水力蓄能背景及目的

隨著社會的發(fā)展，電力工業(yè)發(fā)展迅速，發(fā)電設(shè)備裝機容量越來越大。但是人們生活用電和生產(chǎn)用電的時間與發(fā)電設(shè)備平穩(wěn)發(fā)電的矛盾越來越突出，即：人們生活用電和生產(chǎn)用電集中在白天和晚上，這段時間電廠電力負荷較大，發(fā)電機必須滿發(fā)電或加大發(fā)電設(shè)備的裝機容量以滿足人們在此段時間的用電的需要，在夜間人們用電和生產(chǎn)用電較少，發(fā)電設(shè)備裝機容量較大而發(fā)電機不能滿發(fā)電，嚴重威脅著發(fā)電設(shè)備運行安全和影響著發(fā)供電企業(yè)經(jīng)濟效益。

因此，利用電網(wǎng)中負荷低谷時的電力，由下級水庫抽水到上級水庫蓄能，待電網(wǎng)負荷高峰時，上級水庫放水發(fā)電。

利用電力系統(tǒng)用電負荷低谷時多余的電量，通過水泵電動機將下庫較低的水抽到上庫較高的水庫中，消耗電能以水能形式儲存起來，待到電力系統(tǒng)用電負荷高，需要電能補充時，將上庫的水通過水輪發(fā)電機組放回下庫，將水能轉(zhuǎn)化成電能送回電網(wǎng)，以補充不足的用電量，滿足系統(tǒng)的調(diào)峰要求。

利用電力系統(tǒng)低谷負荷時的剩余電力抽水到高處蓄存，在高峰負荷時放水發(fā)電的水電站。

抽水蓄能電站是電力系統(tǒng)唯一的填谷調(diào)峰電源。在負荷低谷時，吸收電力系統(tǒng)的有功功率抽水，這時它是用戶。在負荷高峰時，向電力系統(tǒng)送電，這時它是發(fā)電廠。常規(guī)水電機組和燃氣輪機組也是調(diào)峰性能較好的電源，但都沒有填谷作用。抽水蓄能電站抽水是把電能轉(zhuǎn)換為水能的過程；發(fā)電是把水能轉(zhuǎn)換為電能的過程。在每一次抽水發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換循環(huán)中，都有能量損失，使發(fā)電量小于抽水的耗電量，二者之比是抽水蓄能電站循環(huán)效率，或稱抽水蓄能電站綜合效率，一般為0.7～0.75。

20世紀50年代以后，抽水蓄能電站發(fā)展很快。1950年世界各國抽水蓄能電站裝機容量總計1600 MW，1960年為3420MW，1970年為16640 MW，1980年為46520 MW，1990年為80680 MW。每10年內(nèi)的平均年遞增率分別為7.89%，17.14%，10.8%和10.6%。

水力蓄能優(yōu)點

抽水蓄能電站與火電、核電配合運行，因其填谷作用，可節(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，減少火電機組開停機次數(shù)，使核電站平穩(wěn)運行，因而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是經(jīng)濟的。抽水蓄能電站有起停靈活、增減工作出力快的優(yōu)點，從全停到滿載發(fā)電約5 min，從全停到滿載抽水約8 min，從滿載發(fā)電或滿載抽水到與電網(wǎng)解列約1min。此外，抽水蓄能電站還可承擔電力系統(tǒng)的負荷備用、事故備用和調(diào)頻、調(diào)相任務(wù)。抽水蓄能電站不但可提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，且有助于降低系統(tǒng)事故率、提高供電可靠性。

水力蓄能開發(fā)方式分類

按可分為純抽水蓄能電站、混合式抽水蓄能電站和調(diào)水式抽水蓄能電站3類。

純抽水蓄能電站其發(fā)電量絕大部分來自抽水蓄存的水能。發(fā)電的水量基本上等于抽水蓄存的水量，重復循環(huán)使用。僅需少量天然徑流，補充蒸發(fā)和滲漏損失。補充水量既可來自上水庫的天然徑流來源，也可來自下水庫的天然徑流來源。如美國的勒丁頓(Ludington)抽水蓄能電站，裝機容量1872 MW，其上水庫在密執(zhí)安湖東岸不遠處的山頂上，用高52m，長9.6 km的土堤圍成，下水庫為密執(zhí)安湖。

混合式抽水蓄能電站廠內(nèi)既設(shè)有抽水蓄能機組，也設(shè)有常規(guī)水輪發(fā)電機組。上水庫有天然徑流來源，既可利用天然徑流發(fā)電，也可從下水庫抽水蓄能發(fā)電。其上水庫一般建于河流上，下水庫按抽水蓄能需要的容積覓址另建。如中國的潘家口抽水蓄能電站，裝機容量420 MW，裝有1臺單機容量為150MW的常規(guī)機組和3臺單機容量為90 MW的抽水蓄能機組，平均年發(fā)電量6.2億kW·h.其中3.89億kW·h為天然徑流發(fā)電量，2.31億kW·h為抽水蓄能發(fā)電量。

調(diào)水式抽水蓄能電站上水庫建于分水嶺高程較高的地方。在分水嶺某一側(cè)攔截河流建下水庫，并設(shè)水泵站抽水到上水庫。在分水嶺另一側(cè)的河流設(shè)常規(guī)水電站從上水庫引水發(fā)電，尾水流入水面高程最低的河流。這種抽水蓄能電站的特點是：①下水庫有天然徑流來源，上水庫沒有天然徑流來源。②調(diào)峰發(fā)電量往往大于填谷的耗電量。如中國湖南省慈利縣慈利跨流域抽水蓄能工程，見圖3。在沅江支流白洋河上源渠溶溪設(shè)水泵站引水至趙家埡水庫，年抽水1670萬m。趙家埡水庫后設(shè)3級水電站共12300 kW，尾水流入澧水支流零溪河。該項工程年抽水用電量340萬kW·h，年發(fā)電量1390萬kW·h。

水力蓄能調(diào)節(jié)周期分類

季抽水蓄能電站以季為運行周期的抽水蓄能電站。將汛期多余水量抽至上庫供枯水期使用。但不多見。

周抽水蓄能電站以周為運行周期的抽水蓄能電站。除日夜發(fā)電、抽水各一次外，利用假日的剩余電能多抽水供工作日使用。

日抽水蓄能電站以日為運行周期的抽水蓄能電站。夜間抽水蓄能，日間放水發(fā)電。

水力蓄能電站組成

抽水蓄能電站主要由上水庫、下水庫、引水系統(tǒng)、廠房、開關(guān)站等部分組成。

上水庫和下水庫：上水庫的高程高于下水庫，其作用在于把提高了高程的水體蓄存起來，達到蓄能的目的。下水庫的作用在于蓄存發(fā)電下放的水量，不使流失，以便再度將其泵入上水庫進行蓄能。上水庫可以利用已建水庫或天然湖泊，也可新建。下水庫除可利用已建水庫、天然湖泊或新建外，也有利用海洋或河道作下水庫的情況。中國臺灣省的明湖抽水蓄能電站和明潭抽水蓄能電站，都是利用天然湖泊日月潭作為上水庫。英國狄諾維克抽水蓄能電站的上下水庫都是筑壩壅高天然湖泊水位形成的。

上下水庫間的高程差愈大，電站水頭愈高，對同等規(guī)模的電站而言，所需水庫庫容愈小，流量愈小，水工建筑物的工程量相應(yīng)減小，造價降低，機組設(shè)備的投資也有所降低。上、下水庫間的輸水道愈短，則輸水系統(tǒng)工程量和水頭損失愈小，工程造價和運行費用都會降低?？捎幂斔篱L度(L)與水頭(H)之比來粗略衡量其經(jīng)濟性，許多抽水蓄能電站的L/H都小于10。對于新建的上水庫或下水庫，防滲漏是一個重要問題，需妥善處理。

輸水系統(tǒng)：包括兩部分：在上水庫和廠房之間的為引水部分;在廠房和下水庫之間的為尾水部分。引水部分包括進(出)水口、引水道，引水道長度較長時，須設(shè)引水調(diào)壓室。引水道和調(diào)壓室的構(gòu)造均與常規(guī)水電站相同。進(出)水口，發(fā)電時為進水口，抽水時為出水口，應(yīng)按雙向水流設(shè)計，既要防止出流時流速過大，分布不勻，引起攔污柵振動破壞，又要防止進流時產(chǎn)生吸氣漩渦。壓力管道的岔管，也要考慮雙向水流，使水頭損失最小。尾水部分如果較長，須設(shè)尾水調(diào)壓室，其進(出)水口也應(yīng)按雙向水流設(shè)計。

廠房：抽水蓄能電站的廠房有地面廠房和地下廠房。由于水泵和可逆式機組的吸出高度為較大的負值，一般可達-25～-70 m，因而多數(shù)大中型純抽水蓄能電站都是地下廠房?；旌鲜匠樗钅茈娬?，裝有兩種機組，抽水蓄能機組的安裝高程低于常規(guī)機組很多，故布置上較為復雜。也有把抽水蓄能機組和常規(guī)機組分別布置在兩個廠房里的，如法國的大屋抽水蓄能電站把4臺常規(guī)機組布置在地面廠房內(nèi)，把8臺可逆式機組布置在地下廠房內(nèi)。

開關(guān)站：抽水蓄能電站一般具有輸電回路較少、距負荷中心近的特點。俄羅斯扎戈爾斯克抽水蓄能電站，總裝機1200 MW，用500 kV超高壓輸電線路接入莫斯科地區(qū)電力系統(tǒng)，所需線路長度只有15 km。又如中國廣州抽水蓄能電站，一期裝機1200 MW，距廣州90 km，用2回500 kV輸電線路接入系統(tǒng)。超高壓開關(guān)站一般為屋外式或氣體絕緣金屬封閉電器。

瑞士蘇黎世的奈特拉抽水蓄能電站建于1882年，是世界上最早的抽水蓄能電站。該電站抽水揚程153 m，容量515 kW，是一座年調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。20世紀50年代以后，隨著核電站和大容量火電機組大批投產(chǎn)，為提高電力系統(tǒng)電源的調(diào)峰能力和減少調(diào)峰費用，興建了許多抽水蓄能電站。電站的技術(shù)水平也不斷提高。機組由四機式發(fā)展到二機式(可逆式)。單級混流式水泵水輪機組可適用的水頭逐漸增大，如日本的葛野川抽水蓄能電站的單級混流可逆式機組的抽水揚程已達778 m，發(fā)電最大水頭728 m。該電站單機最大輸出功率412 MW。利用水頭最高的是奧地利的賴斯采克(Reiszeek)抽水蓄能電站，采用四機式機組，水頭1773 m。單站規(guī)模也不斷增大。80年代單站規(guī)模最大的是美國的巴斯康蒂(Bath-County)抽水蓄能電站，裝機容量6×350 MW。中國廣州抽水蓄能電站一期、二期合計總裝機2400 MW，1999年全部投產(chǎn)后，為單站最大的抽水蓄能電站。

中國抽水蓄能電站建設(shè)起步較晚。1968年在崗南水庫安裝了第一臺斜流可逆式機組，由日本制造，單機11 MW。1975年在密云水庫安裝了2臺中國制造的單機11 MW的可逆式機組，轉(zhuǎn)輪直徑2.5 m，最大水頭64 m。1989年潘家口抽水蓄能電站的第一臺機組投產(chǎn)，單機90 MW。全電站共安裝3臺可逆式機組和1臺單機150 MW的水輪發(fā)電機組。廣州抽水蓄能電站一期(4×300 MW)、十三陵抽水蓄能電站(4×200MW)、天荒坪抽水蓄能電站(6×300 MW)和廣州抽水蓄能電站二期(4×300 MW)等大型抽水蓄能電站均已投產(chǎn)發(fā)電。臺灣省已投運的有明湖抽水蓄能電站(4×250 MW)和明潭抽水蓄能電站(6×267 MW)。

水力蓄能機械能量蓄能

它包括：①對轉(zhuǎn)動動能進行存貯的飛輪蓄能技術(shù)；②存貯位能的揚水蓄能發(fā)電站；③存貯彈性能量的彈簧蓄能技術(shù)；④存貯壓力能量的壓縮空氣蓄能發(fā)電站。

水力蓄能熱能蓄能

它包括：①存貯顯熱的顯熱蓄能技術(shù)；②存貯潛熱的(如蒸發(fā)、熔解、升華等)潛熱蓄能技術(shù)。

水力蓄能電磁能量蓄能

它包括：①用于存貯電能的電容器；②用于電磁能量存貯的超導蓄能發(fā)電站。

水力蓄能化學能量蓄能

它包括：①存貯電氣化學能量的蓄電池；②存貯化學能量的合成然料、化學蓄能技術(shù)等；③存貯物理化學能量(如熔解、稀釋、混合等)的濃度差發(fā)電機。 2100433B

2016年4月25日，《水力發(fā)電廠和蓄能泵站機組機械振動的評定》發(fā)布。

2016年11月1日，《水力發(fā)電廠和蓄能泵站機組機械振動的評定》實施。

中文名稱：蓄能泵；英文名稱：storagepump；定義1：抽水蓄能電站中將下池中的水抽吸到上池中儲蓄起來供發(fā)電用的水泵。

蓄能器有兩種用途。①當?shù)退龠\動時載荷需要的流量小于液壓泵流量，液壓泵多余的流量儲入蓄能器，當載荷要求流量大于液壓泵流量時，液體從蓄能器放出來，以補液壓泵流量之不足。②當停機但仍需維持一定壓力時，可以停止液壓泵而由蓄能器補償系統(tǒng)的泄漏，以保持系統(tǒng)的壓力。蓄能器也可用來吸收液壓泵的壓力脈動或吸收系統(tǒng)中產(chǎn)生的液壓沖擊壓力。蓄能器中的壓力可以用壓縮氣體、重錘或彈簧來產(chǎn)生，相應(yīng)地蓄能器分為氣體式、重錘式和彈簧式。氣體式蓄能器中的氣體與液體直接接觸者，稱為接觸式，其結(jié)構(gòu)簡單，容量大，但液體中容易混入氣體，常用于水壓機上。氣體與液體不接觸的稱為隔離式，常用皮囊和隔膜來隔離，皮囊體積變化量大，隔膜體積變化量小，常用于吸收壓力脈動。重錘式容量較大，常用于軋機等系統(tǒng)中，供蓄能用。