抽水蓄能電站的運行方式與及常規(guī)水電機組的不同

1、抽水蓄能電站的運行方式與及常規(guī)水電機組的不同 抽水蓄能電站有發(fā)電和抽水兩種主要運行方式， 在兩種運行方式之間又有多種從一個工 況轉(zhuǎn)到另一工況的運行轉(zhuǎn)換方式。正常的運行方式具有以下功能：(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(shù)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(yīng)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)閯菽埽?存蓄于上水庫中，待到電網(wǎng)需要時放水發(fā)電。 蓄能 機組發(fā)電的年利用時數(shù)一般在8001000h之間。蓄能電站的作用是實現(xiàn)電能在時間上的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過抽水和發(fā)電兩種環(huán)節(jié)，它

2、的綜合效率為75%左右。(2) 調(diào)峰功能。 具有日調(diào)節(jié)以上功能的常規(guī)水電站， 通常在夜間負(fù)荷低谷時不發(fā)電， 而 將水量儲存于水庫中， 待尖峰負(fù)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(fù)荷時發(fā)電。 因此， 蓄能電站抽水時相當(dāng)于一個用電大戶， 其作用是把日負(fù)荷曲線的 低谷填平了，即實現(xiàn)“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。(3) 調(diào)頻功能。 調(diào)頻功能又稱旋轉(zhuǎn)備用或負(fù)荷自動跟隨功能。 常規(guī)水電站和蓄

3、能電站都 有調(diào)頻功能，但在負(fù)荷跟蹤速度(爬坡速度)和調(diào)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(shù)分鐘。 而抽水蓄能機組在設(shè)計上就考慮了快速起動和 快速負(fù)荷跟蹤的能力。 現(xiàn)代大型蓄能機組可以在一兩分鐘之內(nèi)從靜止達(dá)到滿載， 增加出力的 速度可達(dá)每秒1萬kW并能頻繁轉(zhuǎn)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(shè)計能力為每天起動 36次；每天工況轉(zhuǎn)換40次；6臺機處于旋轉(zhuǎn)備用 時可在 10s 達(dá)到全廠出力 1320MW。(4) 調(diào)相功能。 調(diào)相運行的目的是為穩(wěn)定電網(wǎng)電壓， 包括發(fā)出無功的調(diào)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(shù)為

4、0.85 0.9 ，機組可以降低功率因數(shù)運行，多發(fā)無功，實現(xiàn)調(diào)相功能。抽水蓄能機組在設(shè)計上有更強的調(diào)相功能， 無論在發(fā)電工況或在抽水工況， 都可以實現(xiàn) 調(diào)相和進相運行，并且可以在水輪機和水泵兩種旋轉(zhuǎn)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(fù)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。(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。 抽水蓄能電站在設(shè)計上也考慮有事故備用的庫容， 但蓄能電站的庫容相對于同容量常規(guī)水電站要小， 所以其事故備用的持續(xù)時間沒有常規(guī)水電站長。 在事故備用操作后， 機組需抽 水將水庫庫容恢復(fù)。 同時， 抽水蓄能機組由于其水力

5、設(shè)計的特點， 在作旋轉(zhuǎn)備用時所消耗電 功率較少，并能在發(fā)電和抽水兩個旋轉(zhuǎn)方向空轉(zhuǎn)，故其事故備用的反應(yīng)時間更短。此外， 蓄能機組如果在抽水時遇電網(wǎng)發(fā)生重大事故， 則可以由抽水工況快速轉(zhuǎn)換為發(fā)電 工況， 即在一兩分鐘內(nèi)， 停止抽水并以同樣容量轉(zhuǎn)為發(fā)電。所以有人說，蓄能機組有兩倍裝 機容量的能力來做為事故備用。當(dāng)然這種功能是在一定條件下才能產(chǎn)生的。(6) 黑啟動功能。 黑啟動是指出現(xiàn)系統(tǒng)解列事故后， 要求機組在無電源的情況下迅速起 動。常規(guī)水電站一般不具備這種功能?，F(xiàn)代抽水蓄能電站在設(shè)計時都要求有此功能。抽水蓄能機組的正常運行和工況轉(zhuǎn)換可能有下列的多種操作方式?？梢娦钅軝C組的運行方式是相當(dāng)復(fù)雜的，同

6、時也說明蓄能機組的功能是很完善的。水輪機工況發(fā)電及停機 2 種操作方式水泵工況抽水及停機 2 種操作方式發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相及返回 2 種操作方式抽水轉(zhuǎn)調(diào)相及返回 2 種操作方式停止至發(fā)電方向調(diào)相及停機2 種操作方式停止至抽水方向調(diào)相及停機2 種操作方式發(fā)電轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)抽水 1 種操作方式抽水轉(zhuǎn)空載轉(zhuǎn)發(fā)電 1 種操作方式抽水直接轉(zhuǎn)發(fā)電 1 種操作方式黑啟動 1 種操作方式 抽水蓄能電站的靜態(tài)效益和動態(tài)效益 靜態(tài)效益：抽水蓄能電站在電網(wǎng)中由頂峰填谷作用而產(chǎn)生的經(jīng)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(diào)節(jié)電網(wǎng)負(fù)荷曲線高峰和低谷之間差距的有效措施。 負(fù) 荷高峰時段，它可以作為水電站發(fā)電，擔(dān)

7、負(fù)電網(wǎng)尖峰容量；用電低谷時段， 則可作為電網(wǎng)用 戶，吸收低谷電量抽水蓄能， 減少負(fù)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， 使其在高效率區(qū)運行，增加發(fā)電量，并使核電和大型火電機組穩(wěn)定經(jīng)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(shè)成本低， 建設(shè)周期比常規(guī)水電站要短， 運行費用比火電站要低。 在電網(wǎng)中缺少調(diào)峰電源時， 建設(shè)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(jié)構(gòu)，減少總的電力建設(shè)投資。(2) 能量轉(zhuǎn)換效益： 抽水蓄能電站通過能量轉(zhuǎn)換， 將成本低的低谷電能轉(zhuǎn)換為價值高的 峰荷電能。(3) 節(jié)煤效益： 抽水蓄能機組的投入， 使電網(wǎng)負(fù)荷分配

8、得到調(diào)整， 火電盡量擔(dān)負(fù)基荷和 腰荷，從而使火電總平均煤耗下降。動態(tài)效益： 抽水蓄能電站具有調(diào)峰、調(diào)頻和調(diào)相等作用，還可承擔(dān)緊急事故備用，保證電網(wǎng)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(diào)峰效益： 抽水蓄能機組因為結(jié)構(gòu)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?xì)廨啓C機組 ) 的調(diào)峰負(fù)擔(dān)。(2) 調(diào)頻效益：抽水蓄能機組調(diào)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(diào)整周波的作用，有助于保持頻率并提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。(3) 負(fù)荷跟隨效益： 電網(wǎng)負(fù)荷總是在不斷的變化， 當(dāng)負(fù)荷急劇變化時， 抽水蓄能機組

9、與 火電或其它類型機組相比，其負(fù)荷跟隨很快，爬坡能力較強。(4) 旋轉(zhuǎn)備用 (事故備用 ) 效益：抽水蓄能機組作為水力機組可以方便地處于旋轉(zhuǎn)備用狀 態(tài)，以利快速地承擔(dān)事故備用。 抽水蓄能電站能夠快速啟動機組， 迅速轉(zhuǎn)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(dān)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(nèi)加大出力；在停機 狀態(tài)下，亦可緊急啟動，從而達(dá)到短時應(yīng)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。(5) 調(diào)相效益： 抽水蓄能機組由于其結(jié)構(gòu)上的優(yōu)點， 可以方便地做調(diào)相運行。 不但在空 閑時

10、可供調(diào)相用， 在發(fā)電和抽水時也可調(diào)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(diào)相時， 經(jīng)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(dá)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(diào)相運行完成后可以快速地轉(zhuǎn)為發(fā)電或抽水。最能體現(xiàn)動態(tài)效益的是抽水蓄能機組的事故備用功能：據(jù)美國有關(guān)資料統(tǒng)計，1993 1997 年 8 月， 電力系統(tǒng)發(fā)生主要事故 137 起，由電廠引起的僅 9 起，而 93.4%的事故是由 輸配電設(shè)施引起的。 抽水蓄能機組不僅可調(diào)相運行 （發(fā)出或吸收無功功率 ） ，為電網(wǎng)提供電壓

11、 支持， 避免出現(xiàn)電壓崩潰和熱過載， 而且由于其工況轉(zhuǎn)換迅速，應(yīng)變能力強，在一系列的重 大電網(wǎng)事故中能在短時間內(nèi)從任何工況下轉(zhuǎn)為滿負(fù)荷發(fā)電，從而防止事故擴大和系統(tǒng)瓦解。英國和法國間通過兩條額定容量為 1000MW的直流輸電線路連接，聯(lián)網(wǎng)后雖可互為備用，但 也使最大甩負(fù)荷風(fēng)險由 660MW增加到1000MV，備用容量也要相應(yīng)增加。迪諾威克抽水蓄能 電站（1800MW）設(shè)計時考慮能在10s內(nèi)發(fā)出1320MW出力，以適應(yīng)緊急事故備用的需要。廣州抽水蓄能電站投產(chǎn)后， 在電網(wǎng)中發(fā)揮了緊急事故備用作用。 1994 年 5 月至 1996 年 年底期間，在核電機組跳機、火電機組甩負(fù)荷和西電解列等 66 次事

12、故中，由于廣蓄電站迅 速投入，防止了事故的擴大，幫助電網(wǎng)及時恢復(fù)正常供電。十三陵抽水蓄能電站投產(chǎn)以來， 對京津唐電網(wǎng)的安全、 穩(wěn)定運行起到了關(guān)鍵作用。 尤其是 1999 年 3 月， 因連續(xù)十多天的大 霧陰雨天氣使供電線路不斷出現(xiàn)電網(wǎng)污閃、 線路閃絡(luò)掉閘等事故， 在此期間十三陵蓄能電廠 均能做出快速反應(yīng)，六天內(nèi)共開機 48 次，緊急啟動成功率 100%，避免了事故造成的損失。 抽水蓄能電站的類型及適用場合抽水蓄能的類型， 按開發(fā)方式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；按調(diào)節(jié)周期分，可分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)和季調(diào)節(jié)等；按水頭分，可分為高水頭 和中低水頭； 按機組類型分，

13、 可分為四機分置式、 三機串聯(lián)式和二機可逆式； 按布置特點分， 可分為地面式、地下式和特殊布置形式 （人工地下水庫 ） 。（1）純抽水蓄能電站廠內(nèi)安裝的機組全部是抽水蓄能機組。 其發(fā)電量絕大部分來自于抽 水蓄存的水能， 發(fā)電的水量基本上等于抽蓄的水量，重復(fù)循環(huán)使用。在運行中，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， 也可來自下水庫的天 然徑流。 混合式抽水蓄能電站廠內(nèi)既安裝有抽水蓄能機組， 也安裝有常規(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 是天然來水形成的， 下水庫按抽水蓄能需要的容積在

14、河道下游修建。 調(diào)水式抽水蓄能電站的 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)的河流建常規(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。 這種類型的抽水蓄能電站，其下水庫有天然徑流來源， 上水庫沒有天然徑流來源，調(diào) 峰發(fā)電量往往大于填谷的耗電量。（2）抽水蓄能電站的運行分為抽水和發(fā)電兩種工況： 在抽水過程中， 下水庫由滿庫至空庫，上水庫則由空庫至滿庫； 在發(fā)電過程中， 上水庫由滿庫至空庫， 下水庫則由空庫至滿庫， 完成一個循環(huán)周期。 如該周期歷時一晝夜，則稱為日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站；如歷時一周，則稱為周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站

15、； 如歷時更長，可在年內(nèi)蓄豐補枯，則稱為季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。一 般純抽水蓄能電站大多進行日調(diào)節(jié)和周調(diào)節(jié)，混合式抽水蓄能電站有時可進行季調(diào)節(jié)。（3）抽水蓄能電站的有效水頭越高， 所需要的流量和庫容越小， 單位造價就可減少， 故抽水蓄能電站的造價隨水頭增大而降低。 我國高水頭抽水蓄能電站如廣蓄、 十三陵和天荒坪 等利用水頭已達(dá) 400600m國外使用單級水泵水輪機的水頭（揚程）已達(dá)700m以上，而使用多級水泵水輪機的水頭已達(dá) 1300m 左右。國內(nèi)的羊湖抽水蓄能電站多級泵最大揚程達(dá) 853m=抽水蓄能電站水頭 200m左右及以下稱中低水頭，如已建的溪口和建設(shè)中的泰安抽水蓄能電站就是安裝 200m水頭段的機組。我國混合式抽水蓄能電站受天然落差限制，水頭一 般較低，如崗南、密云、潘家口和響洪甸等混合式抽水蓄能電站都是水頭在100m以下的電站。（4）從機組類型來說， 四機式機組是較早期的抽水蓄能電站所用的結(jié)構(gòu)方式，裝有由水泵與電動機組成的抽水機組和由水輪機與發(fā)電機組成的發(fā)電機組，現(xiàn)一般已不再選用。 三機式機組的發(fā)電機兼用作電動機， 稱為電動發(fā)電機 （ 或發(fā)電電動機 ） ，水輪機和水泵連結(jié)在一個 軸上，