1、抽水蓄能技术pumped-storage power station2整 体 概 述THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, P L E A S E S U M M A R I Z E T H E C O N T E N T第一部分3主要内容概念和基本原理基本组成类型、适用和效益发展历程及前景电力的生产、输送和使用是同时发生的，一般情况下又不能储存，而电力负荷的需求却瞬息万变。一天之内，白天和前半夜的电力需求较高(其中最高时段称为高峰)；下半夜大幅度地下跌(其中最低时段称为低谷)，低谷有时只及高峰的一半甚至更少。鉴于这种情况，发电设备在负荷高峰时段要满发，
2、而在低谷时段要压低出力，甚至得暂时关闭，为了按照电力需求来协调使用有关的发电设备，需采取一系列的措施。概念和基本原理一、概念和基本原理抽水蓄能电站的运行原理是利用可以兼具水泵和水轮机两种工作方式的蓄能机组，在电力负荷出现低谷时（夜间）做水泵运行，用基荷火电机组发出的多余电能将上水库的水抽到上水库存储起来，在电力负荷出现高峰（下午及晚间）做水轮机运行，将水放下来发电。概念和基本原理发电工况工作原理示意图抽水工况工作原理示意图81 1、离心泵工作原理9 动力机带动转轴，转轴带动叶轮在泵壳内高速旋转，泵内水体被迫随叶轮转动而产生离心力。离心力迫使液体自叶轮周边抛出，汇成高速高压水流经泵壳排出泵外，形
3、成水的势能。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮入口形成真空，水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。10离心力：由于物体旋转而产生脱离旋转中心的力。11离心泵的一般特点（1）水沿离心泵的流经方向是沿叶轮的轴向吸入，垂直于轴向流出，即进出水流方向互成90。（2）由于离心泵靠叶轮进口形成真空吸水，因此在起动前必须向泵内和吸水管内灌注引水，或用真空泵抽气，以排出空气形成真空，而且泵壳和吸水管路必须严格密封，不得漏气，否则形不成真空，也就吸不上水来。（3）由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵
4、吸水高度不能超过10米，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10米。如安装过高，则不吸水；此外，由于山区比平原大气压力低，因此同一台水泵在山区，特别是在高山区安装时，其安装高度应降低，否则也不能吸上水来。12轴流泵是一种利用叶轮旋转对水体产生推力( (升力) )工作的大流量低扬程的水泵，主要是靠叶片的升力将流体引到出口，是轴向进，轴向出，具有流量大等优点 。13轴流泵输送液体不是依靠叶轮对液体的离心力，而是利用旋转叶轮叶片的推力使被输送的液体沿泵轴方向流动。当泵轴由电动机带动旋转后，由于叶片与泵轴轴线有一定的螺旋角，所以对液体产生推力( (或叫升
5、力) )，将液体推出从而沿排出管排出。这和电风扇运行的道理相似，靠近风扇叶片前方的空气被叶片推向前面，使空气流动。当液体被推出后，原来位置便形成局部真空，外面的液体在大气压的作用下，将沿进口管被吸入叶轮中。只要叶轮不断旋转，泵便能不断地吸入和排出液体。 14轴流泵的工作是以空气动力学中机翼的升力理论为基础的。其叶片与飞机机翼具有相以形状的剖面，一般称叶片剖面为翼形。翼形的前端圆钝，后端尖锐，前表面(工作面)曲率小，下表面(背面)曲率大。当叶轮旋转时，水流在翼形的前端分成两股水流，它们经过翼形的上、下表面，然后同时在翼形的末端汇合。由于上表面的路径短，下表面的路径长，沿翼形下表面的流速要比沿翼形
6、上表面的流速大，相应的翼形下表面的压力要比上表面小，因而水流对翼形产生方向向下的作用力R，同样，翼形对水流产生一个反作用力R，其大小与R相等、方向相反，作用在水流上，在此力的作用下，水沿泵轴方向上升。叶轮不停地旋转，水就不断地被捍升。15 轴流泵的特点： 轴流泵的优点 a a流量大、结构简单、重量轻、外形尺寸小，它的形体为管状，因此占地面积小。 b b立式轴流泵工作时叶轮全部浸没在水中，启动时不必灌泵，操作简单方便。 c c对调节式轴流泵，当工作条件变化时，只要改变叶片角度，仍然可保持在较高效率下工作。16 轴流泵主要缺点 扬程太低，因此应用范围受到限制。 由于轴流泵是低扬程、大流量的泵，故通
7、常用于农业大面积灌溉和排涝、城市排水、输送需要冷却水量很大的热电站循环水以及船坞升降水位等。17混流泵混流泵从外形、结构都是介于离心泵和轴流泵之间； 混流泵的抽水原理，叶轮的高速旋转，既产生离心泵的离心力，又具有轴流泵的推升力，混流泵靠这两种力的混合作用而抽水。 18混流泵的使用性能也是介乎于离心泵和轴流泵之间，它和离心泵比较，扬程低一些，而流量大一些；它与轴流泵比较，扬程高一些，但流量又小一些。 这对于我国幅员辽阔，地形复杂，多了一种泵型因地制宜的选用。19抽水蓄能电站受两次能量转换的影响，运行效率较低，但在电力系统调峰、调频中能起着重大作用。可减少火电机组开停机次数，使核电站平稳运行，节省
8、火电机组低出力运行的高燃料耗费和机组起停的额外燃料耗费，增长火电和核电机组运行寿命。在以火电、核电为主的电力系统中，修建适当比例的抽水蓄能电站还是经济的。概念和基本原理20二、抽水蓄能电站的结构组成1 上水库； 2进（出）水口； 3输水道； 4输水道调压井； 5厂房； 6主变洞； 7尾闸室； 8尾水道； 9尾水调压室； 10出（进）水口； 11下水库8311107654219电站枢纽布置221.1.上水库。抽水蓄能电站的上水库是蓄存水量的工程设施，电网负荷低谷时段可将抽上来的水储存在库内，负荷高峰时段由水库放下来发电。二、抽水蓄能电站的结构组成232.2.输水系统是输送水量的工程设施，在水泵工
9、况( (抽水) )把下水库的水量输送到上水库，在水轮机工况( (发电) )将上水库放出的水量通过厂房输送到下水库。二、抽水蓄能电站的结构组成243. 3. 地下厂房。地下厂房包括主、副厂房、主变洞、母线洞等洞室。厂房是放置蓄能机组和电气设备等重要机电设备的场所，也是电厂生产的中心。抽水蓄能电站无论是完成抽水、发电等基本功能，还是发挥调频、调相、升荷爬坡和紧急事故备用等重要作用，都是通过厂房中的机电设备来完成的。25主厂房主变室尾水闸门洞地下厂房洞室群264. 4. 开关站及出线场有开关设备，通常还包括母线，但没有电力变压器的变电站。其作用就是分配高、中压电能。27 5.5.下水库。抽水蓄能电站
10、的下水库也是蓄存水量的工程设施，负荷低谷时段可满足抽水水源的需要，负荷高峰时段可蓄存发电放水的水量。28天荒坪抽水蓄能电站工程示意图29广州从化抽水蓄能电站30311 1、抽水蓄能电站的特点 1）需要水但基本上不耗水，故其规模不象常规水电那样取决于所在站址的来水流量和落差，而主要取决于上下池容积和落差，更主要的是取决于所在电网可供低谷时抽水的电量。 2）电站型式很多，适应性强，可视情况选定，在山区、江河梯级、平原均可修建抽水蓄能电站 ，关键在于因地制宜择优选择。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及效益32抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 一从电站的枢纽布置来看，抽水蓄能电站有上、下两个水库。常
11、规水电站一般仅有一个水库。 二从安装的机组来说，抽水蓄能电站有四机分置式(装有水泵和电动机、水轮机和发电机)、三机串联式(即电动发电机，与水轮机、水泵连结在一个直轴上)和二机可逆式(一台水泵水轮机和一台电动发电机联结)。而常规水电站仅装有水轮机和发电机。33 三从静态功能来说，抽水蓄能电站既能发电调峰，又能抽水填谷，而常规水电站仅能发电调峰。从动态功能来说，抽水蓄能电站和常规水电站均能承担调频、调相和事故备用等任务。但抽水蓄能电站在发电或抽水过程中，均可进行调频、调相，尤其是在抽水工况调相时，经常进相吸收无功功率。34 四从投资构成来看，由于大型抽水蓄能电站的机组目前主要依靠国外技术或从国外进
12、口，机电设备价格较高，往往机电设备的投资占总投资的一半或更多；而常规水电站的机组一般国内都能自已制造，机电设备投资大约占总投资的四分之一左右。35 五从在电网中的地位来看，由于抽水蓄能电站具有多种功能，电网常把它作为综合管理的工具，往往在负荷中心附近寻找有条件的站址建设抽水蓄能电站。常规水电站受自然条件影响更大，在负荷中心附近不是到处能找到可以开发的站址的，由于水能资源丰富的地区往往远离负荷中心，电站建成后需远距离输送电能到用电地区。36 六设备和运行方面的不同 1、双向旋转。由于可逆式水泵水轮机作水轮机和水泵运行时的旋转方向是相反的，因此电动发电机也需按双向运转设计。在电气上要求电源相序随发
13、电工况和驱动工况而转换；同时电机本身的通风、冷却系统和轴承结构都应能适应双向旋转工作。37 2、需有专门启动设施。可逆式电动发电机作电动机运行时，而必须采用专门的启动设备(SFC)，从电网上启动，或采用背靠背方式各台机组间同步启动。 3、频繁启停。抽水蓄能电站在电力系统中担任调峰填谷、调频调相及事故备用的作用，一般每天要启停多次。天荒坪抽水蓄能电站每台机组每天启停812次，广州蓄能水电厂机组启停则更加频繁。38 4、保护配置不同。与常规水力机组相比，蓄能机组多了相序监测、低频保护、低功率保护、逆功率保护和低频过流保护等特有的保护。39 5、运行方式不同。常规水电站最主要的功能是发电，即向电力系
14、统提供电能。蓄能电站不仅可以发电，还可在电网用电低谷时进行抽水，把多余的电能转化为势能储存起来。抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能，无论在发电工况或在抽水工况，都可以实现调相和进相运行，并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行，故其运行灵活性更大。此外，蓄能机组如果在抽水时遇电网发生重大事故，则可以由抽水工况快速转换为发电工况，即在一两分钟内，停止抽水并以同样容量转为发电。40三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益 2、分类 按与常规电站的结合情况分：纯抽水蓄能、混合式抽水蓄能 按调节性能分：日调节、周调节、季调节 按水头分：600m多级或三机式 按布置特点分：地面式、地下式 按机组类型分：四机式
15、、三机式、两机式纯抽水蓄能电站：专为电网调节修建的，与径流发电无关。如图所示。其上池没有水源或天然水流量很小，需将水由下池抽到上池储存，用于电力系统负荷处于高峰时发电。水在上池、下池循环使用，抽水和发电的水量基本相等。流量和历时按电力系统调峰填谷的需要来确定。纯抽水蓄能电站，一般没有综合利用的要求，仅用于调峰、调频，故不能作为独立电源存在，必须与电力系统中承担基本负荷的火电厂、核电厂等电厂协调运行。纯抽水蓄能电站混合式抽水蓄能电站，如图所示。其上水库有一定的天然水流量，下水库按抽水蓄能需要的容积在河道下游修建。在混合式抽水蓄能电站内，既安装有普通水轮发电机组，利用江河径流调节发电；又安装有抽水
16、蓄能机组，可从下水库抽水蓄能发电，进行蓄能发电，承担调峰、调频、调相任务。混合式抽水蓄能电站三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益按调节规律分：日调节：每日中午、夜间抽水，上、下午、晚上负荷期发电，水库的库容量按每日调峰的发电量决定。如图所示，在电力系统低谷负荷时抽水蓄能电站利用系统多余电能由机组把下水库的水抽到上水库储存，上水库处于高水位。如图所示，在白天电力系统尖峰负荷时将上水库的水放下由机组发电供给系统，上水库处于低水位。周调节：周一-周五每个工作日均有一定次数的抽水及发电，但每日的发电量大于抽水量，故上库的水量逐日减少，到周末时上库基本接近于防空。但周末工业负荷小，利用此时间段抽水，至周一
17、，水库又蓄满水。按周调节设计水库的库容量比日调节水库的库容量大。三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益季调节：利用径流式水电站丰水期季节性电能抽到另一个水库中蓄起来，到枯水期再放下来发电。年调节：多为混合式电站。按厂房形式分：地面式、地下式、半地下式。按水头高低分：低水头（100m100m以下），中水头(100m-(100m-700 m),700 m),高水头（700 m700 m以上）。三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益按机组形式分：分置式（四机式）、串联式（三机式）和可逆式（两机式）、多级可逆式水轮机抽水蓄能电站。早期的发展是以蓄水为目的。西欧山区国家，利用工业多余的电能把汛期河中的水抽到山上
18、水库中贮存起来，到枯季再放下来发电，这称为季调节型抽水蓄能电站。这些电站曾用过单独工作的抽水机组和发电机组，抽水和发电各自独立运行，即分置式（四机式）；其后出现过将水泵与水轮机和一台兼做电动机和发电机的电机联接在一起而形成一种组合式机组，又称为三机式机组。随着机器制造能力的发展，蓄能机组结构出现了将水泵和水轮机合并为一体的可逆式水泵水轮机，称为两机式机组。三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益分置式（四机式）抽水蓄能电站。水轮发电机组与电动机带动的水泵机组分开，而输水系统与输、变电系统共有。特点：造价高、厂房大、水泵及水轮机效率高。串联式（三机式）抽水蓄能电站。水泵、水轮机共用一台发电电动机，水泵
19、、水轮机、发电电动机三者共置在一根轴上。特点：调节灵活，效率高、转换工况不需停机，水泵、水轮机转向相同，造价高，整体尺寸大。三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益可逆式（两机式）抽水蓄能电站。水泵与水轮机合为一体-水泵水轮机，与一台发电电动机连在一根轴上。特点：结构简单、造价低，土建工程量小，水泵工况、发电工况转向相反。现代抽水蓄能电站的主要机型。大部分使用混流式机组。三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益多级可逆式水轮机。更高水头，提高比转速，采用多级可逆式水轮机，可提高效率。三、抽水蓄能电站的类型、适用及效益3、作用调峰填谷调频调相事故备用提高水（火、核）电站的综合利用率降低系统的能耗提高电力系统
20、的灵活性和可靠性.三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用51 (1) 发电功能。 常规水电站最主要的功能是发电，即向电力系统提供电能，通常的年利用时数较高，一般情况下为30005000h。蓄能电站本身不能向电力系统供应电能，它只是将系统中其他电站的低谷电能和多余电能，通过抽水将水流的机械能变为势能，存蓄于上水库中，待到电网需要时放水发电。蓄能机组发电的年利用时数一般在8001000h 之间。蓄能电站的作用是实现电能在时间上的转换。经过抽水和发电两种环节，它的综合效率为75%左右。 三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用52 (2) 调峰功能。 具有日调节以上功能的常规水电站，通常在夜间负荷
21、低谷时不发电，而将水量储存于水库中，待尖峰负荷时集中发电，即通常所谓带尖峰运行。而蓄能电站是利用夜间低谷时其他电源(包括火电站、核电站和水电站)的多余电能，抽水至上水库储存起来，待尖峰负荷时发电。因此，蓄能电站抽水时相当于一个用电大户，其作用是把日负荷曲线的低谷填平了，即实现填谷。填谷的作用使火电出力平衡，可降低煤耗，从而获得节煤效益。蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用53 (3) 调频功能。调频功能又称旋转备用或负荷自动跟随功能。常规水电站和蓄能电站都有调频功能，但在负荷跟踪速度(爬坡速度)和调频容量变化幅度上蓄能电站更为有利。
22、常规水电站自起动到满载一般需数分钟。而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力。现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满载，增加出力的速度可达每秒1 万kW，并能频繁转换工况。最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站，其6 台300MW 机组设计能力为每天起动36 次；每天工况转换40 次；6 台机处于旋转备用时可在10s达到全厂出力1320MW。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用54(4) 调相功能。 调相运行的目的是为稳定电网电压，包括发出无功的调相运行方式和吸收无功的进相运行方式。常规水电机组的发电机功率因数为0.850.9，机组可以降低功率因数运行，多发无功，实
23、现调相功能。抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能，无论在发电工况或在抽水工况，都可以实现调相和进相运行，并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行，故其灵活性更大。另外，蓄能电站通常比常规水电站更靠近负荷中心，故其对稳定系统电压的作用要比常规水电机组更好。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用55 (5) 事故备用功能。有较大库容的常规水电站都有事故备用功能。 (6) 黑启动功能。黑启动是指出现系统解列事故后，要求机组在无电源的情况下迅速起动。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用564、抽水蓄能电站适用的电力系统？ 由于能源在地区分布上的差别，电网的构成也有所不同，大致可分为两类：一类是以火
24、电（包括核电）为主；另一类是以水电为主或水、火比例大致相当。根据我国各地区、各电网的具体情况，抽水蓄能电站适用于以下情况：三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用57 1）以火电为主的、没有水电或水电很少的电网。这些电网需要抽水蓄能电站承担调峰填谷、调频、调相和紧急事故备用。 2）虽然有水电，但水电的调蓄性能较差的电网。如具有年调节及以上能力的水电站比例较小，枯水期可利用水电进行调峰，汛期水电失去调节能力，若要利用水电调峰，则只能被迫采取弃水调峰方式。在这样的电网，配备了抽水蓄能电站后，可吸收汛期基荷电，将其转化为峰荷电，从而减少或避免汛期弃水，提高经济效益并改善水电汛期运行状况，较大地改善电
25、网的运行条件。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用58 3）沿海地区的省份，不但火电比例较大，而且还有核电站。如广东已有大亚湾核电站、浙江已有秦山核电站，江苏的连云港核电站正在建设，辽宁、山东、福建等省正在筹建核电站。我国的核电站多是按基荷方式运行设计的，一则是为保证核电机组的安全，再则是为提高利用小时数，降低上网电价。为此，必须有抽水蓄能电站与之配合运行，如广州抽水蓄能电站与大亚湾核电站配合的成功经验。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用59 4）远距离送电的受电区。如我国“西电东送”工程，西部电源点和东部受电区之间的距离都在10002000km甚至 2500km 以上，除保证安全供
26、电外，还应考虑经济效益问题。输电距离远到一定限度后，送基荷将比送峰荷经济，特别是电价改革后，上网峰谷电价差增大，受电区自然要求买便宜的低谷电，但不能解决缺调峰容量的矛盾。如在受电当地自建抽水蓄能电站后，可将低谷电加工成尖峰电，经济效益更好。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用60 5）风电比例较高或风能资源比较丰富的省（自治区）。这些电网配备了抽水蓄能电站后，可把随机的、质量不高的电量转换为稳定的、高质量的峰荷。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用615、抽水蓄能电站静态效益？ 抽水蓄能电站在电网中由顶峰填谷作用而产生的经济效益，称为静态效益。包括： 1）容量效益：抽水蓄能电站是调节电
27、网负荷曲线高峰和低谷之间差距的有效措施。负荷高峰时段，它可以作为水电站发电，担负电网尖峰容量；用电低谷时段，则可作为电网用户，吸收低谷电量抽水蓄能，减少负荷峰谷差。因此抽水蓄能电站可减少火电机组的日出力变幅，使其在高效区运行，增加发电量，并使核电和大型火电机组稳定经济运行。抽水蓄能电站一般无防洪、灌溉、航运等综合利用要求，建设成本低。建设周期比常规水电站要短，运行费用比火电站要低。在电网中缺少调峰电源时，建设抽水蓄能电站可减少火电或其它类型电源的装机容量，改变能源结构，减少总的电力建设投资。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用62 2 ）能量转换效益：抽水蓄能电站通过能量转换，将成本低的低
28、谷电能转换为价值高的峰荷电能。 3）节煤效益：抽水蓄能机组的投人，使电网负荷分配得到调整，火电尽量担负基荷和腰荷，从而使火电总平均煤耗下降。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用635、抽水蓄能电站的动态效益？ 抽水蓄能电站具有调峰、调频和调相等作用，还可承担紧急事故备用，保证电网安全、稳定运行。这些动态效益高于其静态效益，主要包括： 1) 调峰效益：抽水蓄能机组因为结构简单，控制方便，可以随需要增加功率或减少功率，因而有效地减轻了火电机组(包括燃气轮机机组)的调峰负担（大型火力发电机组及核电机组不适于变化负荷下运行，并且有最小的出力限制，大型火力发电机组最小技术限制出力为额定出力70%左右
29、，核电机组为80-90%左右）。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用64 蓄能机组具有可以随时将其出力谓整在额定出力的50 105 或更宽大的范围内用以适应电网的负荷需要，如此电网调度无需频繁捐整火电机组之出力，使火电机组的负荷相对稳定，从而节省火电厂的运行和维护费用。因此，蓄能电站抽水时相当于一个用电大户其作用是把日负荷曲线的低谷填平了，即实现填谷。填谷的作用使火电出力平衡，可降低煤耗，从而获得节煤效益。蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用。在整个运作过程中，虽然部分能量会在转化间流失，但相比之下，使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机
30、这种情况来得便宜，效益更佳。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用65 2) 调频效益：抽水蓄能机组调节灵活，出力变化可以从0 到100%，可以快速起动，随时增荷或减荷，起到调整周波的作用，有助于保持频率并提高电网的稳定性。调频 在电网频率下降至设定值时，蓄能机组会自动从水泵工况、调相工况和停机状态转为发电工况，把电网频率调整到设定值。常规水电站自起动到满载一般需数分钟。而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力。现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满载，增加出力的速度可达每秒1 万kW，并能频繁转换工况。最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站，其6 台300MW 机组
31、设计能力为每天起动36 次；每天工况转换40 次；6 台机处于旋转备用时可在10s达到全厂出力1320MW。66 3) 负荷跟随效益：电网负荷总是在不断的变化，当负荷急剧变化时，抽水蓄能机组与火电或其它类型机组相比，其负荷跟随很快，爬坡能力较强。 4) 旋转备用(事故备用)效益：现代电网一般应储备一定量的备用容量，蓄能机组可以作为热备用容量，用以应付不可预见的负荷需要，这样可以节省火电机组的启动费用，减少或避免备用火电机组低出力(负荷)时的运行费用。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用67 抽水蓄能机组作为水力机组可以方便地处于旋转备用状态，以利快速地承担事故备用。抽水蓄能电站能够快速启动
32、机组，迅速转换工况，但因其水库库容较小，所起作用与具有较大库容的常规水电站有所区别，一般只能担任短时间的事故备用。在发电工况下，可利用抽水蓄能电站运行中的空闲容量，短时间内加大出力；在停机状态下，亦可紧急启动，从而达到短时应急事故备用的目的。在水泵工况下，可停止抽水，快速切换至发电工况。 三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用68 5) 调相效益：抽水蓄能机组由于其结构上的优点，可以方便地做调相运行。可以向电网输送无功用以提高电网电压，也可以从电网中吸收无功用以降低电网电压，这样不但可以保持电网电稳定而且可以减少电网的网损。不但在空闲时可供调相用，在发电和抽水时也可调相，既可以发出无功功率提
33、高电力系统电压，也可以吸收无功功率降低电力系统电压，尤其是在抽水工况调相时，经常进相吸收无功功率，有时进相很深，持续时间很长，这种情况是其他发电机组达不到的，只有抽水蓄能机组才能做到。另外，抽水蓄能机组在调相运行完成后可以快速地转为发电或抽水。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用69 6 6）提高电网可靠性 蓄能机组的高度灵活性和快速启动能力，可大大减少电网中强迫停运的时间和次数，因而可大大增加电网的可靠性。 7 7）特殊作用 为电网做特殊负荷作用，由于蓄能机组既可做为电源又可做为负荷，这可为大火电机组的调试投产提供负荷作用，保证火电机组的调试顺利进行，避免了大火电机组甩负荷时对电网造成的
34、剧烈冲击。三、抽水蓄能电站的特点、类型、适用及作用70 1882年首座抽水蓄能电站诞生在瑞士，至今已有百余年历史。世界上最早的抽水蓄能电站建于1882年，是瑞士苏黎世的奈特拉电站，扬程153m，功率515kW，是一座季节型抽水蓄能电站。四、抽水蓄能发展历程与前景71 抽水蓄能电站在上世纪六十年代后得到迅速发展。据统计，1960年至2000年全世界抽水蓄能电站总装机容量从350万千瓦发展到11328万千瓦，短短40年间增加了32倍，平均年增长9.1%，比常规水电的发展速度快得多。世界上抽水蓄能电站发展最快、装机容量最多的国家是日本，其次是美国、意大利、德国、法国、西班牙等。72 现阶段，日本、美
35、国和西欧诸国的抽水蓄能电站装机容量占全世界总规模的80%以上。然而，随着可经济开发的常规水能资源逐渐减少、经济发展中心的转移等诸多因素，上世纪90年代以后，抽水蓄能电站的发展重点也由欧美向亚洲转移。73 我国1968年和1973年才分别在河北岗南和北京密云两座常规水电站上安装了1.1万千瓦和2.2万千瓦抽水蓄能机组。由于对抽水蓄能电站在电力系统中的作用和经济效益认识不够，我国抽水蓄能电站的发展较慢。从1968年建成岗南小型混合式抽水蓄能电站开始，至今仅40余年，与世界抽水蓄能电站发展的130年相比起步较晚。74 20世纪80年代中期以后，随着社会经济的发展和电网规模的扩大，电网峰谷差不断加大，
36、电网调峰矛盾日益突出。特别是以火电为主的华北、华东电网，随着大容量火电机组的投入，电网供需矛盾逐步由缺电量转为缺调峰容量，且受地区资源的限制，可供开发的水电站很少，电网缺乏调峰手段，因此，建设抽水蓄能电站解决以火电为主电网的调峰问题逐步成为共识。 为此，国家有关部门组织开展了较大范围的抽水蓄能电站资源普查和规划选点，制定了相应的发展规划，抽水蓄能电站的建设开始加快。 可以说，现阶段正是我国发展抽水蓄能电站大好时机。7576 我国抽水蓄能电站建设起步较晚，二十世纪六十年代末才开始现代抽水蓄能技术的研究工作，并建成了岗南混合式蓄能电站，八十年代开始我国第一座混流式大型蓄能电站（十三陵）的设计研究工
37、作，九十年代先后建成了广蓄一期（1200MW）、十三陵（800MW）和天荒坪（1800MW）等我国第一批大中型抽水蓄能电站。77 根据相关统计资料，目前我国投产的抽水蓄能电站共2525座，投产总容量17245MW17245MW，在建抽水蓄能电站1010座，总容量10400MW10400MW。目前我国已建和在建抽水蓄能电站布局主要分布在华南、华中、华北、华东、东北等以火电为主的地区。 我国已建、在建、待建以及正在进行可行性研究工作的抽水蓄能电站总容量约为55000MW55000MW 。 78 至2008年底，我国大陆已建抽水蓄能电站装机容量合计1092.1万kW，在建抽水蓄能电站10座，总容量1
38、270万kW，已建、在建合计2362.1万kW 。区域已建装机（万kW）在建装机（万kW）已建、在建合计装机（万kW）华东电网486370856华北电网308.1240548.1南方电网240240480华中电网19300319东北电网30120150西藏电网909合计1092.112702362.1我国大陆抽水蓄能电站建设现状（截止2008年底） 抽水蓄能电站建设现状2008年 底 我 国 已 建 抽 水 蓄 能 电 站 分 布 示 意 图西 藏 电 网 , 0.8%华 北 电 网 , 28.2%华 东 电 网 , 44.5%南 方 电 网 , 22.0%华 中 电 网 , 1.7%东 北
39、电 网 , 2.7%2008年 底 我 国 已 建 、 在 建 抽 水 蓄 能 电 站 分 布 示 意 图东 北 电 网 , 6.4%华 中 电 网 , 13.5%南 方 电 网 , 20.3%华 东 电 网 , 36.2%华 北 电 网 , 23.2%西 藏 电 网 , 0.4% 截止2008年底，我国装机容量达7.92亿kW。2008年 我 国 电 源 结 构 示 意 图常 规 水 电 , 20.32%火 电 , 76.10%抽 水 蓄 能 , 1.38%风 电 , 1.10%核 电 , 1.10%我国电源结构现状 由于资源分布的特点，我国常规水电大部分在中西部地区，东部地区运行灵活、调峰
40、性能优良的水电比重很小 ； 在我国电源结构中，燃煤火电比重偏高，比世界平均水平高40多个百分点 。 蓄能电站比重很低，不能满足电网运行需要。83 国外蓄能电站发展较快的国家主要有美国、日本、英国、法国等国家。 日本是一个能源资源贫乏的国家，20062006年常规水电装机20802080万kWkW，占总装机的8.86%8.86%；核电装机49474947万kWkW，占总装机的21.1%21.1%；蓄能电站装机25162516万kWkW，占总装机的10.71%10.71%。日本电网调峰机组比重较高。日本认为，在以火电和核电为主的电力系统中，需要建设10%15%10%15%的抽水蓄能电站。 2006
41、年 日 本 电 源 结 构 示 意 图其 他 , 0.21%蓄 能 , 10.71%常 规 水 电 , 8.86%燃 油 燃 气 , 44.22%煤 电 , 14.93%核 电 , 21.07%日本电源结构 日本电网平均发电装机利用小时4143h4143h，核电6134h6134h，抽水蓄能390h390h，煤电达7261h7261h，燃油、燃气机组3059h3059h。说明日本的抽水蓄能电站运行小时较低，主要承担调峰和备用任务，燃油和燃气机组承担一定的调峰任务，核电和燃煤机组利用小时较高，主要以提供电量为主。2 0 0 6 年 日 本 各 类 电 源 利 用 小 时3 8 0 73 9 03
42、 0 5 97 2 6 16 1 3 401 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 08 0 0 0常 规 水 电蓄 能燃 油 燃 气煤 电核 电装 机 利 用 小 时 （ h ） 美国能源资源比较丰富，电源结构呈现多样化。20062006年美国公用事业总装机10.436610.4366亿kWkW，其中核电1.05591.0559亿kWkW，占10.12%10.12%；常规水电77117711万kWkW，占7.39%7.39%；抽水蓄能21462146万kWkW，占2.06%2.06%；燃油燃气机组4.864.86亿kWkW，占46.66%
43、46.66%。美国抽水蓄能装机比重不大，但具有较好调峰能力的燃油和燃气机组比重较高。 2006年 美 国 电 源 结 构 示 意 图核 电 , 10.12%煤 电 , 31.83%燃 油 燃 气 , 46.66%常 规 水 电 , 7.39%蓄 能 , 2.06%其 他 , 1.95% 美国电源结构 美国核电利用小时7700h7700h，水电3746h3746h，抽水蓄能1200h1200h，燃油燃气机组1695h1695h，燃煤机组6330h6330h。核电和燃煤机组利用小时很高，基本上基荷运行。由于美国燃油燃气机组比重大，利用小时较低，这些机组作为调峰电源在电网中承担了较大的调峰和备用任务
44、，电网调峰能力较强，因而蓄能电站比重相对较低。 2 0 0 6 年 美 国 各 类 电 源 利 用 小 时3 7 4 61 2 0 31 6 9 56 3 3 07 7 3 03 8 6 901 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 08 0 0 09 0 0 0常 规 水 电蓄 能燃 油 燃 气煤 电核 电其 他装 机 利 用 小 时 （ h ） 法国核电装机19801980年就达到14391439万kWkW，19901990年达到55755575万kWkW，20062006年全法核电装机63266326万kWkW，占总装机的57.82%
45、57.82%，核电装机世界第二。除核电外，20062006年水电装机20542054万kWkW，占18.77%18.77%；抽水蓄能430430万kWkW，占3.93%3.93%；煤电19771977万kWkW，占18.07%18.07%。2006年 法 国 电 源 结 构 示 意 图核 电 , 57.82%煤 电 , 18.07%常 规 水 电 , 18.77%蓄 能 , 3.93%其 他 , 1.40% 法国电源结构 法国核电装机利用小时达7100 h.7100 h.，主要在基荷运行，向邻国大力输出基荷电量，抽水蓄能利用小时1200h1200h，主要承担调峰任务，法国燃煤机组（包括油气机组
46、）利用小时很低，基本上作为电网的备用容量。2 0 0 6 年 法 国 各 类 电 源 利 用 小 时2 6 7 61 2 2 82 0 2 67 1 1 71 7 1 201 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 08 0 0 0常 规 水 电蓄 能燃 油 燃 气煤 电核 电其 他装 机 利 用 小 时 （ h ） 华东电网20082008年燃煤火电装机高达76.25%76.25%，燃油和燃气机组占6.4%6.4%，常规水电和蓄能电站分别占9.82%9.82%和2.74%2.74%。 2008年 华 东 电 网 电 源 结 构 示 意 图核
47、 电 , 2.86%煤 电 , 76.25%燃 油 燃 气 , 6.40%常 规 水 电 , 9.82%蓄 能 , 2.74%其 他 , 1.93%我国华东电网电源结构 华东电网20082008年装机利用小时4500h4500h，抽水蓄能电站1081h1081h，燃气机组1698h1698h，核电7489h7489h，煤电5028h5028h。 2 0 0 8 年 华 东 电 网 各 类 电 源 利 用 小 时2 4 9 41 0 8 11 6 9 85 0 2 87 4 8 93 9 5 601 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 07 0 0 08
48、 0 0 0常 规 水 电蓄 能燃 油 燃 气煤 电核 电其 他装 机 利 用 小 时 （ h ） 日、美电源结构均呈多样化，燃煤机组比重不高，调峰能力较强的水电、蓄能电站和燃油燃气机组比重较高，电网总体调峰能力较强。 我国电源结构的特点是以火电为主（全国火电76.01%76.01%，华东煤电76.25%76.25%），总体调峰能力不强。项目合计常规水电蓄能燃油燃气煤电核电其他华东电网1009.822.746.476.252.861.93日本1008.8610.7144.2214.9321.070.21美国1007.392.0646.6631.8310.121.95法国10018.773.93
49、018.0757.821.4华东电网与日、美、法电源结构比较表注：华东电网为2008年数，日、美、法为2006年数。与日、美、法电源结构比较 从利用小时分析，华东电网20082008年装机利用小时4500h4500h，抽水蓄能电站1081h1081h，与日本相近；燃气机组1698h1698h，核电7489h7489h，煤电5028h5028h，煤电利用小时较日、美均低，说明我国煤电承担调峰任务较重。 项目全网平均常规水电蓄能燃油燃气煤电核电其他华东电网4520249410811698502874893956日本41433807390305972616134-美国3965374612031695
50、633077303869法国505526761228-202671171712华东电网与日、美、法利用小时比较表注：单位，h 20062006年日本和美国调峰电源比重为74.5%74.5%、58.17%58.17%，调峰电源比重较大，调峰能力较强；法国调峰电源比重也达26.63%26.63%。 华 东 电 网 与 日 、 美 、 法 调 峰 电 源 比 重 对 比 图21.674.558.226.601020304050607080华 东日 本美 国法 国百分数（ %） 与国外相比，我国以火电为主电网调峰能力不足。由于这些地区常规水电资源已基本得到开发，我国又不具备大规模发展燃油和燃气电站的条
