摘要：随着21世纪的来临,抽水蓄能已经发展成一种综合性的资源管理技术。抽水蓄能工程不仅是提供现代社会所需的优质电力的强有力工具,而且能够适应能源开发竞争中环境保护方面的挑战.供电系统在很大程度上是作为一个独立的电网在运行,如果其中的一个基荷机组突然发生故障或者一个100MW用户的切入都会导致频率的波动,甚至威胁到供电的安全。当出现这样的故障,管理人员最初的反应是注意系统内火电站的原有热惯量的变化,短暂的备用容量会迅速衰减,辅助设备必须在5~10秒内投入运行。尽管备用火电站能承担这一任务.但运用火电站担任剧烈变化的负荷，不仅工效低、耗费大,而且预见期差。因此,需修建抽水蓄能电站作为火电站的备用机组,承担调频工况。
关键词：抽水蓄能；电网；管理系统；水电站设计；运行可行性；经济效益；
引言
目前，世界上有300多座抽水蓄能电站正在运行，一些新电厂正在建设中。尽管Droewell泵站的发电机峰值负荷容量为1800000MW，但Fordinggen泵站的负荷为30.3MW。它仍由国家高压传输网络公司（NGC）管理传输和电网管理公用事业,抽水蓄能单机运行表明，这两座抽水蓄能电站的容量对于及时供电，备用和系统管理具有重大价值。
一、电力系统联网
英格兰和威尔士的电力系统调度实质上是独立的电网管理。英格兰和威尔士只有一个120MW的电网连接到苏格兰电网。另一个独特的200MW直流电网连接法国电网。但只能为系统提供非常有限的储备容量和FM容量。这个相对独立的系统迫使英格兰和威尔士建立一个专门的动态响应网络。
抽水蓄能电站或其他电力装置连接到强大的电力系统，以提高电力供应的可靠性和有效性，并具有更大的灵活性。通常这种益处不仅可以平衡系统负载，降低电力成本，而且还可以与能量存储设备进行常规集成。英格兰和威尔士CEGB的设计者在设计第一座抽水蓄能电站时明确提出了“动态效率”的概念。
抽水蓄能发电站安装了四台机组，水泵和水轮机分开运行,该装置可在5分钟内以90Mw/min的恒定速率从停车状态快速同步,像这种类型的发电厂，苏格兰北部的水电站（相当于苏格兰的CEG）B还设计并建造了一座400MW的抽水蓄能电站,该工厂于1996年投入运行，并安装了四个可逆式水泵机组，其动力头为366米,当时在该工厂运行时，该装置曾经是世界上最大的可逆式泵装置。
由于发电站在低压区域建立了一个稳压罐，形成了一个相对较低的压头，与发电站的高压头相结合，使发电厂单元能够快速启动。另一个特征首先出现在电厂，后来其他电厂也相继出现，这意味着该装置可以快速从旋转就绪活动转换到发电并与电网同步。发电站可以在不到两分钟的时间内从小卡车转换到满载，而从旋转升级到满负荷只需要一分钟。
二、开发前景
随着发电站的施工和排水设计，系统管理应用正在快速增长。设计电站作为英国的电力系统在20世纪70年代发生了根本性的变化，英格兰和威尔士的电力需求从20世纪60年代的38,000MW增加到1880年的50,000MW，并在2001年增加到80,000MW。CEGB电厂也在发生变化。500-600MW火电厂基本负荷单元的安装容量必须与经济和技术发展，火电厂的发展趋势是装机容量1300MW。此外，它计划不断开发核能以满足不断增长的电力需求。作为有计划的补给工厂，核电厂已并入电网。
这种背景导致煤层气开发电厂的能力必须符合三项原则：
1.电站的容量应能够满足最大负载要求。
2.备用容量应满足1,320MW的意外待机负载要求。
3.对需求的回应增加了避免夜间核装载的能力。
通过模型测试和电力系统测试，已经表明，英格兰和威尔士电网系统的总容量高达50,000MW，如果单个单元不能突然消耗13,200MW，则不能提供补偿。系统频率将低于正常频率范围（49.5-50.5Hz），为了将系统频率保持在正常范围内，系统必须在发生事故时在5-10秒内释放简短的待机功率。然而，研究表明，当系统发生故障时，频率会迅速衰减，出于这个原因，虽然设计中考虑了其他场景，但设计主要集中在两个基本研究问题上：事故发生后10到5分钟之间提供备用电源。
一种选择是使用火力发电厂的分数负载作为备用能源。该解决方案有一些缺点，其中最重要的是效率低和燃料损失大。该研究指出，SO2MU是必需的，每个SOUMU有40万MW的功率来补偿单个设备的突然损失1,320MW。
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第二种选择是使用抽水蓄能电站作为系统备份，发电厂已经证明，现代抽水蓄能电站作为电力调度的备用系统在经济上是可行的和动态的。设计重点在于如何提高发电厂的动态优势以满足英国电力系统不断变化的需求。
三、电站设计
系统负荷分析绘制各种状态下的输出曲线，以确定抽水蓄能电站的规模。设计师认为，抽水蓄能电站的容量应在1秒内快速提供备用电力，以弥补1,320MW的负载损失。它还必须能够在晚上7小时内填满上游。根据这些输出曲线，可以确定PPS指标的快速补偿，然后确定水规格，最小提升量和谷纵横比以进一步设计工厂。考虑到未来发展的需要，设计人员决定将抽水蓄能电站的年利用率设置为90个周期，可靠性达到9％以上，每年每天有40次调度运行。
在大坝选址时有三种选择。他们是位于北威尔士北部里昂的Drovar，Balti和Kruse。尽管坝址都位于地质页岩区。然而，与德罗沃尔相比，就地理，环境和经济优势而言，杜罗最终选择Drovar，Balti为坝址。
水力发电站可配备六台可逆式涡轮机组，连接一台额定功率为330MVA（31.5/29/29MW）的18kW发电机。
电站特点：
1.提供4秒的启动球阀，以便设备在启动时或从旋转切换到输出时打开导向叶片。
2.该装置可以在416秒内从旋转待机转换到全输出。
3.设备可以在一分钟内从系统关闭进入系统进行同步。
4.单位最大变化率50MW。
5.每个单元可以运行40种调度操作。
最后一点是，该装置可以在任何两种操作模式（停机，空载操作，泵送，空载泵送）之间连续切换。
Drovar电厂于1967年开始建设，所有机组于1984年投入运行。1991年至1993年，Drogir电站的利用率为93〜96％。运行可靠性99.3〜9.55％。
四、商业用途
在英国的私有化过程中,商业环境竞争日益激烈,为现代抽水蓄能电站的开发利用提供了新的机遇。其间,中央电力局在英格兰和威尔士的电力资产被分为四类不同的实体。
输变电系统(包括德罗威尔和佛恩丁根电站的输电系统)由NGC公司管理。NGc公司是由威尔士和英格兰12个地区的分公司组成的联合公司。
五、电站规划
在设计抽水蓄能电站时，设计人员应该收集关于电网的功耗，经济条件和容量结构的信息。因此，整个规划和设计过程中，电力部门和设计部门的经济效率和技术能力之间的关系是一个关键因素。
另一方面，火力发电站的经济评估不仅要考虑燃料消耗和效率的因素，还要考虑维护和环境保护的因素。另外，必须考虑的因素是抽水蓄能电站的应用起到了转移峰值负荷和减少基本负荷电厂每日周期的作用。
英国所有抽水蓄能电站的开发都是为了满足共同的需求和当前的工厂设计理念。发展之后，每个发电站都有可能超过其应用设计标准。
例如，Drovar发电站是英国电网，特别是系统中的其他发电站发生故障时。该设计旨在提供快速启动待机功率并保持频率稳定性，其重点在于设备在一秒内将旋转功率转换为全功率的能力，以弥补1320MW的热惯性损耗。自1983年该工厂投入运营以来，Drovar发电站的移动性已经在广泛的运行条件下为系统提供了广泛的后备电源补偿，其中许多运行情况之前没有预料到。
结论
如上所述，这些不可预见的好处表明PES技术在开发阶段具有一些系统特征，并且在开发阶段难以充分理解其益处。然而，正是这种潜在的好处推动了抽水蓄能技术的不断发展，并带来了抽水蓄能技术的国际合作与交流。
参考文献
[1]陈冠昌.卫炜租赁模式下抽水蓄能电站给电网企业带来的经济效益分析.浙江省杭州萧山供电局2015(11):1-3.
[2]张明洋.抽水蓄能电站良性运行研究[J].安徽电气工程职业技术学院学报.2015(2).
论文作者:李刚
论文发表刊物:《基层建设》2018年第6期
论文发表时间:2018/5/25
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