水电厂的发电和调峰能力研究

水 电厂是把水 的位能和动能转换成 电能的工厂。 电厂发 电的 是否 合 理 。 水 基本生产过程是 ： 从河流 高处 或其 他水库 内引水 ， 利用水 的压 力或 ３水 电厂 的方 向发 展 及 其 必要 性 流速冲动水轮机旋转 ， 将水 能转变成机械能 ， 然后水轮机带 动发电 水 电机组调峰 能力 ， 即机组对 系统 负荷变化 的跟踪能力 ， 机 是 机旋转 ， 将机械能转变成 电能 。水电厂调峰操作简便 ， 动作迅速 ， 成 组启停时 间、 出力变化幅值和出力调整速 率等因素的综合体 现。调 本低 廉 ， 给电网运行带来 良好 的调节性能和很大 的经济效益 ， 这是 峰能力取决于多项 因素 ， 如何将各项 因素合理描述 、 组织起来共 同 火 电 厂无 法 相 比 的 。 优化调峰能力 。 并且 ， 水电弃水调峰是极不经济的 ， 因此对水 电机组 １水 电厂 在 电 力 系统 中的 重 要 作 用 应该考虑避免弃水调峰 。当评估机组调峰能力时 ， 如何 全面反映机 在电力 系统 中发 电厂最基本的功 能就是发 电 ， 向系统或用户供 组调峰能力 的各影响 因素的综合影 响 ， 提出切实可行的调峰及发电 电 ， 电厂也不例外 。可是 ， 水 由于水电厂运行上 的特 点 ， 它还在 电力 措施 ， 值得进一 步进行研究 。 系统中的调峰 、 调频 、 调相等方面具有特殊 的作用 ， 这对 电力系统的 为了增强水 电厂的调峰 能力 ，可 以改造 水电厂为抽 水蓄能 电 安 全 经 济 运行 有 重 要 意 义 。 厂。我国的中小型水电厂对 电网调峰和事故备用 ， 着举 足轻重的 起 水电厂生产的电能大多数是通过长距离 的高压送电线路 ， 送人 作用。 但是 由于水库水量 限制 ， 峰运行时 间不能长 ， 顶 否则水库水位 电力系统 ， 因此在建设水电厂时．必须正确选择水 电厂与系统 的连 下降 ， 机组 出力受阻 ， 调峰能力降低 。而电网在低谷 时， 又多余很多 就可以 ｕ 用低谷时多余的 接方式。以便充分发挥水 电厂在 电力系统 中的作用 。水电厂接入系 电能发不 出来 。可 以在 电厂增建 蓄能泵 ， 统设计的主要 内容是及 时合理地选择水电的送 电电压 、 电线路 的 电力 ， 送 把下库水抽到上库贮存 ， 时为 电网填谷 。在 电网高峰 时， 此 这 回路数 和导线截 面 ．以保证将水 电厂发 出的 电能经济 、 可靠 、 合理 部分贮存 在上库 的水又可通过常规机组发 电后流到下水库 ， 这就是 如果每天抽水多少 ， 就发 电放水多少 ， 上 地送人系统。 电厂 的优点很多 ， 已经为人们所共识 。 水 这 具有设备简 个抽水 蓄能 的完整过程。 单， 操作简便 ， 开停 机迅速 ， 跟踪负荷灵活 、 快速等特点 ， 电力 系统 库水位保持 不变 ， 是 电厂能源来 自火 电转换成水 电 ， 这就是一 个纯抽 最好的调峰电源。 水蓄能电厂。 ４建 设 抽 水 蓄 能 型 电厂 的 必 要 性 由于电能的生产 、 输送 、 分配和使用必须同时完成 ， 要求机组不 仅满足 电力系统基本 负荷需求 ， 还要根据 电力负荷 的波动及 时地调 通过分析 电网 的电源结 构特性 、 国内水 域的来水情 况 ， 抽水 蓄 节生产 。 并且 ， 机组应该具备一定的调节能力 ， 担负电 网运行 中的调 能 电厂在电力 系统 中可 以有效的保持 电力 电量平衡 ， 发挥水电厂调 峰任务 。随着国民经济 的不 断发展和用电结构的不断变化 ， 国各 峰调相的作用。 我 ４１抽水 蓄能 电厂可利用低谷 电能（ ． 即剩余 电能） 抽水 ， 在尖峰时 区域 电网均不同程度地出现了电网峰谷差越来越大 、 系统 调峰任务 越来越重的共性问题。 发电， 既可调峰 ， 又可填谷 ， 还可调频 和事 故备用 ， 故实质上在 电力 ２水 电厂 的 调 峰 、 相 能 力 调 系统 中起到了一种 能量储存转换和改善优化 的功能 。 在当前我 国电 一些 电网中水电 比重 日益下 降 ， 对抽水 蓄能的需要 般调峰调频的任务 由水 电厂承担 ， 而火 电厂一般承担基荷 和 力工业发展 中 ， 腰荷 ， 峰荷 由水 电厂承担 ， 这是 因为火 电厂气 轮机从锅炉起炉到汽 日感迫切。抽 水蓄能与煤 电和油 电、 天然气 电比， 跟踪负荷性 能好 、 轮机并 网发 电需要好几个ｔ Ｈ 的时间， 网后一般很 长时间才会停 开停机 灵活 ， 可节煤节油 ， Ｊ￣ ， 并 并 调峰灵活 ； 与常规水 电比 、 由于还具有 因此它对 电网的调 节功能优于常规水电。 机。 如果让其调节峰荷 ， 会不停 的开停机或改变出力 ， 对燃煤的利用 填谷功能 ， 率很低 ， 反应速度也跟不上 。而水 电厂不像 火电厂发 电前 需要 锅炉 ４２抽水 蓄能和水 电一样对 环境及可 持续 发展最 为有利但水 电 ． 预热 ， 在短 短几分钟 内就可并 网发电 ， 而且不 会像汽轮机起停那样 不 能担 任填 谷 ， 其调 峰能力仅为抽水 蓄能 的一 半 ， 故其 调频 和事故 旋转备用的作用亦将相应减少。煤电调峰仅约 ３ ％， 电不 ０ 棱 造成大量的能量浪费 ， 以一般由水 电厂承担调 峰调频任务 。调峰 备用 、 所 电源应作为 电力系统规划设计 的一个重要 内容 ， 在每一个 发展阶段 能调峰 ， 燃气轮机可作调峰运行 ， 但负荷跟踪 、 快速启停等亦不如抽 应 有具体安排 ， 在技术经济合理 的前 提下 ， 优先发挥水 电的调峰 水 蓄能 和水 电能迅速满足电网的质量要求 。从 以上 比较可知 ， 应 抽水 蓄能在调峰等功能上都 属优先 ， 至在某些方面是水 电所不能替代 甚 能力 。 相 比于火 电机组 ， 电机组开停机迅速 、 水 灵活 ， 且调峰深度接近 的 有些水 能资源丰富的地区和一些水 电厂本身 ，也需要增设抽水 百分之百 ， 具有优越的调峰性能 。 而 ， 然 水电出力受上游来水影响较 蓄能， 便于更充分地发挥或改善其发 电效益 。如挪威接近纯水 电国 也需要一定份额 的抽水蓄能。 大， 属于能量受 限机组 。因此 ， 从经济运行 的角度 出发 ， 火电系统 家 ， 水 的运行方式 ： 在丰水 期 ， 为避免弃水损失 ， 电机组在各时段均为满 水 ４３抽水蓄能电厂既能达到单位千瓦投资低 ，并且改变 了电力 ． 发或接 近满发 ， 在电网运行 中承担基荷 ； 在枯水期 ， 将有限 的水 电投 系统的电源结构 ，减少了单位千 瓦投资高 的调峰火 电机组容量 ， 为 放 到电 网负荷高 峰时段 ， 利用水 电优越 的调峰性能 ， 电机组 在电 电力 系统节约 了电力建设投 资和运行费 。抽水蓄能机组启停迅速 ， 水 卸荷速度快 ， 运行灵活可靠 ， 能够很好地适应 电力 系统负荷变 网运行 中承担峰荷 和腰荷 。然而 ， 在丰水期 ， 由于水 电承担基 本负 爬荷 、 可作为电网的调频 、 调相 和事故备用 电源 ， 高电网供 电可靠性 提 荷， 电网调峰任务基本上 由火 电机组承担 ， 电网调峰任务很重 ， 化 ， 使得 因而 ，需要研究合适 的经济手段 激励 发电企业 提高机组调峰 能力 ， 和供 电质量 。 ４ ． ４抽水蓄能电厂具有两个 明显 的特点 ：． ａ抽水蓄能电厂需 要水 保全系统具 备充裕 的调峰能力 ， 满足 电网运行的调峰需要 。 所 在枯水期 ， 水库来水量很少 ， 水电厂除了集中水 量负担峰荷外 ， 但基本上不耗水 ， 以其规模不象常规水电那样取决于所在站址的 主要取决 于上 下池容积和落差 ， 更主要 的是 取决 还可将备用机组作为调相机运行。 这时水轮发 电机作为空载的同步 来水流量和落差 ， ｂ电厂型式很多 ， 适应性强 ， 可 电动机运转 ， 调节其励 磁 ， 发出无功功率 ， 以满足系统无功 的需要 。 于所在 电网可供低谷时抽水的 电量 ；． 在山区 、 江河梯级 、 平原均可修建抽水蓄能电厂 。 但是 ， 如果水 电厂离负荷 中心较远 ， 长距离输送无功功率 ， 其损耗很 视情况选定 ， ４５ ．抽水蓄 能电厂的工程量一般 比常规水 电厂少 ，虽然 目前我 大。 另外水轮机必须充气压水 ， 以及调相运转时存 在有 功损耗等 ， 也 往往需 （ 下转 ６ ４页 ） 就影响其调相的经济效果 ， 需要综 合 比较后 确定 采用 调相 运行 方式 国对可逆式机组还没有成熟 的制造 经验 ，
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科 技 究
周 小 娟
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（ 湖南省电力公 司东江水力发电厂， 湖南 资兴 ４ ３ ０ ） ２４ ０
摘 要： 水电厂在 电力 系统 中除发 电外， 主要发挥调峰 、 填谷 、 调相、 调频和备用的作用。在规 划设计阶段 ， 对水 电厂建成后 的发 电能 力特别是在 系统峰 荷时的发 电能力（ 调峰 ） 有重要要 求， 本文就水电系统的发电能力和调峰能 力进行初步分析 。 关 键 词 ： 电厂 ； 电 能 力 ； 水 发 调峰 能 力