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    蓄水儲能

    蓄水儲能

    抽水蓄能最早于19世紀90年代在意大利和瑞士得到應用,目前,全世界共有超過90GW的抽水蓄能機組投入運行。抽水蓄能電站的最大特點是儲存能量非常大,是電力系統中應用最為廣泛的一種儲能技術,儲存能量的釋放時間可以從幾小時到幾天,其主要應用領域包括調峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用、黑啟動和提供系統的備用容量,還可以提高系統中火電站和核電站的運行效率。從技術層面講,抽水蓄能電站的關鍵在于如何實現電能與高水位勢能間的快速轉換,抽水蓄能機組的設計和制造是關鍵。

    機組正向高水頭、高轉速、大容量方向發展,現已接近單級水泵水輪機和空氣冷卻發電電動機制造極限,今后的重點將立足于對振動、空蝕、變形、止水和磁特性的研究,著眼于運行的可靠性和穩定性,在水頭變幅不大和供電質量要求較高的情況下使用連續調速機組,實現自動頻率控制。提高機電設備靠性和自動化水平,建立統一調度機制以推廣集中監控和無人化管理,并結合各國國情開展海水和地下式抽水蓄能電站關鍵技術的研究。

    特點

    容量增幅大,發展速率高

    抽水蓄能特點

    世界上第一座抽水蓄能電站于1882年誕生在瑞士的蘇黎世,至今已有一百二十五年的歷史。但世界上抽水蓄能電站得到迅速發展,是在六十年代以后的事,也就是說從第一座抽水蓄能電站建成到迅速發展,中間相隔了近80年。中國抽水蓄能電站建設起步較晚,六十年代后期才開始研究抽水蓄能電站的開發,1968年和1973年先后在中國華北地區建成崗南和密云兩座小型混合式抽水蓄能電站。在近40年中,前20多年蓄能電站的發展幾乎處于停頓狀態,九十年代初才開始有了新的發展。至2005年底,全國(不計臺灣)已建抽水蓄能電站總裝機容量達到6122MW,年均增長率高于世界抽水蓄能電站的年均增長率,裝機容量躍進到世界第5位,遍布全國14個省市。在建的抽水蓄能電站裝機約11400MW,預計至2010年,這些電站都將建成,到時抽水蓄能電站的總裝機可到17500MW左右。
    在系統中發揮了重要作用
    抽水蓄能電站運行具有幾大特性:它既是發電廠,又是用戶,它的填谷作用是其它任何類型發電廠所沒有的;它啟動迅速,運行靈活、可靠,除調峰填谷外,還適合承擔調頻、調相、事故備用等任務。目前,中國已建的抽水蓄能電站在各自的電網中都發揮了重要作用,使電網總體燃料得以節省,降低了電網成本,提高了電網的可靠性?,F舉幾個電站的運行情況,說明抽水蓄能電站在系統中的作用。
    具有了較為成熟的設計、施工和管理經驗
    中國抽水蓄能電站建設雖然起步較晚,但有以往大規模常規水電建設所積累的經驗,加上近十幾年來引進的國外先進技術和管理經驗,使中國抽水蓄能電站有較高的起點。盡管目前己建的抽水蓄能電站數目不多,總裝機規模也不大,但單個電站規模已居世界前列。如:廣州抽水蓄能電站,已是當今世界上裝機規模最大的抽水蓄能電站;在建設速度方面,廣蓄一期工程全部竣工僅58個月,廣蓄二期、十三陵和天荒坪電站主體工程的實際施工工期,與世界經濟發達國家相比并不遜色;在單位千瓦裝機容量投資方面,一般都不太高,而廣蓄電站,還低于世界同類電站水平,其中廣蓄還遠低于具有一定調峰能力的燃煤電站的單位千瓦投資;中國正在建設的西龍池抽水蓄能電站,最大揚程達704m,進入了世界上已投運的單級混流式抽水蓄能機組中揚程最高的先進水平;天荒坪與廣州抽水蓄能電站單級可逆式水泵水輪機組單機容量300MW,設計水頭500m以上,均為世界先進水平。
    中國通過近10幾年來建成的第一批抽水蓄能電站的實踐,積累了設計、施工和運行管理的經驗,在技術上取得了豐碩的成果。
    在建設管理方面有一套行之有效的制度。普遍實行了以項目法人責任制為中心,以建設監理制和招標承包制相配套的建設管理模式。

    分類

    抽水蓄能電站可按不同情況分為不同的類型。
    1.按電站有無天然徑流分

    抽水蓄能分類

    (1)純抽水蓄能電站:沒有或只有少量的天然來水進入上水庫(以補充蒸發、滲漏損失),而作為能量載體的水體基本保持一個定量,只是在一個周期內,在上、下水庫之間往復利用;廠房內安裝的全部是抽水蓄能機組,其主要功能是調峰填谷、承擔系統事故備用等任務,而不承擔常規發電和綜合利用等任務。
    (2)混合式抽水蓄能電站:其上水庫具有天然徑流匯入,來水流量已達到能安裝常規水輪發電機組來承擔系統的負荷。因而其電站廠房內所安裝的機組,一部分是常規水輪發電機組,另一部分是抽水蓄能機組。相應地這類電站的發電量也由兩部分構成,一部分為抽水蓄能發電量,另一部分為天然徑流發電量。所以這類水電站的功能,除了調峰填谷和承擔系統事故備用等任務處,還有常規發電和滿足綜合利用要求等任務。
    2.按水庫調節性能分
    (1)日調節抽水蓄能電站:其運行周期呈日循環規律。蓄能機組每天頂一次(晚間)或兩次(白天和晚上)尖峰負荷,晚峰過后上水庫放空、下水庫蓄滿;繼而利用午夜負荷低谷時系統的多余電能抽水,至次日清晨上水庫蓄滿、下水庫被抽空。純抽水蓄能電站大多為日設計蓄能電站。
    (2)周調節抽水蓄能電站:運行周期呈周循環規律。在一周的5個工作日中,蓄能機組如同日調節蓄能電站一樣工作。但每天的發電用水量大于蓄水量,在工作日結束時上水庫放空,在雙休日期間由于系統負荷降低,利用多余電能進行大量蓄水,至周一早上上水庫蓄滿。我國第一個周調節抽水蓄能電站為福建仙游抽水蓄能電站。
    (3)季調節抽水蓄能電站:每年汛期,利用水電站的季節性電能作為抽水能源,將水電站必須溢棄的多余水量,抽到上水庫蓄存起來,在枯水季內放水發電,以增補天然徑流的不足。這樣將原來是汛期的季節性電能轉化成了枯水期的保證電能。這類電站絕大多數為混合式抽水蓄能電站。
    3.按站內安裝的抽水蓄能機組類型分
    (1)四機分置式:這種類型的水泵和水輪機分別配有電動機和發電機,形成兩套機組。目前已不采用。
    (2)三機串聯式:其水泵、水輪機和發電電動機三者通過聯軸器連接在同一軸上。三機串聯式有橫軸和豎軸兩種布置方式。
    (3)二機可逆式:其機組由可逆水泵水輪機和發電電動機二者組成。這種結構為目前主流結構。
    4.按布置特點分
    (1)首部式:廠房位于輸水道的上游側。
    (2)中部式:廠房位于輸水道中部。
    (3)尾部式:廠房位于輸水道末端。
    5.抽水蓄能電站的運行工況
    (1)靜止。
    (2)發電工況。
    (3)抽水工況。
    (4)發電調相工況。
    (5)抽水調相工況。
    6.啟動方式
    (1)靜止變頻啟動(SFC)啟動。
    (2)背靠背(BTB)啟動。

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