海水抽水蓄能与海上光伏一体化发电技术研究.pdf

工程技术海水抽水蓄能与海上光伏一体化发电技术研究新潮电子第1 6 期（总第5 4 7 期）孙超（国家电投集团山东能源发展有限公司，山东济南2 5 0 0 0 0)摘要：通过对海水抽水蓄能与海上光伏项目一体化项目的研究，对该项目做出了相应的测算，通过一体化的建设，有效解决了光伏电源不稳定的问题，切实地提升了供电的经济性，推动了供电产业的发展，切实地推动了发电项目的发展。基于此,本文就海水抽水蓄能发电技术，探讨了海水抽水蓄能电站的建设以及海水抽水蓄能与海上光伏一体化的结合，以便能够吸引更多一体化项目投资，实现一体化项目的正向收益。关键词：海水抽水蓄能；海上光伏；一体化发电技术海上光伏作为一种新能源的应用形式，其通过对清洁能源的开发，实现了无碳排放的效果，同时通过与其他产业的结合，实现了对能源消费结构的优化。所以对于业主而言，其海上光伏项目与海水抽水蓄能项目一体化的建立，其能够降低电源供应的费用,提升电源供应的稳定性,所以就目前对海上光伏发电与海水抽水蓄能一体化项目的研究来看，该一体化项目是有巨大的潜力的，尤其是在日照充足、海域宽广的地区建设海上发电站，其能够逐渐推进海上光伏发电项目向着集约化以及规模化和一体化的方向发展。一、海水抽水蓄能发电技术海水抽水蓄能技术的发展,其能够为电力系统提供更为稳定的电力资源，并且大幅度提升电力系统运行的安全性以及可靠性，促使电力行业的发展找寻到更具有经济效益的发展方式，突破现今电力行业发展的瓶颈。(一)基本结构对海水抽水蓄能电站进行建设,其需要在靠近海域大于1 0 0 0 m的位置,建立高出地面的边形平台,并在该平台上挖掘出一个上水池,而在海域则需要挖掘出下水池,并利用管道之间的压力,实现对于海水流速的控制,将海水引流至发电站中,而已经发电后的海水会经由放水管道再次流向海域，以备后续发电使用。基于海水抽水蓄能技术的实验，其为了保证蓄电站建设的合理性,在选址时需要将上水池与下水池之间的落差控制在1 5 0 m左右,并在发电时令海水从上水池底部的出水口以2 4 m/s的流速流向水轮机，经由水轮机带动发电机实现发电。并且为了保证落差的有效性,待至发电后,其将会利用大约2 0 0 m长的管道将海水重新放归海域当中，待至抽水时利用水轮机将海水吸至上水池。在该蓄电站进行运行期间,通过对蓄电站的性能检测发现,其最大出力会达到3 0 MW115左右。海水抽水蓄能电站在海水资源丰富的地区会展现出极大的优势,其能够有效延缓能源短缺的问题(二)技术设备因为海水抽水蓄能电站的主要资源是海水，所以为了降低海水对技术设备的腐蚀性,无论是设备的结构设计亦或是技术材料都需要能够适应海水的特性。在建设海水蓄能电站的过程中,其最为主要的是需要用到水轮机,而且为了保证水轮机能够持续不间断地工作,其需要在维修时从下侧将其拆卸并向外取出叶轮。而且,因为水轮机的外壳以及吸水管需要长时间地与海水进行接触,所以需要在其表面涂抹防腐涂料以及电气防腐涂料,待至防腐电位平衡后,为其配置相应的电气防腐电机，以便能够实现对防腐电流的自动控制。在设置导向叶轮时,其主轴部位的选材会选择性能好,强度高的材料。而且因为海水流速对水轮机的影响较大，越靠近海体的位置，其受到的影响就越大,因此在选择材料时应当选择防腐性能较强的材料。另外,水轮机在下水池时,其需要与盐分子接触，为了降低盐分子对于电子器件的影响,应当设置盐分子过滤器。(三）土木建筑结构海水抽水蓄能电站的建设,其需要土木结构对于海水的特性进行适应。首先,为了控制海水流速,其压水管会受到高速海水的冲刷和腐蚀，而且海水中含有的海洋生物还极为可能导致其压水管的压力受到一定程度的影响,因此在制备压水管时,要尽可能选择FPR管,并在管道弯曲的部分涂抹防腐层,以便达到防腐的效果,延长压水管的使用寿命。其次,对水库漏水的情况进行实时监测。为了防止海水渗漏还应当在水库表面覆盖一层橡胶薄板，以便降低水库漏水的可能。最后,为了保证水压的稳定性应当在水轮机出口的位置设置消波装置，对水波进行控制，使得水轮机即使在水波的影响下也能正常运行。第1 6 期（总第5 4 7 期）二、海水抽水蓄能电站的建设为了保证海水抽水电站的建设效果,应当实现对工程建设的场地进行详细调查,基于当地的特点制定电站的建设方案,以便能够使得海水抽水蓄能电站实现建设的效果，为电力系统提供稳定的电源。(一）工程地质监测基于海水抽水蓄能电站的建设情况,为了保证工程的建设质量，应当在建设蓄电站时对地质条件进行调查,基于地质特点对工程进行建设。就目前海水抽水蓄能电站的建设规模来看,其规模是小于常规蓄电站的,而且其工程建设的地质条件也较为简单,因此就建设难度而言其本身是较低的，但是在建设过程中,仍旧需要对水库水位进行控制,并且要考虑在极端天气条件下,其工况可能遇到的风险，以便能够利用关键技术对蓄能电站的建设进行调度。(二）上水库防渗在建立上水库的过程中,应当选择橡胶材料用作上水库的贴面材料，以便利用其材料的透气性以及防渗性抵御海域气候的变化。并且在建设过程中,还应当在橡胶贴面下覆盖一层排水垫层，并将其垫层的厚度控制在4 0 mm左右。在建设过程中,要想降低碎石对于垫层的损伤,其需要利用无纺布聚酯材料作为夹层,以便用作防护效果2。同时,为了监测水库的渗漏情况，还应当在海水中埋设传感器以及压力监测器，一旦其垫层出现渗水的情况，仪器就可以及时地发出警报,从而采取措施,降低上水库渗水的影响。同时，待上水库正常运行时，需要在上水库的试验期限内，每天都对水库的情况进行监测。另外,基于大气以及降水的变化,在防止海水泄露的过程中，应当对海域周边的动植物群落也进行监测，通过对含盐量的分析，分析海水泄露的情况。(三)输水系统海水的输水主要是通过压力管道来实现的,其主要由直管道和弯管道组成。压力管的结构会采取双向缠绕的方式,并且为了保证压力管的使用性能,其会在压力管的径向以及轴向的方向涂抹树脂,以便防止海水的腐蚀。同时,在建设压水管的过程中,为了防止海洋生物附着在管道表面，其会在预埋管道的过程中,在接口处采用套筒式接头的方式,并利用橡胶材料对其进行密封，以便能够保证管道结构的稳定性。另外，压力管需要与围岩进行接触,所以会选择粉煤灰以及水泥的混合浆作为接口处的填充材料，以便能够保障压力管的密封性。另外,在尾水隧洞的进出水口处，为了实现防腐效果，需要将套管衬砌在尾水洞的洞口处,并将环氧树脂涂抹在进出水口处,以便提新潮电子升尾水洞的耐磨抗腐蚀性。(四）台风期运行利用海水资源一定会不可避免地受到天气状况的影响，尤其是台风是最为容易遇到的天气,因此为了降低台风天气对于蓄能电站破坏性的影响,其需要保证在大风作用下，其防水板具备一定的稳定性，并且使得水库的蓄水能够保持在稳定状态，促使电站能够正常运行。在电站施工阶段采取防台风措施，通过气候统计方法，检测台风发生的频率,以及台风的分布特征,以便在施工期间能够规避台风的发生,而在电站的运营阶段，部门会时刻关注天气预报，并基于台风发生的情况,采取相应的预防措施,以及在台风灾害后所需要的善后工作。(五）海啸防范海啸主要是由海底地震等其他气象变化而产生的破坏性灾害。海啸发生时除了伴随而来的冲击力外,其还会携带一些破损建筑物的漂浮物,这些也会对蓄电站的建设产生一定的影响。因此,为了预防海啸的威力，不仅需要针对海啸发生的情况进行合理规划,还需要进行避让和分流，同时基于海啸发生的等级,确定抵抗海啸的构造，以便降低海啸对蓄电站的影响3。另外,就海水蓄电站来说,要加大对于海啸高水位对输送点装置所产生的冲击力,并在地表建筑物亦或是其他接口处采取相应的防护措施，抵御海啸的淹没和冲击。三、海水抽水蓄能与海上光伏一体化海上光伏和海水抽水蓄能成为一体化建设的项目，其既能够解决电力生产过程中碳排放的问题，又能够借助蓄能电站的抽水性能提升供电的稳定性以及均衡性,促使我国海水供电工程向前进一大步。（一）选取典型配置就目前我国海水蓄能电站的建设而言,其在选择建造地址时，既包括海岛站点，又包括近海站点，而且在海岛站点进行建设其还需要对总机容量进行控制，并且保证每个站点的应力达到3 4 5.3 MW。从规模化的角度来说,这种建设方法能够使得海水抽水蓄能与海上光伏一体化项目其经济性以及竞争力得到大幅提升。就本次选址可以明显看出,其站点的平均电荷可以达到9 4.6 3 5 GW，通过对电荷变化情况的全天监测，可以明显看出其系统电荷是处于平均电荷水平之下的，而且其最大电荷值可以达到1 1 5.2 6 8 GWI4。通过对最大电荷与最小电荷的计算,其最小电荷值约为最大电荷值的6 3%。通过对抽水蓄能的发电情况的监测，水泵工况可达8 h，而发电工况则约为3 h,其中抽水工况达到了5 h。因此,将光伏电站选址在该处,能够与116工程技术工程技术蓄能电站进行有效结合。（二）光伏电站参数选择通过软件对光伏电站的模拟可以发现，在光伏电站进行试运行阶段，其组件的功率可达5 8 9 Wp左右，而其中单晶电池片以及半片电池的数目能够达到138片，其中总装机的容量则达到3 3 0 MWp。依照某公司提供的逆变器产品，在对其进行检测的过程中,其属于组串式逆电器，该种逆电器的功率能够达到工程的建设要求,其标称功率能够达到2 2 0 kWac。而且根据相关的软件测试结果显示,光伏电站其在不同的日照时数，发电时段也会存在一定的差异性，例如其在典型日的发电上网时间大约可从上午7 点至晚间1 7点半。依照国家太阳辐射总量情况来看，上网电价以及单位千瓦投资额度能够达到项目建设的预期,最大程度上缩短投资的回收期。并且基于太阳能资源的等级判断，该项目建设的投资回报率大约可达1 3.5 6 2 1亿元，其资金的回报率是远高于同行业水平的，因此建设该项目其具备一定的经济性。（三）抽水蓄能参数选择海水抽水蓄能项目（如图1)与海上光伏一体化结合的工程实践的情况较少,所以其难以借鉴其他的成功经验，在对其进行建设的过程中只能基于文献的研究进行水力开发的模拟实验。基于对其的研究,在进行实验时，需要参考3 3 0 MW和4 0 0 MW容量的水泵,并基于海水蓄能的情况,对海洋可能带来的腐蚀效果和生物附着情况进行研究。同时,要构建实证平台，针对水库漏水的情况以及机电的设计情况提出共性的解决方法，以便能够对变速机组的动态进行监测,促使该项目的一体化进程得到推动。更为重要的是要基于海洋的情况以及海洋边界带来的特性,对建筑物的重点部位进行维护,以便使得水工建筑物的防护范围得到扩大。但是在蓄能电站选址未确定的情况下,其需要保证在建设电站时，将其单机容量控制在330MW左右，并保证其电站的循环率能够达到8 0%左右。另外,基于对海水抽水蓄能投资成本的预测和估算，其需要采用两部制电价的模式，以便能够实现投资的回收。而且考虑到电站的回收构成，其还需要为尾水道的保护进行考虑,实现对抽水蓄能机组的产量化。图1 海水蓄水电站的建设示意图新潮电子（四）海上光伏抽水蓄能一体化项目例如，光伏蓄能一体化项目采用平价上网的模式,基于对于负荷曲线的分析,应当在建设电站的过程中获取电泵水数值,并且不再对抽水蓄能与光伏电站的结合采用两部制电价的方式。在一体化项目的边界下对工程项目进行建设，需要基于电源的投资,将电站交由市场进行建设和运营，以便扩大项目的规模，提升投资回报率。另外，项目资金内部收益率作为一个项目的衡量标准，其需要在加大储能容量的同时,降低其储能的比例,使得光伏项目的建设能够与蓄能电站靠拢。从对项目的研究可以明显看出,其光伏装机的规模越大，光伏项目的建设就会愈加完善，使得项目建设符合一体化的要求。而且基于对抽蓄能量的计算,在进行项目的建设过程中，利用最为先进的技术,能够提升项目的经济性,并且满足低碳绿色开发电能的要求,以便使得电能项目的建设能够借助海上光伏的基础条件，实现电力环节的零碳排放，从而解决电能的不平衡性,促使一体化项目能够更加具备市场竞争力，提升参与主体的积极性，推动光伏电站与抽水蓄能电站的一体化建设进程。而且,对于业主而言,该一体化项目的建设,其能够有效改善电源供应的问题,满足业主对于电源的需求,同时降低对于业主生存环境的影响。四、结语总之,基于光伏电站与海水抽水蓄能电站一体化的情况，需要在建设的过程中符合新能源的导向,并且还要实现双碳的目标，以便能够吸引更多的电源投资，促使主体做出更为准确的决策，推动一体化项目的切实落地，从而提升项目建设的回报率，吸引更多主体的加入。参考文献：1朱军辉.海水抽水蓄能与海上光伏一体化发电技术及经济性分析 J.南方能源建设,2 0 2 3,1 0(2):1 1-17.2 惠星,穆鹏飞,张艳,等.海上光伏项目的前期开发以山东省沿海为例 J.西北水电,2 0 2 3(1):9 6-101.3杨建东.海水抽水蓄能专题编者按 J.中国农村水利水电,2 0 2 2(1):1 5 8.4刘诗涵,周羽生,许振华,等.基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究 J.电力系统保护与控制,2 0 1 8,4 6(5):9-1 5.5王鸿彬,谢照宽.海上油田BOP组蓄能器装置的选型 J.机械工程师,2 0 1 9(1 0):2 0 8-2 1 0.第1 6 期（总第5 4 7 期）117