储能之抽水蓄能科普

储能中的抽水蓄能。抽水蓄能电站是一种特殊的水电站，它能在负荷低谷时把多余电能转化为水的势能储存，抬高系统的最小负荷，达到“填谷”的效果;在负荷高峰时将水的势能转化为电能，降低系统的最大负荷，达到“削峰”的效果，这“一抽一发”，起到了双倍调峰的作用。

知识点1：抽水蓄能原理

说简单点，抽水蓄能电站就是在势能与电能之间相互转换。负荷低谷时段，利用电网内部消耗不掉的电能将下水库的水抽到上水库，转换成水的势能储存起来，此时抽水蓄能电站是电网内的一个用户;到电网用电高峰的时候，转化为水轮发电机模式，将上水库的水放到下水库来发电，从而完成水的势能到电能的转换，达到弥补用电缺口的目的。这时，抽水蓄能电站是电网内的一个发电站。

知识点2：抽水蓄能分类

按电站有无天然径流分：纯抽水蓄能电站与混合式抽水蓄能电站

(1)纯抽水蓄能电站：没有或只有少量的天然来水进入上水库(以补充蒸发、渗漏损失)，而作为能量载体的水体基本保持一个定量，只是在一个周期内，在上、下水库之间往复利用;厂房内安装的全部是抽水蓄能机组，其主要功能是调峰填谷、承担系统事故备用等任务，而不承担常规发电和综合利用等任务。

(2)混合式抽水蓄能电站：其上水库具有天然径流汇入，来水流量已达到能安装常规水轮发电机组来承担系统的负荷。因而其电站厂房内所安装的机组，一部分是常规水轮发电机组，另一部分是抽水蓄能机组。相应地这类电站的发电量也由两部分构成，一部分为抽水蓄能发电量，另一部分为天然径流发电量。所以这类水电站的功能，除了调峰填谷和承担系统事故备用等任务处，还有常规发电和满足综合利用要求等任务。

按水库调节性能分：日调节、周调节、季调节抽水蓄能电站

(1)日调节抽水蓄能电站：其运行周期呈日循环规律。蓄能机组每天顶一次(晚间)或两次(白天和晚上)尖峰负荷，晚峰过后上水库放空、下水库蓄满;继而利用午夜负荷低谷时系统的多余电能抽水，至次日清晨上水库蓄满、下水库被抽空。纯抽水蓄能电站大多为日设计蓄能电站。

(2)周调节抽水蓄能电站：运行周期呈周循环规律。在一周的5个工作日中，蓄能机组如同日调节蓄能电站一样工作。但每天的发电用水量大于蓄水量，在工作日结束时上水库放空，在双休日期间由于系统负荷降低，利用多余电能进行大量蓄水，至周一早上上水库蓄满。我国第一个周调节抽水蓄能电站为福建仙游抽水蓄能电站。

(3)季调节抽水蓄能电站：每年汛期，利用水电站的季节性电能作为抽水能源，将水电站必须溢弃的多余水量，抽到上水库蓄存起来，在枯水季内放水发电，以增补天然径流的不足。这样将原来是汛期的季节性电能转化成了枯水期的保证电能。这类电站绝大多数为混合式抽水蓄能电站。

按站内安装的抽水蓄能机组类型分：四机分置式、三机串联式、二机可逆式

(1)四机分置式：这种类型的水泵和水轮机分别配有电动机和发电机，形成两套机组。已不采用。

(2)三机串联式：其水泵、水轮机和发电电动机三者通过联轴器连接在同一轴上。三机串联式有横轴和竖轴两种布置方式。

(3)二机可逆式：其机组由可逆水泵水轮机和发电电动机二者组成。这种结构为主流结构。

按布置特点分：首部式、中部式、尾部式

(1)首部式：厂房位于输水道的上游侧。

(2)中部式：厂房位于输水道中部。

(3)尾部式：厂房位于输水道末端。

知识点3：抽水蓄能选址

抽水蓄能电站具体建在什么地方需要认真选址，选址主要满足以下几个条件。

(1) 上下水库高度差：抽水蓄能用的是水的势能，对于一定的蓄能量，上、下水库的高度差(水头)越大，所需的库容越小，输水道截面越小，机组直径越小，厂房也可小些，可大大减小投资。目前许多大型抽水蓄能电站的上、下水库的平均高度差在500m以上，有的已达1000m以上。但过高的高度差不但很难找到合适的地址，而且设备能承受的压力也有限，目前单级的水泵水轮机最大工作水头为600至700m，超过这个高度就要采用多级水泵水轮机，若用冲击式水轮机与多级水泵虽然可运行在更高的水头，但要采用三机串连式机组。上、下水库的平均高度差H是选址时首要条件。

(2) 上下水库的水平距离：上水库与下水库之间的水平距离L决定了修筑输水道的长度，输水道太长不但工程量大，投资大，而且输水的阻力大，直接造成了水头损失。所以上水库与下水库之间的水平距离L是选址时第二重要条件。一般来说L/H(距高比)要小于10。

(3) 天然地理位置：所选地址最好有天然的上水库与下水库，可以节省许多投资，这可能很小，但利用天然高山湖泊只需加筑部分堤坝就可以形成水库或利用高山盆地只需筑一部分堤坝就可以蓄水成水库都是好方案。

(4) 补充水源：抽水蓄能电站虽靠自身水循环工作，但水会蒸发与渗漏，还必须有足够的补充水源。抽水蓄能电站周围要有高于下库最高水位的足够大的流域面积来向水库集水，最好有高于上水库最高水位的大面积流域。除了这以上主要条件外，地质，地形条件涉及到施工难易与安全，也很重要。

知识点4：抽水蓄能结构

既然是利用水的势能，就要有足够的水，并且要形成足够大的落差。所以，抽水蓄能电站通常由具有一定落差的上、下水库和输水发电系统组成。原则上来说，水量和落差越大，储能就越多。

上水库：上水库一般建在高程较高、库盆封闭性比较好、库周边平顺、库岸山体雄厚、库周边垭口少、库区开阔、坝址河谷较窄的地方。例如丰宁抽水蓄能电站上水库位于永利村上游滦河左岸灰窑子沟顶部，为一天然大库盆，水库四周地形具有良好的封闭性。

下水库：下水库一般由挡水建筑物和泄水建筑物组成，有时可利用已有的水库。例如丰宁下水库利用已有的丰宁水库作为专用库。另外，由于丰宁入库泥沙含量大，加设了拦排沙设施(即拦沙坝和泄洪排沙洞)。

水道系统：连接上下水库的就是水道系统，一般由(上水库)进出水口、引水隧洞、引水调压室、高压管道、尾水调压室、尾水隧洞、(下水库)进出水口等组成。水道一般沿着山体埋设在地下。根据装机台数，水道系统可以是单管道，也可以是多管道;可以是单管单机，也可以是单管多机或多管多机。

厂房系统：核心区是电站的厂房系统，一般包括主厂房、副厂房、主变压器室、开关站及出线场，以及母线洞、出线洞、进厂交通洞、通风洞、排水廊道等附属洞室等。主厂房、副厂房、主变压器室等常置于地下，开关站及出线场布置于地面或地下洞室。