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1、抽水蓄能储能技术浅论A SURVEY ON PUMPED-STORAGE POWER TECHNIQUESABSTRACT: The techniques of the Pumped-Storage Power Stations have attracted lots of attentions from the scholars and the engineers of the electrical power system since 1950s,for it plays an important role of peak load shifting and the adjustment
2、of the frequency and the phase of the voltage. With lots of work, it has made a big progress, and now it is a mature technique. Firstly, the passage give a brief introduction of the characteristics of the Pumped-Storage Power Stations. Secondly we show how it benefits the electrical power system of
3、China and the challenges we face and our achievements. At last, we demonstrate several other ways of power-storage.KEY WORDS:Pumped-Storage Power Stations;electrical power system;Peak load shifting; power-storage 摘要：抽水蓄能电站作为电力系统用来削峰填谷、调频、调相的重要组成部分， 从上世纪50 年代起受到学者、电网建设者的广泛关注，到现在已取得了巨大的 发展，成为技术相对成熟的储能
4、技术。本文简述了抽水蓄能电站的特性，我国发 展抽水蓄能电站的优势、面对的困难和已取得的成就。在本文最后，也简述了其 他的电能储存方式。关键词：抽水蓄能电站；电力系统；削峰填谷；储能。1 引言近年，随着国民经济的迅猛发展，电力需求也迅速增加，使得中国电网的装 机容量在飞跃式增长。但由于我国资源分布的客观情况所限制，目前我国的电源 格局依然是以火电为主、水电为辅，核电、风电、太阳能等各种新能源快速发展。 风能、光伏机组电能供应的不可持续性，我国负荷需求存在着的巨大的峰谷差， 用户对电能质量和安全性的高要求，都是我国电网安全平稳运行面对的挑战。如 何进行大规模的电能调峰填谷成为我国电力行业需要面对的
5、挑战。电能的储存技术的被视为解决电网峰谷差过大的一种有效手段。而在已研究的各种储能方式中，抽水储能是一种相对比较灵活可行的方式。抽水蓄能电站最 少有上下两个水库，在电力负荷低谷时，抽水蓄能电站利用电网中的电能抽水至 上水库；在电力负荷高峰期，抽水蓄能电站再将上水库的水放至下水库用水轮机 发电。抽水储能具有技术相对成熟，储存容量大，运行方式灵活，启动时间短， 运行效率高，运行成本低，绿色清洁的优点。因此，抽水储能技术将成为我国电 力系统调节负荷、维护电网安全稳定运行的重要部分。2 抽水蓄能电站概况2.1 抽水蓄能电站分类依靠不同的分类依据，抽水蓄能具有多种不同的分类方式。按机组组成和功 能作用来
6、分类，可分为“纯抽水蓄能电站”、“混合式抽水蓄能电站”、“调水 式抽水蓄能电站”；按水库调节性能分类，可分为日调节、周调节、季调节、年 调节等多种调节性能的抽水蓄能电站;按照布置特点来分类，可分为“地面式”、 “地下式”和“半地下式”的抽水蓄能电站；按水库座数和位置分类，可分为 “两库式”、“三库式”、“地下下池式”这几种抽水蓄能蓄电站。2.2抽水蓄能电站的工作原理抽水蓄能电站的机组可以以水轮机和水泵两种方式工作，进行蓄能和发电。 可以说，抽水蓄能电站是电力系统和电力技术发展到一定阶段的产物。它的发电 并不需要自身的能源，而是需要利用系统中其他机组所产生的电能来蓄能。我国 负荷需求总体上白天负
7、荷较重，夜间负荷较低，在午夜负荷低谷时，抽水蓄能电 站通过水泵利用电力系统中的电能，将下水库的水抽到上水库；等到用电高峰时, 抽水蓄能电站再将上水库的水放到下水库，并通过水轮机发电，以补充高峰电量, 满足整个系统的调峰需求，其能量转换过程如图1：图1抽水蓄能能量转化图电能*4电i下术庠J1悴3 我国的抽水蓄能电站3.1 我国抽水蓄能电站的发展建设我国抽水蓄能电站建设起步较晚，于 20 世纪 60 年代后期开始研究开发，先后在1968年和1973年建成岗南和密云两座小型混合式抽水蓄能电站，装机容量 分别为11和22MW。改革开放后，随着我国经济的快速发展带动电网规模的不断扩大，用电需求 的急速增
8、加，调峰供需矛盾逐渐凸显，修建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。1984年，华北电网开始建设潘家口混合式抽水蓄能电站（装机容量 270MW）， 于 1993 年建成投入运行。十三陵抽水蓄能电站装机容量 800MW ，是国内研究较 早的高水头、大容量抽水蓄能电站，1997 年建成。广东电网于1994 年建成广州 抽水蓄能电站一期工程（装机容量1200MW），在二期（装机容量1200MW）竣工 后，成为当时世界上已建成的最大抽水蓄能电站。2004年，建成抽水蓄能电站13座，装机容量共5725MW,占全国发电总装机 容量的1.3% 到2014年底已建成24座抽水蓄能电站，总装机
9、容量2181万千万， 占水电总装机比重约7.2%。从分布来看， 2 0 1 4年底华东、华北、华中、南方电 网投产的抽水蓄能电站规模基本相当，均在500万千瓦左右，呈现鼎立的局面； 东北电网的规模相对较小。区域电网东北电网华北电网华东电网华中电网南方电网总计投产规模 （万千 瓦）1504576064884802181表1 2014年抽水蓄能电站投产情况区域电 网华北电 网东北电 网华东电 网华中电 网西北电 网南方电 网总计推荐站 点数量13815126559推荐规 模（万 千瓦）1860960208514206804807485表 2 抽水蓄能电站选点规划情况3.2 我国典型抽水蓄能电站3.
10、2.1 纯抽水蓄能电站 广州抽水蓄能电站（简称广蓄电站）上水库位于召大水上游的陈禾洞小溪上,下水库位于九曲水上游的小杉盆地。电站装机240万kW,分两期建设。一、二期 工程装机120万kW,年发电量分别为23.8、25.089亿kWh。广蓄电站主要担付 着广东电网和香港中电电网调峰填谷、事故备用的作用,是广东电网主力调频电 厂,是实现西电东送和三峡电力送广东的主要技术保证 ,同时也是广东大亚湾核 电站和岭澳核电站安全经济运行的技术保证。电站采用智能型计算机监控系统, 厂房实现无人值班,机组开关可在广州、香港两地遥控。1995年后实行容量租赁, 即由电网租赁广蓄电站容量,电站按成本、利润、税收收
11、取租赁费。现今广蓄电 站由电网根据实际运行需求直接调度，机组平均每天有45次发电工况起动，每 天有34次抽水工况起动。一般白天及上半夜（8: 0024: 00）主要是发电（12: 0014: 00,夏天17: 0019: 00也为低谷抽水时段）,下半夜到清晨（0: 008: 00）主要是抽水。3.2.2 不完全型混合式抽水蓄能电站潘家口抽水蓄能电站（简称潘蓄电站）作为我国第一座投入运行的大型混合 式抽水蓄能电站,主要有一座主坝、两座副坝,一座坝后式电站及 1 台 150MW 常规 机组和一座220 kV 高压开关站。现已成为华北电网主力调峰调频厂,为电网稳定 和调频、调峰、事故备用起到重要作用
12、。目前潘蓄电站由华北电网一体化经营, 电站作为整个电网的一部分进行管理 ,其费用由电网统一核算 ,电站成本回收通 过电网销售电量来实现。潘蓄电站 3 台机组由华北网调直接控制。3.2.3 完全型混合式抽水蓄能电站 白山抽水蓄能电站依托二松梯级电站,利用现有的白山、红石水库为上下库 建成的。白山电站是一座以发电为主、兼有防洪、养殖等综合利用效益的大型水 电站，电站总装机容量1 500MW,单机容量300MW。担负着东北电网的调峰、调频 及事故备用任务。红石水库位于白山水库下游 40 km 处, 为日调节水库。红石电 站以发电为主，总装机容量200MW,共4台机组，单机容量50MW,担任东北电网的
13、调 峰与备用任务。白山电就成为一个既有常规水电机组,又有抽水蓄能机组的混合 式抽水蓄能电站,由东北电网公司直接管辖控制。它利用在白山增设的抽水泵站, 在电网低谷时利用火电剩余电力把红石水库的水抽到白山水库,既可为电网填谷 又可增加白山水库水量, 提高了白山尖峰运行小时数。同时, 增加的抽水功能为当 年各个不同时期抬高上库运行水位提供了条件,产生“水头效益”多发电,从而带 来可观的经济效益。4我国发展抽水蓄能的前景4.1抽水蓄能电站的发展优势抽水蓄能电站能够减小系统的峰谷差，促进电力系统安全、稳定地运行。抽 水蓄能电站启停迅速，具有调峰填谷、无功调节、调频、备用等辅助服务功能， 运行灵活、可靠，
14、是电网重要的保安电源，同时具有节能和环保等显著的社会经 济效应。随着我国电力体制改革的进行，抽水蓄能的优势越来越明显，主要体现 在以下几个方面：（1）保证电网安全、经济和稳定的运行。近些年来，电网的安全稳定运行 面临越来越多挑战：风能、光伏发电等新能源发电模式快速发展，但这些电源 往往不能保证电能供应的连续性；在社会电力需求的不断增长过程中，负荷的 峰谷差也在不断增大，使得电力系统调峰容量不足；用户对用电可靠性和供电 质量提出了越来越高的要求。而抽水蓄能电站在电网中的调峰填谷、调频、调相等作用以及技术经济上的 优越性，能够满足电网的以上要求，抽水蓄能电站成为保证电网安全稳定运行的 有力工具。（
15、2）调节长距离电力输送。西电东送是我国电力建设的主题之一。然而由于长距离输电投资较大，其连 续满容量疏松的通常是基荷电量。但是受电地区的负荷随着时间有所变化，因此 需要在适当的地点设置调节环节，来解决直流输电过程中遇到的难题。抽水蓄能电站是缓和电网长距离电力输送矛盾的重要手段。实践证明，抽水 蓄能电站在保证“西电东送”与“全国联网”工程中发挥了至关重要的作用。（3）缓解发电与灌溉的用水矛盾。常规水电站一般兼有航运、灌溉等综合任务。其在灌溉季节因灌溉需要而连续发电；在非灌溉季节则会因为水量不足而无法供电。而在这样的水电站中如果装设抽水蓄能机组，则可以通过水泵和水轮机往复 循环利用水能，不受灌溉用水的限制，避免了发电和灌溉争水，使水电机组真正 发挥其调峰填谷的作用。（4）降低电力系统的燃料消耗，改变能源结构，节约能源在我国电力行业的飞速发展过程中，出现了很多问题，比如说电源结构不合 理导致的供电矛盾，这种情况在一些以火力发电为主的电网尤为突出。而抽水蓄能电站在电力系统中可以起到调峰减谷的作用，能够有效地减小系 统的峰谷差。比如在以火电为主的电网中，建设适当的抽水蓄能电站，可以减小 火电机组的装机容量，优化整个电力系统的电源结构，节省投资和运行费用。 4.2抽水蓄能电站发展需要解决的问题（1）解决好抽水蓄能电站开发主体的问题。作为
