淺析抽水蓄能發(fā)電

【摘要】在用電結(jié)構(gòu)的變化使得低谷負(fù)荷和高峰負(fù)荷的差距加大的背景下，普通火電機(jī)組不能夠適應(yīng)電力負(fù)荷急劇并且頻繁的變化，而常規(guī)經(jīng)濟(jì)開發(fā)的水電站開發(fā)已處于瓶頸，不能滿足安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行需要，抽水蓄能電站應(yīng)運(yùn)而生，在調(diào)峰填谷任務(wù)上發(fā)揮了自己獨(dú)特的魅力。本文簡要介紹了抽水蓄能電站的基本原理、不同方式的分類和特點(diǎn)、發(fā)展簡況以及發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】抽水蓄能電站；高峰負(fù)荷；低谷負(fù)荷；分類方式；發(fā)展趨勢

抽水蓄能電站具有發(fā)電、調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、旋轉(zhuǎn)備用及黑啟動等多種功能，既具備了電站的作用，又是一個能夠用于電網(wǎng)管理的工具。從某種意義上來說，它還是一種特殊電源，能夠集啟動快、快速反應(yīng)和負(fù)荷跟蹤迅速于一身。抽水蓄能電站形象的說，是一種儲存電的倉庫，由上水庫、下水庫、輸水道、廠房及開關(guān)站等部分組成。

電能轉(zhuǎn)換是抽水蓄能電站所依據(jù)的原理。當(dāng)夜間用電負(fù)荷減少，但是火電、核電不能大幅度停機(jī)或減少發(fā)電量時候，同時兼具水泵和水輪機(jī)兩種工作方式的抽水蓄能機(jī)組此時處于水泵運(yùn)行方式，將下水庫的水抽至上水庫中，下水庫的水位降低而上水庫的水庫升高，實(shí)現(xiàn)電能到水的位能的轉(zhuǎn)換；當(dāng)用電高峰期時，機(jī)組處于水輪機(jī)運(yùn)行方式，上水庫的水放至下水庫，帶動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將水的位能又轉(zhuǎn)換為電能送至電網(wǎng)，解決供電所需，而發(fā)電后的水又回到下水庫[1]。如此的循環(huán)往復(fù)操作，保障了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

不同地區(qū)建設(shè)的抽水蓄能電站也有所不同。根據(jù)上水庫調(diào)節(jié)水量多少，可將抽水蓄能電站分為純抽水蓄能電站、混合式抽水蓄能電站和非循環(huán)式抽水蓄能電站。

如果只有很少或者幾乎沒有天然來水進(jìn)入上水庫，抽水蓄能電站幾乎不消耗水量，具有這種特征的為純抽水蓄能電站，其機(jī)組全部為抽水蓄能機(jī)組，發(fā)電所需的全部調(diào)節(jié)水量僅是在上下水庫中循環(huán)往復(fù)，它僅為調(diào)節(jié)系統(tǒng)電能在時間上的分配，但它要求所需的蓄能庫容必須足夠大，才能滿足“削峰填谷”的任務(wù)。

在常規(guī)水電站的基礎(chǔ)上，加裝抽水蓄能機(jī)組即為混合式抽水蓄能電站。與純抽水蓄能電站不同的是，混合式的上水庫中有天然徑流的匯入，并且廠房中有的機(jī)組為常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組，有的為可逆式機(jī)組?；诖耍碾娔芤卜譃閮刹糠?，一部分為天然徑流發(fā)電，另一部分為抽水蓄能發(fā)電。但是其機(jī)組會受到原有水電站設(shè)計水頭的限制，若水電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，就會使得單位電量投資變大，輸電損失也會隨之增加，就不再符合發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性。

非循環(huán)式抽水蓄能發(fā)電站，顧名思義，即上下水庫中的水量并不是循環(huán)往復(fù)重復(fù)利用來發(fā)電的電站。當(dāng)上水庫位于兩條河流的分水嶺，由于分水嶺兩側(cè)河谷具有不同的高度差，可以在有足夠的天然徑流的高度差小的一側(cè)建設(shè)下水庫，同時在另一側(cè)建設(shè)常規(guī)水電站，將下水庫的水抽到上水庫后，通過常規(guī)水電站將水量放至下游發(fā)電。這樣的話，從下水庫抽上來的水并沒有回到下水庫，而是流至相鄰河流中。

根據(jù)調(diào)節(jié)性能將抽水蓄能電站分類，也是一種常見的分類方式?？煞譃槿照{(diào)節(jié)抽水蓄能電站、周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站和季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。

用電負(fù)荷在一日內(nèi)并不是一成不變的，而是既有高峰負(fù)荷期，又有低谷負(fù)荷期。在上午8點(diǎn)到11點(diǎn)和晚上19點(diǎn)到22點(diǎn)間有兩個用電高峰期，而在晚上23點(diǎn)到凌晨6點(diǎn)左右，有些工廠停工使得產(chǎn)生一個用電低谷期。用電高峰與低谷所需的電量差的很多，這就對抽水蓄能發(fā)電的要求很高，發(fā)電出力必須滿足調(diào)峰要求。日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站就承擔(dān)了調(diào)節(jié)一晝夜電力負(fù)荷不均勻的任務(wù)，以一日為運(yùn)行周期，夜間負(fù)荷較低時進(jìn)行一次抽水運(yùn)作，而白天負(fù)荷高峰時進(jìn)行發(fā)電運(yùn)作，但是發(fā)電每次時間較短，為一次或多次[2]。

周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站并不是說一周抽水和發(fā)電一次，而是每天都會抽水和發(fā)電各一次，但是在周末時電力負(fù)荷特低時，利用多余的電能延長抽水時間，增大儲蓄的水量，這就需要蓄水庫容較日抽蓄電站大。

相比周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站以一周為運(yùn)行周期，季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站的運(yùn)行周期要長得多，為一年。它是將汛期時多余的水量儲存起來到枯水期時發(fā)電供給電網(wǎng)來增加發(fā)電量。這類電站要求上水庫的庫容必須很大，通常情況下可不建下水庫。在常規(guī)水電站中，季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站較多但是因?yàn)橹芷谛蚤L，它的調(diào)節(jié)性能差，發(fā)電多為季節(jié)性，或者在棄水量大的電站中建設(shè)較為有利。

除上述兩種分類情況外，還有以機(jī)組類型或者水頭來分類的，分類情況有各自的特色。但不管怎樣分類，都要根據(jù)實(shí)際情況來選擇最為適合的抽水蓄能電站。

我國抽水蓄能電站在20世紀(jì)60年代后期開始建設(shè)，現(xiàn)安裝在河北省崗南水電站的抽水蓄能機(jī)組是我國從國外引進(jìn)的第一臺抽水蓄能機(jī)組，至今已有40多年的歷史。目前，我國抽水蓄能事業(yè)方興未艾，形勢一片大好。全國有20座已建成的抽水蓄能電站，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了1184.5萬kW，11座在建的電站，建成后裝機(jī)容量可達(dá)1308萬kW，預(yù)計到2020年我國抽水蓄能電站的總規(guī)?？蛇_(dá)到8000萬kW，到2030年可達(dá)1.2億甚至1.4億kW。

總的來說，抽水蓄能電站是在時間上把電網(wǎng)中的電能重新分配，將低谷電能轉(zhuǎn)換成高峰電能，其本身并不生產(chǎn)電能。從已建成的抽水蓄能電站反饋的資料和數(shù)據(jù)來看，抽水蓄能電站能夠有效提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，保障用戶的用電需求。

當(dāng)今世界各國在建設(shè)抽水蓄能電站方面，總的發(fā)展趨勢是興建大容量、高水頭、大機(jī)組的抽水蓄能電站，而這也是我國在未來建設(shè)抽水蓄能電站的發(fā)展趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，抽水蓄能電站的優(yōu)越性只會越來越明顯，在電力系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用不容小覷。

參考文獻(xiàn)

[1]陸佑楣，潘家錚.抽水蓄能電站[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]潘家錚，何璟.中國抽水蓄能電站建設(shè)[M].北京：中國電力出版社，2000.

作者簡介

王璐琰（1994-）女，漢族，河南汝州人，本科生，武漢大學(xué)動力與機(jī)械學(xué)院。