一种抽水蓄能发电系统

技术领域

本发明涉及水电、储能和清洁能源领域，尤其是涉及一种抽水蓄能发电系统。

背景技术

目前，为提升电力系统的稳定性，提高电力系统的调频和调峰能力，增强电力系统的柔性，充分利用和消纳风电、光伏发电等清洁能源，需要大力发展抽水蓄能发电系统。但由于抽水蓄能电站的建设成本高、建设周期长、选址困难、水量因不断蒸发渗漏需要补充，且抽水蓄能电站的土建成本约占整个电站的建设成本70%左右，若能利用常规水电站的工程及设备、水能等资源来建设新型抽水蓄能电站则可以解决上述问题，但未见公开报导。

本发明的新型抽水蓄能发电系统是在不改变原有的常规水电机组布局的情况下，充分利用常规水电站机组原有的水库、大坝、厂房、进水管、转轮室、尾水管等原有工程和设备的基础上改建得到的抽水蓄能发电系统，实现原常规水电站的单向发电转变为抽水蓄能系统的抽水蓄能双向运行，既可以有效解决风电、光伏等清洁能源的利用率问题，还可以有效解决抽水蓄能发电系统建设中的上述问题，至今未见公开报导。

发明内容

针对上述目的，为克服现有技术之缺陷，本发明的目的就是通过一种抽水蓄能发电系统，可有效解新建抽水蓄能电站建设成本高、建设周期长、选址困难和水量补充的问题，同时，还可以解决风电、光伏等清洁能源的利用率问题。

为实现上述目的，本发明的解决方案是，一种抽水蓄能发电系统，包括上库、大坝、厂房、 进水管、水泵水轮机、发电电动机、主轴、转轮室、尾水管、下库、可逆式机组辅助器设备、可逆式机组调速系统、可逆式电气及控制系统、上库新坝、下库坝，该系统是在不改变原水电站布局的情况下，由原水电站改建而成，改建成的抽水蓄能发电系统的工程及设备一部分来源于原水电站的原有工程及设备，另一部分来源于原水电站经改造或改建后的工程及设备；该系统在功能上既可利用上库的水能发电，又能利用电网的电能将下库的水抽到上库中进行储能，将原水电站的仅可发电的单功能系统改造为既可发电又可储能的双功能系统；

所述的上库与进水管的水流进口相连通，进水管的水流出口与水泵水轮机的水流进口相连通，水泵水轮机转轮水流出口与尾水管的水流进口相连通，尾水管的水流出口与下库相连通，构成工程和设备的水流通道，水流通过由上库、进水管、水泵水轮机、尾水管、下库形成的水流通道中既能正向流动，又能反向流动，构成机械能和水能之间的双向转化结构，水泵水轮机通过主轴与发电电动机相连接，构成可逆式水轮发电机组的抽水蓄能发电系统的机械旋转部分，实现机械能和电能之间的双向转化；可逆式机组辅助器设备与可逆式水轮发电机组相连接，构成可逆式水轮发电机组双向运行所需要的辅助功能系统；可逆式机组调速系统与可逆式水轮发电机组相连接，构成可逆式水轮发电机组双向运行所需要的调速和控制系统；可逆式电气及控制系统的一端与可逆式水轮发电机组相连接，实现可逆式水轮发电机组双向运行所需要的励磁、调节和控制，可逆式电气及控制系统的另一端与电网相连接，构成抽水蓄能发电系统与电网之间的电能传输通道。

本发明结构新颖独特，可有效解决抽水蓄能电站建设周期长，建设成本高，选址困难的问题，大大节约了建设成本，是抽水蓄能电站建设上的创新，也为常规水电站的抽水蓄能电站改造提供了技术支持，社会效益、经济效益和节能环保效益显著。

附图说明

图1 是本发明的抽水蓄能发电系统示意图；

其中：1-上库，2-大坝，3-厂房，4- 进水管，5-水泵水轮机，6-发电电动机，7-主轴，8-转轮室，9-尾水管，10-下库，11-可逆式机组辅助器设备，12-可逆式机组调速系统，13-可逆式电气及控制系统，14-上库新坝，15-下库坝。

具体实施方式

以下结合附图和具体情况对本发明的具体实施方式作详细的说明。

结合附图给出，一种抽水蓄能发电系统，包括上库1、大坝2、厂房3、 进水管4、水泵水轮机5、发电电动机6、主轴7、转轮室8、尾水管9、下库10、可逆式机组辅助器设备11、可逆式机组调速系统12、可逆式电气及控制系统13、上库新坝14、下库坝15，该系统是在不改变原水电站布局的情况下，由原水电站改建而成，改建成的抽水蓄能发电系统的工程及设备一部分来源于原水电站的原有工程及设备，另一部分来源于原水电站经改造或改建后的工程及设备；该系统在功能上既可利用上库1的水能发电，又能利用电网的电能将下库10的水抽到上库1中进行储能，实现水电站的单向发电功能转变为抽水蓄能发电的储能和发电双向功能；

所述的上库1与进水管4的水流进口相连通，进水管4的水流出口与水泵水轮机5的水流进口相连通，水泵水轮机转轮5水流出口与尾水管9的水流进口相连通，尾水管9的水流出口与下库10相连通，构成工程和设备的水流通道，水流通过由上库1、进水管4、水泵水轮机5、尾水管9、下库10形成的水流通道中既能正向流动，又能反向流动，构成机械能和水能之间的双向转化结构，水泵水轮机5通过主轴7与发电电动机6相连接，构成可逆式水轮发电机组的抽水蓄能发电系统的机械旋转部分，实现机械能和电能之间的双向转化；可逆式机组辅助器设备11与可逆式水轮发电机组相连接，构成可逆式水轮发电机组双向运行所需要的辅助功能系统；可逆式机组调速系统12与可逆式水轮发电机组相连接，构成可逆式水轮发电机组双向运行所需要的调速和控制系统；可逆式电气及控制系统13的一端与可逆式水轮发电机组相连接，实现可逆式水轮发电机组双向运行所需要的励磁、调节和控制，可逆式电气及控制系统13的另一端与电网相连接，构成抽水蓄能发电系统与电网之间的电能传输通道。

为保证更好的实施效果，所述的水泵水轮机5为混流可逆式水轮机、轴流可逆式水轮机、斜流可逆式水轮机或贯流可逆式水轮机的一种。

所述的大坝2、厂房3、 进水管4、转轮室8、尾水管9，为抽水蓄能发电系统直接利用原水电站的工程和设备，即直接利用原设备。

所述的上库1、水泵水轮机5、发电电动机6、主轴7、下库10、可逆式机组辅助器设备11、可逆式机组调速系统12、可逆式电气及控制系统13，为抽水蓄能发电系统将原水电站的相对应的工程和设备进行改造或改建后得到的工程和设备。

所述的上库1是由原水电站的水库大坝2在上游加建上库新坝14构成；所述的水泵水轮机5由原发电水轮机改建而成，水泵水轮机5的轴面尺寸和原发电水轮机转轮的轴面尺寸相同，水泵水轮机5的其它部件采用原水电站的水轮机部件，水泵水轮机5的布置位置和型式与原水电站的水轮机组相同；所述的发电电动机6由原水电站的水轮发电机改建而成，发电电动机6的轴面尺寸与原水轮发电机的轴面尺寸相同，发电电动机6的布置位置和型式与原水轮发电机组的相同。

所述的主轴7由原水电站的水力发电机组的主轴重新设计制造而成, 主轴7的长度与原水电站的主轴长度相同，主轴7的布置位置和型式与原水轮发电机组的相同。

所述的下库10是由原水电站的尾水渠在下游加建下库坝15围成。

所述的可逆式机组辅助器设备11由原水电站的机组辅助器设备改造而成，可逆式机组辅助器设备11的布置位置和型式与原水电站的相同。

所述的可逆式机组调速系统12由原水电站的水轮发电机调速系统改造而成，可逆式机组调速系统12的布置位置和型式与原水电站的相同。

所述的可逆式电气及控制系统13由原水电站的电气及控制系统改建而成，是抽水蓄能发电系统与电网之间的电能传输通道。

为了降低建设成本高、缩短建设周期，本发明所述的抽水蓄能发电系统是在不改变常规水电站布局的情况下，由常规水电站改建而成，改建成的新型抽水蓄能发电系统的工程及设备一部分来源于原常规水电站的原有工程及设备，另一部分来源于原常规水电站经过改造或改建后的工程及设备。改建成的抽水蓄能发电系统在功能上既可利用上库1的水能发电，也可以利用电网的电能将下库10的水抽到上库1中进行储能，实现了原常规水电站的单向发电功能转变为抽水蓄能发电系统的储能和发电双向功能。

本发明在具体使用时，工作状态和过程有两种：一种是发电工况，另一种是抽水蓄能工况。

（1）发电工况是将水流势能转化为电能的过程。发电工况的具体工作流程：水流从上库1流进进水管4，再从进水管4流入水泵水轮机5，再从水泵水轮机5流入尾水管9，最后经尾水管9流入下库10。这个过程中，水流利用水能带动水泵水轮机5旋转；把水能转化为水泵水轮机5（此时水泵水轮机当作水轮机使用）的旋转机械能，水泵水轮机5带动由主轴7连接的发电电动机6（此时发电电动机当作发电机使用）发电，从而，本抽水蓄能发电系统把水泵水轮机5的旋转机械能转化为电能；电能再通过可逆式电气及控制系统13送到电网，供用户使用。

（2）抽水工况是把电能转化为水流势能储存起来的过程。抽水工况的具体工作流程：发电电动机6（此时发电电动机当作发电机使用）通过可逆式电气及控制系统13利用电网的电能，驱动主轴7连接的水泵水轮机5（此时水泵水轮机当作水泵使用）旋转，从而把电网的电能转化为水泵水轮机5的旋转机械能，同时，水泵水轮机5将下库10中的水流抽入尾水管9，水流再从尾水管9流进水泵水轮机5，然后从水泵水轮机5流入进水管4，最后从进水管4流入上库1，从而实现水泵水轮机5将自身的旋转机械能转化为水能，实现把电能转化为水能储存起来。

需要说明的是，上述所述机组辅助器设备11、可逆式机组调速系统12和可逆式电气及控制系统13均为公知市售产品。

本发明结构简单，设计新颖独特，利用了原水电站的工程和设备资源，节省了大部分的工程和设备投资，可有效解决原水电站的水能资源重新利用的问题，以及原抽水蓄能电站建设周期长、建设成本高的问题，建设成本节约70%左右，建设周期节省60%左右，是抽水蓄能电站建设上的创新，为常规水电站的抽水蓄能电站改造提供了技术支持，社会效益、经济效益和节能环保效益显著。