儲(chǔ)能系列科普?qǐng)?bào)告----儲(chǔ)能技術(shù)篇

　　>抽水儲(chǔ)能<

　　此前的系列科普中，我們已經(jīng)詳細(xì)介紹了鉛炭電池，及以鉛炭電池為基礎(chǔ)的用戶側(cè)、發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)。在之后的幾篇科普中，我們將就大家非常關(guān)心的一些儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)行探討，包括飛輪儲(chǔ)能、抽水蓄能、壓縮空氣儲(chǔ)能等技術(shù)。最終我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，最適合新能源發(fā)電及目前普遍的用戶側(cè)儲(chǔ)能需求的，仍然是化學(xué)儲(chǔ)能方式。

　　思考的問題

　　1、抽水蓄能為何是目前裝機(jī)容量最大，應(yīng)用最廣的儲(chǔ)能形式？

　　2、哪些條件限制了抽水蓄能在用戶側(cè)及新能源發(fā)電的應(yīng)用？

　　3、抽水蓄能的演變能夠?qū)ξ覀冞M(jìn)一步優(yōu)化鉛炭電池提供怎樣的借鑒？

　　重要結(jié)論

　　抽水蓄能經(jīng)歷了100多年的發(fā)展，是目前唯一經(jīng)歷過3代以上技術(shù)變革，大規(guī)模成熟應(yīng)用的儲(chǔ)能方式。盡管其受到地理環(huán)境、土木工程技術(shù)、天氣等多項(xiàng)條件的制約，但是其高效及成熟的技術(shù)，使得其得以大規(guī)模推廣和應(yīng)用。目前抽水蓄能設(shè)施總裝機(jī)超過90GW，并且仍然在快速擴(kuò)張。

　　1、抽水蓄能是最早使用的儲(chǔ)能方式

　　抽水蓄能是世界上應(yīng)用最早的儲(chǔ)能方式之一，在用電需求低谷時(shí)，通過利用自發(fā)點(diǎn)亮未達(dá)到滿載水平的電力系統(tǒng)的可用點(diǎn)亮，水庫可用于儲(chǔ)存所產(chǎn)生的人工流入水量。20世紀(jì)初時(shí)，所有擁有水庫的水里發(fā)電廠都安裝有泵送機(jī)械裝置，以補(bǔ)充上游水庫的自然流入水量，主要目的是實(shí)現(xiàn)水利發(fā)電系統(tǒng)的季節(jié)性能量存儲(chǔ)。

　　在后來的熱電系統(tǒng)中，開始出現(xiàn)了只利用泵送流入水量的特殊水利發(fā)電廠，也就是純抽水蓄能電站，此種發(fā)電站主要用于能量的日儲(chǔ)存或周儲(chǔ)存。

　　截至目前，抽水蓄能是唯一一種廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的大容量?jī)?chǔ)能技術(shù)，在過去的幾十年中，公共電網(wǎng)已經(jīng)將抽水蓄能技術(shù)作為利用非高峰能量的最經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能方式。方法是將水泵送至上游水庫，在高峰負(fù)荷時(shí)，通過可逆式誰捧-水輪機(jī)排出所儲(chǔ)存的水，產(chǎn)生高峰負(fù)荷所需電力。

　　抽水蓄能通常包括：上游水庫、水道、水泵、水輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)和下游水庫。

　　與任何液壓系統(tǒng)一樣，抽水蓄能也會(huì)出現(xiàn)能量損耗，包括摩擦損耗、湍流、黏性阻力等，水輪機(jī)本身的效率也無法達(dá)到100%。水進(jìn)入泄洪水道時(shí)也將保留一部分動(dòng)能，最終將水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電力時(shí)，發(fā)電機(jī)內(nèi)也存在能量損耗。抽水蓄能的周轉(zhuǎn)效率通常為70%-85%。

　　2、抽水蓄能技術(shù)的發(fā)展

　　在1920年之前，多數(shù)抽水蓄能系統(tǒng)為4裝置類型，其中的水輪機(jī)-發(fā)電機(jī)和水泵-電動(dòng)機(jī)分別安裝在兩根不同的軸上。這種兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)現(xiàn)在已經(jīng)很少見了，主要原因是基建成本較高。

　　1920年之后，抽水蓄能系統(tǒng)一般為3裝置設(shè)計(jì)，水輪機(jī)、水泵和發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)均安裝在一根水平或垂直的軸上。經(jīng)過70年左右不斷地摸索，逐漸形成了以下的結(jié)論：水平軸機(jī)組維修方便，但由于機(jī)組必須位于水下很深的位置，會(huì)產(chǎn)生高額的挖掘費(fèi)用，或者也可以使用增壓泵，但是會(huì)損失效率；垂直軸機(jī)組為如今最常用的3裝置室外發(fā)電站布局。

　　1980年前后，可逆式2裝置機(jī)組的應(yīng)用逐漸廣泛，與3裝置機(jī)組相比，這種機(jī)組通過減少水壓機(jī)、水閥和水道分叉數(shù)量，可以節(jié)省約30%的發(fā)電站基建成本。但是其缺點(diǎn)同樣明顯，水泵起動(dòng)操作更為復(fù)雜且發(fā)電與泵送功能間的轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)樗啓C(jī)軸的旋轉(zhuǎn)方向必須反向，在兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)速度均相同的情況下，2裝置機(jī)組的整體效率低于3裝置機(jī)組。

　　3、抽水蓄能的發(fā)展現(xiàn)狀

　　在100年的抽水蓄能技術(shù)開發(fā)歷史中，單位儲(chǔ)能容量已從原來的數(shù)十KW增加至400KW以上，工作揚(yáng)程從低于100m增加至1400m以上，整體效率從40%左右增加至85%以上。此外，相關(guān)的土木工程建設(shè)也獲得了巨大發(fā)展。目前建成的最大項(xiàng)目裝機(jī)容量已經(jīng)超過2000MW。

　　全世界在使用的的抽水蓄能設(shè)施總計(jì)超過90GW，總計(jì)為全球貢獻(xiàn)了30%的發(fā)電量，在美國(guó)，抽水蓄能貢獻(xiàn)約2.5%的基荷發(fā)電量。目前共有大約150座抽水蓄能發(fā)電站在運(yùn)行中，總裝機(jī)容量超過25GW。此外還需提到，2010年歐盟國(guó)家所消耗的電力中約有5%由抽水蓄能發(fā)電站提供。