《储能技术》课件-2.5 抽水蓄能电站水泵水轮机

抽水蓄能电站水泵水轮机CONTENTS目录水泵水轮机机组类型及适用条件01机组主要参数02可逆式水泵水轮机工作特性03POWERPOINTDESIGNPart01水泵水轮机机组类型及适用条件四机式机组一台水泵一台水轮机一台发电机一台电动机三机式机组一台水泵一台水轮机一台电机（电动机和发电机）可逆式一台水泵+水轮机一台发电机一、水轮机机组类型组合式混流式轴流式斜流失贯流式四机式机组一台水泵一台水轮机一台发电机一台电动机三机式机组一台水泵一台水轮机一台电机（电动机和发电机）可逆式一台水泵+水轮机一台发电机一、水轮机机组类型组合式混流式轴流式斜流失贯流式二、组合式水轮机——四机式组合机组最早出现的抽水蓄能机组。特点：水泵和水轮机完全是按照电站两种工况的参数要求进行设计和工作的，它能保证在任何情况下都使机组在高效率范围内工作。发电机和电动机均可按各自要求设计，使运行效果较好。但设备多、制造工作量大、机组结构复杂、成本高、电站工程量较大适用情况：小型抽蓄电站中或任何型式的蓄能机组不能满足要求时布置形式：可按各自要求安装在同一厂房或不同的厂房内机组型式：立式、卧式（通常为抽水机组和发电机组单独进行安装）三、组合式水轮机——三机式组合机组特点：水泵和水轮机可分别按电站抽水和发电要求进行专门设计，保证高效率工作，比四机式机组结构上简单一些。适用范围：

800m以上的高水头、水泵启动对电网冲击影响较大安装布置：

卧式机组、立式机组卧式机组：将水泵和水轮机布置在电动发电机的两端，同轴连接。有时水泵和水轮机对安装高程要求不同，会在厂房布置上出现困难，有些在泵的吸入管上加增压泵立式机组：适应了水泵和水轮机两种工况对安装高度不同要求，将泵安装在水轮机的下面，减少了电站厂房的平面尺寸，但对水泵工况运行维护会带来一些不便四、组合式水轮机的优点（1）泵和水轮机都是按各自的参数分别设计的，能最大限度地保证在高效率区工作。（2）泵和水轮机的旋转方向一致，两种工况之间的切换操作可以缩短时间。（3）电机的旋转方向不变，对轴承设计有利，在电气设备上可以节省倒换相序的开关组。（4）机组由静止启动抽水时，可以用水轮机来启动泵，而不需其他启动设备。四、组合式水轮机的缺点(1)泵和水轮机都是独立的设备，机组设备较多，尺寸较大，成本投资较高。（2）在泵上要装一个联轴器（机械式或液压式或混合式），立式机组在泵的下面还要装一个止推轴承，这将会使得机械设备增多。(3）泵和水轮机都需要单独的蜗壳、尾水管和进口阀门，这会使得机械设备以及电站水工部分投资成本增加。（4）空转的泵或水轮机转轮，即使打进了压缩空气，仍存在一定量的损耗，这会影响整个机组的运行效率。四机式机组一台水泵一台水轮机一台发电机一台电动机三机式机组一台水泵一台水轮机一台电机（电动机和发电机）可逆式一台水泵+水轮机一台发电机一、水轮机机组类型组合式混流式轴流式斜流失贯流式可逆式机组（当代主要机型）二机式机组：可逆式水泵水轮机、可逆式电动发电机组主要特点：优点：把水轮机和泵这两者合为一体，具有相反方向运行的功能，能适应两种工况的水力特性要求，顺针方向旋转为水轮机，逆时针方向旋转为泵，因此机组尺寸可以大大缩小，使机组结构更为简单，节省材料，降低成本，并使安装、运行、维护都变得简单和方便。缺点：可逆式水泵水轮机转轮在相同转速下不能使两种工况都在最优效率区运行。当差别较大时，通常采用水泵和水轮机两种工况为不同额定转速，这样给电动发电机的设计制造带来一些困难，增加了成本。可逆式机组——混流式单级：结构简单，区别在于转轮直径增大，叶片数目减少，叶道较长，叶片形状也有所改变，顶盖和座环刚度和强度较高低水头---水位波动---造成泵工况流量变化幅度很大，不易维持在高效率区运行。高水头--机组转速可以提高，不但机器尺寸缩小，且一系列水工建筑物都可减小尺寸，投资节约很多。）可逆式机组——混流式使用范围最广(工作水头从30-700m）多级：高水头（水头过高时，水泵水轮机的比转速将很低，转轮的水力损失和密封损失都会变得很大从而导致转轮的效率太低，因此需要多个转轮来分担）视频展示可逆式机组——斜流式在水头变化幅度较大的中、低水头（水头150m以下）电站中应用可以适应水头变幅较大：导叶可以调节、转轮叶片可以调节斜流式水泵水轮机的结构较复杂，制造工艺要求较高，机组造价相对较高。可逆式机组——斜流式在变水头和变负荷工况下运行时，叶片转角和导叶开度协联动作，可以保持较高的机组效率。启动比较方便：由于转轮叶片几乎能全关闭，在水泵工况下的启动转矩约为额定输入功率的10%左右。不必设置专门的启动设备。在容量较大的电力系统中，转轮可以在叶片全关闭条件下带水启动。在容量较小的电力系统中，可以利用压缩空气把转轮周围的水面压低后再启动，机组达到额定转速后，再排气充水。010203轴面流道变化平缓，在两个方向的水流流速分布都较均匀，故水力效率较高。和斜流式水轮机一样，转轮叶片是可调的，能随工况变动而适应不同的水流角度，减小水流的撞击和脱流，因而扩大高效率范围。斜流可逆式水泵水轮机的水泵工况进口一般比相同转轮直径的混流可逆式机要小，能形成进口处更均匀的水流，有助于改进水泵工况的空化性能。在水力特性上有以下优点：在转轮体内要安放转桨机构，高水头斜流式机叶片数可达11~12片，转桨机构的设计相当复杂。01对于同一转轮直径的斜流可逆式水泵水轮机其导叶分布圆要大一些，导致座环和蜗壳尺寸全面加大。02转轮体有很多加工面是在锥面上，给机械加工带来难度增加造价。03在结构上有以下优点：需要保证转轮叶片顶部与转轮量之间有固定的间隙，为此需装设专用的监视设备。04可逆式机组——贯流式海水涨潮时海洋水位比海湾水位高，机组以“海→湾”的方向发电01视频展示2视频展示1可逆式机组——贯流式海水退潮时海洋水位比海湾水位低，机组就以“湾→海”的方向发电02可逆式机组——贯流式在电力系统有多余电能时，机组可以做水泵运行，把海湾里的水抽到海洋中去，降低海湾水位，以便下次涨潮发电时可以有更高的水头03可逆式机组——贯流式如果涨潮的时间和电网负荷高峰的时间不一致，亦可以在负荷低谷时把海水抽到海湾里蓄起来，到负荷高峰时用来发电，机组此时是反向正转抽水。04抽水蓄能机组型式型式四机分置式三机串联式二机可逆式组成由各自独立的抽水蓄能机组(水泵+电动机)和发电机组(水轮机+发电机)相互配合，独立完成抽水发电功能由水泵、水轮机、发电电动机组成，三者串联在同一轴上，水泵和水轮机可联接在发电电动机的一端或分置在两端由水泵水轮机和发电电动机组成特点抽水和发电分别由水泵机组和发电机组实现。设备多，占地大，电站的投资大且工程量大在实现水轮机功能和水泵功能时，两种旋转方向相同，机组转换运行方式快。结构复杂，水轮机和水泵可以按照水电站的专门要求来设计，但是运行成本较高机组能够实现双向运行，一个方向旋转能够实现水轮机功能时，则相反方向实现水泵功能。机组结构紧凑，部件少，质量轻，造价低，但机组设计难度大应用早期抽水蓄能有应用，现在已经被淘汰目前应用较少目前的主流型式，现在抽水蓄能电站最常用机型水泵水轮机组型式型式混流式斜流式轴(贯)流式适用水头/m30.00~800.0015.00~140.000.50~20.00特点水轮机工况下，水流沿垂直于主轴的方向进入转轮，然后基本上沿主轴方向从转轮流出；在抽水工况下，水流沿相反方向流动水流以倾斜于主轴方向进、出转轮。转轮叶片可以调节，能适应较大的水头变化水流流向与机组主轴的方向基本一致。在潮汐电站中可以实现两个方向发电、泄水、抽水应用结构简单，适用的水头范围广，应用最多适用于较低水头且水头变幅较大的抽水蓄能电站主要用于抽水蓄能型的潮汐电站可逆式水泵水轮机的选型原则根据电力系统的要求，确定单机容量、机组台数及发电和抽水两种工况的功率因数，水轮机工况最大输出功率，水泵工况最大输入功率。两种工况的