抽水蓄能电站的多重作用及工作特点

二、抽水蓄能电站的工作特点

1.抽水蓄能机组在电力系统中的作用

电力系统的电能质量标准有三个方面：一是电压在规定的范围内并保持稳定；二是频率在规定范围内并保持稳定；三是电能供应充分并有高度的可靠性。国内外的实践充分证明，抽水蓄能机组在电力系统中在调峰、调频、调相、事故备用和吸收多余电能等方面都有明显的功效。概括地说，抽水蓄能机组在电力系统中的作用有以下几方面：

（1）抽水蓄能机组启动快，适用负荷范围广，负荷跟随能力强，在电力系统中能很好地替代火力机组担任调峰、调频功能。

抽水蓄能电站由于启动迅速、运行灵活，当系统有多余电能时抽水耗电，当系统电能不足时放水发电，能有效调节系统的供需平衡，是系统最有效的调节电源。例如，大容量的核电机组，最适宜以额定出力稳定运行，因而核电站必须与抽水蓄能电站配合运行，才能保证系统的供需平衡。未来的可再生能源，如太阳能、风能、潮汐能等，都是受天然条件制约的间歇性能源，仅靠这些电能是无法满足用户的需求，也无法真正有效利用这些能源的。开发太阳能、风能、潮汐能等再生能源，从目前技术水平而言，必须配套兴建抽水蓄能电站，将抽水蓄能电站作为它们的调节电源，才能有效地解决这些间歇性能源在运行过程中导致的系统电能的余缺矛盾。

（2）抽水蓄能机组的利用小时数虽然不是很高，但随时可以作为系统的事故备用，在抽水工况下紧急转发电工况时，其出力相当于其额定出力的两倍。

（3）抽水蓄能机组利用电力系统负荷低谷时的火电机组、核电机组或其他能源作为抽水电源，起到承担电力系统的填谷作用，提高了火电机组和核电机组等的运行效率，改善了其运行条件，减少了其设备启停次数，大大降低了设备的故障率和运行费用。

（4）当电力系统无功功率不足或过剩时，会造成电网电压下降或上升，影响供电质量，危及系统的安全运行。抽水蓄能机组可作为调相机运行，根据电网需要，提供或吸收无功功率，维持电网电压稳定。抽水蓄能机组作（发电或抽水）调相运行时，可用压缩空气将水轮机转轮室内的水压到转轮下缘以下，使水轮机在空气中旋转，以减少电能消耗。

（5）抽水蓄能机组可缓解水电站发电与灌溉的用水矛盾。对以灌溉为主的水电站，其运行方式常常是“以水定电”，不能满足系统调峰的需求，且在非灌溉季节，不能发电。如果加装抽水蓄能机组，将电站改建成混合式抽水蓄能电站，则在非灌溉季节，蓄能机组每日仍可发电，承担系统峰荷，待午夜系统负荷低谷时，再从下水库抽水回到上水库，使灌溉水量不致因发电而受损失。这样变半年发电为全年发电，可大大提高系统的调峰能力。

（6）抽水蓄能电站受季节性径流影响小，水库移民少，离负荷中心近，线路损耗小。当汛期径流式水电站水量富余时，如果能在其附近山地上修建抽水蓄能电站，且其上水库是一座具有一定库容的山谷水库，则抽水蓄能电站可利用径流式水电站的季节性电能，将汛期不得不溢弃的富余水量抽到山谷水库贮存起来，待枯水季来临时，抽水蓄能电站放水发电，进行调峰。同时，下泄的水还可通过径流式水电站再次发电，以增加枯水季发电量。

（7）抽水蓄能电站具有黑启动功能，有利于提高电力系统的可靠性。

2.抽水蓄能电站的工作特点

抽水蓄能电站具有下述工作特点：(www.xing528.com)

（1）抽水蓄能电站利用午夜系统负荷低谷时的多余电能抽水，待白天和晚上系统出现高峰负荷时发电。在一次循环运行过程中，其抽水用电量E_P和发电量E_T可按式（1-2-1）和式（1-2-2）计算：

式中：V——上水库或下水库的蓄能库容，m³；

　　　H——抽水工况的平均扬程或发电工况的平均水头，m；

　　　ηP、ηT——分别代表抽水工况和发电工况的运行效率，%；

　　　367.2——能量单位换算系数。

由此可知，当抽水蓄能电站的要求发电量E_T一定时，上、下水库之间的水位高程差H越大，则所需要的蓄能库容V越小，也就是水库和输水管道的建设投资越省，所以抽水蓄能电站应向高水头方向发展。

（2）抽水蓄能电站将低谷电能转换成高峰电能，在电能转换中必然伴随着能量损失，显然抽水用电量E_P必然大于发电量E_T。抽水蓄能电站的综合效率η，又称周期效率，其定义为：在供给上水库的水量和从上水库取出的水量相等条件下，发电工况时所生产电量E_T与抽水工况时所消耗电量E_P之比，即抽水蓄能电站的综合效率为

式中：η1、η2、η3、η4分别代表发电工况下蓄能电站输水系统、水轮机、发电机和主变压器的工作效率；η5、η6、η7、η8分别代表抽水工况下蓄能电站主变压器、电动机、水泵和输水系统的工作效率。

由此可见，抽水蓄能电站的综合效率，实际上是变压器、水力机械、电气设备及输水管道各自在发电工况和抽水工况时的运行效率的总乘积。这里的综合效率只考虑到电站变压器的出口，未计及线路的输电损失。一般而言，现代化的大中型抽水蓄能电站的综合效率η＝0.67～0.75，即平时常说的“3度电换2度电”或“4度电换3度电”。必须指出：这种效率判断只是根据静态能量效益得出的概念，而没有考虑电力系统的动态效益。实际上抽水蓄能电站是用4度低价的低谷电量换取3度适合于调峰的高价调峰电量，在经济上是十分有利的。

（3）抽水蓄能电站的机组和输水系统，既要做发电运行，又要做抽水运行，故其流道内的水流是双向流动的。机组和输水系统中各组成建筑物的结构必须保证双向流动的良好水流条件。

（4）抽水蓄能机组启动迅速、运行灵活、工作可靠，特别是对负荷的急速变化可做出快速反应。因此，抽水蓄能电站适宜承担系统的调峰、调频、事故备用等任务，在电网中可发挥巨大的作用。