關于抽沙蓄能設備在電網調峰中的應用設想

【摘 要】本文針對北方地區電力行業發展現狀和電網調峰的問題，并結合自身的地理環境和資源，設想出了抽沙蓄能這一調峰方式。抽沙蓄能的原動力是用電低谷時多余的風力發電和火力發電，既不會對環境造成污染，又避免了“棄風”現象的發生。本設備總共分為三部分：原動力部分和儲能裝置部分、釋能部分、能源循環部分。該設備充分利用現有的資源，可以緩解火電和風電的調峰壓力，具有廣闊的發展前景。

【關鍵詞】電網調峰 抽沙蓄能 釋能 循環

中國的經濟發展日新月異，人民群眾對社會生產各方面的要求均有所提高，電力行業也不例外，人們不僅僅只滿足于能供的上電，而且必須要供“好電”。要想把“好電”送到千家萬戶，這對電力企業能夠長期穩定運行提出了更高的要求。而電網調峰是電力企業能否送出“好電”的關鍵。所以電網調峰技術的提高迫在眉睫。內蒙古是電力行業發展大省，豐富的煤礦資源進一步促進了電力的發展。火電、風電現裝機容量均居全國前列。然而隨著每年裝機容量的不斷加大，電網調峰變得更加困難。傳統的調峰方式不僅經濟成本高，而且頻繁的啟停機組，會使設備受損。本文是在內蒙古甚至整個西北地區多沙漠、較為豐富的風力資源的環境特點上設想出抽沙蓄能調峰方式，用抽沙蓄能設備儲存多余風能，電能，可以更加有效的利用風力資源，成本低，穩定性好，同時對電網調峰起到緩沖作用，具有一定的先進性和科學性。

1 我國電網現階段的主要調峰方式及存在的問題

火電調峰：傳統的火電調峰以頻繁的啟停大容量的機組為主，每一次的啟動，都要消耗大量的助燃油，這無疑增加了電力企業的生產成本。啟停過程中，機組的各部件的損害，使機組的維護次數增加，相應的維護費用隨之增高。在冬季供暖期間，承擔供暖任務的企業，供熱機組容量又占有很大一部分，火電的調峰能力被削弱。

水電調峰：現階段，各地電網都在利用水電進行調峰，水電調峰的成本較火電低，而且效率較高，啟停迅速。還可以具有提供農業灌溉用水、帶動地方的旅游業等優點。但是，由于北方地區干旱缺水，顯然興建水電站于實際不否。在加上水電站會有引發地質災害，對當地的生物環境造成一定的影響，所以在北方地區水電調峰不是最佳的選擇。

本文所設想的抽沙蓄能調峰方式，符合當地的地理環境，生產成本較低，如果能運用到實際中，會產生可觀的經濟效益。

2 抽沙蓄能設備概述及工作原理

抽沙蓄能設備主要包含三大部分。第一部分為原動力部分和儲能裝置部分。包括電動機、傳送帶以及儲沙容器。當處于用電低谷時，可以利用多余的風能發電，啟動電動機，帶動傳送帶，把沙子運到高處的儲沙容器中待用，實現蓄能。第二部分為釋能裝置，包括傳送帶、加速漏斗、風機和變速箱，主要是將釋放的沙子通過一個加速漏斗，控制沙子的流速，將沙子的勢能轉化為沖擊力帶動葉輪旋轉，再通過變速箱使轉速增加，進而帶動發電機發電。當風速減小至切入風速以下時，打開儲沙容器開關，將細沙釋放，將勢能最終轉化為電能送入電網，實現釋能。第三部分為能源循環部分，主要包括發電機、傳送帶，將利用后的細沙收集重新運回儲沙容器，實現資源的可循環利用。本裝置技術的關鍵是利用沙子的沖擊力帶動葉輪旋轉，但需要控制好沙子的流速以及風輪與沙子沖擊方向的夾角，才能達到最好的釋能效果。還要合理的設計沙子下落過程中勢能和動能的轉化效率以及避免沙子對動力裝置的損害。

3設備的科學性和先進性

設備的科學性主要體現在：風機不需要根據調峰需要頻繁啟停，只要在額定風速以上，即使電網不需要，也可以通過儲沙的方式間接利用能源。當風速低，電網需求大時，可以通過沙的流動帶動機械發電裝置，實現電能供給，從而實現對電網的調峰作用。

作品的先進性主要體現在：和蓄電池儲能相比，本作品可以實現環境友好，無污染。同時，本作品考慮了北方地區缺水的客觀現實，充分利用沙漠地質條件，通過觀察地表沙子易于流動，且流動軌跡平滑的特點，設計和抽水蓄能可比的蓄能方法，具有一定的先進性。另外，蓄能的前提是風力發電的多余電量，它不影響正常的風機并網發電，蓄能裝置相當于風力機的負載，這樣的設計也能夠提高風力發電的低電壓穿越能力，有利于控制風電機組的發電質量。

4裝置的可行性

（1）內蒙古自治區及西北地區具有得天獨厚的地理優勢，沙漠面積巨大，擁有優良的細沙資源。

（2）抽沙蓄能裝置可以安置在靠近風電場的地方，避免了遠距離輸電帶來的費用問題，節省了成本。

（3）抽沙蓄能作為二次加工的機械能，可用于實現電網的有功控制，保持電網頻率穩定。還可以作為風電廠內部的供電電源，提高系統發電收益。

（4）抽砂蓄能電站的投運，可以促進機械，電力電子等行業發展，可以促進沙子流動過程中，固體流動形態控制，飛濺控制等諸多科學技術問題的研究，能夠產生多個技術專利，具有非常好的研究前景。

5結語

隨著內蒙古電力行業的迅猛發展，電網調峰是一個不可避免也是必須面對的問題。抽沙蓄能是一種新的調峰方式，可以很好的減輕電網調峰的壓力，提高電網接納風電裝機的能力[1]，能夠有效的減少“棄風”現象的發生。現在國家大力提倡新能源，能源結構亟待調整，我相信，不就的將來，抽沙蓄能設備必有廣闊的市場前景！

參考文獻：

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作者簡介：劉艷峰（1990—），男，本科，漢，內蒙古呼和浩特內蒙古工業大學金川校區，學生。