【摘要】在用電結(jié)構(gòu)的變化使得低谷負(fù)荷和高峰負(fù)荷的差距加大的背景下，普通火電機(jī)組不能夠適應(yīng)電力負(fù)荷急劇并且頻繁的變化，而常規(guī)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)的水電站開(kāi)發(fā)已處于瓶頸，不能滿足安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行需要，抽水蓄能電站應(yīng)運(yùn)而生，在調(diào)峰填谷任務(wù)上發(fā)揮了自己獨(dú)特的魅力。本文簡(jiǎn)要介紹了抽水蓄能電站的基本原理、不同方式的分類和特點(diǎn)、發(fā)展簡(jiǎn)況以及發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】抽水蓄能電站；高峰負(fù)荷；低谷負(fù)荷；分類方式；發(fā)展趨勢(shì)

抽水蓄能電站具有發(fā)電、調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用、旋轉(zhuǎn)備用及黑啟動(dòng)等多種功能，既具備了電站的作用，又是一個(gè)能夠用于電網(wǎng)管理的工具。從某種意義上來(lái)說(shuō)，它還是一種特殊電源，能夠集啟動(dòng)快、快速反應(yīng)和負(fù)荷跟蹤迅速于一身。抽水蓄能電站形象的說(shuō)，是一種儲(chǔ)存電的倉(cāng)庫(kù)，由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水道、廠房及開(kāi)關(guān)站等部分組成。

電能轉(zhuǎn)換是抽水蓄能電站所依據(jù)的原理。當(dāng)夜間用電負(fù)荷減少，但是火電、核電不能大幅度停機(jī)或減少發(fā)電量時(shí)候，同時(shí)兼具水泵和水輪機(jī)兩種工作方式的抽水蓄能機(jī)組此時(shí)處于水泵運(yùn)行方式，將下水庫(kù)的水抽至上水庫(kù)中，下水庫(kù)的水位降低而上水庫(kù)的水庫(kù)升高，實(shí)現(xiàn)電能到水的位能的轉(zhuǎn)換；當(dāng)用電高峰期時(shí)，機(jī)組處于水輪機(jī)運(yùn)行方式，上水庫(kù)的水放至下水庫(kù)，帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將水的位能又轉(zhuǎn)換為電能送至電網(wǎng)，解決供電所需，而發(fā)電后的水又回到下水庫(kù)[1]。如此的循環(huán)往復(fù)操作，保障了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

不同地區(qū)建設(shè)的抽水蓄能電站也有所不同。根據(jù)上水庫(kù)調(diào)節(jié)水量多少，可將抽水蓄能電站分為純抽水蓄能電站、混合式抽水蓄能電站和非循環(huán)式抽水蓄能電站。

如果只有很少或者幾乎沒(méi)有天然來(lái)水進(jìn)入上水庫(kù)，抽水蓄能電站幾乎不消耗水量，具有這種特征的為純抽水蓄能電站，其機(jī)組全部為抽水蓄能機(jī)組，發(fā)電所需的全部調(diào)節(jié)水量?jī)H是在上下水庫(kù)中循環(huán)往復(fù)，它僅為調(diào)節(jié)系統(tǒng)電能在時(shí)間上的分配，但它要求所需的蓄能庫(kù)容必須足夠大，才能滿足“削峰填谷”的任務(wù)。

在常規(guī)水電站的基礎(chǔ)上，加裝抽水蓄能機(jī)組即為混合式抽水蓄能電站。與純抽水蓄能電站不同的是，混合式的上水庫(kù)中有天然徑流的匯入，并且廠房中有的機(jī)組為常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組，有的為可逆式機(jī)組?；诖耍碾娔芤卜譃閮刹糠?，一部分為天然徑流發(fā)電，另一部分為抽水蓄能發(fā)電。但是其機(jī)組會(huì)受到原有水電站設(shè)計(jì)水頭的限制，若水電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，就會(huì)使得單位電量投資變大，輸電損失也會(huì)隨之增加，就不再符合發(fā)展的經(jīng)濟(jì)性。

非循環(huán)式抽水蓄能發(fā)電站，顧名思義，即上下水庫(kù)中的水量并不是循環(huán)往復(fù)重復(fù)利用來(lái)發(fā)電的電站。當(dāng)上水庫(kù)位于兩條河流的分水嶺，由于分水嶺兩側(cè)河谷具有不同的高度差，可以在有足夠的天然徑流的高度差小的一側(cè)建設(shè)下水庫(kù)，同時(shí)在另一側(cè)建設(shè)常規(guī)水電站，將下水庫(kù)的水抽到上水庫(kù)后，通過(guò)常規(guī)水電站將水量放至下游發(fā)電。這樣的話，從下水庫(kù)抽上來(lái)的水并沒(méi)有回到下水庫(kù)，而是流至相鄰河流中。

根據(jù)調(diào)節(jié)性能將抽水蓄能電站分類，也是一種常見(jiàn)的分類方式?？煞譃槿照{(diào)節(jié)抽水蓄能電站、周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站和季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。

用電負(fù)荷在一日內(nèi)并不是一成不變的，而是既有高峰負(fù)荷期，又有低谷負(fù)荷期。在上午8點(diǎn)到11點(diǎn)和晚上19點(diǎn)到22點(diǎn)間有兩個(gè)用電高峰期，而在晚上23點(diǎn)到凌晨6點(diǎn)左右，有些工廠停工使得產(chǎn)生一個(gè)用電低谷期。用電高峰與低谷所需的電量差的很多，這就對(duì)抽水蓄能發(fā)電的要求很高，發(fā)電出力必須滿足調(diào)峰要求。日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站就承擔(dān)了調(diào)節(jié)一晝夜電力負(fù)荷不均勻的任務(wù)，以一日為運(yùn)行周期，夜間負(fù)荷較低時(shí)進(jìn)行一次抽水運(yùn)作，而白天負(fù)荷高峰時(shí)進(jìn)行發(fā)電運(yùn)作，但是發(fā)電每次時(shí)間較短，為一次或多次[2]。

周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站并不是說(shuō)一周抽水和發(fā)電一次，而是每天都會(huì)抽水和發(fā)電各一次，但是在周末時(shí)電力負(fù)荷特低時(shí)，利用多余的電能延長(zhǎng)抽水時(shí)間，增大儲(chǔ)蓄的水量，這就需要蓄水庫(kù)容較日抽蓄電站大。

相比周調(diào)節(jié)抽水蓄能電站以一周為運(yùn)行周期，季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站的運(yùn)行周期要長(zhǎng)得多，為一年。它是將汛期時(shí)多余的水量?jī)?chǔ)存起來(lái)到枯水期時(shí)發(fā)電供給電網(wǎng)來(lái)增加發(fā)電量。這類電站要求上水庫(kù)的庫(kù)容必須很大，通常情況下可不建下水庫(kù)。在常規(guī)水電站中，季調(diào)節(jié)抽水蓄能電站較多但是因?yàn)橹芷谛蚤L(zhǎng)，它的調(diào)節(jié)性能差，發(fā)電多為季節(jié)性，或者在棄水量大的電站中建設(shè)較為有利。

除上述兩種分類情況外，還有以機(jī)組類型或者水頭來(lái)分類的，分類情況有各自的特色。但不管怎樣分類，都要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)選擇最為適合的抽水蓄能電站。

我國(guó)抽水蓄能電站在20世紀(jì)60年代后期開(kāi)始建設(shè)，現(xiàn)安裝在河北省崗南水電站的抽水蓄能機(jī)組是我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)的第一臺(tái)抽水蓄能機(jī)組，至今已有40多年的歷史。目前，我國(guó)抽水蓄能事業(yè)方興未艾，形勢(shì)一片大好。全國(guó)有20座已建成的抽水蓄能電站，裝機(jī)總?cè)萘窟_(dá)到了1184.5萬(wàn)kW，11座在建的電站，建成后裝機(jī)容量可達(dá)1308萬(wàn)kW，預(yù)計(jì)到2020年我國(guó)抽水蓄能電站的總規(guī)模可達(dá)到8000萬(wàn)kW，到2030年可達(dá)1.2億甚至1.4億kW。

總的來(lái)說(shuō)，抽水蓄能電站是在時(shí)間上把電網(wǎng)中的電能重新分配，將低谷電能轉(zhuǎn)換成高峰電能，其本身并不生產(chǎn)電能。從已建成的抽水蓄能電站反饋的資料和數(shù)據(jù)來(lái)看，抽水蓄能電站能夠有效提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，保障用戶的用電需求。

當(dāng)今世界各國(guó)在建設(shè)抽水蓄能電站方面，總的發(fā)展趨勢(shì)是興建大容量、高水頭、大機(jī)組的抽水蓄能電站，而這也是我國(guó)在未來(lái)建設(shè)抽水蓄能電站的發(fā)展趨勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，抽水蓄能電站的優(yōu)越性只會(huì)越來(lái)越明顯，在電力系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用不容小覷。

參考文獻(xiàn)

[1]陸佑楣，潘家錚.抽水蓄能電站[M].北京：水利電力出版社，1992.

[2梅祖彥.抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[3]潘家錚，何璟.中國(guó)抽水蓄能電站建設(shè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

作者簡(jiǎn)介

王璐琰（1994-）女，漢族，河南汝州人，本科生，武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院。