水電站分類與抽水蓄能電站綜述

王 容

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

水電站分類與抽水蓄能電站綜述

王 容

(黑龍江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

闡述了水電站可按不同開發(fā)方式、不同水頭、資源類型、調(diào)節(jié)性能以及裝機(jī)容量大小分成類別。文章重點(diǎn)分析了抽水蓄能電站的概念、類型、上下游水庫利用的幾種情況以及調(diào)節(jié)性能。并指明了修建抽水蓄能電站的必須條件。

水電站；分類；抽水蓄能電站；定義；類型；上下游水庫；調(diào)節(jié)性能

河流水能資源是世界上再生能源中最廣泛、技術(shù)最成熟、利用率最高、經(jīng)濟(jì)效益較好的一種能源，因而世界發(fā)達(dá)國家水電開發(fā)比重占各總能源中達(dá)23-28%(含火電、核電、潮汐、地?zé)?，以下概述水力發(fā)電站的分類與抽水蓄能特點(diǎn)。

1 水電站分類

可按以下5種形式進(jìn)行分類：①按開發(fā)方式分類有壩式水電站；引水式水電站，混合式水電站，集水網(wǎng)道式水電站；②按水頭分類有高水頭水電站(水頭>200 m)，中水頭水電站(水頭為40～200 m)，低水頭水電站(水頭在40 m以下)；③按資源類型分類有抽水蓄能電站，潮汐電站，波浪能電站；④按調(diào)節(jié)性能分類有多年調(diào)節(jié)水電站，年調(diào)節(jié)水電站，季調(diào)節(jié)水電站，日調(diào)節(jié)水電站，徑流式水電站；⑤按裝機(jī)容量分類有大型水電站(指裝機(jī)容量在25 萬 kW以上含25 萬 kW)，中型水電站(裝機(jī)容量為2.5～25 萬 kW，不包括25 萬 kW)，小型水電站(國內(nèi)外對(duì)此規(guī)定不一，1980年聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織召開的第二次國際小水電會(huì)議規(guī)定：單站容量100～1 200 kW稱為小水電；單機(jī)容量100～1 000 kW稱小型水電；單機(jī)容量100 kW以下稱小小型水電；單站容量100 kW稱為微型水電。我國在不同時(shí)期對(duì)小水電有不同的規(guī)定，1986年規(guī)定，單站容量2 500 kW以下的水電站都可以按小水電政策進(jìn)行建設(shè)和管理。

2 抽水蓄能電站綜述

2.1 定義

抽水蓄能電站是指具有上下水庫，利用電力系統(tǒng)中多余的電能，把下水庫的水抽到上水庫內(nèi)，以位能的形式蓄能，需要時(shí)再從上水庫放水至下水庫進(jìn)行發(fā)電的水電站。在抽水和發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程中(即由電能轉(zhuǎn)變?yōu)樗埽儆伤苻D(zhuǎn)為電能)，輸水系統(tǒng)和機(jī)電設(shè)備都有一定能量損耗，發(fā)電所得電能與抽水所用電能之比，是抽水蓄能電站的綜合效率。早期在65%左右，近年提高到75%左右。抽水機(jī)蓄能是利用電力系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí)多余的低價(jià)電能，換取電力系統(tǒng)中十分需要的高價(jià)的峰荷電能，并具有旋轉(zhuǎn)備用、負(fù)荷調(diào)整、調(diào)頻、調(diào)相、增加電力系統(tǒng)可靠性等動(dòng)態(tài)效益。所以在水電比重低的電力系統(tǒng)中是經(jīng)濟(jì)和必要的[1]。

2.2 類型

按水流情況 ，抽水蓄能電站可分為3類：

1)純抽水蓄能電站：上水庫沒有天然徑流來源，抽水與發(fā)電的水量循環(huán)使用，兩者水量相等，僅需補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏損失，電站規(guī)模根據(jù)上下水庫的有效庫容，水頭、電力 系統(tǒng)的調(diào)峰需要和能夠提供的抽水電量確定。水庫一般為日或周調(diào)節(jié)，如能利用已建的水庫、湖泊為上水庫或下水庫，一般可也是降低工程量及投資。如中國已建的十三陵抽水蓄能電站的下庫是利用已建的十三陵水庫。英國的迪諾威克抽水蓄能電站的上下水庫都是利用天然湖泊修建的。

2)混合式抽水蓄能電站：上水庫有天然徑流來源，既可利用天然徑流發(fā)電，又可利用由下水庫抽蓄的水量發(fā)電，上水庫一般建在江河上，另建的下水庫用于抽水蓄能電電。這種混合抽水蓄能電站可建在綜合利用的水庫電站中或常規(guī)水電站。有的混合式抽水蓄能電站，抽水蓄能機(jī)組與常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組，同裝設(shè)在一個(gè)廠房里，由于抽水蓄能機(jī)組的水輪機(jī)吸出高度(Hs)負(fù)值比常規(guī)機(jī)組大，因而在廠房布置上較為復(fù)雜。也有的是常規(guī)機(jī)組和抽水蓄能機(jī)組分別裝設(shè)在各自的廠房內(nèi)，如法國的大屋抽水蓄能電站，設(shè)兩個(gè)廠房，這樣在布置上互不影響，但造價(jià)要高些，有時(shí)在下庫壩下還設(shè)一小型水電站。混合式抽水蓄能電站的特點(diǎn)是常規(guī)和抽水蓄能機(jī)組互為補(bǔ)償，運(yùn)行靈活，以改變由于綜合利用各部門用水季節(jié)性強(qiáng)而導(dǎo)致不能常年發(fā)電的現(xiàn)象，提高電站的保證率，承擔(dān)電力系統(tǒng)的事故備用。

3)調(diào)水式抽水蓄能電站：從位于一條河流的下水庫抽水至上水庫，再由上水庫向另一條河流的下水庫放水發(fā)電。這種蓄能電站可將水量從前一條河流調(diào)至后一條河流，它的特點(diǎn)是水泵站與發(fā)電站分別布置在兩處。

2.3 上下水庫利用的幾種情況

抽水蓄能電站的上水庫和下水庫，有下列5種情況 ：①上下水庫都利用已有水庫。兩個(gè)水庫可在同一條河流的上下游，或在相鄰的兩河流上，取得更大的水頭；②上下水庫都利用位于不同高程的天然湖泊；③利用已有水庫或天然湖泊為上水庫，新建下水庫。下水庫可在上水庫的同一河流下游或相鄰的河流上，也可以利用廢礦井或地下深入開掘地下水庫；④利用已有水庫、天然湖泊或海洋為下水庫，新建上水庫；⑤新建上水庫和下水庫。

2.4 調(diào)節(jié)性能

抽水蓄能電站調(diào)節(jié)性能上根據(jù)上下水庫的有效庫容和電力系統(tǒng)的要求，抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)性能可分為：①日調(diào)節(jié)水庫，運(yùn)行周期以日為單位，水位在一晝夜內(nèi)由高水 位降至低水位，再回升到高水位。純抽水蓄能電站大都為日調(diào)節(jié)水庫；②周調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)庫容比同容量的日調(diào)節(jié)水庫大些，運(yùn)行周期以周為單位。庫水位由周初開始變化至周末再回升到原水位，庫容要滿足電站一周之內(nèi)在電力系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷運(yùn)行需要的總水量；③季調(diào)節(jié)水庫，調(diào)節(jié)周期以季為單位，上下水庫所需的庫容較大，常為混合式抽水蓄能電站。

2.5 電站的作用

此類電站的突出的特點(diǎn)是：抽水蓄能電站在發(fā)電時(shí)作為發(fā)電廠，在抽水時(shí)作為電力用戶。它在電力系統(tǒng)中具有如下作用：①調(diào)峰填谷，為電力系統(tǒng)提供靈活可靠的峰荷容量，并能吸收電力系統(tǒng)的任剩余電量，充填低谷負(fù)荷，使同一容量起雙倍作用；②調(diào)頻，抽水蓄能機(jī)組走去、停機(jī)快，承卸負(fù)荷迅速靈活，適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷急劇增長和下降的變化，易于調(diào)整電力系統(tǒng)的周波；③事故備用，一般大中型機(jī)組從起動(dòng)到滿負(fù)荷只需1～3 min；從調(diào)查相至滿負(fù)荷只需10 s；從抽水轉(zhuǎn)換為發(fā)電4～5 min。在以火電和核電站為主的電力系統(tǒng)中，抽水蓄能電站作為事故備用電源，尤為快速和可靠；④同步調(diào)相運(yùn)行，抽水蓄能電站的電機(jī)是同步發(fā)電機(jī)，可調(diào)節(jié)無功出力，維持電壓穩(wěn)定；⑤提高大型火電機(jī)組和核電站的經(jīng)濟(jì)效益。抽水蓄能電站和火電廠及核電站聯(lián)合運(yùn)行，可減少火電機(jī)組改變出力運(yùn)行和開停機(jī)和次數(shù)及使核電站平穩(wěn)運(yùn)行，節(jié)省燃料，保證火電和核電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)壽命及安全運(yùn)行。

3 抽水蓄能電站建設(shè)的必要條件

抽水蓄能電站和常規(guī)水電站從規(guī)劃、設(shè)計(jì)和工程布置上不同之處為：①電力系統(tǒng)的需要和可能是建設(shè)的首要條件。既要看電力系統(tǒng)是否有調(diào)峰的需要，又要看電力系統(tǒng)是否有多余的電量可供抽水。并要求距負(fù)荷中心近；②庫容大小決定抽水蓄能電站的調(diào)節(jié)性能，是確定電站規(guī)模的一個(gè)重要條件；③在同樣的規(guī)模下，水頭愈高，所需庫容愈小，流量愈小，因而水工建筑物、機(jī)組、廠房的工程量都相應(yīng)減少，造價(jià)降低。所以現(xiàn)代興建的抽水蓄能電站大都盡量采用高水頭的；④上下水庫之間輸水道長度(L)愈短，則輸水系統(tǒng)工程量和水頭(H)損失愈小，通常用L/H之比來衡量，一般經(jīng)濟(jì)限度為L/H<10；⑤上水庫防滲特別重要，水庫滲漏不僅損失發(fā)電量，而且浪費(fèi)了抽水電量。影響經(jīng)濟(jì)效益；⑥輸水系統(tǒng)(上下水庫進(jìn)出口及管道等)要考慮雙向流水；⑦水泵和可逆式機(jī)組要求吸出高度大。機(jī)組安裝高程一般低于水庫水位40～50 m或更多，建地下廠房較好。

[1]王楠.我國抽水蓄能電站發(fā)展現(xiàn)狀與前景分析[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2008(04)：24-26，78

1007-7596(2014)12-0079-02

2014-04-12

王容(1974-)，女，黑龍江哈爾濱人，工程師。

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