方國成

(福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司,福建福州 350007)

1 緒言

水電廠是實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電的大型工廠,一般的大型水電廠的生產(chǎn)流程是先從其它水源處(如江河湖泊的上游處,或者大型水庫等)引來水流,水流在通過水輪機(jī)的過程中會(huì)引起水輪機(jī)發(fā)生旋轉(zhuǎn),在該旋轉(zhuǎn)的過程中水的重力勢(shì)能和動(dòng)能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,使水輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)工作切割磁力線,這個(gè)過程中機(jī)械能又轉(zhuǎn)換為電能輸出,實(shí)現(xiàn)完整的發(fā)電方式。圖1為大型水電廠的生產(chǎn)流程和主要系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

2 大型水電廠在電力系統(tǒng)中的基本作用

一般大型水電廠在電力系統(tǒng)中所提供的功能大體分為以下幾點(diǎn)：第一點(diǎn)是所能提供的最基本的功能,提供電能,這也是水電廠所肩負(fù)的最基本的任務(wù),即存在意義。第二點(diǎn)是調(diào)峰作用,是指在不同季節(jié)氣候,不同的水源豐富程度中,有能力的大型水電廠通過調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)負(fù)荷來維持正常發(fā)電,既完成基本工作,又做到最大程度上保證不浪費(fèi)水資源。第三點(diǎn)是調(diào)頻作用,我國的水電廠頻率為50±0.2赫茲,一般水電廠的調(diào)頻需要大型的、有能力的機(jī)組來進(jìn)行。第四點(diǎn)是調(diào)相,完整運(yùn)行調(diào)相的過程需要水電廠機(jī)組具備調(diào)相運(yùn)行能力,可根據(jù)電網(wǎng)要求參與系統(tǒng)無功功率平衡。第五點(diǎn)是蓄能作用,蓄電功能是在水電廠低谷時(shí)期蓄住大量能源電量,并可以做到在用電高峰期時(shí)完成正常供電,滿足負(fù)荷需要。最后一點(diǎn)是將其作為緊急狀況下的備用機(jī)組,這是因?yàn)樵谒姀S的電力系統(tǒng)中,水輪發(fā)電機(jī)組有著快速啟動(dòng),并且迅速投入發(fā)電工作的特點(diǎn),所以當(dāng)電力系統(tǒng)突然發(fā)生事故時(shí),急需補(bǔ)充電量,常把水電廠的機(jī)組作為事故備用機(jī)組。

圖1 大型水電廠的生產(chǎn)流程和主要系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2.1 大型水電廠在電力系統(tǒng)中的提供電能作用

一般大型水電廠的組成結(jié)構(gòu)為水輪發(fā)電機(jī)組、變壓器、斷路器、隔離刀閘、勵(lì)磁系統(tǒng)、電流互感器、電壓互感器、G I S組合式電器設(shè)備、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、發(fā)電機(jī)及變壓器保護(hù)設(shè)備、管道、水輪機(jī)調(diào)速器、閥門、泵、計(jì)量設(shè)備、蓄電池、通訊設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、發(fā)電機(jī)消防設(shè)備等。具體是,先從其他水源處引來水流,再通過水輪機(jī),在水流通過水輪機(jī)組這一過程中,水流帶動(dòng)水輪機(jī)發(fā)生旋轉(zhuǎn),通過旋轉(zhuǎn),水的重力勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,同時(shí),轉(zhuǎn)子通直流電產(chǎn)生磁場(chǎng),切割磁力線,在定子上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),定子與系統(tǒng)形成回路,輸出負(fù)荷,這個(gè)過程中機(jī)械能又轉(zhuǎn)換為電能輸出,最后得以實(shí)現(xiàn)完整的發(fā)電方式。

水電廠在電力系統(tǒng)中做能提供的作用有很多,其中最基本的就是提供電能,通過大壩,水輪機(jī)組,再到發(fā)電機(jī)組,整個(gè)流程實(shí)現(xiàn)水力發(fā)電,為日漸匱乏的電能源提供補(bǔ)充。

2.2 大型水電廠的調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相作用

調(diào)峰填谷功能是大型水電廠比較實(shí)用且重要的作用和功能之一,大型水電廠的蓄能抽水電站可以做到在用電高峰時(shí)期調(diào)峰發(fā)電,也可以做到在用電低谷時(shí)期通過抽水調(diào)峰填谷,以此保證電網(wǎng)的正常運(yùn)行。一般的大型水電廠都具備相應(yīng)的調(diào)節(jié)功能,因?yàn)樵诓煌瑫r(shí)期,不同季節(jié),水電廠所負(fù)擔(dān)的負(fù)荷程度不同,例如如果在豐水時(shí)期或者季節(jié),水源或者水庫所帶來的水流量會(huì)更大,此時(shí)水電廠需要提高負(fù)荷,負(fù)擔(dān)滿載工作,負(fù)擔(dān)提升電力系統(tǒng)的基荷,以此避免浪費(fèi)水資源的情況發(fā)生;而在水流較小的季節(jié)里,水電廠需要負(fù)擔(dān)的是峰荷,之所以選擇水電站負(fù)擔(dān)峰荷的原因同時(shí)也就是水電站與火電站的區(qū)別所在,簡(jiǎn)單來說區(qū)別就在于水位差,把水從高水位放入低水位,在水流經(jīng)過當(dāng)中安裝發(fā)電機(jī)組,水把發(fā)電機(jī)組葉輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī),發(fā)出來的電通過升壓變壓器升至電網(wǎng)相同的電壓,然后并網(wǎng),相當(dāng)于各小支流的水流入大河一樣。然后分配到各需要用電的地方,送到目的地。同樣的目的火電站需要將發(fā)電機(jī)組從冷備轉(zhuǎn)為熱備,這一過程需要幾個(gè)小時(shí),成本也過高,而水電站可以完成短時(shí)間內(nèi)快速的做出調(diào)節(jié)。

在調(diào)頻方面上,水電站具有調(diào)節(jié)速度快,操作簡(jiǎn)便,調(diào)整范圍大不棄水,成本低廉等優(yōu)點(diǎn),尤其是快速跟蹤負(fù)荷的特點(diǎn),使得調(diào)節(jié)性能好的大型水電廠調(diào)頻效果非常好。

在調(diào)相方面上,水電廠也發(fā)揮著比較大的作用,例如在水源不充足的枯水期,水電廠的水庫存量較少,此時(shí)的水電廠還可以在調(diào)峰負(fù)擔(dān)峰荷的基礎(chǔ)上,提供一些機(jī)組作為調(diào)相機(jī)進(jìn)行調(diào)相。此時(shí)水輪發(fā)電機(jī)作為空載的同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),調(diào)節(jié)其勵(lì)磁,發(fā)出無功功率,以滿足系統(tǒng)無功的需要。但是,如果水電站離負(fù)荷中心較遠(yuǎn),長距離輸送無功功率,其損耗很大。另外水輪機(jī)必須充氣壓水,以及調(diào)相運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在有功損耗等,也就影響其調(diào)相的經(jīng)濟(jì)效果,需要綜合比較后確定采用調(diào)相運(yùn)行方式是否合理。水電站接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,及時(shí)合理地選擇水電的送電電壓、送電線路的回路數(shù)和導(dǎo)線截面,以保證將水電站發(fā)出的電能經(jīng)濟(jì)、可靠、合理地送入系統(tǒng)。

2.3 大型水電廠的緊急事故備用作用

水電廠作為緊急事故備用的條件主要分為兩大點(diǎn),第一點(diǎn)是結(jié)合了水輪發(fā)電機(jī)組的優(yōu)點(diǎn),可以做到迅速啟動(dòng),并且快速投入到并網(wǎng)發(fā)電環(huán)節(jié)中去。在水電廠擔(dān)任主要調(diào)頻站的時(shí)候,水電廠的調(diào)頻的容量基本上均為備用的容量,這個(gè)時(shí)候調(diào)頻的容量就較為適合作事故備用容量,而且如果一旦發(fā)生電源方面,或者電網(wǎng)方面的事故時(shí),可以通過頻率自動(dòng)減少負(fù)荷裝置來完成切除,較少不必要的負(fù)荷,以此來最快保證頻率的要求,從而也可以保證水電廠對(duì)于需電用戶的供電問題,第二點(diǎn)一般水電廠相距于負(fù)荷中心不近,存在一定距離,這就意味著水電廠與負(fù)荷中心之間的“聯(lián)絡(luò)阻抗”相對(duì)較高,所以當(dāng)緊急事故一旦到來,水電廠可以做到用自同期方式快速并入系統(tǒng),以在最大程度上降低發(fā)生的緊急事件對(duì)于需電用戶以及系統(tǒng)的影響。

3 結(jié)語

有關(guān)于水電廠的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)了許多,也正是因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn),或者是區(qū)別于其他電站的固定特點(diǎn),才使得水電廠多了更多在電力系統(tǒng)中起到的作用,這些作用大多替代不了,也高效并且便利,成本也低。綜上所述,本文主要先簡(jiǎn)述了大型水電廠的生產(chǎn)流程和主要系統(tǒng),然后闡述了大型水電廠在電力系統(tǒng)中的作用,包括三大點(diǎn),分別為提供電力、調(diào)峰調(diào)相調(diào)頻作用、以及緊急事故備用作用,這些作用無疑是為現(xiàn)階段全世界的能源規(guī)劃問題提供了新的思路和想法,也滿足了人們對(duì)于電力質(zhì)量的需求。

[1] 白成禮,董麗娟,汪亞軍.新形勢(shì)下水電廠在電力系統(tǒng)調(diào)頻調(diào)峰中的功能定位[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016,(29)：211.

[2] 王根本,李焱剛.并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)頻率調(diào)整以及水電廠在頻率調(diào)整中的作用[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2012,(13)：126.