曲盈盈

摘 要：風(fēng)力與抽水蓄能混合式發(fā)電是將風(fēng)力作為主要發(fā)電能量來源，抽水蓄能作為主要儲能手段。在風(fēng)力最強的時候，用多余的電能將水泵至建在高處的蓄水池中儲存起來。而當(dāng)電力供應(yīng)不足時，利用高處的水推動渦輪機發(fā)電。這樣理論上就能夠基本解決風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定，能源儲存的問題，實現(xiàn)能量的最大化利用。本文將對這種設(shè)想針對不同地理環(huán)境做適當(dāng)介紹和分析。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力與抽水蓄能混合式發(fā)電；設(shè)想

一、背景

隨著世界能源減少，新能源發(fā)電技術(shù)不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電越來越受到人們的重視，建設(shè)規(guī)模也不斷擴大。然而，風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定的弊端卻遲遲沒有得到很好的解決。

就拿丹麥來說。這個北歐小國建設(shè)有許多世界級規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠。但有趣的是，丹麥人對電力需求最低的時候，往往是一年之中風(fēng)力最強的時候，因此丹麥只能將多余的電低價賣給鄰國。而當(dāng)需求上升，電力供不應(yīng)求的時候，丹麥還得從鄰國高價買電。結(jié)果就因為這一買一賣，丹麥成為了世界上電價最高的地區(qū)之一。

電力供應(yīng)與需求不匹配這一問題，已經(jīng)擴散到包括中國在內(nèi)的世界上大多數(shù)的國家。許多國家政府需要給可再生能源一定補貼，才能讓民眾愿意購買由太陽能或風(fēng)能發(fā)出的電。理論上來講，很多國家都蘊含了豐富的風(fēng)能和太陽能資源，不僅能滿足本國的電力需求，還能滿足周邊國家的電力需求。但實際上，這兩種能量來源都不夠穩(wěn)定，最多只能滿足小部分地區(qū)的電力需求。而其他地區(qū)就只會供不應(yīng)求。

因此，一種能將可再生能源產(chǎn)生的多余電能儲存起來，并且在無法發(fā)電的時候能取出來使用的方法便成了大家尋求的焦點。

抽水蓄能的原理正好能滿足要求。

二、原理

風(fēng)力與抽水蓄能混合式發(fā)電的原理就是在風(fēng)力發(fā)電過剩時，利用多余的電能將水抽到高處的蓄水池中儲存起來。當(dāng)電力供不應(yīng)求時，將水流回低處的蓄水池或者海里，就能夠推動渦輪發(fā)電機發(fā)電。

三、設(shè)計方案

理論上講，只要能提供一些水和足夠的落差，就可以建造蓄水儲能電站。如果電站位置風(fēng)能資源比較好，適合發(fā)展風(fēng)力發(fā)電，那么就可以建設(shè)這套風(fēng)力與抽水蓄能混合式發(fā)電系統(tǒng)。

限制蓄水儲能電站的最主要因素就是電勢，而建設(shè)風(fēng)力發(fā)電廠的主要考慮因素是當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能資源情況。由此，下面將分別針對沿海地區(qū)和山區(qū)提出兩種建設(shè)方案。

1. 沿海地區(qū)

由于沿海地區(qū)的地勢比較低，很難滿足有足夠的落差，在高處建設(shè)水庫的要求，故設(shè)想在淺海地區(qū)建造環(huán)形的圍墻，向下挖一定深度，構(gòu)成一個人工蓄能水庫。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電供電充足時，利用多余的電能將水庫里的水抽出，釋放到海洋中。當(dāng)電力供不應(yīng)求需要能量時，打開水庫底部閥門，海水通過管道流回水庫，推動里面的水輪機發(fā)電。在這個方案中，實際上是將海洋作為了一個大的蓄水池，改變了傳統(tǒng)的將水抽至高處的儲能的想法，結(jié)合海上風(fēng)力發(fā)電，可應(yīng)用于沿海地區(qū)的海邊發(fā)電以及島嶼上的海上風(fēng)力發(fā)電。

2. 山區(qū)

山區(qū)風(fēng)力抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)的建設(shè)與沿海地區(qū)建設(shè)最大的不同便是沒法利用海洋作為蓄水池，但可以充分利用山體的海拔落差來實現(xiàn)抽水蓄能。具體來說，選擇山頂有天然湖泊的地區(qū)或者在山頂建造一個人工蓄水湖，用于儲存山頂風(fēng)電站發(fā)出的多余電能。在山腳選擇天然的湖泊或者建造水庫，通過雙向渦輪機，水輪發(fā)電機，水管將上下游水庫聯(lián)系起來構(gòu)成抽水蓄能系統(tǒng)。當(dāng)電能充足時，利用風(fēng)機發(fā)出的電能，通過抽水泵將下游水庫中的水升至上游水庫中儲存起來。

當(dāng)電能供不應(yīng)求時，打開上游水庫閥門，水沿水管向下推動水輪機發(fā)電，最后注入下游水庫中。這樣便充分發(fā)揮了抽水蓄能的調(diào)節(jié)電能作用，實現(xiàn)了能量的最大利用

圖1 沿海風(fēng)力抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)

圖2 山區(qū)風(fēng)力抽水蓄能發(fā)電系統(tǒng)

四、可行性分析

風(fēng)力抽水蓄能混合式發(fā)電系統(tǒng)的主要限制因素就是地點的選擇，對地形的要求比較高。若完全人工建設(shè)各個水庫，那么相應(yīng)的成本將會大大提高。因此，如何能夠利用現(xiàn)有高海拔的湖泊以及淺海地區(qū)的風(fēng)力資源成為關(guān)鍵。

原理上來說，如果這套混合式發(fā)電系統(tǒng)能夠被很好的應(yīng)用推廣，那么它帶來的能量循環(huán)效率是非常可觀的。而且，目前抽水蓄能以及風(fēng)力發(fā)電的技術(shù)正在不斷的完善，相對于許多新能源發(fā)電技術(shù)來說，更加成熟，可靠，這也為本套系統(tǒng)的推廣應(yīng)用打下了堅實基礎(chǔ)，該系統(tǒng)只是我的一個設(shè)想，考慮不是很全面，還需要做許多實驗研究查閱相關(guān)資料等。（作者單位：西南交通大學(xué)希望學(xué)院）