抽水蓄能电站运行的优化方案.docxVIP

抽水蓄能电站运行的优化方案 1 表现为高负荷水发电 泵送能利用电能系统负荷低的剩余能量，使水泵站在一起，并将下游水库的水泵送至水库，将不可储存的能源转化为可储存的水能量，并将其储存在下游水库中。当电网出现峰荷时, 由抽水蓄能机组作水轮机工况运行, 将上水库的水用于发电, 满足系统调峰需要, 能量转换效率约为60%～70%。 优点:运行方式灵活, 启动时间较短, 增减负荷速度快, 运行成本低。 缺点:初期投资较大, 工期长, 建设工程量大, 远离负荷中心, 需要额外的输变电设备以及一定的地质和水文条件。 应用情况:我国已建天荒坪抽水蓄能电站、十三陵抽水蓄能电站、广州抽水蓄能电站、台湾日月潭抽水蓄能电站等。 2 蓄能发电系统 压缩空气蓄能是利用电力系统负荷低谷时的剩余电量, 由电动机带动空气压缩机, 将空气压入作为储气室的密闭大容量地下洞穴, 即将不可储存的电能转化成可储存的压缩空气的气压势能并储存于储气室中。当系统发电量不足时, 将压缩空气经换热器与油或天然气混合燃烧, 导入燃气轮机作功发电, 满足系统调峰需要。 根据美国电力科学研究报告:一个压缩空气蓄能电站能运行30 a, 可在6 min内启动发电, 也可快速甩负荷停运。能量转化规律为:0.8 kW·h的低谷电加3 794 kJ的天然气能提供1 kW·h的高峰电, 能量转换效率为65%～75%。 优点:运行方式灵活, 启动时间短, 污染物排放量、运行成本均只有同容量燃气轮机的1/3;可在短时间内以模块化方式建成;投资相对较少, 单位蓄能发电容量的投资费用为抽水蓄能电站的一半。特别适合缺乏自然条件建造抽水蓄能电站的电网蓄能。 缺点:远离负荷中心, 需要一定的地质条件。 应用情况:德国于1978年利用2个地下岩盐层的空洞作为储气室, 洞室容积各为15万m3, 储气压力最高为761 MPa, 额定容量290 MW, 有4 h发电能力, 运行至今, 可用率为90%。美国在德国机组的基础上增加了回热加热器用以吸收余热, 使系统热效率提高了25%, 其发电容量为110 MW, 可连续运行26 h, 综合投资费用为450美元/kW。 3 小型超导体系统的应用 超导电磁蓄能是将超导体材料制成超导螺旋管, 通过功率调节器, 将低谷电转化成直流电, 以磁场形式储存于超导螺旋管中。当系统负荷超过可发电量时, 通过功率调节器的逆向输送将储存于超导螺旋管中的磁场能转换成交流电以补充电网电力。 优点:不经过其他形式的能量转换, 可长期无损耗地储存能量, 蓄能效率可达92%～95%;蓄能密度可达40 MJ/m3;不受地形限制, 占地面积少;反应速度快, 操作和维护方便。 缺点:初期投资大, 但单位蓄能量的造价低;冷却技术较复杂;强磁场对环境可能有影响。 研究表明:0.1 MW·h等级的小型超导蓄能装置主要用于改善电网稳定性、小波动负载调平、电压波动调平、间断型电源调平输出。 10 MW·h等级的中型超导蓄能装置主要用于负载调平后减少传输容量和小电站建设、大波动负载调平、电压波动调节、减少无功功率调节、减少频率调节装置和瞬时备用功率、改善电源可靠性、防止中间连接功率波动等。 1 GW·h等级的大型超导蓄能装置, 除了具有中型装置的功能外, 还具有负载调平后减少峰值电源装置、减少传输损失、改善发电设备的热效率等。 应用情况:美国于1981年投运了10～40 MW·h的地面装置。目前, 美国、日本均在研制5 000～5 500 MW·h的地下式超导蓄能装置, 效率约为91%。 4 风力发电系统 飞轮蓄能是机械蓄能的一种蓄能方式, 是将电能转化成可储存的动能或势能。 当电网电量富裕时, 飞轮蓄能系统通过电动机拖动飞轮加速以动能的形式储存电能;当电网需要电量时, 飞轮减速并拖动发电机发电以放出电能。飞轮转子选用比强度 (拉伸强度/密度) 较高的碳素纤维材料制造, 运行于密闭的真空系统中。系统中的高温超导磁悬浮轴承是利用永磁铁的磁通被超导体阻挡所产生的排斥力使飞轮处于悬浮状态的原理制造的。 优点:效率较高, 可达80%;建设周期短, 仅需几个月;可安装在负荷中心附近, 不增加输变电设备;可进行模块化设计制造;单位建设成本约为抽水蓄能电站的一半。 缺点:技术尚未成熟;需要复杂的制冷、真空系统。 应用情况:在风力—柴油系统中, 飞轮蓄能装置是较理想的辅助支撑能源装置。随着风力发电技术的成熟和推广应用, 风力发电机组+内燃机组+飞轮储能的组合发电形式将承担局部冲击负荷和起调峰作用。 欧洲已有215 MW的飞轮蓄能装置;日本飞轮公司已将飞轮蓄能装置进行商品化生产, 进行了蓄能8 MW·h、容量1 000 kW的飞轮蓄能装置的概念设计;美国于1994年研制了飞轮直径为3.81 m、11.35 kg、极限蓄能容量为2～5 kW