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1、抽水蓄能電站技術(shù)概況簡(jiǎn)介安徽省電力試驗(yàn)研究所倪安華1989年7月1抽蓄能電站的作用抽水蓄能電站是水力發(fā)電站的一種特殊形式。它兼具有發(fā)電及蓄能功能。抽水蓄能電站有上、下兩個(gè)水庫(kù)(池)。當(dāng)上庫(kù)的水流向下庫(kù)時(shí)，就如常規(guī)的水力發(fā)電站，消耗水的位能轉(zhuǎn)換為電能；相反，將下庫(kù)的水輸?shù)缴蠋?kù)時(shí)就是抽水蓄能，消耗電能轉(zhuǎn)換為水的位能。由于機(jī)械效率和各種損耗的原因，在同樣水位差和同樣水流量的條件下，抽水時(shí)所消耗的電能總是大于發(fā)電時(shí)產(chǎn)生的電能。那末，建設(shè)抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)效益表現(xiàn)在哪里呢?眾所周知，隨著工業(yè)化水平的發(fā)展和人民生活用電
2、的增加，電網(wǎng)用電負(fù)荷的峰谷差愈大。圖1是典型的日負(fù)荷曲線。在上午8：00左右開始和晚上19：00左右開始為兩個(gè)高峰負(fù)荷，此期間電網(wǎng)的發(fā)電出力必須滿足Pmax的要求；晚上23：00以后為低谷負(fù)荷，電網(wǎng)的發(fā)電出力又必須限制在Pmin。也就是說，發(fā)電出力必須滿足調(diào)峰要求。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，大機(jī)組在電網(wǎng)中的比重將增加，用高壓高溫高效率的大機(jī)組來調(diào)節(jié)負(fù)荷不僅在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，而且對(duì)設(shè)備的安全和壽命也有影響。今后核電機(jī)組更要求帶固定負(fù)荷。因此，電網(wǎng)調(diào)峰將更為困難。抽水蓄能電站的作用就是在低谷負(fù)荷期間吸取電網(wǎng)中的電能將水
3、抽至上庫(kù)，積蓄能量；而在高峰負(fù)荷期間再將上庫(kù)的水發(fā)電。亦即在圖l中增加了“V”部分的用電負(fù)荷，使常規(guī)機(jī)組負(fù)荷不必降到Pmin。而在高峰負(fù)荷時(shí)，“P”部分的負(fù)荷由抽水蓄能機(jī)組承擔(dān)，使常規(guī)機(jī)組的負(fù)荷不需要升高到Pmax塞。V的面積必然是大于P的面積，在電能平衡上是要虧損的，：然而卻減小了大機(jī)組的調(diào)峰幅度，降低了大機(jī)組由于帶峰荷而引起的額外的燃料消耗，提高了大機(jī)組的利用率。從全電網(wǎng)來衡量經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。抽水蓄能電站的綜合效率一般在65—75％，這—數(shù)字包括了抽水和發(fā)電時(shí)所損耗的機(jī)械效率。然而，大火電機(jī)組利用率的
4、提高即意味著煤耗的降低。如火電廠在30—40％酌額定工況遠(yuǎn)行時(shí)，其煤耗約比額定工況增加35％，而且低負(fù)荷遠(yuǎn)行可能要用油助燃，廠用電率也要比正常增加1—2個(gè)百分點(diǎn)。煤耗和廠用電的減少也可認(rèn)為是在同樣的能耗時(shí)發(fā)電量的增加。此外，常規(guī)水力發(fā)電站雖然也具備調(diào)峰功能，但其發(fā)電出力往往與灌溉、防洪等矛盾。因?yàn)槌Ｒ?guī)水電站的水庫(kù)調(diào)度是一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程。而抽水蓄能電站的發(fā)電量及蓄水量是可以按日調(diào)節(jié)的，可以做到按日平衡，不影響水庫(kù)的中長(zhǎng)期調(diào)度。綜上所述，抽水蓄能電站的優(yōu)越性可以歸納為以下幾點(diǎn)：(1)對(duì)電網(wǎng)起到調(diào)峰作用，降低火
5、電機(jī)組的燃料消耗、廠用電和運(yùn)行費(fèi)用。(2)提高火電機(jī)組的利用率，火電裝機(jī)容量可有所降低。(3)避免水電站發(fā)電與農(nóng)業(yè)的矛盾，有條件按電網(wǎng)要求進(jìn)行調(diào)度。(4)作為事故備用起動(dòng)快，抽水工況與發(fā)電工況可以迅速轉(zhuǎn)變，并可以調(diào)相，調(diào)頻。(5)無環(huán)境污染。因此，國(guó)際上已經(jīng)廣泛地采用抽水蓄能站，并向大容量發(fā)展。抽水蓄能電站的容量有的國(guó)家已經(jīng)占裝機(jī)容量的7一10％，占常規(guī)水電站裝機(jī)容量的20—30％。2抽水蓄能電站的構(gòu)成抽水蓄能電站應(yīng)有上水庫(kù)(池)、高壓引水系統(tǒng)、主廠房、低壓尾水系統(tǒng)和下水庫(kù)?：池)。其構(gòu)成如圖2。按水文條件
6、來看，如果上庫(kù)沒有流域面積或流域面積甚小，沒有天然入流量，則這一類抽水蓄能電站稱為“純抽水蓄能電站”，廠房?jī)?nèi)安裝流量基本相同的水輪機(jī)和(或)水泵。如果上庫(kù)有天然入流量，則這一類抽水蓄能電站稱為“混合式抽水蓄能電站”’廠房?jī)?nèi)除安裝抽水蓄能機(jī)組外，尚可增裝常規(guī)的水輪發(fā)電機(jī)，其容量與來水量相匹配。此外，下庫(kù)還可另安裝常規(guī)逕流水輪發(fā)電機(jī)，其容量與上、下水庫(kù)總來水量相匹配。此類電站可獲得較佳的經(jīng)濟(jì)效果。水庫(kù)的開發(fā)方式主要取決于站址的自然條件?？梢杂袔追N方式：(1)上、下兩庫(kù)均由人工圍建。此種方式是只能建純抽水蓄能電站
7、。自然條件主要是地形上能建設(shè)合適庫(kù)容和站址距電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)距離。水文條件是次要的。上庫(kù)的調(diào)節(jié)庫(kù)容量一般考慮5一l0小時(shí)的蓄放水量，而水位變化輻度不超過水輪機(jī)工作水頭的10一20％。(2)上庫(kù)由人工圍建，下庫(kù)則利用天然河道、湖泊、海彎或利用已經(jīng)建成的水庫(kù)。此種開發(fā)條件與(1)相同。(3)人工圍建下庫(kù)，而上庫(kù)則為已建成的水庫(kù)。即對(duì)原有的常規(guī)水電站進(jìn)行改造，成為混合式抽水蓄能電站。建站規(guī)模主要由下庫(kù)的地形和庫(kù)容來決定。(4)上、下兩庫(kù)均利用相近的天然河道或湖泊。這種站址比較難選，而且上、下庫(kù)之間的水位差也不會(huì)很大。(
8、5)在地形比較平坦的場(chǎng)合，只有上水庫(kù)是露天的，而下水庫(kù)、電站廠房及管道全部設(shè)在地下，也可利用報(bào)廢的礦井。這種蓄能電站的水頭可達(dá)1000米以上，可安裝大容量、高水頭、高效率的水輪機(jī)。抽水蓄電站一般采用高水頭以達(dá)到高效率低水耗，因此，壓力引水管也同樣承受高壓。高壓管道除了進(jìn)入廠房部份采用大口徑壓力鋼管外，其余部分均采用隧洞或豎井。洞的內(nèi)部襯砌是影響壓力的重要因素，一般情況下采用鋼板襯砌。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好時(shí)可將部份內(nèi)水壓
