抽水蓄能发电技术思考题2011级

抽水蓄能发电技术思考题1 电力系统调峰主要有哪几种手段？火电机组调峰、燃气轮机组调峰、内燃机组调峰、抽水蓄能机组调峰2 什么是抽水蓄能电站？抽水蓄能电站在电力系统中有什么作用在电网用电高峰时，将海拔高的上水库水放至下水库，将水势能转化为电能输送电网；用电低谷时将下水库的水抽到上水库，将电能以势能形式存储下来，消纳电网中多余的电量。

发挥“调峰填谷”作用的水电站。

1对改善电网运行的作用（1）发电调峰一个供电系统的负荷每时每刻都在变化。

一般电网在发电设备容量和用电负荷基本平衡的情况下，每天都会出现两个用电高峰，即早高峰和晚高峰。

电网用电高峰时负荷上升速率较快，而火电等电源不能满足负荷上升速率要求，需要抽水蓄能电站进行发电调峰，以缓解电网供电之不足。

抽水蓄能电站承担电网调峰运行的优势在于：与煤电相比，开、停机迅速、灵活，负荷跟踪性能好；可替代火电容量或降低火电机组的调峰深度，与油电（燃汽轮机）相比，它节省了燃料消耗，降低了运行费用，调峰能力强，能提高电网运行的可靠性与经济性；与常规水电相比，它不仅能调峰，而且能填谷。

（2）抽水填谷在用电低谷时，电网内大量的富裕电能无法利用，而电能又不能储存，系统必须减少发电设备的出力，以保证电网内电能的供需平衡，同时还需保证电网的供电安全和供电质量。

对于以火电为主的电网，火电机组因受机组技术最小出力的限制，一般最小负荷可降低到机组额定容量的50％～70％，如降低的幅度超过机组技术最小出力，就容易造成机组灭火停机事故，这就是通常所说的火电机组压负荷调峰。

对于以水电为主的电网，可停运部分水电机组。

对于调节性能不好的水电站，特别是径流式水电站，就会造成大量的弃水。

有了抽水蓄能电站就能以水作为载体将电网的富裕电能转化为势能。

达到储存电能的目的，这样可减少火电机组压负荷调峰和水电站弃水。

调峰的问题，减少火电机组因压负荷运行所增加的煤耗。

当以水电站作为抽水电源时，可减少电站弃水，增加电站效益，还可使火电机组的运行状态大大改善。

（3）频率调整由于电力系统中各用电对象的用电特性千差万别，系统的负荷每时每刻都在变化，这些用电对象的投切都对系统的负荷产生影响。

如果用电对象增加的负荷较大，系统内的发电设备一时不能满足时，就会使系统频率下降；如果系统用电对象减负荷较多，供大于需求时，系统频率就会上升。

不论系统频率上升还是下降，都会对系统用户产生影响，严重时可使用电户设备受到损坏。

电力系统应根据系统的负荷变化，随时调整发电设备的出力以适应系统负荷变化，而使系统频率保持在规定的范围之内。

我国规定，电力系统频率50Hz±0.2Hz为合格。

以燃煤火电为主的电力系统，由于火电机组增、减负荷速度相对较慢，一般较难适应系统的负荷变化，特别是系统负荷急剧变化时（即出现大波动现象），以致系统的频率合格率较低。

如华北电网，在20世纪80年代，系统频率合格率最低曾降到81 %，一般也仅为95％～98 %。

抽水蓄能机组增减负荷迅速灵活，负荷跟踪性能好，对负荷随机、瞬间变化可做出快速反应，且有很强的应付负荷突变的能力。

当系统周波偏离正常值时，能立即增减出力，调整周波，使之维持在正常范围内，起到调频作用。

（4）无功调节（调相）不论电力系统的电压升高或降低，对电力用户都会产生不利影响，严重时同样会使设备损坏或不能正常工作。

抽水蓄能机组具有调相功能，既可以吸收无功功率（抽水调相），也可以发出无功功率（发电调相），以维持电网电压的稳定，这样可减少电力系统的无功补偿装置，从而减少系统的投资。

5．事故备用电力系统的发电电源不仅要满足系统用电负荷的要求，同时还必须有一定数量的备用容量。

根据电网容量大小及电源构成上的差别，设置备用容量的比例会有所不同。

一般情况下，发电设备容量备用率为系统最大负荷的20％左右（包括负荷备用、事故备用和检修备用等）。

大电网备用率可能要低一些，小电网可能要高一些。

电力系统的备用容量一般分为紧急事故备用容量和一般事故备用容量。

当由火电机组承担紧急事故备用容量时，机组以额定转速空转，处于旋转备用状态（称为热备用），根据系统要求旋转备用容量随时可以带负荷运行；由火电机组来承担旋转备用容量，一部分容量经常处于空转状态，使机组煤耗上升，系统的燃料消耗增加。

火电备用机组在其备用状态下称为冷备用，冷备用容量投入运行需要的时间相对较长。

抽水蓄能机组同常规水电机组一样，启动迅速灵活，工况转换快，具有火电机组旋转备用功能，承担系统的备用是非常合适的。

以往大量的研究成果表明，抽水蓄能电站承担电力系统备用容量，其经济效益显著。

6．黑启动电力系统在遇到特大事故时，会使整个系统处于瘫痪状态。

火电机组在失去厂用电，又没有外部电源的情况下，一般是难以启动恢复正常运行的。

而抽水蓄能电站即使没有外来电源，依靠电站上水库库存水量，机组可以发电工况启动，恢复厂用电，并向电网供电，这就是所谓的黑启动。

在电力系统瘫痪状态下，蓄能电站的黑启动功能可为系统中其他机组的启动创造条件，使系统尽快恢复正常。

（7）配合系统的特殊负荷需要电力系统每年都要投产一定规模的发电电源，以满足用电负荷增长的需求。

而新投产的火电或水电机组在投入正式运行之前都要进行一系列的调试工作，目前生产的火电机组单机容量已达到1000MW，进行甩负荷试验时将对电力系统造成很大的冲击，严重时会导致系统瘫痪。

抽水蓄能电站可配合新机组的甩负荷试验，即由抽水蓄能电站抽水运行作为试验机组的负荷，当其甩负荷时，蓄能机组可迅即停止抽水运行，以保持系统负荷平衡，从而保证电网正常运行。

8．满足系统特殊供电要求对于国家举行的一些重要活动，要求确保100 %的供电可靠性。

火电机组为主的电网，即使其装机容量余度比较大，但应对电网突发性事故仍很困难。

比较有效的办法就是利用抽水蓄能电站的特殊运行方式来解决。

9．改善火电和核电的运行工况，节省燃料由于抽水蓄能电站具有调峰填谷的双重作用，大大改善了系统中火电、核电机组的运行条件，使这些机组能基本上维持在高效率区稳定运行，在一天运行过程中不必频繁增减出力或开停机组，从而降低单位煤耗，达到节约系统燃料消耗的目的，同时也有利于这些机组安全运行。

10．其他作用抽水蓄能电站还具有其它诸多作用，如：与常规水电联合运行，汛期时可减少水电站低谷时弃水；是系统有效的调节电源等。

3在提高水电效益方面的作用（1）缓解发电与灌溉的用水矛盾（2）调节长距离输送的电力（3）充分利用水力资源（4）对环境无不良影响3 抽水蓄能电站工程特点水工建筑方面也有它的特殊性，比如对防渗的要求就特别严格，因为它的水是用电换来的，同时机组吸出高度多为负值，厂房多为地下式等等，因此在设计和施工方面都有一定的难度，在已建的抽水蓄能电站中，攻克了这些难关，为今后抽水蓄能电站的建设，取得了成功的经验。

抽水蓄能电站的引水道有竖井和斜井两种布置形式。

斜井与竖井相比，斜井水道长度短，水力过渡条件好，具有节省投资、提高电站效率等优势。

但斜井的施工难度较大，施工技术比竖井复杂。

中国目前己建的广蓄、十三陵、天荒坪等蓄能电站，引水道均采用斜井布置。

通过这些斜井施工，己形成了较为成熟的斜井安全快速施工成套技术。

4 抽水蓄能电站适用于哪些电力系统火电为主的电网由于火电机组增加和降低出力受到机组本身技术条件的限制，其调节性能不如水电机组灵活，对电网负荷变化的反应速度也较慢，给电网调度运行带来困难，不能很好满足电网运行要求，需要建设一定规模的调节性能好而运行灵活的调峰电源。

然而这类电网所覆盖的地区一般水资源相对比较缺乏，建设常规水电站用于电网调峰的可能性不大。

因此，对以火电为主的电网来说，建设抽水蓄能电站是解决电网调峰比较理想的途径。

具有核电机组的电网故对于核电机组容量占有一定比例的电网，建设蓄能电站作为电网的调峰电源和核电机组的保安和备用电源是必不可少的。

水电为主的电网对于水电资源比较丰富的地区，系统内常规水电装机容量虽然比较大，如果调节性能好的水电站较少，没有足够大的调节库容，其调节性能会受到限制，丰、枯水期出力变化大。

在汛期常规水电经常处于弃水调峰状态，而枯水期常由于出力不足，满足不了电网的调峰要求。

在这种地区修建一定规模的抽水蓄能电站，不仅可弥补电网调峰容量的不足，增加系统运行的灵活性，也可使水力资源得到充分利用。

接受远距离送电的电网这类电网所覆盖的范围一般均是能源相对缺乏，而经济比较发达、用电量较大的地区，当地的电源建设不能满足用电要求，需要从电力资源比较富余的地区远距离输电。

由于送电距离较远，没有一定的送电规模，远距离送电是不经济的。

线路较长，发生事故的几率相对比较大；送电规模较大，出现事故时对电网的影响也比较大。

对于这类电网也需要建设一定规模的蓄能电站作为电网的保安电源，以保证电网运行的安全与可靠。

5 有人说抽水蓄能是“用4度电换3度电”，是划不来的。

这种看法为何不对？抽水蓄能电站利用下半夜过剩的电力驱动水泵抽水，将水从下水库抽到上水库储存起来，然后在次日白天和前半夜将水放出发电，并流入下水库（填谷）。

在整个运作过程中，虽然部分能量会在转化间流失，但相比之下，使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机这种情况来得便宜，效益更佳。

（可使其他能源如火电、核电等利用率提高，在低谷时可在较高负荷下平稳运行。

）6 为什么有些水电丰富的地区仍需要抽水蓄能电站？对于水电资源比较丰富的地区，系统内常规水电装机容量虽然比较大，如果调节性能好的水电站较少，没有足够大的调节库容，其调节性能会受到限制，丰、枯水期出力变化大。

在汛期常规水电经常处于弃水调峰状态，而枯水期常由于出力不足，满足不了电网的调峰要求。

在这种地区修建一定规模的抽水蓄能电站，不仅可弥补电网调峰容量的不足，增加系统运行的灵活性，也可使水力资源得到充分利用。

7 抽水蓄能电站在增进能源利用上有什么作用？1、降低电力系统燃料消耗电力系统中的大型高温高压热力机组，包括燃煤机组和核燃料机组，均不适合在低负荷下工作。

由于电网调节需要而强迫压低负荷后，燃料消耗和厂用电都将增加，机组的磨损也将加速。

采用抽水蓄能机组与其配合运行后这些热力机组都可以在额定火较高出力下运行，实现了较高的运行效率2、改变能源结构抽水蓄能机组所代替的热力机组中有部分是燃油的机组，而抽水蓄能的动力来自与电网中电力（主要是燃煤），对改变能源结构有重要意义。

3.提高火电设备利用率用燃煤机组调峰时要经常改变运行方式或频繁开机，进而导致机器的磨损和经常发生的事故。

抽水蓄能机组可以替代这些热力机组的调峰任务，是这些机组可以负担更为稳定的负荷设备的利用率得以提高，寿命可以延长。

4、降低运行消耗抽水蓄能机组是水力机组，厂用电消耗比常规水电站（2%~3%）略多，但比热力机组（7%~8%）低得多。