储能科普系列抽水储能

　　此前的系列科普中，我们已经详细介绍了铅炭电池，及以铅炭电池为基础的用户侧、发电侧储能技术。在以后的几篇科普中，我们将就大家非常关心的一些储能技术进行探讨，包括飞轮储能、抽水蓄能、压缩空气储能等技术。终究我们会发现，最合适新能源发电及目前普遍的用户侧储能需求的，依然是化学储能方式。

　　思考的问题

　　1、抽水蓄能为何是目前装机容量最大，运用最广的储能情势？

　　2、哪些条件限制了抽水蓄能在用户侧及新能源发电的运用？

　　、抽水蓄能的演化能够对我们进一步优化铅炭电池提供怎样的鉴戒？

　　重要结论

　　抽水蓄能经历了100多年的发展，是目前唯一经历过 代以上技术变革，大规模成熟应用的储能方式。虽然其遭到地理环境、土木工程技术、天气等多项条件的制约，但是其高效及成熟的技术，使得其得以大规模推广和应用。目前抽水蓄能设施总装机超过90GW，并且仍然在快速扩张。

　　1、抽水蓄能是最早使用的储能方式

　　抽水蓄能是世界上运用最早的储能方式之一，在用电需求低谷时，通过利用自发点亮未达到满载水平的电力系统的可用点亮，水库可用于储存所产生的人工流入水量。20世纪初时，所有拥有水库的水里发电厂都安装有泵送机械装置，以补充上游水库的自然流入水量，主要目的是实现水利发电系统的季节性能量存储。

　　在后来的热电系统中，开始出现了只利用泵送流入水量的特殊水利发电厂，也就是纯抽水蓄能电站，此种发电站主要用于能量的日贮存或周贮存。

　　截至目前，抽水蓄能是唯一一种广泛应用于电力系统的大容量储能技术，在过去的几十年中，公共电已将抽水蓄能技术作为利用非高峰能量的最经济的储能方式。方法是将水泵送至上游水库，在高峰负荷时，通过可逆式谁捧-水轮机排出所贮存的水，产生高峰负荷所需电力。

　　抽水蓄能通常包括：上游水库、水道、水泵、水轮机、电动机、发电机和下游水库。

　　与任何液压系统一样，抽水蓄能也会出现能量消耗，包括摩擦损耗、湍流、黏性阻力等，水轮机本身的效力也没法达到100%。水进入泄洪水道时也将保留一部分动能，最终将水的势能转换为电力时，发电机内也存在能量损耗。抽水蓄能的周转效力通常为70%-85%。

　　2、抽水蓄能技术的发展

　　在1920年之前，多数抽水蓄能系统为4装置类型，其中的水轮机-发电机和水泵-电动机分别安装在两根不同的轴上。这类两套系统相互独立的设计现在已经很少见了，主要原因是基建本钱较高。

　　1920年以后，抽水蓄能系统一般为 装置设计，水轮机、水泵和发电机-电动机均安装在一根水平或垂直的轴上。经过70年左右不断地摸索，逐渐构成了以下的结论：水平轴机组维修方便，但由于机组必须位于水下很深的位置，会产生高额的发掘费用，或也可以使用增压泵，但是会损失效率；垂直轴机组为如今最常用的 装置室外发电站布局。

　　1980年前后，可逆式2装置机组的运用逐渐广泛，与 装置机组相比，这类机组通过减少水压机、水阀和水道分叉数量，可以节省约 0%的发电站基建成本。但是其缺点同样明显，水泵起动操作更加复杂且发电与泵送功能间的转换时间较长，因为水轮机轴的旋转方向必须反向，在两个方向的旋转速度均相同的情况下，2装置机组的整体效力低于 装置机组。

　　、抽水蓄能的发展现状

　　在100年的抽水蓄能技术开发历史中，单位储能容量已从原来的数10KW增加至400KW以上，工作扬程从低于100m增加至1400m以上，整体效力从40%左右增加至85%以上。此外，相干的土木工程建设也取得了巨大发展。目前建成的最大项目装机容量已超过2000MW。

　　全球在使用的的抽水蓄能设施总计超过90GW，总计为全球贡献了 0%的发电量，在美国，抽水蓄能贡献约2.5%的基荷发电量。目前共有大约150座抽水蓄能发电站在运行中，总装机容量超过25GW。另外还需提到，2010年欧盟国家所消耗的电力中约有5%由抽水蓄能发电站提供。