抽水蓄能电站介绍

抽水蓄能电站介绍

一、抽水蓄能电站简介

我们知道，电力具有发、供、用同时完成的特性。在负荷低谷时，发电厂的发电量可能超过了用户需要，电力系统有剩余的电能。而在负荷高峰时，又可能出现满足不了用户需要的情况。建设抽水蓄能电站能够较好地解决这个问题。

抽水蓄能电站有一个建在高处的上水库和一个建在电站下游的下水库。抽水蓄能的机组能起到作为一般水轮机的发电作用和作为水泵将下库的水抽到上库的作用。在电力系统低谷负荷时，抽水蓄能电站的机组作为水泵运行，往上库蓄水。在高峰负荷时，作为发电机组运行，利用上库的蓄水发电，送到电网。

世界抽水蓄能电站的运行实践证明，它的能量转换比率达75%，即深夜低谷抽水耗电4kW·h，可在高峰期间发出电力3 kW·h。

一些发达国家的实践表明，电网发展到了一定的阶段，必须建设一定数量的抽水蓄能电站来改善和平衡电力系统的负荷能力，提高系统的供电质量和经济效益。

二、抽水蓄能电站在电网中的作用

既能调峰又能填谷，具有双倍容量功能。抽水蓄能电站的机组从备用达到满负荷运行仅需120 s到150 s，这是火电机组所望尘莫及的。且这种电站具有削峰和填谷的双重作用，因此它的调峰能力为其装机容量的2倍，比常规水电站和调峰机组的调峰能力要好得多。

起停迅速，是理想的紧急事故备用电源。抽水蓄能机组起停迅速，改变工况快，是良好的事故备用机组。在日本、意大利等国家，有些抽水蓄能电站年利用仅500 h，绝大部分处于备用状态。

改善火电和核电运行条件。抽水蓄能电站与核电配合运行所发电量成为可满足电网负荷变化要求的优质电能。如电力系统日最小负荷率为0.6，系统为纯火电机组时，还得一些机组频繁地起停运行。如果加入10 %的抽水蓄能机组，则火电机组的调荷能力只需20 %或稍多一点即可，同时“解放”了绝大部分火电机组，让它们在高效率区间运行。对于核电站而言，尤其需蓄能电站配合改善其运行条件。

提高电网运行效益。在水电比重较大的电网中，抽水蓄能电站可利用水电的

低谷电能抽水转换成高峰电量，从而减少水电弃水量或火电耗煤量。

发挥线路的输电能力。有了蓄能电站，相当于一条高速公路变成了两条高速公路——低谷时，线路可以满载运行，而高峰时，在主网线路满载运行的情况下，蓄能电站依然可以供给周围的高峰负荷，从而减轻了主网线路的压力。

显著的动态效益。从国外的研究成果看，抽水蓄能的动态效益主要体现在承担短负荷、事故备用、调频、调相、提高系统运行可靠性等方面。抽水蓄能电站的调相运行功能可减少电网无功补偿设备，从而节省电网投资及运行费用。

节省电力投资费用。研究表明，兴建抽水蓄能电站，其投资比常规水电站少、工期短。

抽水蓄能电站可大大提高电网运行的安全性。由于抽水蓄能机组起停速度快，改变工况速度快，是电力系统的“快速反应部队”，它的加盟，对电力系统的安全运行和事故备用都起到安全保障作用。

三、抽水蓄能电站的发展过程

抽水蓄能电站的机组，早期是发电机组和抽水机组分开的四机式机组；然后发展为水泵、水轮机、发电-电动机组成的三机式机组；现在已发展为水泵水轮机和水轮发电电动机组成的二机式可逆机组。

可逆机组大轴上端为发电电动机，下端为水泵水轮机。在发电工况下机组作为水轮机-发电机运行，抽水工况下作为水泵-电动机运行，两种工况的转向相反。抽水蓄能电站具有发电与抽水两种工况，对可逆式机组应设置换相开关来改变相序，从而改变电机的旋转方向。换相开关多采用隔离开关，换相开关可设在主变压器高压侧，也可设在低压侧，但设在高压侧占地面积大，且二次接线复杂。所以近期所建的抽水蓄能电站多将换相开关设在低压侧。可逆机组极大地减小了土建和设备投资，得以迅速推广。

四、抽水蓄能电站的结构

抽水蓄能电站由上水库、输水系统、安装有机组的厂房和下水库等建筑物组成。抽水蓄能电站的上水库是蓄存水量的工程设施，电网负荷低谷时段可将抽上来的水储存在库内，负荷高峰时段由水库放下来发电。输水系统是输送水量的工程设施，在水泵工况(抽水)把下水库的水量输送到上水库，在水轮机工况(发电)将上水库放出的水量通过厂房输送到下水库。厂房是放置蓄能机组和电气设备等

重要机电设备的场所，也是电厂生产的中心。抽水蓄能电站无论是完成抽水、发电等基本功能，还是发挥调频、调相、升荷爬坡和紧急事故备用等重要作用，都是通过厂房中的机电设备来完成的。抽水蓄能电站的下水库也是蓄存水量的工程设施，负荷低谷时段可满足抽水的需要，负荷高峰时段可蓄存发电放水的水量。

五、抽水蓄能机组与常规机组的区别

和常规水轮机相比较，可逆式水泵水轮机在水力性能上有一些明显的特点：

(一) 可逆式转轮要能适应两个方向水流的要求。由于水泵工况的水流条件较难满足，故可逆转轮一般都做成和离心泵一样的形状，而与常规水轮机转轮的现状相差较多。

(二) 由于水泵水轮机双向运行的特性，水泵工况和水轮机工况的最高效率区并不重合，在选择水泵水轮机的工作点时，一般先照顾水泵工况，因而水轮机工况就不能在最高效率点或其附近运行，在水力设计上，这种情况称为效率不匹配。

(三) 由于可逆式转轮的特有形状，在高水头运行时很容易产生叶片脱流而引起压力脉动。水泵工况时水流出口对导叶及固定桨叶的撞击也会形成很大的压力脉动，在转轮和导叶之间的压力脉动要比常规水轮机高。总的看来，可逆式水泵水轮机的水力振动特性要略差于常规水轮机。

在抽水蓄能电站中应用最多的是可逆式水泵水轮机，与之配套的是可逆式电机。这种电机向一个方向旋转为电动机，向另一方向旋转为发电机，故称为可逆式电动发电机。从电气原理上看，同步发电机本身是可以正反旋转的。但与常规水轮发电机相比较，在结构上还有以下不同的特点：

(一) 双向旋转。由于可逆式水泵水轮机作水轮机和水泵运行时的旋转方向是相反的，因此电动发电机也需按双向运转设计。在电气上要求电源相序随发电工况和驱动工况而转换；同时电机本身的通风、冷却系统和轴承结构都应能适应双向旋转工作。

(二) 频繁启停。抽水蓄能电站在电力系统中担任填谷调峰、调频的作用，一般每天要启停数次，如英国迪诺威克抽水蓄能电站是近年建设的蓄能电站中启停频繁、操作要求很高的一个实例，设计每天启停40 次。电动发电机功率调整幅度要求很大，调整也很频繁，大型机组要求有每秒钟增减10MW负荷的能力。