電力系統(tǒng)運行的特點

在電力系統(tǒng)中電氣設備開機所需用的電功率之和稱為負荷或電力負荷。

圖1是某地區(qū)某天的電力系統(tǒng)負荷圖，橫坐標是時間(24小時)，縱坐標是電力系統(tǒng)負荷，在上午、下午與晚上用電量大，夜間用電量少。

圖1 電力系統(tǒng)負荷圖

電力負荷在某個時間段內(nèi)出現(xiàn)的用電最大值稱為最大負荷;在一段時間范圍內(nèi)統(tǒng)計的電力負荷的平均值稱為平均負荷(本圖是日平均負荷);某個時間段內(nèi)出現(xiàn)的用電最小值稱為最小負荷。把平均負荷水平線以上的部分稱為峰荷;把最小負荷與平均負荷之間的部分稱為腰荷，把最小負荷水平線以下部分稱為基荷，把平均負荷水平線以下的最低時段稱為低谷。

電力系統(tǒng)電力的生產(chǎn)、輸送、分配使用不同于其他物品，有自己的特點，一是電力不能儲存;二是電力負荷變化頻繁、變動速度快;三是國民經(jīng)濟、人民生活對電力依賴強，要求電力穩(wěn)定。

目前電力系統(tǒng)的電力大部分由火電廠(燃煤、燃油、燃氣)供給，其余部分由大型水電站、核電站等供給，大多數(shù)地區(qū)基本靠火電。火電核電的特點是在額定負荷運行時效率高、能耗少，火電機組在低于額定負荷運行時效率下降，煤耗上升，規(guī)定最小運行負荷為額定負荷的70%，核電要求機組必須運行在額定負荷的80%以上以保證安全運行。火電機組的停機與啟動時間很長，停機時(不包括徹底停產(chǎn))仍有較大的能耗，而且設備損耗較大，核電機組也是同樣，無法跟上電力系統(tǒng)的頻繁變化。

建設電廠的容量小于最大負荷時則無法滿足在用電高峰期的電量需求，按最大負荷建設電廠不但投資加大，電廠在大多數(shù)時候要運行在低于額定負荷的狀態(tài)，造成發(fā)電成本與能耗大大增加。理想的辦法是按平均負荷建電廠，采用高速蓄電設備來蓄能，在用電低谷期把電能儲存起來，在用電高峰期把電能釋放出來返回電網(wǎng)，補充供電不足的情況，這是電力系統(tǒng)理想的調(diào)峰技術。調(diào)峰儲存的電量是巨大的，現(xiàn)有的蓄電池根本無法解決，有什么蓄能設備能有這么大的容量呢，那就是抽水蓄能電站。

什么是抽水蓄能電站

抽水蓄能電站與一般的水力發(fā)電站有許多相同之處，也有許多不同之處，抽水蓄能電站有上水庫，上水庫水可流向下方的水輪發(fā)電機，推動水輪發(fā)電機發(fā)電，這是相同之處;但抽水蓄能電站有下水庫，推動水輪發(fā)電機發(fā)電后的水不是隨便流走，是儲存在下水庫，抽水蓄能電站還可以把下水庫的水泵到上水庫，這是最大的不同，也就是說，抽水蓄能電站的水流是雙向運行的。圖2是抽水蓄能電站的示意圖。

圖2 抽水蓄能電站主要組成

目前抽水蓄能電站使用的水輪機是雙向可逆的，即可作為水輪機使用也可作為水泵使用，又稱之為水泵水輪機;抽水蓄能電站的電機也是雙向運轉(zhuǎn)的，既可以作為發(fā)電機又可以作為電動機使用，稱之為電動發(fā)電機。上水庫的水流向下水庫時推動水泵水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動電動發(fā)電機發(fā)電向電網(wǎng)輸電;使用電網(wǎng)的電驅(qū)動電動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，帶動水泵水輪機把下水庫的水泵到上水庫。

抽水蓄能電站把下水庫的水泵到上水庫，消耗了電能，到上水庫的水具有了勢能，儲存在上水庫的水相當于儲存了電能，上水庫的水向下流時推動水輪發(fā)電機組發(fā)電就是釋放電能。抽水蓄能電站的雙向運轉(zhuǎn)、停機切換速度相當快(數(shù)十秒即可完成)，而且一個抽水蓄能電站往往有幾臺機組，通過切換可實現(xiàn)從較小容量到滿容量的選擇。

抽水蓄能電站的作用

圖3是抽水蓄能電站雙向工作示意圖，在白天和前半夜，電網(wǎng)處于用電高峰，上水庫放水，可逆式機組切換為發(fā)電工況，水通過可逆式機組到下水庫，將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能，向電網(wǎng)輸送，補充用電高峰時電力不足;到后半夜，電網(wǎng)處于用電低谷，將機組切換為抽水機工況，利用電網(wǎng)中多余的電能，將下水庫的水抽向上水庫。

圖3 抽水蓄能電站雙向工作示意圖

圖4是抽水蓄能電站一個理想的日運行圖，橫虛線下方為火電、核電等電廠的發(fā)電量，在用電低谷時(藍色部分)把電網(wǎng)中多余的電能轉(zhuǎn)化為水的勢能儲存在上水庫中，相當于儲存電網(wǎng)中多余的電能;到用電高峰，上水庫放水，將水的勢能通過發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，向電網(wǎng)輸送(紅色部分)。水庫中的水多次使用，與兩機組一起，完成能量的多次轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)了對電網(wǎng)的調(diào)峰。

圖4 抽水蓄能電站的日運行圖

當然，抽水蓄能電站也有效率，一般來說只有75%的電量能被重新返回，即使這樣也是合算的，因為它迅速靈活的調(diào)峰功能避免了火電機組的高煤耗運行與設備損耗，減少了環(huán)境污染，保障了電力供應。

抽水蓄能電站除了調(diào)峰功能外，它能對電力系統(tǒng)的負荷變化作出迅速反應，對電力系統(tǒng)的頻率、相位也能起到很好的調(diào)整作用。有了抽水蓄能電站可以使電網(wǎng)成為高質(zhì)量、穩(wěn)定的電網(wǎng)。