儲能系列科普報告----儲能技術篇

　　>抽水儲能<

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

　　思考的問題

　　1、抽水蓄能為何是目前裝機容量最大，應用最廣的儲能形式？

　　2、哪些條件限制了抽水蓄能在用戶側及新能源發(fā)電的應用？

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

　　重要結論

　　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代以上技術變革，大規(guī)模成熟應用的儲能方式。盡管其受到地理環(huán)境、土木工程技術、天氣等多項條件的制約，但是其高效及成熟的技術，使得其得以大規(guī)模推廣和應用。目前抽水蓄能設施總裝機超過90GW，并且仍然在快速擴張。

　　1、抽水蓄能是最早使用的儲能方式

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

　　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存或周儲存。

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

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

　　與任何液壓系統(tǒng)一樣，抽水蓄能也會出現(xiàn)能量損耗，包括摩擦損耗、湍流、黏性阻力等，水輪機本身的效率也無法達到100%。水進入泄洪水道時也將保留一部分動能，最終將水的勢能轉換為電力時，發(fā)電機內(nèi)也存在能量損耗。抽水蓄能的周轉效率通常為70%-85%。

　　2、抽水蓄能技術的發(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-發(fā)電機和水泵-電動機分別安裝在兩根不同的軸上。這種兩套系統(tǒng)相互獨立的設計現(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裝置設計，水輪機、水泵和發(fā)電機-電動機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論：水平軸機組維修方便，但由于機組必須位于水下很深的位置，會產(chǎn)生高額的挖掘費用，或者也可以使用增壓泵，但是會損失效率；垂直軸機組為如今最常用的3裝置室外發(fā)電站布局。

　　1980年前后，可逆式2裝置機組的應用逐漸廣泛，與3裝置機組相比，這種機組通過減少水壓機、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。但是其缺點同樣明顯，水泵起動操作更為復雜且發(fā)電與泵送功能間的轉換時間較長，因為水輪機軸的旋轉方向必須反向，在兩個方向的旋轉速度均相同的情況下，2裝置機組的整體效率低于3裝置機組。

　　3、抽水蓄能的發(fā)展現(xiàn)狀

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

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