03.06 抽水蓄能機組是如何工作的?

華暘出谷


抽水蓄能機組是如何工作的?

答:抽水蓄能電站與常規水電站相比具有上下兩個水庫、站址選擇比較靈活、有壓引水道中水流為雙向流動,對進出水口體型設計要求比較高,目的為了減少水頭損失、機組安裝高程很低,在地質條件允許的情況下,電站廠房一般是安裝在地下,可逆機組在抽水工況下防止水泵氣蝕。

抽水蓄能電廠並不是轉為核電廠配套建設的,它是為了平衡電網負荷而存在的,在電網負荷低的情況下,電廠負荷已經降到最低限還不能與整個電網匹配(鍋爐不能停止運行,鍋爐每次停機後都需要幾十上百萬的燃油來啟動),這多餘的電量通過抽水蓄能機組來講電能轉換成水的勢能,在電網高負荷的情況下再將這些勢能轉換成電能。我國目前製造的可逆式抽水蓄能機組單機容量最高可以達到300-350MW。

至於為什麼選擇在靠近負荷中心和大型火、核電站的附近,主要是為了減少輸電損失,提高抽水蓄能機組的總效率。

抽水蓄能機組的工作,就拿最常見的三機式機組來講解,利用的是電機的可逆性,將發電機和電動機二合一,水輪機、水泵和發電機裝在同一軸上。但水泵和水輪機要求安裝高程不同,臥式機組在廠房佈置上會出現困難,故一般都採用立式機組以適應水泵和水輪機的安裝要求。

在電網負荷低的情況下,抽水蓄能機組以抽水工況運行,將低位水庫中的水抽到高位水庫當中,將電能以水勢能的形式儲存起來。在電網負荷高的時候優先使用抽水蓄能機組,機組以發電工況運行,工作與常規水電站一致水的勢能通過水輪機轉換成電能。

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鳳棲夕陽


抽水蓄能機組是如何工作的?

1、眾所周知,交流電有現發現用、用多少發多少且無法儲存的特點。

一個電網的發電負荷的高低多少,是圍繞著用電負荷的高低多少來進行調節的。發電負荷與用電負荷二者就像天平平衡的兩端,當用電負荷這頭減少了,槓桿上翹了,發電負荷這頭也得要趕快相應地減少出力,以達到與用電負荷的平衡;當用電負荷增多了,這頭槓桿下墜了,發電負荷這頭得也要趕快相應地增加出力,以達到與用電負荷的新一輪的平衡。

保持電力的供需平衡,一天中的每分每秒,電網都是這樣週而復始地運行的。

打個比方:天平一端的發電負荷這頭是500克重量,為達到平衡,發電負荷這頭也相應壓上500克砝碼。發電負荷這頭由一個300克、兩個100克共三個砝碼組成。但這個300克的砝碼是一個不能動的壓箱底的基礎砝碼。當用電端負荷減少,發電端負荷也相應減少。但當用電負荷端減少到250克時,天平無疑到了要傾倒的地步:因為發電負荷端那個不能取走的300克的砝碼已經無法做出相應的調整。

電能供大於求的狀況不能及時解決,意味著電網的安全面臨著嚴重危機。

那個300克的砝碼叫做發電基荷,是全網減少發電出力所能調整到的底線。

(為什麼會有“發電基荷”的問題?要說清楚又會是長篇大論,故這裡就不展開說了。)

電網也會出現另一種鏡像狀態:即用電負荷超過發電負荷的承受上限。電能求大於供的狀況不能及時解決,同樣意味著電網的安全面臨著嚴重危機。

過去,全國電網尚未形成現在的大網而是“諸侯割據”的格局。這些大大小小的

電網都同時在不同程度上反覆出現過求大於供的“電荒”與供大於求的“有電發不出”的窘況。電網運行中出現的“高周低周”(過去電力系統對高於或低於工頻50赫茲的叫法),始終是電網運行策劃人員及電網調度不得不時刻面對而又難以解開的心結。

自抽水蓄能電廠投入參與電網的運行後,極大地緩解甚至可以說從根本上解決了這道難題。

蓄能電廠上水庫

2、抽水蓄能機組既能發電又能在關鍵時刻變為電動機進行抽水:發電時解決電網發電能力不足的問題;抽水時解決發電出力無法下調的問題。

抽水蓄能機組的工作原理:

抽水蓄能電廠的水庫建造與傳統的水電廠的建造方式不同,無需選擇在大徑流的江河上攔水築壩而只需依山建造一個上水庫與一個下水庫便可。水庫庫容不大,就算上下庫的容量相加,與能儲存上百億立方的水庫相比也只能稱之為水塘。但上下庫的落差相當大。

抽水蓄能機組發電時,離合器分離,不與水泵連接,水泵抽水出水球閥關閉,發電進水球閥打開,上庫的水經管道進入水輪機轉輪室,通過噴嘴衝擊水輪機運轉從而帶動同軸的發電機運轉發電;當機組由發電工況轉泵工況時,水輪機發電進水球閥關閉,水泵抽水出水球閥打開,主軸上的離合器結合,電動發電機帶動水泵旋轉把下庫的水抽上上庫。

3、抽水蓄能機組在電網中是很好用的設備。以一臺額定容量為30萬千瓦的機組來算,其泵工況抽水時吸收系統功率可以達到33萬千瓦。這麼說吧,當電網需要減少發電出力時,停下一臺發電工況的機組不再開動,電網便減少了30萬千瓦的發電出力。倘若系統需要機組從發電工況直接轉為泵工況,轉換過程在5分鐘時間內便可完成。一出一進相加,電網便可迅速減少相當於63萬千瓦的發電出力;反之,如果機組從泵工況轉為發電工況,其轉換過程也可在5分鐘時間內完成。一進一出相加,電網便可迅速獲得相當於63萬千瓦的發電出力。

蓄能電廠下水庫

4、抽水蓄能機組也有不足之處:

A:水庫庫容偏小,不能長時間維持單一的泵工況或發電工況運行,只能作調峰調頻用。

B:效率只有百分之七十左右。即一塊錢抽的水,發出的電只能有7毛錢左右收益。儘管如此,與煤電油電相比也是有賺頭的。

5、準確地說,抽水蓄能是為電網調峰調頻而配置的。

A:抽水蓄能電廠的是否立項建設,不是由核電站的因素決定而是由本文前面提及的全電網發電基荷決定的。當預計到某個時期電網的發電基荷已無法應付調節需求時,抽水蓄能的建造就是必須的了。

B:稍懂點電網知識的人都知道,電的傳輸速度是以光速計算的。在同在一個電網系統中,哪怕一個在湖南一個在東北,傳輸距離絕不是問題。蓄能電廠建在哪裡由地形地貌決定而不由核電廠的地理位置決定。


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