抽水蓄能电站培训教材.ppt
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1、 安徽皖南水电检修有限公司安徽皖南水电检修有限公司抽水蓄能电站基本知识培训抽水蓄能电站基本知识培训安徽皖南水电检修有限公司安徽皖南水电检修有限公司目录一 概论二 抽水蓄能电站和常规水电站的不同点三 抽水蓄能电站的组成部分四 抽蓄电站设备简介五 机械连接基本知识六 抽水蓄能机组的机械部件及结构七 抽水蓄能机组的吊装1、抽水蓄能电站工作原理电力的生产、输送和使用是同时发生的,一般情况下又不能储存,而电力负荷的需求却瞬息万变。一天之内,白天和前半夜的电力需求较高(其中最高时段称为高峰);下半夜大幅度地下跌(其中最低时段称为低谷),低谷有时只及高峰的一半甚至更少。鉴于这种情况,发电设备在负荷高峰时段要
2、满发,而在低谷时段要压低出力,甚至得暂时关闭,为了按照电力需求来协调使用有关的发电设备,需采取一系列的措施。1、抽水蓄能电站工作原理抽水蓄能电站就是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而产生的,是间接储存电能的一种方式。它利用下半夜过剩的电力驱动水泵,将水从下水库抽到上水库储存起来,然后在次日白天和前半夜将水放出发电,并流入下水库。在整个运作过程中,虽然部分能量会在转化间流失,但相比之下,使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机这种情况来得便宜,效益更佳。除此以外,抽水蓄能电站还能担负调频、调相和事故备用等动态功能。因而抽水蓄能电站既是电源点,又是电力用户;并成为
3、电网运行管理的重要工具,是确保电网安全、经济、稳定生产的支柱。抽水蓄能电站有发电和抽水两种主要运行方式,在两种运行方式之间又有多种从一个工况转到另一工况的运行立轴水泵水轮机测试台立轴水泵水轮机测试台 1、抽水蓄能电站工作原理转换方式。正常的运行方式具有以下功能:(1)发电功能。常规水电站最主要的功能是发电,即向电力系统提供电能,通常的年利用时数较高,一般情况下为30005000h。蓄能电站本身不能向电力系统供应电能,它只是将系统中其他电站的低谷电能和多余电能,通过抽水将水流的机械能变为势能,存蓄于上水库中,待到电网需要时放水发电。蓄能机组发电的年利用时数一般在8001000h 之间。蓄能电站的
4、作用是实现电能在时间上的转换。经过抽水和发电两种环节,它的综合效率为75%左右。1、抽水蓄能电站工作原理 (2)调峰功能。具有日调节以上功能的常规水电站,通常在夜间负荷低谷时不发电,而将水量储存于水库中,待尖峰负荷时集中发电,即通常所谓带尖峰运行。而蓄能电站是利用夜间低谷时其他电源(包括火电站、核电站和水电站)的多余电能,抽水至上水库储存起来,待尖峰负荷时发电。因此,蓄能电站抽水时相当于一个用电大户,其作用是把日负荷曲线的低谷填平了,即实现填谷。填谷的作用使火电出力平衡,可降低煤耗,从而获得节煤效益。蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用。1、抽水蓄能电站工作原理(3)调频功能
5、。调频功能又称旋转备用或负荷自动跟随功能。常规水电站和蓄能电站都有调频功能,但在负荷跟踪速度(爬坡速度)和调频容量变化幅度上蓄能电站更为有利。常规水电站自起动到满载一般需数分钟。而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力。现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满载,增加出力的速度可达每秒1 万kW,并能频繁转换工况。最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站,其6 台300MW 机组设计能力为每天起动36 次;每天工况转换40 次;6 台机处于旋转备用时可在10s达到全厂出力1320MW。(4)调相功能。调相运行的目的是为稳定电网电压,包括发出无功的调相运行方式和吸收无功的进相
6、运行方式。常规水电机组的发电机功率因数为0.850.9,机组可以降低功率因数运行,多发无功,实现调相功能。1、抽水蓄能电站工作原理抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能,无论在发电工况或在抽水工况,都可以实现调相和进相运行,并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行,故其灵活性更大。另外,蓄能电站通常比常规水电站更靠近负荷中心,故其对稳定系统电压的作用要比常规水电机组更好。(5)事故备用功能。有较大库容的常规水电站都有事故备用功能。(6)黑启动功能。黑启动是指出现系统解列事故后,要求机组在无电源的情况下迅速起动。2、抽水蓄能电站适用的电力系统?由于能源在地区分布上的差别,电网的构成也有所不同,大致可
7、分为两类:一类是以火电(包括核电)为主;另一类是以水电为主或水、火比例大致相当。根据我国各地区、各电网的具体情况,抽水蓄能电站适用于以下情况:2、抽水蓄能电站适用的电力系统?1)以火电为主的、没有水电或水电很少的电网。这些电网需要抽水蓄能电站承担调峰填谷、调频、调相和紧急事故备用。2)虽然有水电,但水电的调蓄性能较差的电网。如具有年调节及以上能力的水电站比例较小,枯水期可利用水电进行调峰,汛期水电失去调节能力,若要利用水电调峰,则只能被迫采取弃水调峰方式。在这样的电网,配备了抽水蓄能电站后,可吸收汛期基荷电,将其转化为峰荷电,从而减少或避免汛期弃水,提高经济效益并改善水电汛期运行状况,较大地改
8、善电网的运行条件。2、抽水蓄能电站适用的电力系统?3)沿海地区的省份,不但火电比例较大,而且还有核电站。如广东已有大亚湾核电站、浙江已有秦山核电站,江苏的连云港核电站正在建设,辽宁、山东、福建等省正在筹建核电站。我国的核电站多是按基荷方式运行设计的,一则是为保证核电机组的安全,再则是为提高利用小时数,降低上网电价。为此,必须有抽水蓄能电站与之配合运行,如广州抽水蓄能电站与大亚湾核电站配合的成功经验。2、抽水蓄能电站适用的电力系统?4)远距离送电的受电区。如我国“西电东送”工程,西部电源点和东部受电区之间的距离都在10002000km甚至 2500km 以上,除保证安全供电外,还应考虑经济效益问
9、题。输电距离远到一定限度后,送基荷将比送峰荷经济,特别是电价改革后,上网峰谷电价差增大,受电区自然要求买便宜的低谷电,但不能解决缺调峰容量的矛盾。如在受电当地自建抽水蓄能电站后,可将低谷电加工成尖峰电,经济效益更好。2、抽水蓄能电站适用的电力系统?5)风电比例较高或风能资源比较丰富的省(自治区)。这些电网配备了抽水蓄能电站后,可把随机的、质量不高的电量转换为稳定的、高质量的峰荷。3、抽水蓄能电站静态效益?抽水蓄能电站在电网中由顶峰填谷作用而产生的经济效益,称为静态效益。包括:1)容量效益:抽水蓄能电站是调节电网负荷曲线高峰和低谷之间差距的有效措施。负荷高峰时段,它可以作为水电站发电,担负电网尖
10、峰容量;用电低谷时段,则可作为电网用户,吸收低谷电量抽水蓄能,减少负荷峰谷差。因此抽水蓄能电站可减少火电机组的日出力变幅,使其在高效区运行,增加发电量,并使核电和大型火电机组稳定经济运行。抽水蓄能电站一般无防洪、灌溉、航运等综合利用要求,建设成本低。建设周3、抽水蓄能电站静态效益?期比常规水电站要短,运行费用比火电站要低。在电网中缺少调峰电源时,建设抽水蓄能电站可减少火电或其它类型电源的装机容量,改变能源结构,减少总的电力建设投资。2)能量转换效益:抽水蓄能电站通过能量转换,将成本低的低谷电能转换为价值高的峰荷电能。3、抽水蓄能电站静态效益?3)节煤效益:抽水蓄能机组的投人,使电网负荷分配得到
11、调整,火电尽量担负基荷和腰荷,从而使火电总平均煤耗下降。4、抽水蓄能电站的动态效益?抽水蓄能电站具有调峰、调频和调相等作用,还可承担紧急事故备用,保证电网安全、稳定运行。这些动态效益高于其静态效益,主要包括:1)调峰效益:抽水蓄能机组因为结构简单,控制方便,可以随需要增加功率或减少功率,因而有效地减轻了火电机组(包括燃气轮机机组)的调峰负担(大型火力发电机组及核电机组不适于变化负荷下运行,并且有最小的出力限制,大型火力发电机组最小技术限制出力为额定出力70%左右,核电机组为80-90%左右)。蓄能机组具有可以随时将其出力谓整在额定出力的50 105 或更宽大的范围内用以适应电网的负荷需要,如此
12、电网调度无需频繁捐整火电机组之出力,使火电机组的3、抽水蓄能电站动态效益?负荷相对稳定,从而节省火电厂的运行和维护费用。因此,蓄能电站抽水时相当于一个用电大户其作用是把日负荷曲线的低谷填平了,即实现填谷。填谷的作用使火电出力平衡,可降低煤耗,从而获得节煤效益。蓄能电站同时可以使径流式水电站原来要弃水的电能得到利用。在整个运作过程中,虽然部分能量会在转化间流失,但相比之下,使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机这种情况来得便宜,效益更佳。3、抽水蓄能电站动态效益?2)调频效益:抽水蓄能机组调节灵活,出力变化可以从0 到100%,可以快速起动,随时增荷或减荷,起到
13、调整周波的作用,有助于保持频率并提高电网的稳定性。调频 在电网频率下降至设定值时,蓄能机组会自动从水泵工况、调相工况和停机状态转为发电工况,把电网频率调整到设定值。常规水电站自起动到满载一般需数分钟。而抽水蓄能机组在设计上就考虑了快速起动和快速负荷跟踪的能力。现代大型蓄能机组可以在一两分钟之内从静止达到满载,增加出力的速度可达每秒1 万kW,并能频繁转换工况。最突出的例子是英国的迪诺威克蓄能电站,其6 台300MW 机组设计能力为每天起动36 次;每天工况转换3、抽水蓄能电站动态效益?40 次;6 台机处于旋转备用时可在10s达到全厂出力1320MW。3)负荷跟随效益:电网负荷总是在不断的变化
14、,当负荷急剧变化时,抽水蓄能机组与火电或其它类型机组相比,其负荷跟随很快,爬坡能力较强。4)旋转备用(事故备用)效益:现代电网一般应储备一定量的备用容量,蓄能机组可以作为热备用容量,用以应付不可预见的负荷需要,这样可以节省火电机组的启动费用,减少或避免备用火电机组低出力(负荷)时的运行费用。3、抽水蓄能电站动态效益?抽水蓄能机组作为水力机组可以方便地处于旋转备用状态,以利快速地承担事故备用。抽水蓄能电站能够快速启动机组,迅速转换工况,但因其水库库容较小,所起作用与具有较大库容的常规水电站有所区别,一般只能担任短时间的事故备用。在发电工况下,可利用抽水蓄能电站运行中的空闲容量,短时间内加大出力;
15、在停机状态下,亦可紧急启动,从而达到短时应急事故备用的目的。在水泵工况下,可停止抽水,快速切换至发电工况。3、抽水蓄能电站动态效益?5)调相效益:抽水蓄能机组由于其结构上的优点,可以方便地做调相运行。可以向电网输送无功用以提高电网电压,也可以从电网中吸收无功用以降低电网电压,这样不但可以保持电网电稳定而且可以减少电网的网损。3、抽水蓄能电站动态效益?不但在空闲时可供调相用,在发电和抽水时也可调相,既可以发出无功功率提高电力系统电压,也可以吸收无功功率降低电力系统电压,尤其是在抽水工况调相时,经常进相吸收无功功率,有时进相很深,持续时间很长,这种情况是其他发电机组达不到的,只有抽水蓄能机组才能做
16、到。另外,抽水蓄能机组在调相运行完成后可以快速地转为发电或抽水。3、抽水蓄能电站动态效益?6)提高电网可靠性 蓄能机组的高度灵活性和快速启动能力,可大大减少电网中强迫停运的时间和次数,因而可大大增加电网的可靠性。7)特殊作用 为电网做特殊负荷作用,由于蓄能机组既可做为电源又可做为负荷,这可为大火电机组的调试投产提供负荷作用,保证火电机组的调试顺利进行,避免了大火电机组甩负荷时对电网造成的剧烈冲击。5、抽水蓄能电站类型?按建设类型分:混合式抽水蓄能电站:常规水轮发电机组+抽水蓄能机组;纯抽水蓄能电站:利用电站上下游水库,就水库抽水功能而言,与地面径流发电无关,电站水体内的水体往复式循环,厂房安装
17、的全是抽水蓄能电站。混合式抽水蓄能电站:如图所示。其上水库有一定的天然水流量,下水库按抽水蓄能需要的容积在河道下游修建。在混合式抽水蓄能电站内,既安装有普通水轮发电机组,利用江河径流调节发电;又安装有抽水蓄能机组,可从下水库抽水蓄能发电,进行蓄能发电,承担调峰、调频、调相任务。纯抽水蓄能电站:如图所示。其上池没有水源或天然水流量很小,需将水由下池抽到上池储存,用于电力系统负荷处于高峰时发电。水在上池、下池循环使用,抽水和发电的水量基本相等。流量和历时按电力系统调峰填谷的需要来确定。纯抽水蓄能电站,一般没有综合利用的要求,仅用于调峰、调频,故不能作为独立电源存在,必须与电力系统中承担基本负荷的火
18、电厂、核电厂等电厂协调运行。5、抽水蓄能电站类型?按调节规律分:日调节:每日中午、夜间抽水,上、下午、晚上负荷高峰期发电,水库的库容量按每日调峰的发电量决定。如如图所示,在电力系统图所示,在电力系统低谷负荷时抽水蓄能电低谷负荷时抽水蓄能电站利用系统多余电能由站利用系统多余电能由机组把下水库的水抽到机组把下水库的水抽到上水库储存,上水库处上水库储存,上水库处于高水位。于高水位。如图所示,在白天电力如图所示,在白天电力系统尖峰负荷时将上水系统尖峰负荷时将上水库的水放下由机组发电库的水放下由机组发电供给系统,上水库处于供给系统,上水库处于低水位低水位。5、抽水蓄能电站类型?周调节:周一-周五每个工作
19、日均有一定次数的抽水及发电,但每日的发电量大于抽水量,故上库的水量逐日减少,到周末时上库基本接近于防空。但周末工业负荷小,利用此时间段抽水,只周一,水库又蓄满水。按周调节设计水库的库容量比日调节水库的库容量大。5、抽水蓄能电站类型?季调节:利用径流式水电站丰水期季节性电能抽到另一个水库中蓄起来,到枯水期再放下来发电。年调节:多为混合式电站。5、抽水蓄能电站类型?按厂房形式分:地面式、地下式、半地下式。按水头高低分:低水头(100m以下),中水头(100m-700 m),高水头(700 m以上)。5、抽水蓄能电站类型?按机组形式分:分置式(四机式)抽水蓄能电站。水轮发电机组与电动机带动的水泵机组
20、分开,而输水系统与输、变电系统共有。特点:造价高、厂房大、水泵及水轮机效率高。串联式(三机式)抽水蓄能电站。水泵、水轮机共用一台发电电动机,水泵、水轮机、发电电动机三者共置在一根轴上。特点:调节灵活,效率高、转换工况不需停机,水泵、水轮机转向相同,造价高,整体尺寸大。5、抽水蓄能电站类型?可逆式(两机式)抽水蓄能电站。水泵与水轮机合为一体-水泵水轮机,与一台发电电动机连在一根轴上。特点:结构简单、造价低,土建工程量小,水泵工况、发电工况转向相反。现代抽水蓄能电站的主要机型。大部分使用混流式机组。5、抽水蓄能电站类型?多级可逆式水轮机。更高水头,提高比转速,采用多级可逆式水轮机,可提高效率。6、
21、抽水蓄能电站特点?1)需要水但基本上不耗水,故其规模不象常规水电那样取决于所在站址的来水流量和落差,而主要取决于上下池容积和落差,更主要的是取决于所在电网可供低谷时抽水的电量。2)电站型式很多,适应性强,可视情况选定,在山区、江河梯级、平原均可修建抽水蓄能电站,关键在于因地制宜择优选择。7、抽水蓄能机组的几种拆卸方式?水轮机的几种拆卸方式:上拆式、中拆式、下拆式。广蓄一期为下拆式,广蓄二期、天荒坪中拆式,十三陵为上拆式。采用不同的拆卸方式与机组总体设计有关,主要关系到机组拆卸时间、机组结构、厂房高度等。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 一从电站的枢纽布置来看,抽水蓄能电站有上、下两个水库。
22、常规水电站一般仅有一个水库。二从安装的机组来说,抽水蓄能电站有四机分置式(装有水泵和电动机、水轮机和发电机)、三机串联式(即电动发电机,与水轮机、水泵连结在一个直轴上)和二机可逆式(一台水泵水轮机和一台电动发电机联结)。而常规水电站仅装有水轮机和发电机。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 三从静态功能来说,抽水蓄能电站既能发电调峰,又能抽水填谷,而常规水电站仅能发电调峰。从动态功能来说,抽水蓄能电站和常规水电站均能承担调频、调相和事故备用等任务。但抽水蓄能电站在发电或抽水过程中,均可进行调频、调相,尤其是在抽水工况调相时,经常进相吸收无功功率。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 四从投资构
23、成来看,由于大型抽水蓄能电站的机组目前主要依靠国外技术或从国外进口,机电设备价格较高,往往机电设备的投资占总投资的一半或更多;而常规水电站的机组一般国内都能自已制造,机电设备投资大约占总投资的四分之一左右。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 五从在电网中的地位来看,由于抽水蓄能电站具有多种功能,电网常把它作为综合管理的工具,往往在负荷中心附近寻找有条件的站址建设抽水蓄能电站。常规水电站受自然条件影响更大,在负荷中心附近不是到处能找到可以开发的站址的,由于水能资源丰富的地区往往远离负荷中心,电站建成后需远距离输送电能到用电地区。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 六设备和运行方面的不同 1、
24、双向旋转。由于可逆式水泵水轮机作水轮机和水泵运行时的旋转方向是相反的,因此电动发电机也需按双向运转设计。在电气上要求电源相序随发电工况和驱动工况而转换;同时电机本身的通风、冷却系统和轴承结构都应能适应双向旋转工作。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 2、需有专门启动设施。可逆式电动发电机作电动机运行时,而必须采用专门的启动设备(SFC),从电网上启动,或采用背靠背方式各台机组间同步启动。3、频繁启停。抽水蓄能电站在电力系统中担任调峰填谷、调频调相及事故备用的作用,一般每天要启停多次。天荒坪抽水蓄能电站每台机组每天启停812次,广州蓄能水电厂机组启停则更加频繁。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不
25、同点 4、保护配置不同。与常规水力机组相比,蓄能机组多了相序监测、低频保护、低功率保护、逆功率保护和低频过流保护等特有的保护。二、抽水蓄能电站和常规水电站的不同点 5、运行方式不同。常规水电站最主要的功能是发电,即向电力系统提供电能。蓄能电站不仅可以发电,还可在电网用电低谷时进行抽水,把多余的电能转化为势能储存起来。抽水蓄能机组在设计上有更强的调相功能,无论在发电工况或在抽水工况,都可以实现调相和进相运行,并且可以在水轮机和水泵两种旋转方向进行,故其运行灵活性更大。此外,蓄能机组如果在抽水时遇电网发生重大事故,则可以由抽水工况快速转换为发电工况,即在一两分钟内,停止抽水并以同样容量转为发电。三
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