抽水蓄能技術15章課件

抽水蓄能技術pumped-storagepowerstation抽水蓄能技術pumped-storagepowersta整體概述THEFIRSTPARTOFTHEOVERALLOVERVIEW,PLEASESUMMARIZETHECONTENT第一部分2整體概述第一部分2主要內容概念和基本原理基本組成類型、適用和效益發(fā)展歷程及前景3主要內容概念和基本原理3電力的生產、輸送和使用是同時發(fā)生的，一般情況下又不能儲存，而電力負荷的需求卻瞬息萬變。一天之內，白天和前半夜的電力需求較高(其中最高時段稱為高峰)；下半夜大幅度地下跌(其中最低時段稱為低谷)，低谷有時只及高峰的一半甚至更少。鑒于這種情況，發(fā)電設備在負荷高峰時段要滿發(fā)，而在低谷時段要壓低出力，甚至得暫時關閉，為了按照電力需求來協(xié)調使用有關的發(fā)電設備，需采取一系列的措施。概念和基本原理電力的生產、輸送和使用是同時發(fā)生的，一般情況下又不能儲存，而一、概念和基本原理抽水蓄能電站的運行原理是利用可以兼具水泵和水輪機兩種工作方式的蓄能機組，在電力負荷出現低谷時（夜間）做水泵運行，用基荷火電機組發(fā)出的多余電能將上水庫的水抽到上水庫存儲起來，在電力負荷出現高峰（下午及晚間）做水輪機運行，將水放下來發(fā)電。概念和基本原理一、概念和基本原理概念和基本原理發(fā)電工況工作原理示意圖6發(fā)電工況工作原理示意圖6抽水工況工作原理示意圖7抽水工況工作原理示意圖71、離心泵工作原理81、離心泵工作原理8

動力機帶動轉軸，轉軸帶動葉輪在泵殼內高速旋轉，泵內水體被迫隨葉輪轉動而產生離心力。離心力迫使液體自葉輪周邊拋出，匯成高速高壓水流經泵殼排出泵外，形成水的勢能。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續(xù)地被吸入和排出。9動力機帶動轉軸，轉軸帶動葉輪在泵殼內高速旋轉，泵內水體離心力：由于物體旋轉而產生脫離旋轉中心的力。10離心力：由于物體旋轉而產生脫離旋轉中心的力。10www.th離心泵的一般特點（1）水沿離心泵的流經方向是沿葉輪的軸向吸入，垂直于軸向流出，即進出水流方向互成90°。（2）由于離心泵靠葉輪進口形成真空吸水，因此在起動前必須向泵內和吸水管內灌注引水，或用真空泵抽氣，以排出空氣形成真空，而且泵殼和吸水管路必須嚴格密封，不得漏氣，否則形不成真空，也就吸不上水來。（3）由于葉輪進口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。11離心泵的一般特點11軸流泵是一種利用葉輪旋轉對水體產生推力(升力)工作的大流量低揚程的水泵，主要是靠葉片的升力將流體引到出口，是軸向進，軸向出，具有流量大等優(yōu)點。12軸流泵是一種利用葉輪旋轉對水體產生推力(升力)工作的大流軸流泵輸送液體不是依靠葉輪對液體的離心力，而是利用旋轉葉輪葉片的推力使被輸送的液體沿泵軸方向流動。當泵軸由電動機帶動旋轉后，由于葉片與泵軸軸線有一定的螺旋角，所以對液體產生推力(或叫升力)，將液體推出從而沿排出管排出。這和電風扇運行的道理相似，靠近風扇葉片前方的空氣被葉片推向前面，使空氣流動。當液體被推出后，原來位置便形成局部真空，外面的液體在大氣壓的作用下，將沿進口管被吸入葉輪中。只要葉輪不斷旋轉，泵便能不斷地吸入和排出液體。13軸流泵輸送液體不是依靠葉輪對液體的離心力，而是利用旋轉葉輪葉軸流泵的工作是以空氣動力學中機翼的升力理論為基礎的。其葉片與飛機機翼具有相以形狀的剖面，一般稱葉片剖面為翼形。翼形的前端圓鈍，后端尖銳，前表面(工作面)曲率小，下表面(背面)曲率大。當葉輪旋轉時，水流在翼形的前端分成兩股水流，它們經過翼形的上、下表面，然后同時在翼形的末端匯合。由于上表面的路徑短，下表面的路徑長，沿翼形下表面的流速要比沿翼形上表面的流速大，相應的翼形下表面的壓力要比上表面小，因而水流對翼形產生方向向下的作用力R，同樣，翼形對水流產生一個反作用力R＇，其大小與R相等、方向相反，作用在水流上，在此力的作用下，水沿泵軸方向上升。葉輪不停地旋轉，水就不斷地被捍升。14軸流泵的工作是以空氣動力學中機翼的升力理論為基礎的。其葉片與軸流泵的特點：

①軸流泵的優(yōu)點

a．流量大、結構簡單、重量輕、外形尺寸小，它的形體為管狀，因此占地面積小。

b．立式軸流泵工作時葉輪全部浸沒在水中，啟動時不必灌泵，操作簡單方便。

c．對調節(jié)式軸流泵，當工作條件變化時，只要改變葉片角度，仍然可保持在較高效率下工作。

15軸流泵的特點：15www.themegallery.

②軸流泵主要缺點

揚程太低，因此應用范圍受到限制。

由于軸流泵是低揚程、大流量的泵，故通常用于農業(yè)大面積灌溉和排澇、城市排水、輸送需要冷卻水量很大的熱電站循環(huán)水以及船塢升降水位等。16

②軸流泵主要缺點

16www.themegalle混流泵混流泵從外形、結構都是介于離心泵和軸流泵之間；

混流泵的抽水原理，葉輪的高速旋轉，既產生離心泵的離心力，又具有軸流泵的推升力，混流泵靠這兩種力的混合作用而抽水。

17混流泵混流泵從外形、結構都是介于離心泵和軸流泵之間；17混流泵的使用性能也是介乎于離心泵和軸流泵之間，它和離心泵比較，揚程低一些，而流量大一些；它與軸流泵比較，揚程高一些，但流量又小一些。

這對于我國幅員遼闊，地形復雜，多了一種泵型因地制宜的選用。18混流泵的使用性能也是介乎于離心泵和軸流泵之間，它和離心泵抽水蓄能電站受兩次能量轉換的影響，運行效率較低，但在電力系統(tǒng)調峰、調頻中能起著重大作用?？蓽p少火電機組開停機次數，使核電站平穩(wěn)運行，節(jié)省火電機組低出力運行的高燃料耗費和機組起停的額外燃料耗費，增長火電和核電機組運行壽命。在以火電、核電為主的電力系統(tǒng)中，修建適當比例的抽水蓄能電站還是經濟的。概念和基本原理19抽水蓄能電站受兩次能量轉換的影響，運行效率較低，但在電力系統(tǒng)二、抽水蓄能電站的結構組成1—

上水庫；2—進（出）水口；3—輸水道；4—輸水道調壓井；5—廠房；6—主變洞；7—尾閘室；8—尾水道；9—尾水調壓室；10—出（進）水口；11—下水庫831110765421920二、抽水蓄能電站的結構組成1—

上水庫；2—進（出）水口電站樞紐布置21電站樞紐布置211.上水庫。抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設施，電網負荷低谷時段可將抽上來的水儲存在庫內，負荷高峰時段由水庫放下來發(fā)電。二、抽水蓄能電站的結構組成221.上水庫。抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設施，電網負2.輸水系統(tǒng)是輸送水量的工程設施，在水泵工況(抽水)把下水庫的水量輸送到上水庫，在水輪機工況(發(fā)電)將上水庫放出的水量通過廠房輸送到下水庫。二、抽水蓄能電站的結構組成232.輸水系統(tǒng)是輸送水量的工程設施，在水泵工況(抽水)把下水庫3.地下廠房。地下廠房包括主、副廠房、主變洞、母線洞等洞室。廠房是放置蓄能機組和電氣設備等重要機電設備的場所，也是電廠生產的中心。抽水蓄能電站無論是完成抽水、發(fā)電等基本功能，還是發(fā)揮調頻、調相、升荷爬坡和緊急事故備用等重要作用，都是通過廠房中的機電設備來完成的。243.地下廠房。地下廠房包括主、副廠房、主變洞、母線洞等洞室主廠房主變室尾水閘門洞地下廠房洞室群25主廠房主變室尾水閘門洞地下廠房洞室群254.開關站及出線場有開關設備，通常還包括母線，但沒有電力變壓器的變電站。其作用就是分配高、中壓電能。264.開關站及出線場有開關設備，通常還包括母線，但沒有電力變5.下水庫。抽水蓄能電站的下水庫也是蓄存水量的工程設施，負荷低谷時段可滿足抽水水源的需要，負荷高峰時段可蓄存發(fā)電放水的水量。275.下水庫。抽水蓄能電站的下水庫也是蓄存水量的工程設施，負荷天荒坪抽水蓄能電站工程示意圖28天荒坪抽水蓄能電站工程示意圖28廣州從化抽水蓄能電站29廣州從化抽水蓄能電站2930301、抽水蓄能電站的特點1）需要水但基本上不耗水，故其規(guī)模不象常規(guī)水電那樣取決于所在站址的來水流量和落差，而主要取決于上下池容積和落差，更主要的是取決于所在電網可供低谷時抽水的電量。2）電站型式很多，適應性強，可視情況選定，在山區(qū)、江河梯級、平原均可修建抽水蓄能電站，關鍵在于因地制宜擇優(yōu)選擇。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及效益311、抽水蓄能電站的特點三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及效抽水蓄能電站和常規(guī)水電站的不同點

一從電站的樞紐布置來看，抽水蓄能電站有上、下兩個水庫。常規(guī)水電站一般僅有一個水庫。二從安裝的機組來說，抽水蓄能電站有四機分置式(裝有水泵和電動機、水輪機和發(fā)電機)、三機串聯式(即電動發(fā)電機，與水輪機、水泵連結在一個直軸上)和二機可逆式(一臺水泵水輪機和一臺電動發(fā)電機聯結)。而常規(guī)水電站僅裝有水輪機和發(fā)電機。32抽水蓄能電站和常規(guī)水電站的不同點一從電站的樞紐布置來

三從靜態(tài)功能來說，抽水蓄能電站既能發(fā)電調峰，又能抽水填谷，而常規(guī)水電站僅能發(fā)電調峰。從動態(tài)功能來說，抽水蓄能電站和常規(guī)水電站均能承擔調頻、調相和事故備用等任務。但抽水蓄能電站在發(fā)電或抽水過程中，均可進行調頻、調相，尤其是在抽水工況調相時，經常進相吸收無功功率。33三從靜態(tài)功能來說，抽水蓄能電站既能發(fā)電調峰

四從投資構成來看，由于大型抽水蓄能電站的機組目前主要依靠國外技術或從國外進口，機電設備價格較高，往往機電設備的投資占總投資的一半或更多；而常規(guī)水電站的機組一般國內都能自已制造，機電設備投資大約占總投資的四分之一左右。34四從投資構成來看，由于大型抽水蓄能電站的機組

五從在電網中的地位來看，由于抽水蓄能電站具有多種功能，電網常把它作為綜合管理的工具，往往在負荷中心附近尋找有條件的站址建設抽水蓄能電站。常規(guī)水電站受自然條件影響更大，在負荷中心附近不是到處能找到可以開發(fā)的站址的，由于水能資源豐富的地區(qū)往往遠離負荷中心，電站建成后需遠距離輸送電能到用電地區(qū)。35五從在電網中的地位來看，由于抽水蓄能電站具有多種功能

六設備和運行方面的不同

1、雙向旋轉。由于可逆式水泵水輪機作水輪機和水泵運行時的旋轉方向是相反的，因此電動發(fā)電機也需按雙向運轉設計。在電氣上要求電源相序隨發(fā)電工況和驅動工況而轉換；同時電機本身的通風、冷卻系統(tǒng)和軸承結構都應能適應雙向旋轉工作。36六設備和運行方面的不同36

2、需有專門啟動設施。可逆式電動發(fā)電機作電動機運行時，而必須采用專門的啟動設備(SFC)，從電網上啟動，或采用背靠背方式各臺機組間同步啟動。

3、頻繁啟停。抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中擔任調峰填谷、調頻調相及事故備用的作用，一般每天要啟停多次。天荒坪抽水蓄能電站每臺機組每天啟停8—12次，廣州蓄能水電廠機組啟停則更加頻繁。372、需有專門啟動設施。可逆式電動發(fā)電機作電動機運行時4、保護配置不同。與常規(guī)水力機組相比，蓄能機組多了相序監(jiān)測、低頻保護、低功率保護、逆功率保護和低頻過流保護等特有的保護。384、保護配置不同。與常規(guī)水力機組相比，蓄能機組多了相5、運行方式不同。常規(guī)水電站最主要的功能是發(fā)電，即向電力系統(tǒng)提供電能。蓄能電站不僅可以發(fā)電，還可在電網用電低谷時進行抽水，把多余的電能轉化為勢能儲存起來。抽水蓄能機組在設計上有更強的調相功能，無論在發(fā)電工況或在抽水工況，都可以實現調相和進相運行，并且可以在水輪機和水泵兩種旋轉方向進行，故其運行靈活性更大。此外，蓄能機組如果在抽水時遇電網發(fā)生重大事故，則可以由抽水工況快速轉換為發(fā)電工況，即在一兩分鐘內，停止抽水并以同樣容量轉為發(fā)電。395、運行方式不同。常規(guī)水電站最主要的功能是發(fā)電，即向電力系統(tǒng)三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益2、分類按與常規(guī)電站的結合情況分：純抽水蓄能、混合式抽水蓄能按調節(jié)性能分：日調節(jié)、周調節(jié)、季調節(jié)按水頭分：<600m單級可逆式；>600m多級或三機式按布置特點分：地面式、地下式按機組類型分：四機式、三機式、兩機式40三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益2、分類40純抽水蓄能電站：專為電網調節(jié)修建的，與徑流發(fā)電無關。如圖所示。其上池沒有水源或天然水流量很小，需將水由下池抽到上池儲存，用于電力系統(tǒng)負荷處于高峰時發(fā)電。水在上池、下池循環(huán)使用，抽水和發(fā)電的水量基本相等。流量和歷時按電力系統(tǒng)調峰填谷的需要來確定。純抽水蓄能電站，一般沒有綜合利用的要求，僅用于調峰、調頻，故不能作為獨立電源存在，必須與電力系統(tǒng)中承擔基本負荷的火電廠、核電廠等電廠協(xié)調運行。純抽水蓄能電站純抽水蓄能電站：專為電網調節(jié)修建的，與徑流發(fā)電無關。如圖所示混合式抽水蓄能電站，如圖所示。其上水庫有一定的天然水流量，下水庫按抽水蓄能需要的容積在河道下游修建。在混合式抽水蓄能電站內，既安裝有普通水輪發(fā)電機組，利用江河徑流調節(jié)發(fā)電；又安裝有抽水蓄能機組，可從下水庫抽水蓄能發(fā)電，進行蓄能發(fā)電，承擔調峰、調頻、調相任務?；旌鲜匠樗钅茈娬救?、抽水蓄能電站的類型、適用及效益混合式抽水蓄能電站，如圖所示。其上水庫有一定的天然水流量，下按調節(jié)規(guī)律分：日調節(jié)：每日中午、夜間抽水，上、下午、晚上負荷期發(fā)電，水庫的庫容量按每日調峰的發(fā)電量決定。如圖所示，在電力系統(tǒng)低谷負荷時抽水蓄能電站利用系統(tǒng)多余電能由機組把下水庫的水抽到上水庫儲存，上水庫處于高水位。如圖所示，在白天電力系統(tǒng)尖峰負荷時將上水庫的水放下由機組發(fā)電供給系統(tǒng)，上水庫處于低水位。按調節(jié)規(guī)律分：日調節(jié)：每日中午、夜間抽水，上、下午、晚上負荷周調節(jié)：周一---周五每個工作日均有一定次數的抽水及發(fā)電，但每日的發(fā)電量大于抽水量，故上庫的水量逐日減少，到周末時上庫基本接近于防空。但周末工業(yè)負荷小，利用此時間段抽水，至周一，水庫又蓄滿水。按周調節(jié)設計水庫的庫容量比日調節(jié)水庫的庫容量大。

三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益周調節(jié)：周一---周五每個工作日均有一定次數的抽水及發(fā)電，但季調節(jié)：利用徑流式水電站豐水期季節(jié)性電能抽到另一個水庫中蓄起來，到枯水期再放下來發(fā)電。年調節(jié)：多為混合式電站。按廠房形式分：地面式、地下式、半地下式。按水頭高低分：低水頭（100m以下），中水頭(100m-700m),高水頭（700m以上）。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益季調節(jié)：利用徑流式水電站豐水期季節(jié)性電能抽到另一個水庫中蓄起按機組形式分：分置式（四機式）、串聯式（三機式）和可逆式（兩機式）、多級可逆式水輪機抽水蓄能電站。早期的發(fā)展是以蓄水為目的。西歐山區(qū)國家，利用工業(yè)多余的電能把汛期河中的水抽到山上水庫中貯存起來，到枯季再放下來發(fā)電，這稱為季調節(jié)型抽水蓄能電站。這些電站曾用過單獨工作的抽水機組和發(fā)電機組，抽水和發(fā)電各自獨立運行，即分置式（四機式）；其后出現過將水泵與水輪機和一臺兼做電動機和發(fā)電機的電機聯接在一起而形成一種組合式機組，又稱為三機式機組。隨著機器制造能力的發(fā)展，蓄能機組結構出現了將水泵和水輪機合并為一體的可逆式水泵水輪機，稱為兩機式機組。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益按機組形式分：分置式（四機式）、串聯式（三機式）和可逆式（兩分置式（四機式）抽水蓄能電站。水輪發(fā)電機組與電動機帶動的水泵機組分開，而輸水系統(tǒng)與輸、變電系統(tǒng)共有。特點：造價高、廠房大、水泵及水輪機效率高。串聯式（三機式）抽水蓄能電站。水泵、水輪機共用一臺發(fā)電電動機，水泵、水輪機、發(fā)電電動機三者共置在一根軸上。特點：調節(jié)靈活，效率高、轉換工況不需停機，水泵、水輪機轉向相同，造價高，整體尺寸大。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益分置式（四機式）抽水蓄能電站。水輪發(fā)電機組與電動機帶動的水泵可逆式（兩機式）抽水蓄能電站。水泵與水輪機合為一體---水泵水輪機，與一臺發(fā)電電動機連在一根軸上。特點：結構簡單、造價低，土建工程量小，水泵工況、發(fā)電工況轉向相反。現代抽水蓄能電站的主要機型。大部分使用混流式機組。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益可逆式（兩機式）抽水蓄能電站。三、抽水蓄能電站的類型、適用及多級可逆式水輪機。更高水頭，提高比轉速，采用多級可逆式水輪機，可提高效率。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益3、作用調峰填谷調頻調相事故備用提高水（火、核）電站的綜合利用率降低系統(tǒng)的能耗提高電力系統(tǒng)的靈活性和可靠性.......三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用3、作用調峰填谷三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用(1)發(fā)電功能。常規(guī)水電站最主要的功能是發(fā)電，即向電力系統(tǒng)提供電能，通常的年利用時數較高，一般情況下為3000－5000h。蓄能電站本身不能向電力系統(tǒng)供應電能，它只是將系統(tǒng)中其他電站的低谷電能和多余電能，通過抽水將水流的機械能變?yōu)閯菽?，存蓄于上水庫中，待到電網需要時放水發(fā)電。蓄能機組發(fā)電的年利用時數一般在800～1000h之間。蓄能電站的作用是實現電能在時間上的轉換。經過抽水和發(fā)電兩種環(huán)節(jié)，它的綜合效率為75%左右。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用51(1)發(fā)電功能。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用5(2)調峰功能。具有日調節(jié)以上功能的常規(guī)水電站，通常在夜間負荷低谷時不發(fā)電，而將水量儲存于水庫中，待尖峰負荷時集中發(fā)電，即通常所謂帶尖峰運行。而蓄能電站是利用夜間低谷時其他電源(包括火電站、核電站和水電站)的多余電能，抽水至上水庫儲存起來，待尖峰負荷時發(fā)電。因此，蓄能電站抽水時相當于一個用電大戶，其作用是把日負荷曲線的低谷填平了，即實現"填谷"。"填谷"的作用使火電出力平衡，可降低煤耗，從而獲得節(jié)煤效益。蓄能電站同時可以使徑流式水電站原來要棄水的電能得到利用。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用52(2)調峰功能。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用5(3)調頻功能。調頻功能又稱旋轉備用或負荷自動跟隨功能。常規(guī)水電站和蓄能電站都有調頻功能，但在負荷跟蹤速度(爬坡速度)和調頻容量變化幅度上蓄能電站更為有利。常規(guī)水電站自起動到滿載一般需數分鐘。而抽水蓄能機組在設計上就考慮了快速起動和快速負荷跟蹤的能力?，F代大型蓄能機組可以在一兩分鐘之內從靜止達到滿載，增加出力的速度可達每秒1萬kW，并能頻繁轉換工況。最突出的例子是英國的迪諾威克蓄能電站，其6臺300MW機組設計能力為每天起動3～6次；每天工況轉換40次；6臺機處于旋轉備用時可在10s達到全廠出力1320MW。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用53(3)調頻功能。調頻功能又稱旋轉備用或負荷自動跟隨功能。常

(4)調相功能。

調相運行的目的是為穩(wěn)定電網電壓，包括發(fā)出無功的調相運行方式和吸收無功的進相運行方式。常規(guī)水電機組的發(fā)電機功率因數為0.85～0.9，機組可以降低功率因數運行，多發(fā)無功，實現調相功能。抽水蓄能機組在設計上有更強的調相功能，無論在發(fā)電工況或在抽水工況，都可以實現調相和進相運行，并且可以在水輪機和水泵兩種旋轉方向進行，故其靈活性更大。另外，蓄能電站通常比常規(guī)水電站更靠近負荷中心，故其對穩(wěn)定系統(tǒng)電壓的作用要比常規(guī)水電機組更好。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用54(4)調相功能。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用

(5)事故備用功能。有較大庫容的常規(guī)水電站都有事故備用功能。

(6)黑啟動功能。黑啟動是指出現系統(tǒng)解列事故后，要求機組在無電源的情況下迅速起動。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用55三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用554、抽水蓄能電站適用的電力系統(tǒng)？

由于能源在地區(qū)分布上的差別，電網的構成也有所不同，大致可分為兩類：一類是以火電（包括核電）為主；另一類是以水電為主或水、火比例大致相當。根據我國各地區(qū)、各電網的具體情況，抽水蓄能電站適用于以下情況：三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用564、抽水蓄能電站適用的電力系統(tǒng)？由于能源在地區(qū)分布上1）以火電為主的、沒有水電或水電很少的電網。這些電網需要抽水蓄能電站承擔調峰填谷、調頻、調相和緊急事故備用。2）雖然有水電，但水電的調蓄性能較差的電網。如具有年調節(jié)及以上能力的水電站比例較小，枯水期可利用水電進行調峰，汛期水電失去調節(jié)能力，若要利用水電調峰，則只能被迫采取棄水調峰方式。在這樣的電網，配備了抽水蓄能電站后，可吸收汛期基荷電，將其轉化為峰荷電，從而減少或避免汛期棄水，提高經濟效益并改善水電汛期運行狀況，較大地改善電網的運行條件。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用571）以火電為主的、沒有水電或水電很少的電網。這些電網需要抽水3）沿海地區(qū)的省份，不但火電比例較大，而且還有核電站。如廣東已有大亞灣核電站、浙江已有秦山核電站，江蘇的連云港核電站正在建設，遼寧、山東、福建等省正在籌建核電站。我國的核電站多是按基荷方式運行設計的，一則是為保證核電機組的安全，再則是為提高利用小時數，降低上網電價。為此，必須有抽水蓄能電站與之配合運行，如廣州抽水蓄能電站與大亞灣核電站配合的成功經驗。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用583）沿海地區(qū)的省份，不但火電比例較大，而且還有核電站。如廣東4）遠距離送電的受電區(qū)。如我國“西電東送”工程，西部電源點和東部受電區(qū)之間的距離都在1000~2000km甚至2500km以上，除保證安全供電外，還應考慮經濟效益問題。輸電距離遠到一定限度后，送基荷將比送峰荷經濟，特別是電價改革后，上網峰谷電價差增大，受電區(qū)自然要求買便宜的低谷電，但不能解決缺調峰容量的矛盾。如在受電當地自建抽水蓄能電站后，可將低谷電加工成尖峰電，經濟效益更好。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用594）遠距離送電的受電區(qū)。如我國“西電東送”工程，西部電源點和5）風電比例較高或風能資源比較豐富的省（自治區(qū)）。這些電網配備了抽水蓄能電站后，可把隨機的、質量不高的電量轉換為穩(wěn)定的、高質量的峰荷。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用605）風電比例較高或風能資源比較豐富的省（自治區(qū)）。這些電網配5、抽水蓄能電站靜態(tài)效益？抽水蓄能電站在電網中由頂峰填谷作用而產生的經濟效益，稱為靜態(tài)效益。包括：1）容量效益：抽水蓄能電站是調節(jié)電網負荷曲線高峰和低谷之間差距的有效措施。負荷高峰時段，它可以作為水電站發(fā)電，擔負電網尖峰容量；用電低谷時段，則可作為電網用戶，吸收低谷電量抽水蓄能，減少負荷峰谷差。因此抽水蓄能電站可減少火電機組的日出力變幅，使其在高效區(qū)運行，增加發(fā)電量，并使核電和大型火電機組穩(wěn)定經濟運行。抽水蓄能電站一般無防洪、灌溉、航運等綜合利用要求，建設成本低。建設周期比常規(guī)水電站要短，運行費用比火電站要低。在電網中缺少調峰電源時，建設抽水蓄能電站可減少火電或其它類型電源的裝機容量，改變能源結構，減少總的電力建設投資。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用615、抽水蓄能電站靜態(tài)效益？抽水蓄能電站在電網中由頂峰填谷作用2）能量轉換效益：抽水蓄能電站通過能量轉換，將成本低的低谷電能轉換為價值高的峰荷電能。3）節(jié)煤效益：抽水蓄能機組的投人，使電網負荷分配得到調整，火電盡量擔負基荷和腰荷，從而使火電總平均煤耗下降。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用622）能量轉換效益：抽水蓄能電站通過能量轉換，將成本低的低谷5、抽水蓄能電站的動態(tài)效益？

抽水蓄能電站具有調峰、調頻和調相等作用，還可承擔緊急事故備用，保證電網安全、穩(wěn)定運行。這些動態(tài)效益高于其靜態(tài)效益，主要包括：

1)調峰效益：抽水蓄能機組因為結構簡單，控制方便，可以隨需要增加功率或減少功率，因而有效地減輕了火電機組(包括燃氣輪機機組)的調峰負擔（大型火力發(fā)電機組及核電機組不適于變化負荷下運行，并且有最小的出力限制，大型火力發(fā)電機組最小技術限制出力為額定出力70%左右，核電機組為80-90%左右）。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用635、抽水蓄能電站的動態(tài)效益？抽水蓄能電站具有調峰、調頻和調蓄能機組具有可以隨時將其出力謂整在額定出力的50～105或更寬大的范圍內用以適應電網的負荷需要，如此電網調度無需頻繁捐整火電機組之出力，使火電機組的負荷相對穩(wěn)定，從而節(jié)省火電廠的運行和維護費用。因此，蓄能電站抽水時相當于一個用電大戶其作用是把日負荷曲線的低谷填平了，即實現"填谷"。"填谷"的作用使火電出力平衡，可降低煤耗，從而獲得節(jié)煤效益。蓄能電站同時可以使徑流式水電站原來要棄水的電能得到利用。在整個運作過程中，雖然部分能量會在轉化間流失，但相比之下，使用抽水蓄能電站仍然比增建煤電發(fā)電設備來滿足高峰用電而在低谷時壓荷、停機這種情況來得便宜，效益更佳。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用64蓄能機組具有可以隨時將其出力謂整在額定出力的50～105

2)調頻效益：抽水蓄能機組調節(jié)靈活，出力變化可以從0到100%，可以快速起動，隨時增荷或減荷，起到調整周波的作用，有助于保持頻率并提高電網的穩(wěn)定性。調頻——在電網頻率下降至設定值時，蓄能機組會自動從水泵工況、調相工況和停機狀態(tài)轉為發(fā)電工況，把電網頻率調整到設定值。常規(guī)水電站自起動到滿載一般需數分鐘。而抽水蓄能機組在設計上就考慮了快速起動和快速負荷跟蹤的能力?，F代大型蓄能機組可以在一兩分鐘之內從靜止達到滿載，增加出力的速度可達每秒1萬kW，并能頻繁轉換工況。最突出的例子是英國的迪諾威克蓄能電站，其6臺300MW機組設計能力為每天起動3～6次；每天工況轉換40次；6臺機處于旋轉備用時可在10s達到全廠出力1320MW。652)調頻效益：抽水蓄能機組調節(jié)靈活，出力變化可以從0到3)負荷跟隨效益：電網負荷總是在不斷的變化，當負荷急劇變化時，抽水蓄能機組與火電或其它類型機組相比，其負荷跟隨很快，爬坡能力較強。4)旋轉備用(事故備用)效益：現代電網一般應儲備一定量的備用容量，蓄能機組可以作為熱備用容量，用以應付不可預見的負荷需要，這樣可以節(jié)省火電機組的啟動費用，減少或避免備用火電機組低出力(負荷)時的運行費用。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用663)負荷跟隨效益：電網負荷總是在不斷的變化，當負荷急劇變化抽水蓄能機組作為水力機組可以方便地處于旋轉備用狀態(tài)，以利快速地承擔事故備用。抽水蓄能電站能夠快速啟動機組，迅速轉換工況，但因其水庫庫容較小，所起作用與具有較大庫容的常規(guī)水電站有所區(qū)別，一般只能擔任短時間的事故備用。在發(fā)電工況下，可利用抽水蓄能電站運行中的空閑容量，短時間內加大出力；在停機狀態(tài)下，亦可緊急啟動，從而達到短時應急事故備用的目的。在水泵工況下，可停止抽水，快速切換至發(fā)電工況。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用67抽水蓄能機組作為水力機組可以方便地處于旋轉備用狀態(tài)，以利快速5)調相效益：抽水蓄能機組由于其結構上的優(yōu)點，可以方便地做調相運行?？梢韵螂娋W輸送無功用以提高電網電壓，也可以從電網中吸收無功用以降低電網電壓，這樣不但可以保持電網電穩(wěn)定而且可以減少電網的網損。不但在空閑時可供調相用，在發(fā)電和抽水時也可調相，既可以發(fā)出無功功率提高電力系統(tǒng)電壓，也可以吸收無功功率降低電力系統(tǒng)電壓，尤其是在抽水工況調相時，經常進相吸收無功功率，有時進相很深，持續(xù)時間很長，這種情況是其他發(fā)電機組達不到的，只有抽水蓄能機組才能做到。另外，抽水蓄能機組在調相運行完成后可以快速地轉為發(fā)電或抽水。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用685)調相效益：抽水蓄能機組由于其結構上的優(yōu)點，可以方便地做6）提高電網可靠性——蓄能機組的高度靈活性和快速啟動能力，可大大減少電網中強迫停運的時間和次數，因而可大大增加電網的可靠性。7）特殊作用——為電網做特殊負荷作用，由于蓄能機組既可做為電源又可做為負荷，這可為大火電機組的調試投產提供負荷作用，保證火電機組的調試順利進行，避免了大火電機組甩負荷時對電網造成的劇烈沖擊。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及作用696）提高電網可靠性——蓄能機組的高度靈活性和快速啟動能力1882年首座抽水蓄能電站誕生在瑞士，至今已有百余年歷史。世界上最早的抽水蓄能電站建于1882年，是瑞士蘇黎世的奈特拉電站，揚程153m，功率515kW，是一座季節(jié)型抽水蓄能電站。四、抽水蓄能發(fā)展歷程與前景701882年首座抽水蓄能電站誕生在瑞士，至今已有百余年歷史。世抽水蓄能電站在上世紀六十年代后得到迅速發(fā)展。據統(tǒng)計，1960年至2000年全世界抽水蓄能電站總裝機容量從350萬千瓦發(fā)展到11328萬千瓦，短短40年間增加了32倍，平均年增長9.1%，比常規(guī)水電的發(fā)展速度快得多。世界上抽水蓄能電站發(fā)展最快、裝機容量最多的國家是日本，其次是美國、意大利、德國、法國、西班牙等。71抽水蓄能電站在上世紀六十年代后得到迅速發(fā)展。據統(tǒng)計，1960現階段，日本、美國和西歐諸國的抽水蓄能電站裝機容量占全世界總規(guī)模的80%以上。然而，隨著可經濟開發(fā)的常規(guī)水能資源逐漸減少、經濟發(fā)展中心的轉移等諸多因素，上世紀90年代以后，抽水蓄能電站的發(fā)展重點也由歐美向亞洲轉移。72現階段，日本、美國和西歐諸國的抽水蓄能電站裝機容量占全世界總我國1968年和1973年才分別在河北崗南和北京密云兩座常規(guī)水電站上安裝了1.1萬千瓦和2.2萬千瓦抽水蓄能機組。由于對抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中的作用和經濟效益認識不夠，我國抽水蓄能電站的發(fā)展較慢。從1968年建成崗南小型混合式抽水蓄能電站開始，至今僅40余年，與世界抽水蓄能電站發(fā)展的130年相比起步較晚。73我國1968年和1973年才分別在河北崗南和北京密云兩座常規(guī)20世紀80年代中期以后，隨著社會經濟的發(fā)展和電網規(guī)模的擴大，電網峰谷差不斷加大，電網調峰矛盾日益突出。特別是以火電為主的華北、華東電網，隨著大容量火電機組的投入，電網供需矛盾逐步由缺電量轉為缺調峰容量，且受地區(qū)資源的限制，可供開發(fā)的水電站很少，電網缺乏調峰手段，因此，建設抽水蓄能電站解決以火電為主電網的調峰問題逐步成為共識。為此，國家有關部門組織開展了較大范圍的抽水蓄能電站資源普查和規(guī)劃選點，制定了相應的發(fā)展規(guī)劃，抽水蓄能電站的建設開始加快?？梢哉f，現階段正是我國發(fā)展抽水蓄能電站大好時機。7420世紀80年代中期以后，隨著社會經濟的發(fā)展和電網規(guī)模的擴大7575我國抽水蓄能電站建設起步較晚，二十世紀六十年代末才開始現代抽水蓄能技術的研究工作，并建成了崗南混合式蓄能電站，八十年代開始我國第一座混流式大型蓄能電站（十三陵）的設計研究工作，九十年代先后建成了廣蓄一期（1200MW）、十三陵（800MW）和天荒坪（1800MW）等我國第一批大中型抽水蓄能電站。76我國抽水蓄能電站建設起步較晚，二十世紀六十年代末才開始現代抽根據相關統(tǒng)計資料，目前我國投產的抽水蓄能電站共25座，投產總容量17245MW，在建抽水蓄能電站10座，總容量10400MW。目前我國已建和在建抽水蓄能電站布局主要分布在華南、華中、華北、華東、東北等以火電為主的地區(qū)。我國已建、在建、待建以及正在進行可行性研究工作的抽水蓄能電站總容量約為55000MW

。

77根據相關統(tǒng)計資料，目前我國投產的抽水蓄能電站共25座，投產總7878至2008年底，我國大陸已建抽水蓄能電站裝機容量合計1092.1萬kW，在建抽水蓄能電站10座，總容量1270萬kW，已建、在建合計2362.1萬kW。區(qū)域已建裝機（萬kW）在建裝機（萬kW）已建、在建合計裝機（萬kW）華東電網486370856華北電網308.1240548.1南方電網240240480華中電網19300319東北電網30120150西藏電網909合計1092.112702362.1我國大陸抽水蓄能電站建設現狀（截止2008年底）抽水蓄能電站建設現狀至2008年底，我國大陸已建抽水蓄能電站裝機容量合計1092抽水蓄能技術15章課件抽水蓄能技術15章課件截止2008年底，我國裝機容量達7.92億kW。我國電源結構現狀由于資源分布的特點，我國常規(guī)水電大部分在中西部地區(qū)，東部地區(qū)運行靈活、調峰性能優(yōu)良的水電比重很小；在我國電源結構中，燃煤火電比重偏高，比世界平均水平高40多個百分點。蓄能電站比重很低，不能滿足電網運行需要。截止2008年底，我國裝機容量達7.92億kW。我國電源結構國外蓄能電站發(fā)展較快的國家主要有美國、日本、英國、法國等國家。83國外蓄能電站發(fā)展較快的國家主要有美國、日本、英國、法國等國家日本是一個能源資源貧乏的國家，2006年常規(guī)水電裝機2080萬kW，占總裝機的8.86%；核電裝機4947萬kW，占總裝機的21.1%；蓄能電站裝機2516萬kW，占總裝機的10.71%。日本電網調峰機組比重較高。日本認為，在以火電和核電為主的電力系統(tǒng)中，需要建設10%~15%的抽水蓄能電站。日本電源結構日本是一個能源資源貧乏的國家，2006年常規(guī)水電裝機2080日本電網平均發(fā)電裝機利用小時4143h，核電6134h，抽水蓄能390h，煤電達7261h，燃油、燃氣機組3059h。說明日本的抽水蓄能電站運行小時較低，主要承擔調峰和備用任務，燃油和燃氣機組承擔一定的調峰任務，核電和燃煤機組利用小時較高，主要以提供電量為主。日本電網平均發(fā)電裝機利用小時4143h，核電6134h，抽水美國能源資源比較豐富，電源結構呈現多樣化。2006年美國公用事業(yè)總裝機10.4366億kW，其中核電1.0559億kW，占10.12%；常規(guī)水電7711萬kW，占7.39%；抽水蓄能2146萬kW，占2.06%；燃油燃氣機組4.86億kW，占46.66%。美國抽水蓄能裝機比重不大，但具有較好調峰能力的燃油和燃氣機組比重較高。

美國電源結構美國能源資源比較豐富，電源結構呈現多樣化。2006年美國公用美國核電利用小時7700h，水電3746h，抽水蓄能1200h，燃油燃氣機組1695h，燃煤機組6330h。核電和燃煤機組利用小時很高，基本上基荷運行。由于美國燃油燃氣機組比重大，利用小時較低，這些機組作為調峰電源在電網中承擔了較大的調峰和備用任務，電網調峰能力較強，因而蓄能電站比重相對較低。美國核電利用小時7700h，水電3746h，抽水蓄能1200法國核電裝機1980年就達到1439萬kW，1990年達到5575萬kW，2006年全法核電裝機6326萬kW，占總裝機的57.82%，核電裝機世界第二。除核電外，2006年水電裝機2054萬kW，占18.77%；抽水蓄能430萬kW，占3.93%；煤電1977萬kW，占18.07%。

法國電源結構法國核電裝機1980年就達到1439萬kW，1990年達到5法國核電裝機利用小時達7100h.，主要在基荷運行，向鄰國大力輸出基荷電量，抽水蓄能利用小時1200h，主要承擔調峰任務，法國燃煤機組（包括油氣機組）利用小時很低，基本上作為電網的備用容量。法國核電裝機利用小時達7100h.，主要在基荷運行，向鄰國華東電網2008年燃煤火電裝機高達76.25%，燃油和燃氣機組占6.4%，常規(guī)水電和蓄能電站分別占9.82%和2.74%。我國華東電網電源結構華東電網2008年燃煤火電裝機高達76.25%，燃油和燃氣機華東電網2008年裝機利用小時4500h，抽水蓄能電站1081h，燃氣機組1698h，核電7489h，煤電5028h。華東電網2008年裝機利用小時4500h，抽水蓄能電站108日、美電源結構均呈多樣化，燃煤機組比重不高，調峰能力較強的水電、蓄能電站和燃油燃氣機組比重較高，電網總體調峰能力較強。我國電源結構的特點是以火電為主（全國火電76.01%，華東煤電76.25%），總體調峰能力不強。項目合計常規(guī)水電蓄能燃油燃氣煤電核電其他華東電網1009.822.746.476.252.861.93日本1008.8610.7144.2214.9321.070.21美國1007.392.0646.6631.8310.121.95法國10018.773.93018.0757.821.4華東電網與日、美、法電源結構比較表注：華東電網為2008年數，日、美、法為2006年數。與日、美、法電源結構比較日、美電源結構均呈多樣化，燃煤機組比重不高，調峰能力較強的水從利用小時分析，華東電網2008年裝機利用小時4500h，抽水蓄能電站1081h，與日本相近；燃氣機組1698h，核電7489h，煤電5028h，煤電利用小時較日、美均低，說明我國煤電承擔調峰任務較重。項目全網平均常規(guī)水電蓄能燃油燃氣煤電核電其他華東電網4520249410811698502874893956日本41433807390305972616134--美國3965374612031695633077303869法國505526761228--202671171712華東電網與日、美、法利用小時比較表注：單位，h從利用小時分析，華東電網2008年裝機利用小時4500h，抽2006年日本和美國調峰電源比重為74.5%、58.17%，調峰電源比重較大，調峰能力較強；法國調峰電源比重也達26.63%。與國外相比，我國以火電為主電網調峰能力不足。由于這些地區(qū)常規(guī)水電資源已基本得到開發(fā)，我國又不具備大規(guī)模發(fā)展燃油和燃氣電站的條件，因此建設調峰能力較強的抽水蓄能電站是解決我國華東、廣東、華北、東北等電網調峰問題的重要手段。從華東電網電源結構看，2008年調峰電源比重僅占21.6%，華北、南方電網的廣東和東北電網情況也基本如此。2006年日本和美國調峰電源比重為74.5%、58.17%，目前，我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略已經確立：要在各種資源的可持續(xù)開發(fā)利用和良好的生態(tài)環(huán)境的基礎上,不僅要保持經濟的高速增長,還要謀求社會的穩(wěn)定與發(fā)展。水電除了要滿足自身的可持續(xù)性外,還要滿足環(huán)境、經濟和社會的可持續(xù)發(fā)展。95目前，我國可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略已經確立：要在各種資源的可持續(xù)開發(fā)隨著我國經濟發(fā)展，社會對電力的需要日益增長，電網中各種能源包括煤電、油電、核電、地熱發(fā)電，以及天然氣發(fā)電等增加很快。而常規(guī)水電因受水能資源的限制，往往不能成比例增長,在電網中所占比例減少。這就造成電力系統(tǒng)中可調峰電源短缺，而低谷時又造成電流周波加大，影響送電質量。抽水蓄能電站利用電力系統(tǒng)后半夜低谷剩余電能抽水蓄能轉換在尖峰時發(fā)電，存在很大的發(fā)展空間。一般認為，抽水蓄能電站的工程量比常規(guī)水電站少得多，但可逆機組目前國內還無成熟制造經驗，需要從國外引進,其價格較高。即便如此，抽水蓄能電站單位容量投資一般仍比常規(guī)水電為低，同時施工期限亦短。96隨著我國經濟發(fā)展，社會對電力的需要日益增長，電網中各種能源包目前,全國水利水電和電力建設形勢對抽水蓄能的發(fā)展非常有利,主要表現在以下幾方面:1)各地區(qū)和各流域,常規(guī)水電發(fā)展很不平衡,部分地區(qū)水能資源儲量貧乏或已開發(fā)殆盡,不得不發(fā)展抽水蓄能以補水電所占電網中比重不足,如華北、東北、及東南沿海地區(qū)。2)有些地區(qū)水電比重雖不低,但多徑流水電。如四川、湖南、江西、湖北亦需建抽水蓄能電站。97目前,全國水利水電和電力建設形勢對抽水蓄能的發(fā)展非常有利,主3)我國煤炭資源不均衡，運煤困難，發(fā)展坑口電站，相應帶來北電南送。目前我國西部大開發(fā)在即，而水電西南西北多，又將實現西電東送。隨著三峽建成,我國東西南北輸電網形成。這些輸送電對平衡全國各地區(qū)電力有好處，但這也增大了系統(tǒng)發(fā)生事故的風險和強度，增建一些配套的抽水蓄能電站勢在必行。4)我國風電、核電已在浙江、廣東投入運行并將在江蘇、山東興起,也需相應配套增建抽水蓄能電站。983)我國煤炭資源不均衡，運煤困難，發(fā)展坑口電站，相應帶來北電總之，抽水蓄能電站是為了解決電網高峰、低谷之間供需矛盾而產生的，是間接儲存電能的一種方式。在抽水——發(fā)電運作過程中，雖然部分能量會在轉化間流失，但相比之下，使用抽水蓄能電站仍然比增建煤電發(fā)電設備來滿足高峰用電而在低谷壓負荷、停機這種情況來的便宜，效益更佳。除此以外，抽水蓄能電站還能擔負調頻、調相和事故備用等動態(tài)功能。所以，抽水蓄能電站是電網運行管理的重要工具，是確保電網安全、經濟、穩(wěn)定生產的支柱，發(fā)展抽水蓄能電站是非常必要的。為了更好地滿足電網經濟運行和電源結構調整的要求，甚至一些以水電為主的電網也開始研究興建一定規(guī)模的抽水蓄能電站。99總之，抽水蓄能電站是為了解決電網高峰、低谷之間供需矛盾而產生目前,我國抽水蓄能電站的建設和規(guī)劃設計工作正在全國范圍內蓬勃展開。從我國已建和在建的抽水蓄能電站看，它們各具特色，有高、中、低水頭的，有大型也有小型的，為我國抽水蓄能電站建設走出了第一步，并取得了寶貴的經驗?；谏鲜鲈?，預計抽水蓄能電站建設將在華北、東北、東南沿海地區(qū)以及華中、中南等地迅速展開。100目前,我國抽水蓄能電站的建設和規(guī)劃設計工作正在全國范圍內蓬勃風電與抽水蓄能的關系？我國風能資源非常豐富，我國陸上高度50m區(qū)3級（年平均風功率密度大于300W/m2）以上風能資源可開發(fā)量約23.8億kW，近海水深5～25m高度50m區(qū)3級以上風能資源可開發(fā)量約2億kW。目前我國規(guī)劃了八大風電基地。根據我國能源發(fā)展規(guī)劃，到2020年、2030年，我國風電規(guī)劃開發(fā)容量分別達到2.0億kW、3.0億kW。101風電與抽水蓄能的關系？101目前我國風能資源開發(fā)容量約為60000MW，上網容量約為三分之二,風電裝機容量主要集中在河北北部、內蒙古、西北地區(qū)及東北地區(qū)。序號省份“十二五”末2020年2030年累計容量累計容量累計容量1河北1100016000200002蒙東700020000300003蒙西1300038000520004吉林600015000200005甘肅1300020000400006新疆1000020000300007江蘇600010000150008山東80001500020000以上八大基地小計74000154000227000102目前我國風能資源開發(fā)容量約為60000MW，上網容量約為三分由于風電受自然因素影響較大，風電的運行，對電網的影響比較大。我國風電資源目前主要集中在我國北部地區(qū)，這些地區(qū)用電負荷比較小，對風電消納能力有限，因此造成了風電上網困難。輸電線路配套不能滿足風電輸送需求。103由于風電受自然因素影響較大，風電的運行，對電網的影響比較大。根據規(guī)劃到2020年我國風電裝機容量要達到2.0億kW，這些容量主要集中在華北、西北、東北地區(qū)。這些地區(qū)因用電負荷較小，只能消納很少部分，大部分需要外送至華中、華東等經濟比較發(fā)達、對能源需求規(guī)模較大的地區(qū)進行消納。104根據規(guī)劃到2020年我國風電裝機容量要達到2.0億kW，這些但不論把風電送到哪里，鑒于風電運行的特點，必須要采取一定手段，才能夠很好的消納風電。如不采取措施，消納2.0億kW的風電是非常困難的。如蒙西電網2010年投入的風電容量僅為3600MW，但在冬季供暖期間，特別是在夜間，幾乎全部停機棄風，以保證電網運行的安全。105但不論把風電送到哪里，鑒于風電運行的特點，必須要采取一定手段在蒙東地區(qū)大約只有三分之一的風電容量能夠上網。主要原因也是電網難以消納。目前在風電資源比較豐富的地區(qū)，不能很好的消納風電的另外一個原因，就是電網缺乏有效的調節(jié)手段。在目前消納風電比較有效的手段，就是配套建設一定規(guī)模的抽水蓄能電站。根據目前的研究成果，在2020年規(guī)劃建設2.0億kW風電容量，考慮電網本身的需要，需要配套建設約1.0億kW的蓄能電站，才能夠很好的將規(guī)劃建設的風電容量消納。106在蒙東地區(qū)大約只有三分之一的風電容量能夠上網。主要原因也是電根據對風電的特性進行研究，在電網負荷低谷時段，棄風率達到60%，而在其他時段棄風不要超過30%，這樣風電95%的電量可以得到有效利用。因此單從配合風電考慮，約需要配套風電容量的30～40%的蓄能電站容量，可以使建設的風電容量能夠在電網內消納。107根據對風電的特性進行研究，在電網負荷低谷時段，棄風率達到60蓄能電站配合核電運行根據規(guī)劃，到2020年規(guī)劃建設核電容量約70000MW。核電的運行較風電要求更高，不能夠出現任何差錯，在電網中只能在基荷運行。為保證核電安全、穩(wěn)定運行也需要配套一定規(guī)模的蓄能電站。108蓄能電站配合核電運行108提問與解答環(huán)節(jié)Questionsandanswers109提問與解答環(huán)節(jié)109結束語

感謝參與本課程，也感激大家對我們工作的支持與積極的參與。課程后會發(fā)放課程滿意度評估表，如果對我們課程或者工作有什么建議和意見，也請寫在上邊110結束語

110謝謝聆聽THANKYOUFORLISTENING演講者：XX時間：202X.XX.XX111謝謝聆聽111抽水蓄能技術pumped-storagepowerstation抽水蓄能技術pumped-storagepowersta整體概述THEFIRSTPARTOFTHEOVERALLOVERVIEW,PLEASESUMMARIZETHECONTENT第一部分113整體概述第一部分2主要內容概念和基本原理基本組成類型、適用和效益發(fā)展歷程及前景114主要內容概念和基本原理3電力的生產、輸送和使用是同時發(fā)生的，一般情況下又不能儲存，而電力負荷的需求卻瞬息萬變。一天之內，白天和前半夜的電力需求較高(其中最高時段稱為高峰)；下半夜大幅度地下跌(其中最低時段稱為低谷)，低谷有時只及高峰的一半甚至更少。鑒于這種情況，發(fā)電設備在負荷高峰時段要滿發(fā)，而在低谷時段要壓低出力，甚至得暫時關閉，為了按照電力需求來協(xié)調使用有關的發(fā)電設備，需采取一系列的措施。概念和基本原理電力的生產、輸送和使用是同時發(fā)生的，一般情況下又不能儲存，而一、概念和基本原理抽水蓄能電站的運行原理是利用可以兼具水泵和水輪機兩種工作方式的蓄能機組，在電力負荷出現低谷時（夜間）做水泵運行，用基荷火電機組發(fā)出的多余電能將上水庫的水抽到上水庫存儲起來，在電力負荷出現高峰（下午及晚間）做水輪機運行，將水放下來發(fā)電。概念和基本原理一、概念和基本原理概念和基本原理發(fā)電工況工作原理示意圖117發(fā)電工況工作原理示意圖6抽水工況工作原理示意圖118抽水工況工作原理示意圖71、離心泵工作原理1191、離心泵工作原理8

動力機帶動轉軸，轉軸帶動葉輪在泵殼內高速旋轉，泵內水體被迫隨葉輪轉動而產生離心力。離心力迫使液體自葉輪周邊拋出，匯成高速高壓水流經泵殼排出泵外，形成水的勢能。當液體自葉輪中心甩向外周的同時，葉輪入口形成真空，水池的水在外界大氣壓力下沿吸水管被吸入補充了這個空間。繼而吸入的水又被葉輪甩出經蝸殼而進入出水管。依靠葉輪的不斷運轉，液體便連續(xù)地被吸入和排出。120動力機帶動轉軸，轉軸帶動葉輪在泵殼內高速旋轉，泵內水體離心力：由于物體旋轉而產生脫離旋轉中心的力。121離心力：由于物體旋轉而產生脫離旋轉中心的力。10www.th離心泵的一般特點（1）水沿離心泵的流經方向是沿葉輪的軸向吸入，垂直于軸向流出，即進出水流方向互成90°。（2）由于離心泵靠葉輪進口形成真空吸水，因此在起動前必須向泵內和吸水管內灌注引水，或用真空泵抽氣，以排出空氣形成真空，而且泵殼和吸水管路必須嚴格密封，不得漏氣，否則形不成真空，也就吸不上水來。（3）由于葉輪進口不可能形成絕對真空，因此離心泵吸水高度不能超過10米，加上水流經吸水管路帶來的沿程損失，實際允許安裝高度（水泵軸線距吸入水面的高度）遠小于10米。如安裝過高，則不吸水；此外，由于山區(qū)比平原大氣壓力低，因此同一臺水泵在山區(qū)，特別是在高山區(qū)安裝時，其安裝高度應降低，否則也不能吸上水來。122離心泵的一般特點11軸流泵是一種利用葉輪旋轉對水體產生推力(升力)工作的大流量低揚程的水泵，主要是靠葉片的升力將流體引到出口，是軸向進，軸向出，具有流量大等優(yōu)點。123軸流泵是一種利用葉輪旋轉對水體產生推力(升力)工作的大流軸流泵輸送液體不是依靠葉輪對液體的離心力，而是利用旋轉葉輪葉片的推力使被輸送的液體沿泵軸方向流動。當泵軸由電動機帶動旋轉后，由于葉片與泵軸軸線有一定的螺旋角，所以對液體產生推力(或叫升力)，將液體推出從而沿排出管排出。這和電風扇運行的道理相似，靠近風扇葉片前方的空氣被葉片推向前面，使空氣流動。當液體被推出后，原來位置便形成局部真空，外面的液體在大氣壓的作用下，將沿進口管被吸入葉輪中。只要葉輪不斷旋轉，泵便能不斷地吸入和排出液體。124軸流泵輸送液體不是依靠葉輪對液體的離心力，而是利用旋轉葉輪葉軸流泵的工作是以空氣動力學中機翼的升力理論為基礎的。其葉片與飛機機翼具有相以形狀的剖面，一般稱葉片剖面為翼形。翼形的前端圓鈍，后端尖銳，前表面(工作面)曲率小，下表面(背面)曲率大。當葉輪旋轉時，水流在翼形的前端分成兩股水流，它們經過翼形的上、下表面，然后同時在翼形的末端匯合。由于上表面的路徑短，下表面的路徑長，沿翼形下表面的流速要比沿翼形上表面的流速大，相應的翼形下表面的壓力要比上表面小，因而水流對翼形產生方向向下的作用力R，同樣，翼形對水流產生一個反作用力R＇，其大小與R相等、方向相反，作用在水流上，在此力的作用下，水沿泵軸方向上升。葉輪不停地旋轉，水就不斷地被捍升。125軸流泵的工作是以空氣動力學中機翼的升力理論為基礎的。其葉片與軸流泵的特點：

①軸流泵的優(yōu)點

a．流量大、結構簡單、重量輕、外形尺寸小，它的形體為管狀，因此占地面積小。

b．立式軸流泵工作時葉輪全部浸沒在水中，啟動時不必灌泵，操作簡單方便。

c．對調節(jié)式軸流泵，當工作條件變化時，只要改變葉片角度，仍然可保持在較高效率下工作。

126軸流泵的特點：15www.themegallery.

②軸流泵主要缺點

揚程太低，因此應用范圍受到限制。

由于軸流泵是低揚程、大流量的泵，故通常用于農業(yè)大面積灌溉和排澇、城市排水、輸送需要冷卻水量很大的熱電站循環(huán)水以及船塢升降水位等。127

②軸流泵主要缺點

16www.themegalle混流泵混流泵從外形、結構都是介于離心泵和軸流泵之間；

混流泵的抽水原理，葉輪的高速旋轉，既產生離心泵的離心力，又具有軸流泵的推升力，混流泵靠這兩種力的混合作用而抽水。

128混流泵混流泵從外形、結構都是介于離心泵和軸流泵之間；17混流泵的使用性能也是介乎于離心泵和軸流泵之間，它和離心泵比較，揚程低一些，而流量大一些；它與軸流泵比較，揚程高一些，但流量又小一些。

這對于我國幅員遼闊，地形復雜，多了一種泵型因地制宜的選用。129混流泵的使用性能也是介乎于離心泵和軸流泵之間，它和離心泵抽水蓄能電站受兩次能量轉換的影響，運行效率較低，但在電力系統(tǒng)調峰、調頻中能起著重大作用?？蓽p少火電機組開停機次數，使核電站平穩(wěn)運行，節(jié)省火電機組低出力運行的高燃料耗費和機組起停的額外燃料耗費，增長火電和核電機組運行壽命。在以火電、核電為主的電力系統(tǒng)中，修建適當比例的抽水蓄能電站還是經濟的。概念和基本原理130抽水蓄能電站受兩次能量轉換的影響，運行效率較低，但在電力系統(tǒng)二、抽水蓄能電站的結構組成1—

上水庫；2—進（出）水口；3—輸水道；4—輸水道調壓井；5—廠房；6—主變洞；7—尾閘室；8—尾水道；9—尾水調壓室；10—出（進）水口；11—下水庫8311107654219131二、抽水蓄能電站的結構組成1—

上水庫；2—進（出）水口電站樞紐布置132電站樞紐布置211.上水庫。抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設施，電網負荷低谷時段可將抽上來的水儲存在庫內，負荷高峰時段由水庫放下來發(fā)電。二、抽水蓄能電站的結構組成1331.上水庫。抽水蓄能電站的上水庫是蓄存水量的工程設施，電網負2.輸水系統(tǒng)是輸送水量的工程設施，在水泵工況(抽水)把下水庫的水量輸送到上水庫，在水輪機工況(發(fā)電)將上水庫放出的水量通過廠房輸送到下水庫。二、抽水蓄能電站的結構組成1342.輸水系統(tǒng)是輸送水量的工程設施，在水泵工況(抽水)把下水庫3.地下廠房。地下廠房包括主、副廠房、主變洞、母線洞等洞室。廠房是放置蓄能機組和電氣設備等重要機電設備的場所，也是電廠生產的中心。抽水蓄能電站無論是完成抽水、發(fā)電等基本功能，還是發(fā)揮調頻、調相、升荷爬坡和緊急事故備用等重要作用，都是通過廠房中的機電設備來完成的。1353.地下廠房。地下廠房包括主、副廠房、主變洞、母線洞等洞室主廠房主變室尾水閘門洞地下廠房洞室群136主廠房主變室尾水閘門洞地下廠房洞室群254.開關站及出線場有開關設備，通常還包括母線，但沒有電力變壓器的變電站。其作用就是分配高、中壓電能。1374.開關站及出線場有開關設備，通常還包括母線，但沒有電力變5.下水庫。抽水蓄能電站的下水庫也是蓄存水量的工程設施，負荷低谷時段可滿足抽水水源的需要，負荷高峰時段可蓄存發(fā)電放水的水量。1385.下水庫。抽水蓄能電站的下水庫也是蓄存水量的工程設施，負荷天荒坪抽水蓄能電站工程示意圖139天荒坪抽水蓄能電站工程示意圖28廣州從化抽水蓄能電站140廣州從化抽水蓄能電站29141301、抽水蓄能電站的特點1）需要水但基本上不耗水，故其規(guī)模不象常規(guī)水電那樣取決于所在站址的來水流量和落差，而主要取決于上下池容積和落差，更主要的是取決于所在電網可供低谷時抽水的電量。2）電站型式很多，適應性強，可視情況選定，在山區(qū)、江河梯級、平原均可修建抽水蓄能電站，關鍵在于因地制宜擇優(yōu)選擇。三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及效益1421、抽水蓄能電站的特點三、抽水蓄能電站的特點、類型、適用及效抽水蓄能電站和常規(guī)水電站的不同點

一從電站的樞紐布置來看，抽水蓄能電站有上、下兩個水庫。常規(guī)水電站一般僅有一個水庫。二從安裝的機組來說，抽水蓄能電站有四機分置式(裝有水泵和電動機、水輪機和發(fā)電機)、三機串聯式(即電動發(fā)電機，與水輪機、水泵連結在一個直軸上)和二機可逆式(一臺水泵水輪機和一臺電動發(fā)電機聯結)。而常規(guī)水電站僅裝有水輪機和發(fā)電機。143抽水蓄能電站和常規(guī)水電站的不同點一從電站的樞紐布置來

三從靜態(tài)功能來說，抽水蓄能電站既能發(fā)電調峰，又能抽水填谷，而常規(guī)水電站僅能發(fā)電調峰。從動態(tài)功能來說，抽水蓄能電站和常規(guī)水電站均能承擔調頻、調相和事故備用等任務。但抽水蓄能電站在發(fā)電或抽水過程中，均可進行調頻、調相，尤其是在抽水工況調相時，經常進相吸收無功功率。144三從靜態(tài)功能來說，抽水蓄能電站既能發(fā)電調峰

四從投資構成來看，由于大型抽水蓄能電站的機組目前主要依靠國外技術或從國外進口，機電設備價格較高，往往機電設備的投資占總投資的一半或更多；而常規(guī)水電站的機組一般國內都能自已制造，機電設備投資大約占總投資的四分之一左右。145四從投資構成來看，由于大型抽水蓄能電站的機組

五從在電網中的地位來看，由于抽水蓄能電站具有多種功能，電網常把它作為綜合管理的工具，往往在負荷中心附近尋找有條件的站址建設抽水蓄能電站。常規(guī)水電站受自然條件影響更大，在負荷中心附近不是到處能找到可以開發(fā)的站址的，由于水能資源豐富的地區(qū)往往遠離負荷中心，電站建成后需遠距離輸送電能到用電地區(qū)。146五從在電網中的地位來看，由于抽水蓄能電站具有多種功能

六設備和運行方面的不同

1、雙向旋轉。由于可逆式水泵水輪機作水輪機和水泵運行時的旋轉方向是相反的，因此電動發(fā)電機也需按雙向運轉設計。在電氣上要求電源相序隨發(fā)電工況和驅動工況而轉換；同時電機本身的通風、冷卻系統(tǒng)和軸承結構都應能適應雙向旋轉工作。147六設備和運行方面的不同36

2、需有專門啟動設施?？赡媸诫妱影l(fā)電機作電動機運行時，而必須采用專門的啟動設備(SFC)，從電網上啟動，或采用背靠背方式各臺機組間同步啟動。

3、頻繁啟停。抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中擔任調峰填谷、調頻調相及事故備用的作用，一般每天要啟停多次。天荒坪抽水蓄能電站每臺機組每天啟停8—12次，廣州蓄能水電廠機組啟停則更加頻繁。1482、需有專門啟動設施。可逆式電動發(fā)電機作電動機運行時4、保護配置不同。與常規(guī)水力機組相比，蓄能機組多了相序監(jiān)測、低頻保護、低功率保護、逆功率保護和低頻過流保護等特有的保護。1494、保護配置不同。與常規(guī)水力機組相比，蓄能機組多了相5、運行方式不同。常規(guī)水電站最主要的功能是發(fā)電，即向電力系統(tǒng)提供電能。蓄能電站不僅可以發(fā)電，還可在電網用電低谷時進行抽水，把多余的電能轉化為勢能儲存起來。抽水蓄能機組在設計上有更強的調相功能，無論在發(fā)電工況或在抽水工況，都可以實現調相和進相運行，并且可以在水輪機和水泵兩種旋轉方向進行，故其運行靈活性更大。此外，蓄能機組如果在抽水時遇電網發(fā)生重大事故，則可以由抽水工況快速轉換為發(fā)電工況，即在一兩分鐘內，停止抽水并以同樣容量轉為發(fā)電。1505、運行方式不同。常規(guī)水電站最主要的功能是發(fā)電，即向電力系統(tǒng)三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益2、分類按與常規(guī)電站的結合情況分：純抽水蓄能、混合式抽水蓄能按調節(jié)性能分：日調節(jié)、周調節(jié)、季調節(jié)按水頭分：<600m單級可逆式；>600m多級或三機式按布置特點分：地面式、地下式按機組類型分：四機式、三機式、兩機式151三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益2、分類40純抽水蓄能電站：專為電網調節(jié)修建的，與徑流發(fā)電無關。如圖所示。其上池沒有水源或天然水流量很小，需將水由下池抽到上池儲存，用于電力系統(tǒng)負荷處于高峰時發(fā)電。水在上池、下池循環(huán)使用，抽水和發(fā)電的水量基本相等。流量和歷時按電力系統(tǒng)調峰填谷的需要來確定。純抽水蓄能電站，一般沒有綜合利用的要求，僅用于調峰、調頻，故不能作為獨立電源存在，必須與電力系統(tǒng)中承擔基本負荷的火電廠、核電廠等電廠協(xié)調運行。純抽水蓄能電站純抽水蓄能電站：專為電網調節(jié)修建的，與徑流發(fā)電無關。如圖所示混合式抽水蓄能電站，如圖所示。其上水庫有一定的天然水流量，下水庫按抽水蓄能需要的容積在河道下游修建。在混合式抽水蓄能電站內，既安裝有普通水輪發(fā)電機組，利用江河徑流調節(jié)發(fā)電；又安裝有抽水蓄能機組，可從下水庫抽水蓄能發(fā)電，進行蓄能發(fā)電，承擔調峰、調頻、調相任務?；旌鲜匠樗钅茈娬救?、抽水蓄能電站的類型、適用及效益混合式抽水蓄能電站，如圖所示。其上水庫有一定的天然水流量，下按調節(jié)規(guī)律分：日調節(jié)：每日中午、夜間抽水，上、下午、晚上負荷期發(fā)電，水庫的庫容量按每日調峰的發(fā)電量決定。如圖所示，在電力系統(tǒng)低谷負荷時抽水蓄能電站利用系統(tǒng)多余電能由機組把下水庫的水抽到上水庫儲存，上水庫處于高水位。如圖所示，在白天電力系統(tǒng)尖峰負荷時將上水庫的水放下由機組發(fā)電供給系統(tǒng)，上水庫處于低水位。按調節(jié)規(guī)律分：日調節(jié)：每日中午、夜間抽水，上、下午、晚上負荷周調節(jié)：周一---周五每個工作日均有一定次數的抽水及發(fā)電，但每日的發(fā)電量大于抽水量，故上庫的水量逐日減少，到周末時上庫基本接近于防空。但周末工業(yè)負荷小，利用此時間段抽水，至周一，水庫又蓄滿水。按周調節(jié)設計水庫的庫容量比日調節(jié)水庫的庫容量大。

三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益周調節(jié)：周一---周五每個工作日均有一定次數的抽水及發(fā)電，但季調節(jié)：利用徑流式水電站豐水期季節(jié)性電能抽到另一個水庫中蓄起來，到枯水期再放下來發(fā)電。年調節(jié)：多為混合式電站。按廠房形式分：地面式、地下式、半地下式。按水頭高低分：低水頭（100m以下），中水頭(100m-700m),高水頭（700m以上）。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益季調節(jié)：利用徑流式水電站豐水期季節(jié)性電能抽到另一個水庫中蓄起按機組形式分：分置式（四機式）、串聯式（三機式）和可逆式（兩機式）、多級可逆式水輪機抽水蓄能電站。早期的發(fā)展是以蓄水為目的。西歐山區(qū)國家，利用工業(yè)多余的電能把汛期河中的水抽到山上水庫中貯存起來，到枯季再放下來發(fā)電，這稱為季調節(jié)型抽水蓄能電站。這些電站曾用過單獨工作的抽水機組和發(fā)電機組，抽水和發(fā)電各自獨立運行，即分置式（四機式）；其后出現過將水泵與水輪機和一臺兼做電動機和發(fā)電機的電機聯接在一起而形成一種組合式機組，又稱為三機式機組。隨著機器制造能力的發(fā)展，蓄能機組結構出現了將水泵和水輪機合并為一體的可逆式水泵水輪機，稱為兩機式機組。三、抽水蓄能電站的類型、適用及效益按機組形式分：分置式（四機式）、串聯式（三機式）和可逆式（兩分置式（四機式）抽水蓄能電站。水輪發(fā)電機組與電動機帶動的水泵機組分開，而輸水系統(tǒng)與輸、變電系統(tǒng)共有。特點：造價高、廠房大、水泵及水輪機效