劉 哲

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

海水抽水蓄能技術(shù)在海島供電中的應(yīng)用探討

劉 哲

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司電力科學(xué)研究院，上海 200437)

電力供應(yīng)的滯后制約了海島及其周邊海域的開(kāi)發(fā)。海水抽水蓄能技術(shù)以海洋作為低位水庫(kù)，降低工程建設(shè)成本，可解決傳統(tǒng)抽水蓄能技術(shù)對(duì)淡水資源過(guò)度依賴和環(huán)境破壞等問(wèn)題。研究表明，海水抽水蓄能與風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)具有可行性，能夠?qū)崿F(xiàn)海島可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用。介紹了海島供電系統(tǒng)的現(xiàn)狀，闡述了海水抽水蓄能技術(shù)的工作原理和應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了技術(shù)應(yīng)用中存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，并對(duì)海水抽水蓄能技術(shù)在海島供電系統(tǒng)中的應(yīng)用前景作了展望。

海島；可再生能源；電力儲(chǔ)能；海水抽水蓄能

我國(guó)海岸線綿長(zhǎng)，海域廣闊，在300多萬(wàn)平方公里的海疆上分布著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的島礁。第一次《全國(guó)海島綜合調(diào)查報(bào)告》[1]顯示，除香港、澳門(mén)、臺(tái)灣及海南島外，我國(guó)面積在500 m2以上的海島共有6 961個(gè)，有人居住的海島有400多個(gè)。海島及其周邊海域，往往有著豐富的漁業(yè)、港灣、礦產(chǎn)等資源，同時(shí)海島是劃分海洋國(guó)土的重要依據(jù)，對(duì)海島的有效開(kāi)發(fā)及利用有助于發(fā)展國(guó)家經(jīng)濟(jì)、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益和保障國(guó)家安全。

受地理環(huán)境影響，海島開(kāi)發(fā)往往受到多種因素制約，例如電力、淡水資源和交通等。對(duì)于近岸海島的電力需求，可以通過(guò)架空線路或海底電纜輸送電力。但這種供電方式存在輸送距離遠(yuǎn)、用戶分散、線路損耗大的特點(diǎn)，以及建設(shè)投資大、故障查修難、運(yùn)維成本高等缺陷。而對(duì)于偏遠(yuǎn)位置的海島，柴油發(fā)電機(jī)往往是島內(nèi)電力系統(tǒng)的主要電源[2]。但柴油發(fā)電機(jī)能源轉(zhuǎn)換效率低、污染大，會(huì)對(duì)海島的生態(tài)環(huán)境造成威脅，不利于海島的開(kāi)發(fā)和利用。另外柴油的供應(yīng)也會(huì)帶來(lái)額外的輸送和儲(chǔ)運(yùn)壓力，使發(fā)電成本上升。

由于特殊的地理位置，海島地區(qū)的電力供應(yīng)較為滯后，但往往具有豐富的太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生清潔能源，對(duì)清潔能源的有效開(kāi)發(fā)及利用可以緩解、甚至滿足海島自身的電力需求，大大增強(qiáng)海島的可持續(xù)發(fā)展能力。然而，盡管可再生能源發(fā)電優(yōu)勢(shì)明顯，但其本身所具有的隨機(jī)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)導(dǎo)致可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)會(huì)給島內(nèi)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，如線路阻塞、潮流改變、電壓閃變、諧波污染等，因此電力儲(chǔ)能技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵。目前，抽水蓄能是世界上普遍應(yīng)用的電力儲(chǔ)能方式，具有技術(shù)完善、啟停迅速和運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)抽水蓄能電站對(duì)淡水資源過(guò)度依賴，地理?xiàng)l件要求較高，而且還有初期投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、破壞周邊生態(tài)環(huán)境等問(wèn)題。海水抽水蓄能不僅具備傳統(tǒng)抽水蓄能啟停迅速、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，并且以海水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，有效利用了海水資源，解決了傳統(tǒng)抽水蓄能電站對(duì)淡水資源過(guò)度依賴和環(huán)境破壞的問(wèn)題；以海洋作為低位水庫(kù)，大大降低了工程建設(shè)費(fèi)用；充分利用海島的地理位置，構(gòu)建聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，有利于可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)及利用[3-4]。

1 我國(guó)海島供電概況及分析

1.1 供電現(xiàn)狀

目前我國(guó)海島的電力供應(yīng)系統(tǒng)并不完善，除少數(shù)近岸海島能夠通過(guò)架空線或海底電纜供電外，大部分海島并無(wú)電能可用。對(duì)于位置偏遠(yuǎn)的海島而言，柴油發(fā)電機(jī)就成為了供電電源的唯一選擇，但這種供電方式存在著嚴(yán)重問(wèn)題，具體如下。

(1) 供電可靠性低。海島供電系統(tǒng)對(duì)柴油發(fā)電機(jī)依賴嚴(yán)重，無(wú)其它保障方式，系統(tǒng)的供電可靠性完全取決于柴油是否能及時(shí)供應(yīng)。

(2) 能源利用率低。目前柴油發(fā)電機(jī)的能源轉(zhuǎn)換效率較低，相當(dāng)部分的能量以廢氣等形式排放到了環(huán)境中，不僅污染周邊環(huán)境，而且浪費(fèi)能源[5]。

(3) 發(fā)電成本過(guò)高。海島的柴油消耗主要依靠陸地運(yùn)輸而來(lái)，大量的運(yùn)輸費(fèi)用再加上燃油本就不菲的價(jià)格，使得供電成本更加高昂，不利于對(duì)海島的有效開(kāi)發(fā)。

事實(shí)上，考慮到海島的實(shí)際生活環(huán)境和用電需求，供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備以下特點(diǎn)。

(1) 孤島運(yùn)行，對(duì)負(fù)荷實(shí)時(shí)響應(yīng)。大部分海島距離陸地較遠(yuǎn)，與陸地供電系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的可能性不高，往往處于“單機(jī)”運(yùn)行狀態(tài)。海島負(fù)荷具有階段性特點(diǎn)，波動(dòng)性較大，若系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷無(wú)法實(shí)時(shí)響應(yīng)，會(huì)使整個(gè)海島的供電系統(tǒng)瀕臨崩潰。因此海島的供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)適宜于孤島運(yùn)行狀態(tài)，并具備良好的負(fù)荷響應(yīng)能力。

(2) 多種能源并供，提高供電可靠性。海島供電系統(tǒng)往往處于孤島運(yùn)行狀態(tài)，利用單一能源供電，不利于系統(tǒng)的供電安全。應(yīng)當(dāng)開(kāi)發(fā)多種能源的使用，保障供電可靠性。

(3) 設(shè)備成熟，運(yùn)維方便。多數(shù)海島居民稀少，特別是前沿邊防小島，更加缺乏專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行供電系統(tǒng)的日常維護(hù)。因此，海島供電系統(tǒng)必須安全可靠、自動(dòng)化程度高，甚至具備無(wú)人值守供能。

(4) 發(fā)電成本適宜，環(huán)境友好。過(guò)度依賴外來(lái)化石能源運(yùn)輸，不僅會(huì)對(duì)海島脆弱的生態(tài)環(huán)境造成破壞，還會(huì)使發(fā)電成本高昂，不利于海島的開(kāi)發(fā)和利用。

綜上可知，海島供電系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)更多的從自身?xiàng)l件出發(fā)，就地開(kāi)發(fā)綠色、清潔的可再生能源是一個(gè)更為合理的解決方法。

1.2 適宜海島利用的可再生能源

從海島的自然條件來(lái)看，目前適合在海島開(kāi)發(fā)利用的可再生能源主要有風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等。

(1) 風(fēng)能。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)成熟、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、建設(shè)周期短、裝機(jī)規(guī)模靈活、后期運(yùn)維成本低，開(kāi)發(fā)風(fēng)能可在一定程度上緩解海島用電需求。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)根據(jù)裝機(jī)規(guī)模，可分為大型風(fēng)電技術(shù)和中小型風(fēng)電技術(shù)。二者在技術(shù)原理上并無(wú)不同，但卻具有不同的技術(shù)特點(diǎn)和適用領(lǐng)域。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，中小型風(fēng)電技術(shù)更適用于風(fēng)、光聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)，因此也更適用于海島的能源開(kāi)發(fā)。

(2) 太陽(yáng)能。海島由于所處地理位置，往往太陽(yáng)能資源十分豐富。太陽(yáng)能有光電轉(zhuǎn)換和光熱轉(zhuǎn)換兩種應(yīng)用方式，光伏發(fā)電可以與風(fēng)力發(fā)電形成互補(bǔ)，保障海島能源供應(yīng)，提高供電可靠性；而將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為熱能使用，可以降低島上居民取暖、水加熱等日常生活的電力需求，在一定程度上有助于減小裝機(jī)規(guī)模，降低建設(shè)成本。

(3) 海洋能。海洋能是一種蘊(yùn)藏在海洋中的可再生能源，包括潮汐能、波浪引起的機(jī)械能和熱能等。海洋能來(lái)源于太陽(yáng)輻射與天體間的萬(wàn)有引力，因此海洋能是一種幾乎取之不盡、用之不竭的清潔可再生能源。而由于海島所處的地理環(huán)境，使海洋能的開(kāi)發(fā)和利用也更為便利。海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分，較穩(wěn)定能源有溫度差能、鹽度差能和海流能；不穩(wěn)定能源有潮汐能、潮流能和波浪能。其中潮汐能發(fā)電技術(shù)較為成熟，已應(yīng)用于商業(yè)開(kāi)發(fā)。

海島周邊有大量清潔的可再生能源以供開(kāi)發(fā)利用，可以緩解甚至滿足海島自身的電力需求，有助于海島的可持續(xù)發(fā)展。但可再生能源發(fā)電本身所具有的隨機(jī)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致可再生能源大規(guī)模并網(wǎng)將給島內(nèi)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。電力儲(chǔ)能系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷的快速實(shí)時(shí)響應(yīng)，彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電的缺陷，提高供電可靠性。因此電力儲(chǔ)能技術(shù)成為海島供電系統(tǒng)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)可再生能源大規(guī)模開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵。

1.3 儲(chǔ)能技術(shù)

根據(jù)儲(chǔ)能原理的不同，電力儲(chǔ)能技術(shù)可以大致分為物理儲(chǔ)能、化學(xué)儲(chǔ)能和電磁儲(chǔ)能[6-7]。其中物理儲(chǔ)能包括壓縮空氣儲(chǔ)能、抽水蓄能等；化學(xué)儲(chǔ)能包括鉛酸電池、磷酸鐵鋰電池和全釩液流電池等；電磁儲(chǔ)能包括超級(jí)電容和超導(dǎo)儲(chǔ)能[6]。

壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)往往應(yīng)用于大功率儲(chǔ)能系統(tǒng)，且受地理環(huán)境影響較大，難以適應(yīng)中小型海島供電系統(tǒng)的儲(chǔ)能需求。鉛酸電池技術(shù)成熟、儲(chǔ)能穩(wěn)定、價(jià)格合理，因此得到了廣泛的應(yīng)用。但鉛酸電池的有效工作時(shí)間較短，且容易對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。磷酸鐵鋰電池特性優(yōu)良，污染小，但成本較高，可達(dá)鉛酸電池的數(shù)倍。全釩液流電池完全放電的特性，使其儲(chǔ)能容量的操作更為靈活，但電池能量密度低，所占空間大，需要容器、管道和泵來(lái)容納和傳輸電解液。超導(dǎo)磁儲(chǔ)能功率大、體積小、損耗小、不受地理位置影響，但需要維持超導(dǎo)儲(chǔ)能環(huán)境低溫，使得成本較高。

抽水蓄能是世界上普遍應(yīng)用的電力儲(chǔ)能方式，具有技術(shù)完善、儲(chǔ)能容量大等特點(diǎn)。傳統(tǒng)抽水蓄能以淡水作為運(yùn)行工質(zhì)，對(duì)地理?xiàng)l件要求較高，具有初期投資大、建設(shè)周期長(zhǎng)、破壞周邊生態(tài)環(huán)境等缺陷，并不適用于海島。海水抽水蓄能不僅具備傳統(tǒng)抽水蓄能啟停迅速、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)，并且以海水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，有效利用了海水資源，解決了傳統(tǒng)抽水蓄能電站對(duì)淡水資源過(guò)度依賴和環(huán)境破壞的問(wèn)題。考慮海島的地理環(huán)境，海水抽水蓄能技術(shù)在海島供電系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 海水抽水蓄能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 技術(shù)原理

海水抽水蓄能與傳統(tǒng)抽水蓄能在儲(chǔ)能原理上并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，不同之處在于運(yùn)行工質(zhì)的選擇。海水抽水蓄能系統(tǒng)以海洋作為低位水庫(kù)，在海岸線附近的高地上建造水池作為系統(tǒng)的高位水庫(kù)。在電力負(fù)荷低谷時(shí)期，使用電能驅(qū)動(dòng)水泵將海水從海洋抽送到高位水庫(kù)，將電能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存起來(lái)；在電力負(fù)荷高峰時(shí)期，打開(kāi)高位水庫(kù)閘門(mén)，使海水驅(qū)動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能。

2.2 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

作為現(xiàn)有海水抽水蓄能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，日本沖繩海水抽水蓄能電站是世界上唯一一座正式運(yùn)行的海水抽蓄電站。日本通商產(chǎn)業(yè)省1981年開(kāi)始對(duì)海水抽水蓄能電站的初步研究和選址進(jìn)行調(diào)查，1999年建成投產(chǎn)，隨后并入沖繩本島電網(wǎng)進(jìn)行示范性實(shí)驗(yàn)和試運(yùn)行，多年的實(shí)踐為日本積累了豐富的海水抽水蓄能電站建設(shè)和運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

蓄能電站位于沖繩本島國(guó)頭郡國(guó)頭村，以海洋作為低位水庫(kù)。高位水庫(kù)建設(shè)在距離海岸600 m、高150 m的高地上，呈八角形形狀，有效落差136 m。地下發(fā)電站建設(shè)在距離海岸300 m、海面下約30 m處，裝機(jī)容量30 MVA，最大工作水頭152 m，最大流量26 m3/s，排水口直通海洋，周?chē)佋O(shè)透過(guò)型消波堤。蓄能電站水泵、水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)參數(shù)如表1和表2所示[8]。

表1 日本海水抽水蓄能電站水泵、水輪機(jī)參數(shù)

表2 日本海水抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)參數(shù)

日本海水抽水蓄能電站是一座真機(jī)試驗(yàn)性電站，主要研究目標(biāo)是驗(yàn)證海水抽水蓄能系統(tǒng)是否與傳統(tǒng)淡水抽水蓄能系統(tǒng)具有相同的可靠性、經(jīng)濟(jì)性，以及作為調(diào)峰電源的實(shí)用性。為證實(shí)其可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及作為調(diào)峰調(diào)頻的可能性，日本海水抽水蓄能電站進(jìn)行了5年的試運(yùn)行，并對(duì)系統(tǒng)在應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，為海水抽水蓄能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

2.3 技術(shù)應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果表明，與傳統(tǒng)抽水蓄能系統(tǒng)相比，海水抽水蓄能系統(tǒng)同樣具有啟停迅速、運(yùn)行靈活等優(yōu)點(diǎn)。另外，海水抽水蓄能系統(tǒng)以海洋作為低位水庫(kù)，水量充沛、水位變幅小、有利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，可以大幅提高可再生能源的利用率。但由于海洋環(huán)境的特殊性，海水抽水蓄能系統(tǒng)也存在海水的腐蝕、浸襲、生物、環(huán)境等問(wèn)題，系統(tǒng)的研究及應(yīng)用仍需考慮諸多技術(shù)性問(wèn)題[8-9]。

(1) 相比于淡水，海水更具腐蝕性，會(huì)減少系統(tǒng)設(shè)備的使用年限，增大運(yùn)維成本。并且，水輪機(jī)所承受海水的流速高達(dá)10 m/s，這對(duì)設(shè)備材料的防蝕性也是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

(2) 海水中生存著大量的有機(jī)物和海洋生物，它們?cè)谛钅芟到y(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中容易附著在輸水系統(tǒng)管道和水泵水輪機(jī)的機(jī)組葉片上，導(dǎo)致流道損失增大、抽水和發(fā)電效率的降低甚至管道堵塞。

(3) 在蓄能系統(tǒng)的儲(chǔ)能模式下，海水有可能從高位水庫(kù)中滲透到土壤中，污染地表和地下水源。另外，由于風(fēng)力引起的海水飛濺，也會(huì)對(duì)周?chē)膭?dòng)物和其它生物系統(tǒng)造成污染。

(4) 在天氣惡劣和海浪較大的情況下，大浪會(huì)影響進(jìn)水口和出水口處海水的抽入和排出，從而降低蓄能系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

(5) 蓄能系統(tǒng)的進(jìn)/出水口會(huì)對(duì)附近生珊瑚及其他海洋生物的生存環(huán)境產(chǎn)生影響。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)海水抽水蓄能系統(tǒng)應(yīng)用中的選址、施工、運(yùn)行以及運(yùn)維等問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究，并做出了有價(jià)值的分析和規(guī)劃。但對(duì)于上述技術(shù)問(wèn)題的解決，目前的研究成果還相對(duì)較少。

3 海水抽水蓄能技術(shù)在海島供電系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)海水抽水蓄能與風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)的可行性進(jìn)行了分析，研究成果簡(jiǎn)要介紹如下：

文獻(xiàn)[10]提出建立一個(gè)用于提高風(fēng)能利用率、減少化石能源使用的海水抽水蓄能與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電的混合系統(tǒng)。文中評(píng)估了系統(tǒng)的建立和運(yùn)維成本，并從經(jīng)濟(jì)性角度進(jìn)行了理論分析。研究結(jié)果表明，在一定的電力銷(xiāo)售價(jià)格下，系統(tǒng)具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，投資回收期僅為5至6年，證明了海水抽水蓄能與風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電具有經(jīng)濟(jì)可行性。

文獻(xiàn)[11]提出建立一個(gè)海水抽水蓄能與太陽(yáng)能聯(lián)合發(fā)電的混合系統(tǒng)。文中首先對(duì)光伏場(chǎng)和水庫(kù)進(jìn)行初步篩選，并設(shè)置水泵處于不同的運(yùn)行模式，然后對(duì)系統(tǒng)一年多的模擬運(yùn)行作了評(píng)估。結(jié)果表明，聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)能夠有效降低輸電網(wǎng)負(fù)荷，并在滿足自身電力需求、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)孤島運(yùn)行方面具有樂(lè)觀的發(fā)展前景。

文獻(xiàn)[12]提出將海水抽水蓄能系統(tǒng)作為太陽(yáng)能發(fā)電的有效補(bǔ)充，以提高可再生能源發(fā)電的可靠性。文中建立了聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)主要組件的數(shù)學(xué)模型，并基于遺傳算法，對(duì)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性進(jìn)行了優(yōu)化分析。隨后，研究人員將優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)用于一個(gè)沒(méi)有電力供應(yīng)的真實(shí)偏遠(yuǎn)島嶼，測(cè)試優(yōu)化系統(tǒng)在供電損耗為0條件下的運(yùn)行情況。結(jié)果表明，文中提出的系統(tǒng)模型和優(yōu)化算法是有效的，系統(tǒng)運(yùn)行具有可行性。

文獻(xiàn)[13]提出一種海水抽水蓄能與風(fēng)能、太陽(yáng)能聯(lián)合發(fā)電的混合系統(tǒng)。研究人員將混合系統(tǒng)應(yīng)用于香港的一個(gè)偏遠(yuǎn)島嶼，并分析了其技術(shù)可行性。研究結(jié)果表明，混合系統(tǒng)可以有效彌補(bǔ)可再生能源發(fā)電間歇性的缺陷，提供清潔環(huán)保的可靠電源，實(shí)現(xiàn)島嶼完全自主的電力供應(yīng)。文獻(xiàn)[14]在文獻(xiàn)[13]的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了將混合系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)為幾百千瓦獨(dú)立微電網(wǎng)的可行性。文中介紹了系統(tǒng)主要部件的初步設(shè)計(jì)流程，并深入分析了在供電損耗為0條件下的系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。

綜上所述，海水抽水蓄能與風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)具有可行性，有助于海島可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用，減輕供電系統(tǒng)對(duì)化石能源的依賴，提高供電可靠性，降低發(fā)電成本，增強(qiáng)海島的可持續(xù)發(fā)展能力。因此，海水抽水蓄能技術(shù)在海島供電系統(tǒng)中具有廣闊的應(yīng)用前景。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)海島及其周?chē)Ｓ蛲N(yùn)藏著豐富的漁業(yè)、石油、礦產(chǎn)等資源，對(duì)海島的有效開(kāi)發(fā)有助于發(fā)展國(guó)家經(jīng)濟(jì)、維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益和保障國(guó)家安全。但電力供應(yīng)的滯后，導(dǎo)致海島開(kāi)發(fā)受到極大制約，有必要進(jìn)一步加強(qiáng)海島供電系統(tǒng)建設(shè)。

(2)海水抽水蓄能不僅具有傳統(tǒng)抽水蓄能啟停迅速、運(yùn)行靈活的特點(diǎn)，還解決了傳統(tǒng)抽水蓄能過(guò)度依賴淡水資源的問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)電能的大規(guī)模和長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)。日本海水抽水蓄能電站的成功運(yùn)行，為海水抽水蓄能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。

(3)國(guó)內(nèi)外研究成果表明，海水抽水蓄能與風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等可再生能源組成聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng)具有可行性，可解決可再生能源發(fā)電的隨機(jī)性和波動(dòng)性等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可再生能源的大規(guī)模開(kāi)發(fā)和利用，構(gòu)建安全、清潔的能源供應(yīng)體系，增強(qiáng)海島的可持續(xù)發(fā)展能力。

[1] 《全國(guó)海島資源綜合調(diào)查報(bào)告》編寫(xiě)組. 全國(guó)海島資源綜合調(diào)查報(bào)告[M]. 北京：海洋出版社，1996.

[2]王坤林，游亞戈，張亞群．海島可再生獨(dú)立能源電站能量管理系統(tǒng)[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34(14)：13-17．

WANG Kunlin, YOU Yage, ZHANG Yaqun. Energy management system of renewable stand-alone energy power generation system in an island[J]. Automation of Electric Power Systems，2010，34 (14)：13-17.

[3]劉布谷，劉東. 世界上首座海水抽蓄能電站上庫(kù)的設(shè)計(jì)與施工[J]. 水利水電快報(bào)，2012，33(11)：15-17.

[4]張文泉，何永秀. 海水抽水蓄能發(fā)電技術(shù)[J]. 中國(guó)電力，1998，31(11)：16-17.

ZHANG Wenquan, HE Yongxiu. Sea water pumped storage station technology[J]．Electric Power，1998 .31(11)：16-17．

[5]馬洪濤，丁小川，童航．分布式供能系統(tǒng)在海島能源供應(yīng)中的應(yīng)用[J]． 分布式能源，2012，147 (33)：1-4．

MA Hongtao, DING Xiaochuan, TONG Hang. Application of distributed energy system in island energy supply[J]．Refrigeration Air Conditioning & Electric Power Machinery，2012，147( 33)：1-4．

[6]CHEN H，CONG T N，YANG W，et al. Progress in electrical energy storage system: A critical review[J]. Progress in Natural Science，2009，19(3)：291-312.

[7]張新敬. 壓縮空氣儲(chǔ)能系統(tǒng)若干問(wèn)題的研究[D]. 北京：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所，2011.

[8]大島勝宏，松浦潤(rùn). 海水抽水蓄能技術(shù)及其展望[J]. 水利水電技術(shù)，2002， 33(1)：71-73.

DADAO Shenghong, SONG Porun. Seawater pumped storage technologies and its prospects[J]．Water Resources and Hydropower Engineering，2002，33(1)：71-73．

[9]王麗珠，張杰，孫憲華. 利用海水抽水蓄能發(fā)電新技術(shù)[J]. 水電站機(jī)電技術(shù)，1998(2)：69-71.

[10]KATSAPRAKAKIS D A，CHRISTAKIS D G，PAVLOPOYLOS K，et al. Introduction of a wind powered pumped storage system in the isolated insular power system of Karpathos-Kasos[J]. Applied Energy，2012，97(9)：38-48.

[11]MANFRIDA G，SECCHI R. Seawater pumping as an electricity storage solution for photovoltaic energy systems[J]. Energy，2014，69(5)：470-484.

[12]MA T，YANG H，LU L，et al. Pumped storage-based standalone photovoltaic power generation system: Modeling and techno-economic optimization[J]. Applied Energy，2015，137：649-659.

[13]MA T，YANG H，LU L，et al. Technical feasibility study on a standalone hybrid solar-wind system with pumped hydro storage for a remote island in Hong Kong[J]. Renewable Energy，2014，69(3)：7-15.

[14]MA T，YANG H，LU L，et al. Optimal design of an autonomous solar-wind-pumped storage power supply system[J]. Applied Energy，2015(160)：728-736.

ApplicationofSeawaterPumpedStorageTechnologyInIslandPowerSupply

LIU Zhe

(State Grid Electric Power Research Institute, SMEPC, Shanghai 200437, China)

The lag of power supply restricts the development of the island and its surrounding waters. The seawater pumped storage technology takes the ocean as the low-level reservoir and reduces the construction cost, which can solve the problems such as over-reliance on freshwater resources and environmental damage by traditional pump-storage technology. Research shows that it is feasible to combine the water pumped storage with the renewable energy resources, such as wind power, solar energy, and oceanic energy, into power generation system, achieving the large-scale development and utilization of renewable energy on the island. This paper introduces the present situation of the island power supply system, expounds the working principle and present application of water pumped storage technology, analyzes the problems and challenges existing in the technical application, and suggests the prospect of the water pumped storage technology application in the island power supply system.

island; renewable energy resources; power storage; seawater pumped storage

10.11973/dlyny201705023

劉 哲(1992—)，男，碩士，從事電力企業(yè)電能質(zhì)量分析與控制研究。

TM614

A

2095-1256(2017)05-0593-05

2017-07-27

(本文編輯：楊林青)