抽水蓄能发电技术罗远福

抽水蓄能发电技术罗远福知识回顾什么是抽水蓄能电站？在电网用电高峰时，将海拔高的上水库水放至下水库，将水势能转化为电能输送电网；用电低谷时将下水库的水抽到上水库，将电能以势能形式存储下来，消纳电网中多余的电量。发挥“调峰填谷”作用的水电站。

知识回顾电力系统负荷日、周、年需求变化特点？知识回顾电力系统负荷峰、间、谷时段？（峰8:30-11:3018:00-23:00）

（尖10:30—11:3019：00-21:00）

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知识回顾为什么要用抽水蓄能电站？1、调峰2、填谷3、适应新能源接入电网4、与大容量火电、核电配合使用5、受地域影响小、环保知识回顾抽水蓄能电站的分类？（1）纯抽水蓄能电站：上水库没有天然径流来源，抽水与发电的水量相等，循环使用；（2）混合式抽水蓄能电站：上水库有天然径流来源，既利用天然径流发电，又利用由下水库抽水蓄能发电；（3）调水式抽水蓄能电站：从位于一条河流的下水库抽水至上水库，再由上水库向另一条河流的下水库放水发电。本次课知识：（1）抽水蓄能电站调节规律；（2）抽水蓄能电站利用水头；（3）抽水蓄能电站机组型式；（4）抽水蓄能电站组成；（5）抽水蓄能电站的局限性。抽水蓄能电站的调节规律：按其调节规律分为3类：1、日调节电站；2、周调节电站；3、季调节电站。水库分类？日调节电站：如抽水蓄能电站在夜间和午间系统负荷低谷时抽水，在上下午及晚间负荷高峰时发电，每天都按此规律操作，则称为日调节电站。这种电站的水库容量按每日调蜂的发电量来决定。日调节电站典型的运行方式：典型的运行方式可能是：抽水：11一13时，22时—次日6时；发电；10一11时，14—16时，19—22时。周调节电站：有的电力系统不呈现日循环规律而为周循环规律。每周都按一定规律抽水和发电的抽水蓄能电站，则称为周调节电站。按周调节规律运行的电站所需的水库库容要比日调节的大些。周调节电站典型运行方式：在一周的五个工作日中，蓄能机组每天都有一定次数的发电和抽水，但是每天的发电量多于抽水量，故上水库的蓄水量远天减少，到了周末水库已接近于放空，但因周末工业负荷很小，这两天不发电只抽水，到星期一早上水库又蔷满了水。

季调节电站：如利用径流式水电站丰水期的季节性电能将水抽到另一个水库中存蓄起来，到枯水季节再放下来发电，则称为季调节抽水蓄能电站。季调节电站举例：

1、在西欧一些国家，早年发展抽水蓄能就是从季节性蓄水开始的。在汛期利用工业多余电能把河水抽到山上的水库蓄起来，枯水季节放下来发电。

2、多山的国家冬季都有大旦积雪，春季溶化后成为上水库的水源。

3、我国葛洲坝水电站因为装机容量很大(2715Mw)而保证出力很小(700Mw)，也在考虑在其附近修建一座抽水蓄能电站来调节一段时间的水量。季调节电站举例：保证出力：

由于水电站的来水，受自然条件影响很大，并不是每个时期的来水都能供发电机组满负荷运行，于是有一个发电出力率的问题。

根据多年水文资料统计计算，水电站在较长时段工作中，该供水期所能发出的相应于设计保证率的平均出力，称作该水电站的保证出力。

葛洲坝容量(2715Mw)而保证出力

(700Mw)江口电站容量(300Mw)而保证出力

(49.7Mw)抽水蓄能电站的利用水头：最小水头：最大水头：额定水头：

设计水头：关于水头的概念：什么是水头?发电机发出额定功率时，水轮机所需的最小工作水头。水轮机具有最高效率的水头。抽水蓄能电站的利用水头：混合式蓄能电站受天然落差的限制，水头一般不超过150一200m。如我国在常规水电站增装蓄能机组的岗南、密云、潘家口、响洪甸等都是水头100m以下的电站。抽水蓄能电站的利用水头：纯蓄能电站趋向于使用高水头。因为在容量和蓄能量相同的条件下，有效水头越高，所需要的流量和库容越小，单位造价就可减，故抽水蓄能电站的造价随水头增大而降低。我国的高水头蓄能电站如广州、十三陵、天荒坪等的利用水头已到400—600m或更高，国外使用单级水泵水轮机的蓄能电站已用到700m以上，使用多级水泵水轮机的蓄能电站已用到水头1300m。抽水蓄能电站的机组型式：水轮机的机组型式？1、反击式水轮机。A、混流式水轮机(HL)B、轴流式水轮机（轴流定桨式水轮机(ZD)、轴流转桨式水轮机(ZZ)）C、斜流式水轮机(XL)D、贯流式水轮机（贯流定奖式水轮机(GD)和贯流转桨式水轮机(GZ)）2、冲击式水轮机。A、水斗式水轮机（(切击式)水轮机(CJ)）B、斜击式水轮机(XJ)C、双击式水轮机(SJ)抽水蓄能电站的机组型式：一、四机式机组：1、国外早期的抽水蓄能电站：使用的是单独的水泵机组和水轮机组，即水泵配以电动机，水轮机配以发电机，形成四机式机组。特点：1、部件多、故障点多2、投资较大抽水蓄能电站的机组型式：2、近代：少数水电站因装机容量有裕度，加装大型水泵在负荷低谷时将水抽回水库以增加总的调峰发电量，也是四机式装置的一种方式。如我国白山水电站在5台300Mw的水轮发电机组已运行多年后，现在准备增装2台150Mw的大型离心泵。抽水蓄能电站的机组型式：二、三机式机组：将水泵、水轮机与电机连接在一起的三机式机组，又称组合式机组。近年，组合式机组逐渐进可逆式机组所取代。但在高水头范围，如600一800m或更高，组合式机组仍是很具有竞争力的。三机式机组：前提条件：

机组的水泵和水轮机都可以按电站的具体要求设计，故能保证在各自的条件下高效率运行。抽水蓄能电站的机组型式：特点：优点：

同时水泵和水轮机都向同一方向旋。在切换工况时不需停机，增加了机组的调节灵活性。缺点：主机投资高，整体尺寸大。抽水蓄能电站的机组型式：三、二机式机组：从50年代起，出现了将水泵和水轮机合并成一个机器的可逆式水泵水轮机，或称二机式机组。它向一个方向旋转为水轮机工况，向另一方向旋转为水泵工况。二机式机组：特点：结构简单，造价低。除低水头范围内使用一些斜流式机组外，大多数蓄能电站均使用混流式机组。二机式机组的级数：

水头更高时，单级泵很难保持高效率，故需采用多级的可逆式水泵水轮机。在欧洲现在有的蓄能电站使用4—6级的高水头水泵水轮机。二机式机组的级数：

水头更高时，单级泵很难保持高效率，故需采用多级的可逆式水泵水轮机。在欧洲现在有的蓄能电站使用4—6级的高水头水泵水轮机。抽水蓄能电站的组成：1、上、下水库2、引水系统（高压部分、低压部分）3、电站厂房抽水蓄能电站的上、下水库：（1）、上水库（2）、下水库人工修筑的水库，其容量除应满足全天发电所需的水量外，另有一定的备用库容，以抵消蒸发和渗漏。据估计，大型蓄能电站每年损耗水量可达100一200万m3。水库的分类？大型水库：总库容在1亿立方米以上；中型水库：总库容在1000万立方米以上；小（一）型水库：总库容在100万立方米以上；小（二）型水库：总库容在10万立方米以上。江口电站库容：3.02亿m3，装机规模300MW狮子滩电站库容：7.48亿m3，装机规模48MW银盘电站总库容：3.2亿m3，装机规模600MW抽水蓄能电站的引水系统（高压部分）：相同点：蓄能电站引水系统的高压部分包括上库的进水口、引水隧洞、压力管道和调压室。不同点：1、上库的进水口在发电时是进水口，但在抽水时是出水口，故称为进出水口。为满足双向水流的要求，进出水口应按两种工况的最不利条件设计。不同点：2、常规水电站在进水口都装有拦污栅。在蓄能电站中，因水泵工况的出水十分湍急，对拦污栅施加很大的推力和振动力，所以拦污栅是进出水口设计的一个重要项目。

不同点：3、蓄能电站引水隧洞上的分岔管在发电工况时流向是分流的，在抽水工况则是合流的，为使两个方向水流的损失都能最小，需要进行专门的试验研究。抽水蓄能电站的引水系统（低压部分）：

地下电站的尾水部分(低压部分)是有压的。设计中要特别注意过渡过程中可能出现的负压，一般需在机组下游修建尾水调压井。调压井的作用？抽水蓄能电站的厂房：

中低水头抽水蓄能电站或为坝后式或为引水式，都可使用地面厂房。高水头蓄能电站几乎没有例外都采用地下厂房，不少中低水头的蓄能电站也使用地下厂房。由于水泵的空化性能比水轮机要差，机组中心必须安放在比常规水轮机更低的高程。水电站厂房分类？四、水电站组成简介4、厂房：地面式厂房—河床式、坝后式、引水式

地下式厂房

溢流式厂房分类：4、厂房：河床式：

建在河床中间作为档水建筑物一部分，并直接承受上游水压力形成水电站水头的水电站厂房坝后式：

坝后式厂房通常是指布置在非溢流坝后、与坝体衔接的厂房。用引水道如明渠、隧洞、管道等集中河流的流量和水头的水电站。引水式：4、厂房：溢流式：

厂房布置在溢流坝后，洪水通过厂房顶下泄

4、厂房：地下式：抽水蓄能电站的厂房：不同：高水头蓄能电站机组中心已达尾水面以下70一80m，厂房内所有管道都要承受很大的压力，厂房本身的防渗漏问题也需特别设计。

由于既接近负荷中心又具有很高水头的站址不甚好寻找，选址的一个出路就是向地下发展。美国即将建造的两座大型抽水蓄能电站都利用地面上的小湖为上库，将厂房放到废弃的矿井下面，将已有坑道扩大而形成下水库，压力隧洞和各种通道都是垂直的。抽水蓄能电站的局限性：(1)如电网容量和希望装设的抽水蓄能电站容量相比是较小的，则蓄能电站有可能发挥不了应有的作用。另外在小的电网中装设小型蓄能电站时，往往为节省电站设备投资倾向于机组抽水直接由电网起动，这种起动方法在国内外均已有先例，但机组直接起动对电网电压的不利影响必须给以足够的考虑。抽水蓄能电站的局限性：(2)在抽水蓄能电站实践中证明，蓄能机组在电网中起调节作用的方式是多方向的。遏有电网中的特殊情况，可能要求蓄能电站多发电，或在发电过程中转变为抽水，抽水过程中转变为发电，所以在规划蓄能电站的时候，确定上下水库的库容应留