抽水蓄能技术课件第1学时

抽水蓄能电站技术pumped-storagepowerstation主要内容一．工作原理二．在电力系统中的作用与功能三．兴建前提条件四．发展概况及前景电力的生产、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，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。一．抽水蓄能电站工作原理一、概念和基本原理抽水蓄能电站的工作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、核电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。一．抽水蓄能电站工作原理发电工况工作原理示意图抽水工况工作原理示意图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。一．抽水蓄能电站工作原理1、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的灵活性和可靠性提高水电效益二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能2功能(1)发电功能(2)调峰功能(3)调频功能(4)调相功能(5)事故备用功能(6)黑启动功能二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能3、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：二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能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，较大地改善电网的运行条件。二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能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。二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能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1000~2000km甚至2500km以上，除保证安全供电外，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。二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能•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。二、抽水蓄能电站在电力系统中的作用与功能兴建抽水蓄能电站要考虑地形、地质、地理位置、水源、施工、水库淹没、环境影响等以上7个条件。（一）地形条件抽水蓄能电站的地形条件直接关系到电站的建设规模、工程参数、经济指标及其在电力系统中所能发挥的作用，是决定抽水蓄能电站技术经济指标的重要因素。国内抽水蓄能电站选点规划实践表明，地形条件不同，抽水蓄能电站的技术经济指标相差很大。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件抽水蓄能电站的地形条件主要从以下几个方面考虑：（1）上、下水库之间的天然高差和水平距离；（2）上水库地形条件；（3）下水库地形条件；（4）厂房及输水系统地形条件；（5）抽水蓄能电站上、下水库组建形式三、兴建抽水蓄能电站的前提条件（1）上、下水库之间的天然高差和水平距离三、兴建抽水蓄能电站的前提条件从左图可以看出，抽水蓄能电站的最大水头、最小水头和平均水头分别为：）（）（）（）（）（3-3H21H-H21HHH2-3H-H-HHH1-3H-HHHHxgxssgsstrxsxgsstrminxssssgtrmax2、上水库地形条件上水库主要几种形式如下：(1)利用高山盆地筑坝(包括主坝和副坝）形成水库(2)利用高位台地筑堤坝围建成水库(3)利用天然湖泊(4)利用已建人工水库三、兴建抽水蓄能电站的前提条件2、上水库地形条件上水库有利地形条件：(1)基本封闭的完整库盆，库周边坡平顺，库岸山体雄厚。(2)库区较开阔，具有能满足蓄能要求的水库容积。(3)坝址河谷较窄，沟底高程较高，比降较小，坝轴线距离下游陡峭底坡较远，两岸山坡平顺，坡度适中。(4)进(出)水口段山坡坡度适中，坡面平顺，前沿宽度较大，进洞条件较好，取水条件较佳。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件3、下水库地形条件下水库主要有以下几种形式：(1)峡谷中筑坝形成水库(2)利用河谷盆地筑坝形成水库(3)利用低洼湖田筑堤坝围建成水库(4)利用人工水库(5)利用天然湖泊(6)利用海洋下水库有利的地形要满足的条件与上水库基本相同。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件4、厂房及输水系统地形条件地下厂房及输水系统等地下建筑的布置应满足以下条件：(1)地下厂房的位置应考虑高压管道、岔管以及出线洞、交通洞的布置要求，同时压力隧洞沿线洞顶高程应在水压力波线2m以下，不出现负压。(2)对于非钢衬地下压力输水道的埋藏深度有一定的要求。(3)调压室应满足顶部高于最高涌浪水位，底部低于最小涌浪水位的要求。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件5、抽水蓄能电站上、下水库组建形式(1)上水库利用高山盆地筑坝形成，下水库利用深切沟谷筑坝形成(2)上水库利用已建水库进行加固改造，下水库在溪流上筑坝形成(3)上水库利用高山盆地筑坝形成，下水库利用已建水库(4)上水库利用沟谷源头筑坝形成，下水库利用天然湖泊(5)上水库利用天然湖泊，下水库利用大江大河(6)上水库利用已建水库进行加固改造，下水库也利用已建水库进行加固改造(7)上水库利用高山盆地筑坝形成，下水库利用低洼地区筑堤围建(8)上水库利用高山盆地筑坝形成，下水库为海洋三、兴建抽水蓄能电站的前提条件三、兴建抽水蓄能电站的前提条件（二）、地质条件1、区域构造抽水蓄能电站一般地下工程较多，建筑物抗震要求较严，要尽可能在区域稳定条件较好的地区选择抽水蓄能电站站址。区域性地质构造发育地区容易出现构造断裂通过坝址或库区，不仅造成严重的坝基稳定和渗漏问题，也会引起严重的水库向邻谷渗漏及库岸边坡稳定问题，而且为了搞清这些工程地质问题，需要花费相当多的时间和经费做大量的地质勘察工作。2、上、下水库库区及坝址地质条件（1）库盆防渗条件（2）库岸稳定条件（3）坝址地质条件（三）地理位置抽水蓄能电站位置选择时，一般要求位于供电地区负荷中心附近。（1）以尽可能利用电网已有输电线路的空闲输送容量，缩短受电线路和送电线路长度，以节省输变电工程投资，减少输电损失。（2）能有效发挥抽水蓄能电站的调频、调相及旋转备用等作用。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件（四）水源条件（1）必须有足够的水源满足水库初期蓄水和蒸发渗漏损失补给；（2）考虑蒸发量大于降雨量，对于这种情况一般在上水库或下水库预留部分库容（抵消蒸发和渗漏损失）。（五）施工条件施工条件包括站址交通条件(包括对外交通和施工场地交通)、施工支洞及堆渣场布置条件、施工场地布置条件(包括场地面积、高差、距离及施工干扰等条件)、建筑材料条件(包括料场位置、储量及开采加工条件)、施工用水、用电条件等。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件（六）水库淹没条件一般淹没损失很小，但个别具有调节功能的水库，特别是下水库如若涉及较大的村庄、军事设施或重要的工矿企业，就需认真对待，甚至需作专门论证。（七）环境影响条件（1）对环境不利的方面。了解水库选择站直的环境制约因素，尽量不在有重大环境影响问题的地区选择抽水蓄能站址。（2）对环境有利的一面。三、兴建抽水蓄能电站的前提条件•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、抽水蓄能发展简况•抽水蓄能电站在上世纪五十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。•现阶段，日本、美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。•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。•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，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。02000400060008000100001200014000196819691970197119721973197419751976197719781979198019811982198319841985198619871988198919901991199219931994199519961997199819992000200120022003200420052006200720082009装机容量（MW）时间（年）图1.1-1我国抽水蓄能电站发展历程•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。•根据相关统计资料，目前我国投产的抽水蓄能电站共25座，投产总容量17245MW，在建抽水蓄能电站10座，总容量10400MW。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55000MW。•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