事故备用起动快，抽水工况与发电工况可以迅速转变，并可以调相，调频。

(5)无环境污染。

因此，国际上已经广泛地采用抽水蓄能站，并向大容量发展。抽水蓄能电站的容量有的国家已经占装机容量的7一10％，占常规水电站装机容量的20—30％。

2抽水蓄能电站的构成

抽水蓄能电站应有上水库(池)、高压引水系统、主厂房、低压尾水系统和下水库?：池)。其构成如图2。

按水文条件来看，如果上库没有流域

面积或流域面积甚小，没有天然入流量，则

这一类抽水蓄能电站称为“纯抽水蓄能电

站”，厂房内安装流量基本相同的水轮机和

(或)水泵。如果上库有天然入流量，则这一

类抽水蓄能电站称为“混合式抽水蓄能电

站”’厂房内除安装抽水蓄能机组外，尚可增

装常规的水轮发电机，其容量与来水量相匹配。此外，下库还可另安装常规迳流水轮发电机，其容量与上、下水库总来水量相匹配。此类电站可获得较佳的经济效果。

水库的开发方式主要取决于站址的自然条件。可以有几种方式：

(1)上、下两库均由人工围建。此种方式是只能建纯抽水蓄能电站。自然条件主要是地形上能建设合适库容和站址距电网的经济距离。水文条件是次要的。上库的调节库容量一般考虑5一l0小时的蓄放水量，而水位变化辐度不超过水轮机工作水头的10一20％。

(2)上库由人工围建，下库则利用天然河道、湖泊、海弯或利用已经建成的水库。此种开发条件与(1)相同。

(3)人工围建下库，而上库则为已建成的水库。即对原有的常规水电站进行改造，成为混合式抽水蓄能电站。建站规模主要由下库的地形和库容来决定。

(4)上、下两库均利用相近的天然河道或湖泊。这种站址比较难选，而且上、下库之间的水位差也不会很大。

(5)在地形比较平坦的场合，只有上水库是露天的，而下水库、电站厂房及管道全部设在地下，也可利用报废的矿井。这种蓄能电站的水头可达1000米以上，可安装大容量、高水头、高效率的水轮机。

抽水蓄电站一般采用高水头以达到高效率低水耗，因此，压力引水管也同样承受高压。高压管道除了进入厂房部份采用大口径压力钢管外，其余部分均采用隧洞或竖井。洞的内部衬砌是影响压力的重要因素，一般情况下采用钢板衬砌。当地质条件较好时可将部份内水压力传递至周围岩石上，以减少—钢板用量及工程费用。为增强衬砌刚度，防止压曲，对衬砌钢板再加焊劲环或劲带。为了防止水锤的发生，调压井的设置与常规水电站相同，特别要考虑过渡工况下的负水锤和涌流。如调压井的位置选择困难，亦可采用气垫式调压室，它与常规调压井起到同样的作用。抽水蓄能的水泵需要有正的吸入扬程，因此与常规水电站不同，尾水管道也是有压力的。

常规水电站的进水口有拦污栅。抽水蓄能电站的进水口又是蓄能工况时的出水口。因此栏污栅的设计是一个专门问题。

抽水蓄能电站的厂房一般采用地下式。厂房的标高应低于下库最低水位以下30—50米，以保证抽水工况时有一定的吸水扬程，防止气蚀。近年来各种高效施工机械的发展，以