风电场小型分布式抽水蓄能电站具有经济和生态效益的创新概念
导言
▪在电力构成中,许多地区风电的比例不断增加，导致一系列问题▪风能非常不稳定且难以预测
▪需要大量的备用容量
▪在风能比例大的区域，电网的稳定性处于危险之中。
这种情况在太阳能也在增长的地区可能会更严重。
▪需要储能技术来弥补以上问题
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风电: 从0 到3000 MW 无法控制
风能极度不稳定，很难预测和控制
>> 风电容量越大，电网的问题就越大!
▪陆上风电场过去快速发展
▪海上风电场将提供进一步的强劲增长▪后果: 改变运行方式的抽水蓄能电站July 2011 27’500 MW
▪
对一次和二次控制能源的高要求
▪
备用运行
▪在非常低的负荷运行-非常不经济，降低机组寿命▪负荷频繁变动
▪
频繁改变水泵水轮机运行工况
▪在过去：晚上抽水，白天高峰期发电▪
现在: 随时响应电网的需求
Pump
Motor Turbine
Generator
Flow of Water Flow of Electricity
Upper Reservoir V U
Lower Reservoir V L
水泵工况
水轮机工况
2 小时间隔
时间
抽水蓄能电站
: 运行模式改变CBI易贸 储能2011
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
120,0
2005
2008
2010
2015
2020
2025
2030
I n s t a l l e d P o w e r / G W
Wind onshore Wind offshore Photovoltaic Run-of-river Hydro Biomass Geothermics
可再生能源和分散电力生产强劲增长，大部分不可调节
>> 对备用容量和电网调节的强劲需求
UCTE 预测2020:
风电: + 128 %水电: + 14 %其他可再生能源.: + 175 %
Source: German Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety
▪因环保问题要求所有清洁、可再生能源必须全部由电网收购！
▪如果风电和太阳能发电的比例大：对常规电能的需求可能变为负的! -> 见丹麦的预测
风电在丹麦
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多余的电量需存储起来弥补风电和太阳能电的低谷。
▪传统的储能技术是水泵蓄能(HPS), 然而:
▪大型抽蓄电站通常在山区，通常离风电场远
▪大型抽蓄与风电场的长距离意味着增加已经过负荷电网的负担和输电损失
▪
为了补偿非常不稳定的风能，水泵的入力应当连续变化。
目前这只可能在非常昂贵的变转速机组(双馈异步电动-发电机）上实现。
现在只有欧洲和日本有少量的业绩。
未来需要更多的蓄能容量
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▪优点
▪不同水头和部分负荷下效率更高▪水泵功率可调
▪快速动态反应
▪缺点
▪投资更大，需要更大的空间▪变换器损耗
▪只有在大电站大机组时才有经济性
变转速抽水蓄能电站
大机组: 双馈异步电动-发电机
安德里茨水电业绩: PSP Goldisthal,1500 MVA, 700 MVA Varspeed
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为了寻找解决上述问题的解决方案，安德里茨水电开发了一个创新概念：
小型，分布式抽水蓄能电站，采用标准变转速水泵水轮机，同步电动发电机配全容量变频器。
这个新概念的的要点是：
▪抽蓄电站可在当地建设，靠近风电场▪典型水头范围：
50 -200m
▪典型单机容量: 10 to 25 MW ( 如50 MW 风电场需要2 至5 台机)
▪由于采用全容量变频器, 水泵的入力可以在大范围连续调节，允许更大的水头变幅，水泵工况和水轮工况的效率特性在宽广的运行范围内非常平滑。
▪由于采用变转速，机组的标准化只需少量机型（相比定做的小型蓄能机组具有成本优势）。
安德里茨水电的新概念
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变速机组的优点: 能够满足入力变化的要求CBI易贸 储能2011
定速机组: 入力变化只能通过开停整台机组
定转速
▪Flow
▪Flow ▪H min
▪H max
▪H max ▪H min
▪Cavitation limit
▪Cavitation limit ▪Stability limit
▪
▪Pump head, n sync
▪效率
▪Efficiency
▪水泵特性
▪Turbine Characteristics
▪S t a b i l i t y m a r g i n
▪H e a d ▪水头
效率
水泵工况: 不可调节的单一特性. 水轮机工况: 运行在偏离最优效率区
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▪水头
效率
变转速
▪H e a d ▪流量▪Flow
▪H max
▪H min
▪H max ▪H min
▪n sync + Δn ▪n sync -Δn
▪Power input, n sync
▪效率
▪Efficiency
▪水泵特性
▪Turbine Characteristics
▪n sync -Δn
▪Cavitation limit ▪Stability limit
▪Cavitation limit
▪功率
水泵工况: 在入力范围内可以调节. 水轮机工况: 更靠近最有效率区
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变转速水泵运行
水泵扬程[m]
水泵入力[M W ]
双馈异步机组的转速变化幅度：
约：+/-5%
>> 对水头变幅大的电站变幅不够全容量变频器同步机组:到达+/-30%
>> 适应于非常大的水头变幅
在低水头电站，水头变幅通常比较大
对低水头低入力机组: 采用全容量的变频器是个理想的选择
安德里茨水电的方案：水泵工况运行大水头变幅和大入力变化CBI易贸 储能2011
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水轮机工况的额外好处: 变速机组效率更平滑
水轮机在定水头下定转速和变转速运行
如: H=80m 时, A,B,C 机型可以涵盖入力范围6.0 到30.0 MW (=100%)或P=15 MW (=50%)时,A,B,C 机型涵盖水头范围45 到145 m
标准化: 由于采用变转速，3个不同的设计就可以涵盖很大的运用范围
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安德里茨水电的业绩涵盖了大范围die机组，包括低水头小容量机组
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安德里茨水电的收益
▪在区域电网风电比例已经饱和的地方，可以利用更多的风电。
▪风电场与小型分布式的蓄能机组相结合，代表了一个新的、恒定和可预测的电力生产模式。
这种新概念对“智能电网”是完美的方案。
▪新方案允许增加可再生能源的生产而不增加输电网的容量（传统在高山的抽蓄电站到一班在平地和山坡地带的风电场和太阳能电站之间的输电线路）。
▪利用现有的水库、现有的常规水电站、废弃的煤矿（特别是露天煤矿）和海水，可以大大减少土建费用，缩短工期。
▪T安德里茨水电的概念提供了一个可靠、创新和比其他技术（电池等）更经济的储能方法。
▪欧洲大型的发供电公司对这种新概念表示了浓厚的兴趣。
CBI易贸 储能2011谢谢关注!。