花4度電抽水再發3度電?100億建成長龍山抽水蓄能電站,沒有用?

2022年07月02日12:06:07 科學 1782

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長龍山抽水蓄能電站上、下水庫全貌

浙江長龍山建了一座抽水蓄能電站,很多人不明白是怎麼回事,其實原理很簡單,就是先建高低兩座水庫,用電把下水庫的水抽到上水庫,然後上水庫再放水下來水力發電。

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還有這樣的「騷操作」?電抽水水再發電,這是為了啥?閑得沒事幹了?其實有這樣想法的網友還真不少,主要分為兩類,一類是根本就一點都不懂的,覺得這是脫褲子放臭屁多此一舉;另一類是稍有些知識基礎的,追問過程損耗和能量守恆的問題。我們摘錄了一部分,供大家參考。

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這兩類網友有一個共同特點——噴且反對抽水蓄能電站。果真像這些網友或揶揄諷刺、或替專業人員操沒用的心嗎?

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抽水蓄能電站我們建的還不夠

抽水蓄能電站這個技術和工程,並不是我們首創的。早在100多年前的1882年,瑞士就建成了奈特拉抽水蓄能電站,這是全世界首座抽水蓄能電站。到了上世紀50~60年代,發達國家進入抽水蓄能電站建設高峰期。到目前為止,世界發達國家抽水蓄能裝機容量一般佔到其電網總裝機容量的3%~5%,與之相比我國的抽水蓄能電站裝機比例還處於中低水平。看到了嗎,不是我們閑得沒事,而是我們之前沒有那麼多錢搞建設,所以建得還不夠。

四度電換三度電

一些網友之所以噴抽水蓄能電站,本質上是用靜態思維看問題,他們忽視或混淆了兩個問題:一是抽水耗的電和放水發的電一樣嗎?二是抽水和放水是同時的嗎?

抽水蓄能電站主要由上水庫、下水庫、可逆式水泵水輪機組成,電站工作過程看起來就是「電網電能→機組機械能→水體勢能→機組機械能→電網電能」的能量循環。順着這個思路下去,反對者認為電網的電通過抽水蓄能電站轉了一圈,除了損耗,似乎什麼也沒得到。

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靜態地看抽水蓄能電站一進一出,在整個能量轉化過程中,會損耗部分電能,即使當前大型抽水蓄能電站,綜合效率在75%以上,最高的才80.6%,這也就是有些人說的「四度電換三度電」,算起賬來確實說不過去,可是抽水蓄能電站就真的這麼沒意義嗎?問題出在哪呢?

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抽水蓄能發電的原理

首先我們看在什麼時候抽水。在整個電力系統負荷低谷時段(往往是夜間),電網用電減少,發電廠發的電跟白天一樣多,而有一個重要的常識——電是不能在電網中儲存的,那怎麼辦?

有兩個解決途徑:一是少發點電,二是把用不了的電消耗了。為什麼少發點電不行呢,我們一會再詳細解釋。先說第二種方案,怎麼把多餘的電消耗了。此時抽水蓄能電站就派上用場了。

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可逆式水泵水輪機主廠房

利用電網富餘的電能,將可逆式水泵水輪機調成水泵工作模式,把下水庫的水抽到上水庫中,此時消耗了電能,轉化成了上水庫中水的重力勢能,抽水蓄能電站就是電網中的一個用戶,這樣就把富餘電「暫存」起來了。到了白天,電網用電量增加,此時單獨靠發電廠的發電量還不夠,這時把可逆式水泵水輪機調成發電模式,把上水庫中提前存儲的放下來流到下水庫,同時推動水輪機發電,送到電網中使用,這時抽水蓄能電站就變成了電網中的一個電源。

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供水水塔

這跟城鎮中的水塔作用相似,管網中用水少時,就把水先存在水塔中,等到用水高峰時再放出,就變成一個水源了。這樣看,抽水蓄能電站本身不僅僅是發電,還有蓄能的功效,所以有些地方稱之為電網中的「充電寶」。

為什麼用電少時不能少發電?

不少網友有這個疑問,他們認為「不就是關停幾個機組」的事嗎,這樣用的少就少發,用的多就多發,供需平衡就好了,那樣就能節省下來建設抽水蓄能電站的資金來。這隻能說是外行思維。

我們先來看看發達國家的情況。發達國家抽水蓄能電站建設的規模主要取決於該國電力能源結構,如果核電、煤電比例高,那麼抽水蓄能電站建設的比例就高,這是為什麼呢?

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長龍山抽水蓄能電站上、下水庫全貌

舉個簡單例子,比如核電適宜長期穩定帶基荷運行,通俗點說就是開起車來就別停,規模越大越有利於減排,不過會給煤電為主的電力系統調峰帶來很大的壓力。因為核電要得是穩定均衡出力,而且核電機組單機容量都很大,一旦隨意停機,對電網的衝擊就很大,甚至可能引起電網崩潰。

還有風電、地熱、潮汐、太陽能等新能源發電也是我國電網結構中的有益補充,但時候這些電有時又被稱為「垃圾電」,尤其是風電,具有隨機性、間歇性,發電穩定性和連續性差,這些電併網之後對電力系統實時平衡、保持電網安全穩定運行帶來巨大挑戰,而這些「零碎電」扔了又比較可惜。

於是把這些富餘電、零碎電、垃圾電,利用抽水蓄能電站啟動靈活的特點,臨時轉存為水的勢能,待用電需求增加時,放出來發電就行了。

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抽水蓄能電站的功能

>>>蓄谷補峰

通過上面的介紹,我們終於知道了抽水蓄能電站的關鍵作用了,那就是「蓄谷補峰」。在用電低負荷時,吸納電網中其它電源(火電、核電、水電、風電、太陽能等等)的富餘電量,把它們「變裝」以水的形式存在上水庫;等到用電高峰時,再把水變成電,補充電網需求。這樣一來一回,就讓需要穩定均衡出力才能提高效益的火電、核電安心工作,再也不用擔心電發多了發少了的問題;同時對徑流式水電站、風電、太陽能等發電的棄水、棄風、棄電變相收集起來,讓這些零碎電變得有價值。

>>>事故備用

抽水蓄能電站還有一些其它並非主要的作用,但也很有用,那就是事故工況。比如電網中的某些主力電源突發事故停供電,或者電網中的負荷突然增加或突然降低,那麼抽水蓄能電站就派上用場了。需要它發電時,它能馬上從水泵抽水工況迅速切換到發電工況,補足主電源事故或負荷突然增加產生的電力缺口。如果電力系統突發負荷降低,抽水蓄能電站馬上就能轉成水泵抽水工況,把富餘電存在上水庫。這種雙向功能,可以說是電力系統事故備用的最優配置之一。

>>>黑啟動

如果電網萬一遭遇了大崩潰,這時沒有了任何外來電源支撐,抽水蓄能電站就發揮了「充電寶」的作用,它可以在短時間內迅速啟動發電,讓電力系統迅速恢復。如果沒有這種黑啟動措施,電網停電時間就會延長,帶來的損失就會很大。

我國抽水蓄能電站建設歷史

在我國大陸地區,抽水蓄能電站建設主要經過了3個階段。

第一階段(1968~1991年),混合式抽水蓄能電站階段。我國第一個抽水蓄能電站是1968年建成的河北崗南電站,裝機容量11MW,羊卓雍湖電站在1989年開始建設,期間陸續建成了密雲、潘家口等電站。

第二階段(1992~2002年),大型抽水蓄能電站發展起步期。開始興建十三陵、廣蓄、天荒坪等電站。

第三階段(2003年至今),大型抽水蓄能電站大力建設期。期間建成了寶泉、西龍池、桐柏、惠蓄、張河灣、宜興、白蓮河、溧陽、洪屏、仙居豐寧、長龍山等一批大型電站。

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據統計,到2017年底,我國大陸地區抽水蓄能電站裝機容量規模已經是世界第一,但是與發達國家比起來,我們的建設比例還遠遠不夠。

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長龍山抽水蓄能電站

浙江長龍山抽水蓄能電站位於浙江省安吉縣天荒坪鎮境內,是三峽集團繼呼蓄電站之後,投資開發的第二座抽水蓄能電站。這座電站為日調節純抽水蓄能電站,安裝6台單機容量35萬千瓦的單級單轉速立軸混流可逆式抽水蓄能機組,總裝機容量210萬千瓦。

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上下水庫之間額定水頭高達710米,這是我國機組額定水頭最高的抽水蓄能電站。這座電站的建設,標誌着我國在抽水蓄能電站設計、施工、裝備製造等領域邁上了新台階。2016年11月27日,中國三峽集團、華東勘測設計院、中國葛洲壩集團等單位正式對外宣布開建長龍山抽水蓄能電站。電站主要由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房及地面開關站組成,承擔華東電網調峰填谷等任務,對華東地區電源結構調整、改善電網運行條件、促進能源發展、服務國家能源結構調整戰略等均具有重要意義。這項工程靜態投資86億元,總投資106億元。

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這篇文章給一些非專業但又關注國家發展的網友進行一些簡單科普,目的是告訴他們,專業的事由專業的人來做,不懂可以虛心請教,有問題可以問,但不要隨便噴,畢竟專業的人比噴子更懂專業。相信國家的重大戰略抉擇,都是有專業智庫經過科學決策才形成的,而不是隨便拍腦門。

參考資料:

1、《大型抽水蓄能電站施工關鍵技術》,張利榮

2、《砥礪奮進的五年》,三峽集團

特此致謝!

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