抽水蓄能发电技术
抽水蓄能发电技术
(2) 多级水泵水轮机
两级转轮都需用导水机
构，使得整体结构十分复
杂，所以也有的蓄能电站
使用无导叶的两级机组。
可调双级水泵水轮机
无导叶调节可逆机
无导叶调节的两级可逆机特点： 水泵工况没有不同，水轮机工 况效率就要差很多 ，在同样条件下 功率要少20％左右，有调节机组还 有超出力的能力。 无调节的水泵水轮机作泵起动 时振动较大，同时无导叶机组不能 压气，只能在水中起动，所需功率 自然要高得多。
蓄能机组的调节作用
如果只装设调峰热力机组、燃 气轮机或常规水电机组，所需调峰 的总装机容量为Pmax－Pmin。 如果这项调峰任务由抽水蓄能 机组来承担，则容量为 Pmax P ' 。
P 线以上为蓄能机组发电部分， P 线以下为
蓄能机组抽水部分。抽水的动力要来自基荷火电， 所以这个系统的基荷容量可以提高到 。P
预测日负荷图
经过抽水蓄能电站的调节后， 热力机组所承担的最大负荷减至 7580MW，最小负荷增至6820MW。 峰谷差由原来的2660MW减为 760MW，最小日负荷率由原来的 0.69增至0.90。 如果只装设与蓄能机组同容量 的热力调峰机组，则峰谷差只能减 至1540MW，最小日负荷率只能提 高到0.80。
第七章 抽水蓄能发电技术
第一节 概述
7.1.1 我国电网情况
能源结构是以燃煤为主。现代化的电力系统，需要有相 当规模的水力发电容量来承担电网的负荷调节。 华北、东北、华东电网水电装机容量在17％以下，华北系 统只有4.3％， 华中系统有37.6％ ，一些系统峰谷差大大超 过了水电机组容量。 目前能够担任调峰的设备有调峰火电机组、燃气轮机组、 内燃机组和抽水蓄能机组等。
第二节 水泵水轮机的类型和发展
抽水蓄能电站的工作原理
抽水蓄能电站的工作原理抽水蓄能电站是一种利用电力储能技术的电站，其工作原理基于在峰谷电力需求不平衡的情况下，将多余的电能转换为潜在能量，然后在电力需求高峰期释放潜在能量以供电网使用。
一、工作原理概述抽水蓄能电站主要由上水池、下水池、水轮机、发电机、变压器以及供电系统等部分组成。
工作原理分为两个阶段：充水和放水。
在充水阶段，当电网供电过剩时，多余电能会启动发电机，将电能转换为机械能，带动水轮机旋转。
同时，水轮机将上水池中的水抽送至下水池，使其上升至设定水位。
在放水阶段，当电网需求高峰到来时，发电机会转为电动机，将机械能转换为电能，向电网注入电力。
与此同时，上水池中的水会由于重力作用，通过下水道流入下水池，水轮机受水流推动再次旋转，以恢复上水池中的潜能，为下一次的充水阶段做准备。
二、工作原理详解1. 上水池和下水池：上水池位于高海拔处，下水池位于低海拔处。
它们通过转动阀门或闸门等水利设施进行控制，实现水的储存和释放。
2. 水轮机：水轮机是抽水蓄能电站关键的能量转换设备。
它根据水流的动能转化为机械能，带动与之相连的发电机转动。
3. 发电机：发电机是将机械能转化为电能的设备，通过旋转的磁场在电线导线内产生感应电动势，从而生成电能。
4. 变压器：变压器用于将发电机产生的电能升压或降压，以适应输送电力的需求。
5. 供电系统：供电系统主要包括输电线路、配电变压器、配电网络等设施，用于将发电机产生的电能输送到电网中。
三、工作过程当电力供应大于需求时，多余的电能被用于驱动水泵，将水从下水池抽送至上水池中。
这一过程消耗的电能可以看作是储存在水池中的潜在能量。
当电力需求超过供应时，就需要将储存在上水池中的潜能转化为电能供应给电网。
此时，水泵被停止，由于重力作用，上水池中的水会自动流入下水池，推动水轮机旋转，通过发电机产生电能，再通过变压器升压后输送到电网中。
抽水蓄能电站通过将多余的电能转化为潜在能量，并在电力需求高峰时释放，实现了电力供需平衡，提高了电网的运行效率和稳定性。
抽水蓄能简介演示
抽水蓄能电站可以在电 网负荷低谷时，通过抽 水将下游的水抽到上游 ，以储存能量。在电网 负荷高峰时，放水发电 ，补充电力系统的不足 。
抽水蓄能电站的运行相 对稳定，可以提供可靠 的电力供应，有助于减 少电网的波动。
相比传统的火力发电站 ，抽水蓄能电站的能源 转换效率高，能够减少 能源的消耗。
作为一种可再生的能源 ，抽水蓄能电站的运行 不会产生污染物，对环 境友好。
抽水蓄能技术的应用场景
抽水蓄能技术在电力系统峰谷调节、调 频、调相以及备用等应用场景中具有重 要地位。
在备用方面，抽水蓄能电站可以作为应 急电源，保障重要负荷的供电可靠性。
在调相方面，抽水蓄能电站可以补偿系 统无功功率，改善电能质量。
在峰谷调节方面，抽水蓄能电站可以在 电力需求高峰时释放储存的电能，缓解 电力供需矛盾，提高电网运行效率。
国内典型抽水蓄能电站介绍
广州抽水蓄能电站
作为我国华南地区最大的抽水蓄能电站，广州抽水蓄能电 站位于广州市从化区，总装机容量2400兆瓦，具有调峰填 谷、调频调相、事故备用、黑启动等功能。
浙江天荒坪抽水蓄能电站
位于浙江省安吉县，总装机容量1800兆瓦，是国内首座大 型抽水蓄能电站，也是世界上已建成的单体最大的抽水蓄 能电站。
02
它包括抽水蓄能发电和抽水蓄能 泵站两种类型，分别在电力需求 峰谷调节和区域水资源调配方面 发挥重要作用。
抽水蓄能技术原理
抽水蓄能技术原理基于能量守恒定律 ，通过将水从低处抽到高处储存势能 ，然后利用重力势能将水放出，驱动 水轮机发电。
在抽水蓄能电站中，上水库和下水库 之间的高度差决定了储能容量，而下 水库则通过放水发电将势能转化为电 能。
，实现电力系统的平衡。
抽水蓄能电站的能量转换过程
储能技术-抽水蓄能
行安全性。此外，为了机组安全性，静止工况还可以作为发电工况和抽水工
况切换的过渡状态。
发电工况及抽水工况
发电工况指抽水蓄能机组处于发电状态。当电力负荷出现高峰时，抽水
蓄能机组运行在发电工况，向电力系统输送电能。
抽水工况指抽水蓄能机组处于抽水状态。当电力负荷低谷时，抽水蓄能
抽水蓄能电站的水头与蓄水位的变化规
律主要由水库形状以及库容大小决定。
假定上水库从正常蓄水位Z 开始放水，
UN
当放水量达到ΔV 时，其水位下降至Z ；此
1
U1
时，下水库由于接收到ΔV 的水量，其水位也
1
由死水位Z 上升至Z 。
LD
L1
当上水库的蓄水位下降至死水位ZUD 后，
抽水蓄能电站不再能继续放水发电，下水库
串联式抽水蓄能电站的电动机和发电机功能被集成到同一台机组中,抽水蓄
能电机同时与水轮机和水泵相联结，称为串联式机组。串联式机组具有较高的
运行效率，但工程投资偏大。
可逆式抽水蓄能电站
可逆式抽水蓄能电站在串联式抽水蓄能电站的基础上将水泵和水轮机合并
为一套，称为可逆式水泵水轮机。可逆式水泵水轮机具有贯流式、轴流式、斜
➢ V形曲线的右侧对应状态2，此时定子
电流滞后电压90°，机组向电网输出感
性无功功率
➢ V形曲线的左侧对应状态3，此时定子电流超前电压90°，机组向电网吸收
感性无功功率
调相原理可总结为：增加励磁电流机组输出的无功功率增加（吸收的无功
功率减少）；减小励磁电流输出的无功功率减少（吸收的无功功率增加）。
2.3 抽蓄机组的运行模式
2.2 抽水蓄能电站的原理
抽水蓄能发电技术5
抽水蓄能发电技术5水泵水轮机过渡过程• 5 水泵水轮机过渡过程• 5.1 水泵水轮机过渡过程• 5.1.1 水轮机工况甩负荷过程• 5.1.2 水泵工况断电过渡过程• 5.2 水泵水轮机过渡过程控制标准• 5.3 水泵水轮机过渡过程计算工况• 5.4 改善调节保证参数的措施•随着我国国民经济的发展，电力系统日趋复杂，电网安全日显重要，抽水蓄能电站在电网中已不仅仅起着削峰填谷的作用，而是逐步过渡为电网保安工具，在维系电网安全的同时，其自身的安全性必须得到充分保障，而抽水蓄能电站输水系统中发生的水力─机组过渡过程往往是威胁电站运行安全的主要因素，对其进行预测、控制是抽水蓄能电站输水系统布置设计中的首要问题。
•抽水蓄能电站为了满足电力系统动态服务的要求，往往具有一机多用、工况转换迅速、启停频繁、压力脉动剧烈的特点，由此将导致输水系统中产生复杂的水力瞬变过程。
巨大的水流惯性所带来的能量不平衡，将引起输水系统中内水压力及机组转速的剧烈变化，危及电站的运行，影响机组的寿命。
因此，须进行电站运行中各种工况的过渡过程计算，以对系统的稳定性及危险工况进行预测，为输水系统结构布置、机组及调速系统参数的选择、导叶关闭规律的优化等提供依据。
不同于常规水电站及泵站的单向发电或抽水，抽水蓄能电站在水道设计、可逆机组转轮设计上须同时兼顾二者需要，保证双向过流运行的高效安全。
该特点决定了抽水蓄能电站的水力过渡过程较常规水电站、泵站更为复杂，主要体现在：•（1）机组过流特性曲线中存在严重的倒S型，而在“倒S型”区域内机组转速的变化对过流特性影响巨大，较小的转速变化，会引起较大的流量变化，从而在引水系统中产生较大的水锤，出现所谓的“截流效应”，由此导致抽水蓄能电站过渡过程中发生的水锤类型不同于常规水电站机组，既非首相水锤，也非极限水锤，同时还伴随剧烈的压力脉动现象。
常规低水头水电站水锤压力主要由导叶关闭引起，多发生极限水锤，控制值出现在导叶关闭终了的流量为0的时刻附近，而对于抽水蓄能电站，由于过流特性不同于常规水轮机，在导叶关闭过程中，机组引用流量变化源于导叶关闭与转速上升两方面因素，流量减小很快，短时间内甚至会出现倒流现象；对于常规电站水轮机关机时间越长，虽然机组转速上升越大，但水锤压力相对越小，而高水头可逆机组由于其转轮流道狭长，转轮直径一般比常规水轮机直径大30％～50％，相应的离心力就大，即使在水轮机方向旋转，也存在部分水泵作用，产生阻止水流进入转轮的作用力，当转速达到飞逸转速时，离心力急剧加大，尽管转速和接力器行程变化很小，流量也将产生很大变化，在产生较大水锤压力的同时，还伴随着剧烈的压力脉动。
抽水蓄能电站技术概况简介
抽水蓄能电站技术概况简介
抽水蓄能电站是一种建于河流洪水波动范围内的大型水电站，是一种
综合利用水力资源的工程，将小型水电站、大型水电站、水库蓄水等工程
联合起来，综合利用洪水潮汐，利用抽水发电技术，在规定的水头汇聚条
件下，通过机组发电，满足用水、发电要求，实现节约资源、经济效益的
可能。
抽水蓄能电站制度由主体水库、稳定坝、抽水机组和输电线路等组成。
主体水库是指蓄水用的坝池及其近岸河道，稳定坝是指在河道蓄洪水要求下，用以防洪控制溃坝和损坏洪水的坝，抽水机组是指将水从水库中抽出
发电的机组，输电线路是指将发电机组发出的电能输送到终端用户的配电
线路。
大型抽水蓄能电站由多个大型水电站和小型水电站组合而成，蓄水量
一般在1000万m3以上，单机发电容量一般在100MW以上。
小型抽水蓄能
电站的蓄水量一般在10万~1000万m3之间，单机发电容量在30MW~100MW
之间。
超大型抽水蓄能电站是由多单元大型抽水蓄能电站构成的超大型水
电站，蓄水量在1000万m3以上，单机发电容量在100MW以上。
【抽水蓄能】1-2 抽水蓄能技术
1-2 抽水蓄能技术
抽水蓄能技术
1 抽水蓄能
抽水蓄能电站是一种具有储能功能的发电方式，兼有发电与储能的特性。与
常规发电方式相比，抽水蓄能不能利用一次能源发电，不能增加电力系统的电能 供给，具有其他发电方式没有的储能功能。与其他储能方式相比，抽水蓄能是当 前技术最成熟、最经济的大规模电能储存装置。抽水蓄能与其他主要发电方式和
抽水蓄能技术
特高压输电的安全保障，是智能电网的有机组成部分
• 特高压电网是我国优化能源资源配置、保障国家能源安全和促进国民经济发 展的重要工具。在特高压电网的受电端、中间落点，甚至起点建立适当规模 的抽水蓄能电站，可以充分发挥抽水蓄能电站独有的快速反应特性，有效防 范电网发生故障的风险，防止事故扩大和系统崩溃。在特高压取得重大突破 的基础上，国家电网公司提出加快建设以特高压电网为骨干网架，各级电网 协调发展，以信息化、自动化、互动化为特征的坚强智能电网，努力实现我 国电网从传统电网向高效、经济、清洁、互动的现代电网的升级和跨越，积 极促进清洁能源发展，为实现经济社会又好又快发展提供强大支撑。抽水蓄 能电站启停迅速，运行方式灵活，是实现高度智能化电网调度的可靠保证， 是坚强智能电网建设的重要有机组成部分。坚强智能电网建设，迫切需要在 不同电压等级、不同电网结构、发输配用的各个环节配置不同调节性能、不 同规模大小的抽水蓄能，满足电力系统新的需要，详见图3。
储能装置的具体比较如下：
表1
抽水蓄能技术
• 从表1中可以看出，在所有发电方式中，抽水蓄能的最大调峰能力最大，启动 升负荷速度最快，是唯一具有填谷功能的电源，抽水蓄能是各种电源中运行方 式最灵活的发电方式。
• 抽水蓄能具有储能功能，解决了电能发供用同时进行、不易存储的矛盾，有效 调节了电力系统发供用的动态平衡。储能功能是抽水蓄能电站调峰填谷、调频、 调相、事故备用、黑启动等功能和在电力系统中多种作用发挥的基础。电力系 统中的主要储能技术详见图1，技术特点比较详见表2。
抽水蓄能电站的工作原理
抽水蓄能电站的工作原理抽水蓄能电站（Pumped Storage Hydroelectric Power Plant）是一种将电能和机械能相互转化和储存的电力系统。
它利用电力网的峰谷差价及能源的波动性，将低价的电能转化为机械能，然后再将机械能转化为高价的电能，以提供高效、可靠的电力供应。
本文将介绍抽水蓄能电站的工作原理。
一、工作原理概述抽水蓄能电站的工作原理可简单概括为两个过程：抽水过程和发电过程。
1. 抽水过程：当电力网电能供应较为充裕、需求较低的时候，抽水蓄能电站会利用电力网低价的电能，通过电动泵将水从下水池抽升至高水池。
在此过程中，电动泵的机械能被电能转化为水的势能，从而将电能储存起来。
2. 发电过程：当电力网电能供应不足、需求增加时，抽水蓄能电站会利用储存的水势能，通过水轮发电机将水从高水池放至下水池。
在此过程中，水轮发电机接受水的势能，并将其转化为电能，以满足电力网对高价电能的需求。
二、详细工作原理解析以下将逐步介绍抽水蓄能电站的工作原理。
1. 抽水过程：在抽水过程中，抽水蓄能电站会将电能转化为机械能，从而将水从下水池抽升至高水池。
首先，电动泵接受电能的输入，通过电动机的驱动下，产生机械能；随后，这部分机械能被传递至水泵，使其起动并开始抽水操作；此时，下水池内的水会被泵抽到高水池，形成水势能的储存。
2. 发电过程：在发电过程中，抽水蓄能电站会利用储存的水势能，将其转化为电能，以满足电力网的能源需求。
首先，水从高水池流入下水池，在流动过程中，其势能会转化为动能；接着，水流通过水轮机，驱动水轮机旋转；水轮机连接的发电机在旋转驱动下，将机械能转化为电能，输出给电力网。
这样，通过不断循环利用电能和水势能的转化，抽水蓄能电站实现了对电能的储存和调节，既提高了电力网的供电可靠性，又节约了能源资源。
三、抽水蓄能电站的优势和应用抽水蓄能电站具有以下优势和广泛的应用。
1. 能源储存：抽水蓄能电站能够将低谷时段的电能转化为水势能进行储存，以供高峰时段或电力网需求增加时的发电使用。
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抽水蓄能发电技术
抽水蓄能发电技术是一种利用水的重力势能和机械能相互转换的发电
方法。
它通过将低水位的水抽升至高水位，然后将高位的水通过涵道流入
水轮机，使水轮机带动发电机发电。
在高谷期间，水库中的水被抽升至高
水位蓄能，以备用于高峰期的供电需求。
这种技术的优势在于可以通过抽水和释放水的方式灵活调节发电量，
可以应对不同时间段的用电需求。
它可以充分利用水资源，将不同时间段
的取水和放水需求平衡，提高水资源的利用率。
同时，抽水蓄能发电技术
还具有环境友好性，因为它不需要排放温室气体，对环境造成的污染较小。
抽水蓄能发电技术的主要设备包括抽水泵、发电机和水轮机。
抽水泵
是将低水位的水抽升至高水位的主要设备，水轮机则是将水的动能转换为
机械能，驱动发电机发电。
这些设备需要在水能转化效率高、稳定性强的
前提下工作。
在抽水阶段，水泵将低位水抽升至高位水库。
这通常是在电力负荷低
谷期间进行的，这个时候电力供应相对充足。
抽水泵需要消耗一定的电能
来驱动，但这种损失可以通过高峰期的发电所得来弥补。
在发电阶段，释放阀门被打开，水从高位水库通过涵道进入水轮机。
水轮机的叶轮被水流推动旋转，并驱动发电机发电。
这个过程是通过将水
的动能转换为机械能，再转换为电能的。
目前，德国、美国、日本等国家已经建立了一些大规模的抽水蓄能电站。
在中国，抽水蓄能发电技术也得到了广泛应用。
例如，中国西北地区
的甘肃祁连山抽蓄电站是中国最大的抽水蓄能电站，具有很高的发电效率
和稳定性。
然而，抽水蓄能发电技术也存在一些挑战。
其中之一是适当的地理条件。
由于抽水蓄能设施需要建造在高低相差较大的地方，因此寻找适合建设的地理区域可能会受到限制。
此外，设备和建设成本也是一个挑战，抽水蓄能发电设施的建设需要大量资金和建设时间。
总之，抽水蓄能发电技术是一种灵活、高效、环保的发电方式。
它可以平衡电力负荷，提高水资源利用率，并为高峰时段供应可靠的电力。
尽管在建设成本和地理条件上存在一些挑战，但随着技术的进步和环境可持续性的重要性，抽水蓄能发电技术有望在未来得到更广泛的应用。