本站小編為你精心準(zhǔn)備了抽水蓄能在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫(xiě)作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《淮海工學(xué)院學(xué)報(bào)》2016年第4期

摘要：

抽水蓄能電站具有優(yōu)良的調(diào)峰填谷能力，能夠有效解決電力系統(tǒng)接入風(fēng)電容量超過(guò)一定比例后引起的調(diào)峰及棄風(fēng)問(wèn)題．詳細(xì)介紹了應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電中的抽水蓄能電站的系統(tǒng)構(gòu)成及其基本原理，綜合考慮發(fā)電效率問(wèn)題，推導(dǎo)出抽水蓄能機(jī)組容量規(guī)劃的計(jì)算方法，并針對(duì)某一抽水蓄能電站的容量進(jìn)行設(shè)計(jì)．

關(guān)鍵詞：

抽水蓄能；風(fēng)力發(fā)電；機(jī)組容量

0引言

在全球生態(tài)環(huán)境不斷惡化、化石能源逐漸枯竭的今天，風(fēng)電作為一種重要的可再生、清潔能源，已經(jīng)成為解決全球性能源問(wèn)題不可或缺的重要力量［1－2］．但由于風(fēng)能存在間歇性、隨機(jī)性及不穩(wěn)定性［3－4］等特點(diǎn)，當(dāng)接入電網(wǎng)的風(fēng)電容量超過(guò)一定比例后，會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成一定程度的影響，如在負(fù)荷低谷的大風(fēng)時(shí)段，將導(dǎo)致大面積棄風(fēng)現(xiàn)象發(fā)生，造成能源的浪費(fèi)．抽水蓄能電站以其調(diào)峰填谷的獨(dú)特運(yùn)行特性［5－6］，在負(fù)荷低谷的大風(fēng)時(shí)段，將風(fēng)能通過(guò)蓄水的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，在負(fù)荷高峰時(shí)段再將儲(chǔ)存的能量輸送到電網(wǎng)中去，在大大減少了資源浪費(fèi)的同時(shí)保證了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，成為我國(guó)電力系統(tǒng)有效的、不可或缺的調(diào)節(jié)工具．

1抽水蓄能原理及系統(tǒng)構(gòu)成

作為間接存儲(chǔ)電能的一種方式，抽水蓄能電站可以幫助電網(wǎng)解決負(fù)荷高峰和低谷之間的電力供需矛盾．如圖1所示，在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期，多余的電力帶動(dòng)抽水泵把下水庫(kù)位的水抽到上水庫(kù)位，將其以重力勢(shì)能的形式存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期，存儲(chǔ)在上水庫(kù)位的水力帶動(dòng)水力發(fā)電機(jī)組來(lái)發(fā)電，與其他電源一起向電網(wǎng)輸電，滿足高峰電網(wǎng)時(shí)的負(fù)荷需求．雖然在此次抽水蓄能中部分能量會(huì)在能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中流失，但與其他相比，使用抽水蓄能電站要比增建煤電火電發(fā)電設(shè)備來(lái)滿足負(fù)荷高峰和低谷期的起停調(diào)峰等經(jīng)濟(jì)效益更好．除了調(diào)峰外，抽水蓄能電站還具有調(diào)頻、調(diào)相和事故旋轉(zhuǎn)備用等多種功能．作為電網(wǎng)運(yùn)行管理的一個(gè)重要工具，保障了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行．從這個(gè)意義上講，抽水蓄能電站相當(dāng)于一個(gè)能量?jī)?chǔ)存裝置，充分利用水作為能量載體，對(duì)電能在時(shí)間和空間上進(jìn)行重新分配，以協(xié)調(diào)電網(wǎng)的發(fā)電出力和電力負(fù)荷在時(shí)間和空間上的不匹配問(wèn)題，從而使整個(gè)電力系統(tǒng)達(dá)到安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行．

2抽水蓄能機(jī)組容量規(guī)劃方法

2．1調(diào)峰容量比的定義

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，其發(fā)電范圍受最小技術(shù)出力和最大技術(shù)出力的約束．其中最小技術(shù)出力一般在額定出力的70％，少數(shù)機(jī)組可達(dá)到60％或50％．調(diào)峰容量比的定義為機(jī)組可靈活變化的容量數(shù)值與其額定容量之比．RG＝Pmax－PminPe×100％．（1）式中：RG為發(fā)電機(jī)組的調(diào)峰容量比（％）；Pe為發(fā)電機(jī)組的額定發(fā)電出力（MW）；Pmax為發(fā)電機(jī)組的最大技術(shù)出力（MW），多數(shù)火電機(jī)組其最大技術(shù)出力與額定出力相等；Pmin為發(fā)電機(jī)組的最小技術(shù)出力（MW）．按式（1）類推，可得到系統(tǒng)綜合調(diào)峰容量比，即系統(tǒng)中所有運(yùn)行機(jī)組的可調(diào)節(jié)容量占到這些機(jī)組額定總?cè)萘康谋戎担甊s＝∑i（Pi．max－Pi．min）∑iCi，（2）式中：Rs為系統(tǒng)需求的綜合調(diào)峰容量比；Pi．max，Pi．min分別為機(jī)組i的最大、最小有功出力；Ci為機(jī)組i的裝設(shè)容量．

2．2抽水蓄能電站容量規(guī)劃方法

在以火力發(fā)電為主的電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)綜合調(diào)峰容量比大多小于50％，若此時(shí)系統(tǒng)中有部分核電機(jī)組或（供熱期的）熱電機(jī)組等基荷機(jī)組，則綜合調(diào)峰容量比將更小．因此，只有電網(wǎng)負(fù)荷峰谷差占到最大負(fù)荷的比例小于或等于系統(tǒng)的綜合調(diào)峰容量比時(shí)，系統(tǒng)的調(diào)峰矛盾才能夠得以解決．由于以火電為主的系統(tǒng)其實(shí)際負(fù)荷無(wú)法滿足這一要求，而抽水蓄能電站機(jī)組的調(diào)峰容量比可達(dá)到200％，因此其裝設(shè)容量應(yīng)以能夠滿足系統(tǒng)所需綜合調(diào)峰容量比為基本條件．則系統(tǒng)中抽水蓄能電站的裝設(shè)容量的計(jì)算公式為RD＝（PD．max－PP－S）－（PD．min＋PP－S）PD．max－PP－S，可得到PP－S＝（1－Rs）PD．max－PD．min2－RD．（3）式中：PP－S為抽水蓄能電站裝設(shè)容量（MW）；RD為扣除抽水蓄能電站發(fā)電和抽水容量之后系統(tǒng)需求的綜合調(diào)峰容量比（％）；PD．max，PD．min分別為系統(tǒng)最大、最小負(fù)荷需求（MW）．式（3）實(shí)際上并未解決抽水蓄能電站容量確定的問(wèn)題，抽水蓄能機(jī)組在運(yùn)行時(shí)還需滿足另一項(xiàng)約束條件，即抽水電量與發(fā)電電量比，也就是電站發(fā)電效率的問(wèn)題．如圖2所示，陰影面積分別表示抽蓄機(jī)組的發(fā)電量和抽水用電量，而它們之比為電站發(fā)電效率，抽蓄機(jī)組的發(fā)電效率大致在70％～80％之間，并且由于發(fā)電、抽水運(yùn)行時(shí)間的不同，發(fā)電容量P1－P2在實(shí)際中不可能同抽水容量P3－P4相等，所以式（3）應(yīng)改為RD＝（PD．max－PP－S1）－（PD．min＋PP－S2）PD．max－PP－S，ηP－S＝EgEu烅烄烆．（4）式中：PP－S1為抽水蓄能電站發(fā)電容量（MW），PP－S2為抽水蓄能電站抽水容量（MW），ηP－S為抽水蓄能電站的發(fā)電效率，Eg為抽水蓄能電站發(fā)電量（MWh），Eu為抽水蓄能電站抽水用電量（MWh）．抽水蓄能機(jī)組發(fā)電后，會(huì)改善電力系統(tǒng)中常規(guī)火電機(jī)組的出力曲線，使常規(guī)火電機(jī)組低谷出力上升，高峰出力下降，最極端的狀況是使常規(guī)機(jī)組出力保持恒定．取目標(biāo)年中典型日負(fù)荷曲線，將使典型負(fù)荷日常規(guī)火電機(jī)組恒定出力所需要的抽水蓄能電站機(jī)組容量作為電站最大裝設(shè)容量，以在典型負(fù)荷日滿足常規(guī)火電機(jī)組基本調(diào)節(jié)容量作為電站的最小裝設(shè)容量，則抽水蓄能電站的裝設(shè)容量范圍為PP－S．min≤PP－S≤PP－S．max．（5）式中：PP－S．min，PP－S．max分別為抽水蓄能機(jī)組在最小、最大峰谷負(fù)荷日需裝設(shè)的容量．

3算例分析

按照電網(wǎng)規(guī)劃目標(biāo)的最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、年負(fù)荷曲線確定電網(wǎng)典型負(fù)荷曲線，該負(fù)荷曲線如表1所示，表2為系統(tǒng)當(dāng)前機(jī)組構(gòu)成．通過(guò)表1和表2可得到系統(tǒng)當(dāng)前綜合調(diào)峰容量比為36．44％，低于系統(tǒng)所要求的40．25％．表3為在典型負(fù)荷曲線下P－S機(jī)組的年運(yùn)行時(shí)間（以1500h計(jì)算）及對(duì)系統(tǒng)常規(guī)火電機(jī)組調(diào)峰容量比的影響，其中調(diào)峰容量比的計(jì)算如式（4）所示．根據(jù)系統(tǒng)提出的負(fù)荷峰谷差率40．25％的要求，可以確定抽水蓄能電站的裝機(jī)容量應(yīng)該不小于400MW．

4結(jié)語(yǔ)

針對(duì)風(fēng)力發(fā)電間歇性、隨機(jī)性的特點(diǎn)，構(gòu)建抽水蓄能電站，充分利用其優(yōu)良的調(diào)峰填谷能力，有效解決電力系統(tǒng)中調(diào)峰及棄風(fēng)問(wèn)題．介紹了抽水蓄能電站的基本原理及其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對(duì)抽水蓄能機(jī)組容量進(jìn)行分析及設(shè)計(jì)，為后期抽水蓄能電站和大規(guī)模風(fēng)力發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行模型的建立提供有效的理論依據(jù)．

參考文獻(xiàn)：

［1］李軍軍，吳政球，譚勛瓊，等．風(fēng)力發(fā)電及其技術(shù)發(fā)展綜述［J］．電力建設(shè)，2011，32（8）：64－72．

［2］羅承先．世界風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀與前景預(yù)測(cè)［J］．中外能源，2012，17（3）：24－31．

［3］魏希文，邱曉燕，李興源，等．含風(fēng)電場(chǎng)的電網(wǎng)多目標(biāo)無(wú)功優(yōu)化［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（17）：108－111．

［5］楊騰棟．風(fēng)光互補(bǔ)抽水蓄能電站研究現(xiàn)狀［J］．貴州電力技術(shù)，2014，17（7）：21－23．

［6］任增，邱曉燕，林偉，等．風(fēng)電廠中抽水蓄能電站的優(yōu)化配置［J］．可再生能源，2012，30（5）：24－28．

作者:周學(xué)足 單位:福建永泰閩投抽水蓄能有限公司