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，我們已經詳細介紹了鉛炭電池，及以鉛炭電池為基礎的用戶側、發電側儲能技術。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。最終我們會發現，最適合新能源發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電的應用？

　　3、抽水蓄能的演變能夠對我們進一步優化鉛炭電池提供怎樣的借鑒？

　　重要結論

　　抽水蓄能經歷了100多年的發展，是目前唯一經歷過3代以上技術變革，大規模成熟應用的儲能方式。盡管其受到地理環境、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，通過利用自發點亮未達到滿載水平的電力系統的可用點亮，水庫可用于儲存所產生的人工流入水量。20世紀初時，所有擁有水庫的水里發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，主要目的是實現水利發電系統的季節性能量存儲。

　　在后來的熱電系統中，開始出現了只利用泵送流入水量的特殊水利發電廠，也就是純抽水蓄能電站，此種發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的大容量儲能技術，在過去的幾十年中，公共電網已經將抽水蓄能技術作為利用非高峰能量的最經濟的儲能方式。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、發電機和下游水庫。

　　與任何液壓系統一樣，抽水蓄能也會出現能量損耗，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，發電機內也存在能量損耗。抽水蓄能的周轉效率通常為70%-85%。

　　2、抽水蓄能技術的發展

　　在1920年之前，多數抽水蓄能系統為4裝置類型，其中的水輪機-發電機和水泵-電動機分別安裝在兩根不同的軸上。這種兩套系統相互獨立的設計現在已經很少見了，主要原因是基建成本較高。

　　1920年之后，抽水蓄能系統一般為3裝置設計，水輪機、水泵和發電機-電動機均安裝在一根水平或垂直的軸上。經過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、水閥和水道分叉數量，可以節省約30%的發電站基建成本。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、抽水蓄能的發展現狀

　　在100年的抽水蓄能技術開發歷史中，單位儲能容量已從原來的數十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展。目前建成的最大項目裝機容量已經超過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%的發電量，在美國，抽水蓄能貢獻約2.5%的基荷發電量。目前共有大約150座抽水蓄能發電站在運行中，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%由抽水蓄能發電站提供。