【摘要】:在较早的抽水蓄能电站中,采用了两条管道,即抽水系统和发电系统之间能彼此独立运行。调峰用抽水蓄能电站由上水库、下水库、涡轮机和水轮发电机、泵和电动机等部分组成。这类抽水蓄能电站通常有四种运行模式,包括储能模式、发电模式、备用模式和短路模式。图6-1 抽水蓄能电站示意图调峰用抽水蓄能电站的基本参数有容量、抽水功率和发电功率。
抽水储能最早始于20世纪30年代,直到70年代它依然是唯一可商业应用的储能系统。抽水蓄能电站与传统的水电站相类似,不同的是抽水蓄能电站需要同时使用水力发电机和抽水泵。这种电站的蓄水系统由两个位于不同海拔的大型水库构成,两个水库之间通过管道相连。在较早的抽水蓄能电站中,采用了两条管道,即抽水系统和发电系统之间能彼此独立运行。而新的抽水蓄能电站则只采用了一条双向的管道——以方便涡轮机和电动机发电和抽水。因而,管道和设备的数量减少了一半,从而降低了投资成本。
抽水蓄能电站的工作原理主要是将水的势能转换成动能,然后推动涡轮机并带动水轮发电机运转将动能再转换成电能,其电站原理结构示意图如图6-1所示。调峰用抽水蓄能电站由上水库、下水库、涡轮机和水轮发电机、泵和电动机等部分组成。这类抽水蓄能电站通常有四种运行模式,包括储能模式、发电模式、备用模式和短路模式。所谓储能模式,就是由电能驱动水泵将水抽到上水库中以势能的形式储存起来;发电模式则是将具有一定势能的上水库中的水释放到下水库,形成动能,推动水轮发电机和涡轮机进行发电;而备用模式则是指电站已充能,即水已储存在上水库中,电站等待起动发电的命令,而水轮机此时在旋转。短路模式则是指水同时被抽到上水库和释放到下水库,电能在被存储的同时也在进行释放。备用模式和短路模式主要是用来调节和维持电力系统的电能质量。
图6-1 抽水蓄能电站示意图
调峰用抽水蓄能电站的基本参数有容量、抽水功率和发电功率。容量是指可以存储的能量大小;抽水功率为电站从电力系统汲取的最大功率;而发电功率则是指抽水蓄能电站能够输送给电力系统的最大功率。
迄今为止,抽水蓄能系统是目前最有效的能量储存系统,可以储存上千兆瓦时的电能,而且时间可以长达6个月。由于抽水蓄能系统响应速度快,所以特别适合在电力需求突然改变时作为备用系统使用。同时,由于抽水蓄能系统容量大、结构相对简单,从而使其运行成本在所有能量储存系统中最为经济。与水电站的大坝不同,抽水蓄能系统对地形的影响较小且不会对周边环境造成污染。
抽水蓄能系统的主要缺点是比较依赖地质结构。必须要有两个大容量的水库以及足够高的落差。同时,电站的位置一般远离居住地,施工建设困难,且与最近的电网距离较远。目前,全世界正在运行的抽水蓄能电站约有300多个,而新近建设的抽水蓄能电站,除了采用地面上两个不同海拔的水库之外,还开发了地下抽水蓄能电站可以完全与自然水源隔绝,而且可以载着同样的水上下巨大的垂直距离。与自然系统相比,这些新电站的单位水量可以发出更多的电能。
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