CN204626355U - 排水蓄能电站 - Google Patents

Abstract

一种排水蓄能电站，其在水湾设有拦水坝，该拦水坝将水域分隔开而与水湾边缘围合成水坝水库，在拦水坝的底部设有水轮发电机组及可将水坝水库中的水排至拦水坝外水域以使水坝水库的水位低于拦水坝外水域水位的排水泵，该排水泵在电网用电低谷时依靠待蓄能发电站提供的电力工作，其将待蓄能发电站过剩的电能以水坝水库与拦水坝外水域的水位差形式转化成势能进行储存，使得在用电高峰时，两者之间的水位差可驱动水轮发电机组发电以回馈至电网中。本实用新型利用自然水域作为拦水坝外部水域，因此无需占用耕地，不会破坏生态系统，且由于水坝水库与拦水坝外水域之间仅间隔一座拦水坝，其排水管道距离较短，因而可减少施工难度，易于实施。

Description

排水蓄能电站

【技术领域】

本实用新型涉及水力发电系统，特别涉及一种依靠排水蓄能而对常规水力发电站、风力发电站、火力发电站过剩的电能进行蓄能，以调节电网用电平衡的排水蓄能电站。

【背景技术】

电力的生产、输送和使用是同时发生的，一般情况下无法储存。而实际中，电力负荷的需求却瞬息万变，一天之间，白天和前半夜的电力需求较高，而下半夜电力需求大大降低，有时在低谷时的电力需求只及高峰时的电力需求的一半或更少。基于此，发电机组在负荷高峰时段要满发，而在低谷时段要压低出力，甚至暂时关闭，因此，发电站需采取一系列的措施来使相关发电设备按电力实际需求协调使用，以调节低谷时段与高峰时段的用电平衡。

抽水蓄能电站(又称蓄能式水电站)是一种为了解决电网高峰、低谷时段供需矛盾，可以间接储存电能的电站。抽水蓄能电站利用下半夜过剩的电力驱动水泵，将水从下水库抽到上水库储存起来，然后在次日白天和前半夜将水放出发电，并流入下水库。在整个运作过程中，虽然有部分能量会在转化时流失，但相比之下，使用抽水蓄能电站仍然比增建煤电发电设备来满足高峰用电而在低谷时压荷、停机这种情况来得经济，更有效益。除此以外，抽水蓄能电站还能担负调频、调相和事故备用等动态功能。因而抽水蓄能电站既是电源点，又是电力用户，并成为电网运行管理的重要工具，是确保电网安全、经济、稳定生产的支柱。如附图1所示，抽水蓄能电站主要由上水库、引水系统、水电厂和下水库组成。在水电厂的上游和下游建有蓄水库，在电力系统高峰负荷时期，利用上水库的水通过引水系统闸门、管道和调压井等设施，将上水库中水的位能转变成动能推动水轮机旋转，带动与水轮机同轴的发电机发电；在低谷负荷时期，将下水库的水再通过引水系统闸门、管道和调压井等设施抽回上水库蓄积起来，此时发电机转变为电动机，水轮机转变成水泵。对于抽水蓄能电站，由于其需建设上、下两个水库，因此其会对生态环境会造成一定的影响，有些甚至会对生态环境造成严重影响和破坏：影响地质环境、屁话植被和河流的生态系统、淹没大量耕地，造成耕地资源的浪费，并会涉及移民问题。

随着世界能源日益紧缺和全球变暖趋势增强，作为节能减排的重要手段之一，世界风力发电发展迅速，技术不断进步。与其他可再生能源相比，风力发电相对便宜，是我国重要的能源资源。但是风力发电受地域环境影响比较大，自然风存在随机性和不稳定等特点，大比重风电直接输入电网可能对电网安全稳定、经济运行带来潜在风险，难以满足电网对于电能质量的要求。为了保证电网按照要求安全、稳定和优质的运行，在将波动的风能引入到电网时必须采取适当的控制方法。在许多情况下，为了保证每年风力发电量电网中比较高的份额都需要采用蓄能系统。风电蓄能技术通过风电的转换储存，不仅可以向电网提供高品质的电能，而且也可以增加风电的运行效益，从而提高风电在能源市场的竞争力。目前，储存风能的模型有很多种，其中抽水蓄能是当前最经济、最成熟的大规模储能装置。它可以直接平衡风力发电厂输出电力的波动。但是对于风能发电的抽水蓄能电站，其同样需要淹没大量耕地，且很难在沿海寻找合适场址。

总而言之，对于各种发电方式，为使相关发电设备按电力实际需求协调使用，其需设置储能电站，而现有的抽水储能电站则存在一定缺陷，容易对周边生态环境造成负面影响。

【实用新型内容】

本实用新型旨在解决上述问题，而提供一种架构简单、实施方便、可大大减少对生态环境造成不良影响的排水蓄能电站。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种排水蓄能电站，该电站在水湾设有拦水坝，所述拦水坝将所述水湾与拦水坝外水域分隔开而与水湾边缘围合出一水坝水库，所述拦水坝设有用于利用水能发电的水轮发电机组和用于将所述水坝水库中的水排至拦水坝外水域以使所述水坝水库的水位低于拦水坝外水域的水位的排水泵，所述排水泵用于在电网用电低谷时将待蓄能发电站过剩的电能以水坝水库与拦水坝外水域的水位差形式转化成势能进行储存，使得在所述电网用电高峰时，所述水坝水库与拦水坝外水域之间的水位差可驱动所述水轮发电机组发电并回馈至所述电网。

该方案中，所述水轮发电机组设于所述拦水坝的底部，所述排水泵设于所述水坝水库与所述拦水坝外水域之间。

该方案中，所述排水泵设于所述拦水坝的顶部。

该方案中，所述排水泵设于所述拦水坝的底部，所述排水泵与所述水轮发电机组间隔设置。

该方案中，所述排水泵通过待蓄能发电站的电力进行驱动或通过待蓄能的风力发电站的变速齿轮箱进行驱动。

该方案中，所述待蓄能发电站包括水力发电站、风力发电站、火力发电站、太阳能发电站、核电发电站。

该方案中，所述拦水坝的高度大于10米，所述水轮发电机组包括水轮机和发电机组，所述水轮机的转轴与所述发电机组的转子连接。

此外，本实用新型还提供一种新方案，该方案在水湾设有拦水坝，所述拦水坝将所述水湾与拦水坝外水域分隔开而与水湾边缘围合出一水坝水库，所述拦水坝设有用于将所述水坝水库中的水排至拦水坝外水域以使所述水坝水库的水位低于拦水坝外水域水位并可利用水能发电的可逆式水泵水轮机，该可逆式水泵水轮机在电网用电低谷将待蓄能发电站过剩的电能以水坝水库与拦水坝外水域的水位差形式转化成势能进行储存，使得在所述电网用电高峰时，所述水坝水库与拦水坝外水域之间的水位差可驱动所述可逆式水泵水轮机发电并回馈至所述电网。

该方案中，所述可逆式水泵水轮机设于所述拦水坝的底部，其通过待蓄能发电站的电力进行驱动或通过待蓄能的风力发电站的变速齿轮箱进行驱动。

该方案中，所述待蓄能发电站包括水力发电站、风力发电站、火力发电站、太阳能发电站、核电发电站。

本实用新型的有益贡献在于，其有效解决了上述问题。本实用新型通过在水湾附近建设拦水坝，利用拦水坝在水湾构造出水坝水库，通过水坝水库与拦水坝外水域的水位差形成工作水头，从而驱动设置在拦水坝底部的水轮发电机组发电。相比于现有技术，本实用新型的排水蓄能电站具有以下优点：

1、本实用新型利用自然海洋作为拦水坝外水域，其功能相当于现有的抽水蓄能电站中的上水库，但本实用新型的拦水坝外水域自然天成，无需占用耕地，不会破坏生态系统。

2、本实用新型的水坝水库建造于海湾附近，其不会像现有的抽水蓄能电站一样占用耕地，也不需安排周边居民移民等，其实施更方便，而且还可以围海造田，增加耕地，造福周边居民。

3、现有的抽水蓄能电站的上水库和下水库距离较远，引水系统较长，建筑费用高，且引水管道沿程阻力损失较大。而本实用新型的排水蓄能电站的水坝水库与外部水域仅隔一座拦水坝，其排水管道距离短，管道建筑费用少，可大大降低经济成本，同时因沿程阻力损失增加的泵功也非常小，更易实施。

4、现有的抽水蓄能电站的上水库容量有限，其水位变化时对电站的发电量有很大影响，而本实用新型的排水蓄能电站由于依靠拦水坝外水域，而拦水坝外水域水量无穷，因此其不会制约电站的发电能力，从而使得本实用新型的排水蓄能电站发电量更大且更稳定。

5、本实用新型的排水蓄能电站可方便与现有的待蓄能电站，如海上风电站匹配，方便蓄能，而不需像现有技术一样需在沿海等地建造上水库，从而使得本实用新型可不受地形、环保因素的影响，方便选址和施工。

【附图说明】

图1是背景技术中抽水蓄能电站的结构示意图；

图2是实施例1的平面结构示意图；

图3是实施例1的剖面结构示意图；

图4是实施例2的剖面结构示意图。

【具体实施方式】

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，以下结合附图及实施例，对本实用新型的技术方案进行进一步详细说明，显而易见地，下面描述仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

实施例1

如图2、图3所示，为实现电力的储存，使各发电机组可按电力实际需求协调使用，并降低对周围生态环境的负面影响，本实用新型提出了一种新型的排水蓄能电站。本实用新型的排水蓄能电站通过在水湾附近建设拦水坝1，利用拦水坝1构造出水坝水库2，通过利用闲时的电力进行排水而使水坝水库2的水位低于拦水坝外水域5的水位，从而可在用电高峰期利用水坝水库2与拦水坝外水域5水位差形成工作水头以驱动水轮发电机组3发电，进行达到蓄能目的，并同时减少电站对周围生态环境的影响，使之更易于实施。本实用新型的排水蓄能电站可适用于对电能、风能或太阳能等多种自然能进行间接蓄能，其具有结构简单、易于实施、对生态友好等特点。本发明的排水蓄能电站不仅可建于海湾处，还可依独立岛屿的海岸建设，同时还可在内陆深水湖泊、水库沿岸等场址建设，以方便内陆电能的蓄能。本实施例以选址海湾为例进行说明，其他实施例中，可选址其他场址，并根据所需场址的不同而在本实施例的基础上做适应性修改。

如图2、图3所示，本实用新型的排水蓄能电站包括拦水坝1、水坝水库2、水轮发电机组3、排水泵4等。

所述拦水坝1建设于海湾，该拦水坝1和海湾的边缘共同围合成可以蓄水的水坝水库2，围合而成的水坝水库2通过所述拦水坝1与拦水坝外水域5隔开。所述拦水坝1的施工技术为成熟公知技术，其已为潮汐电站所采用，因此，所述拦水坝1的施工实现，不在本实施例中具体阐述，本领域技术人员可根据施工时所选择的海湾地形进行相应的设置，以使之满足本实用新型的功能需求和安全需求。本实施例中，所述拦水坝1的高度大于10米。

所述水坝水库2可用于蓄水，其主要功能在于与拦水坝外水域5形成水位差，从而形成工作水头以推动水轮机组发电。所述水坝水库2的容积水量受所选场址海湾水深、拦水坝1长度、所围海湾面积等影响，因此在具体实施时，可通过开挖库床加大库深来提高水坝水库2的容量，以扩大本实用新型的排水蓄能电站的蓄能能力。

为充分利用闲时的电力使所述水坝水库2与拦水坝外水域5形成水位差，在所述水坝水库2与拦水坝外水域5之间设有排水泵4，通过该排水泵4可将水坝水库2中的水排放至拦水坝外水域5中。本实施例中，所述排水泵4设于所述拦水坝1的顶部，其他实施例中，所述排水泵4可设于所述拦水坝1的底部。当所述排水泵4设于所述拦水坝1的底部时，所述排水泵4与所述水轮发电机组3间隔设置，其具体施工实现，可参考现有技术。所述排水泵4可选用公知的排水泵4。所述排水泵4可由待蓄能发电站的电力进行驱动，也可直接由待蓄能的风力发电站的变速齿轮箱进行驱动，从而使得在电网用电低谷时，待蓄能发电站过剩的电能可被用于驱动排水泵4排水，使水坝水库2中的水排入拦水坝外水域5中以降低水坝水库2的水位，进而将待蓄能发电站过剩的电能以水位势能进行储存。所述待蓄能发电站包括水力发电站、风力发电站、火力发电站、太阳能发电站、核电发电站等。所述排水泵4既可由单一的待蓄能发电站的电力驱动，也可由多种不同的待蓄能发电站的电力组合驱动。

所述水轮发电机组3设于所述拦水坝1的底部，其用于将水能转换成电能。所述水轮发电机组3由水轮机和发电机组组合而成，所述水轮机的转轴与所述发电机组的转子连接。所述水轮机作为原动机，其利用水坝水库2与拦水坝外水域5的水位差驱动所述发电机组发电，以实现将水能转换成电能的目的。所述水轮机及发电机组均可选用公知的设备，如所述水轮机可选用立式混流式或轴流式水轮机，所述发电机组可选用同步发电机组。由于电站的条件和工况各异，水轮发电机组3的容量和转速变化范围很大，本实施例中，所述水轮发电机组3宜选用立式水轮发电机组3，其应满足大流量、低压头工作场所使用需求。

藉此，便形成了本实用新型的排水蓄能电站。由于本实用新型使用大海当做拦水坝外水域5，其面积宽广，拦水坝外水域5的水位基本可视作不变，因此通过对水坝水库2排水便可与拦水坝外水域5形成水位差。当本实用新型的排水蓄能电站投入使用时，在电网用电低谷时，如下半夜时，所述排水泵4利用待蓄能电站过剩的电力进行工作，将所述水坝水库2中的水排至拦水坝1外的水域5中，以控制水坝水库2中的水位低于拦水坝外水域5的水位。而当进入电网用电高峰时期时，如白天和上半夜时，通过开闸放水便可将水坝水库2与水域5的水位差形成工作水头而驱动水轮发电机组3进行发电。由于在电网用电低谷时，现有发电站，即待蓄能发电站中过剩的电能被利用起来用于对水坝水库2进行排水，以存储势能，从而可在用电高峰时段提供电力供应，在所需时将电力回馈至电网中，进而调节用电平衡。由于本实用新型的排水蓄能电站形成水位差的一方来自于天然的大海，其容量无穷，且其相对于水位变化明显的水坝水库2其水位基本可视作不变，因而只需控制水坝水库2相对于拦水坝外水域5的水位差即可，从而使得方案更易于实施，更利于节约经济成本。由于水坝水库2与拦水坝外水域5仅相隔一座拦水坝1，其排水管道距离较短，因沿程阻力损失增加的泵功也非常小，从而可减少设置难度。此外，本实用新型的排水蓄能电站不仅不需占用大量耕地来建设上水库，破坏周围生态系统，而且还可达到围海造田，增加耕地的目的，造福于民。

实施例2

本实施例的基本结构同实施例1，所不同的是，如图4所示，实施例1中的排水泵4与水轮发电机组3可使用可逆式水泵水轮机6进行替换，从而可进一步减轻设备体积，节约造价，简化施工难度。本实施例中，所述可逆式水泵水轮机6的作用同实施例1中的排水泵4与水轮发电机组3的作用，其同样通过待蓄能发电站的电力进行驱动或通过待蓄能的风力发电站的变速齿轮箱进行驱动。

尽管通过以上实施例对本实用新型进行了揭示，但是本实用新型的范围并不局限于此，在不偏离本实用新型构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。

Claims (10)

1.一种排水蓄能电站，其特征在于，其在水湾设有拦水坝(1)，所述拦水坝(1)将所述水湾与拦水坝外水域(5)分隔开而与水湾边缘围合出一水坝水库(2)，所述拦水坝(1)设有用于利用水能发电的水轮发电机组(3)和用于将所述水坝水库(2)中的水排至拦水坝外水域(5)以使所述水坝水库(2)的水位低于拦水坝外水域(5)的水位的排水泵(4)，所述排水泵(4)用于在电网用电低谷时将待蓄能发电站过剩的电能以水坝水库(2)与拦水坝外水域(5)的水位差形式转化成势能进行储存，使得在所述电网用电高峰时，所述水坝水库(2)与拦水坝外水域(5)之间的水位差可驱动所述水轮发电机组(3)发电并回馈至所述电网。

2.如权利要求1所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述水轮发电机组(3)设于所述拦水坝(1)的底部，所述排水泵(4)设于所述水坝水库(2)与所述拦水坝外水域(5)之间。

3.如权利要求2所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述排水泵(4)设于所述拦水坝(1)的顶部。

4.如权利要求2所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述排水泵(4)设于所述拦水坝(1)的底部，所述排水泵(4)与所述水轮发电机组(3)间隔设置。

5.如权利要求3或4所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述排水泵(4)通过待蓄能发电站的电力进行驱动或通过待蓄能的风力发电站的变速齿轮箱进行驱动。

6.如权利要求5所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述待蓄能发电站包括水力发电站、风力发电站、火力发电站、太阳能发电站、核电发电站。

7.如权利要求6所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述拦水坝(1)的高度大于10米，所述水轮发电机组(3)包括水轮机和发电机组，所述水轮机的转轴与所述发电机组的转子连接。

8.一种排水蓄能电站，其特征在于，其在水湾设有拦水坝(1)，所述拦水坝(1)将所述水湾与拦水坝外水域(5)分隔开而与水湾边缘围合出一水坝水库(2)，所述拦水坝(1)设有用于将所述水坝水库(2)中的水排至拦水坝外水域(5)以使所述水坝水库(2)的水位低于拦水坝外水域(5)水位并可利用水能发电的可逆式水泵水轮机，该可逆式水泵水轮机(6)在电网用电低谷将待蓄能发电站过剩的电能以水坝水库(2)与拦水坝外水域(5)的水位差形式转化成势能进行储存，使得在所述电网用电高峰时所述水坝水库(2)与拦水坝外水域(5)之间的水位差可驱动所述可逆式水泵水轮机(6)发电并回馈至所述电网。

9.如权利要求8所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述可逆式水泵水轮机(6)设于所述拦水坝(1)的底部，其通过待蓄能发电站的电力进行驱动或通过待蓄能的风力发电站的变速齿轮箱进行驱动。

10.如权利要求9所述的排水蓄能电站，其特征在于，所述待蓄能发电站包括水力发电站、风力发电站、火力发电站、太阳能发电站、核电发电站。