風(fēng)力與抽水蓄能混合式發(fā)電的設(shè)想

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(lái)源，抽水蓄能作為主要儲(chǔ)能手段。在風(fēng)力最強(qiáng)的時(shí)候，用多余的電能將水泵至建在高處的蓄水池中儲(chǔ)存起來(lái)。而當(dāng)電力供應(yīng)不足時(shí)，利用高處的水推動(dòng)渦輪機(jī)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(chǔ)存的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)能量的最大化利用。本文將對(duì)這種設(shè)想針對(duì)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(lái)越受到人們的重視，建設(shè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。然而，風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定的弊端卻遲遲沒(méi)有得到很好的解決。

就拿丹麥來(lái)說(shuō)。這個(gè)北歐小國(guó)建設(shè)有許多世界級(jí)規(guī)模的風(fēng)力發(fā)電廠。但有趣的是，丹麥人對(duì)電力需求最低的時(shí)候，往往是一年之中風(fēng)力最強(qiáng)的時(shí)候，因此丹麥只能將多余的電低價(jià)賣(mài)給鄰國(guó)。而當(dāng)需求上升，電力供不應(yīng)求的時(shí)候，丹麥還得從鄰國(guó)高價(jià)買(mǎi)電。結(jié)果就因?yàn)檫@一買(mǎi)一賣(mài)，丹麥成為了世界上電價(jià)最高的地區(qū)之一。

電力供應(yīng)與需求不匹配這一問(wèn)題，已經(jīng)擴(kuò)散到包括中國(guó)在內(nèi)的世界上大多數(shù)的國(guó)家。許多國(guó)家政府需要給可再生能源一定補(bǔ)貼，才能讓民眾愿意購(gòu)買(mǎi)由太陽(yáng)能或風(fēng)能發(fā)出的電。理論上來(lái)講，很多國(guó)家都蘊(yùn)含了豐富的風(fēng)能和太陽(yáng)能資源，不僅能滿(mǎn)足本國(guó)的電力需求，還能滿(mǎn)足周邊國(guó)家的電力需求。但實(shí)際上，這兩種能量來(lái)源都不夠穩(wěn)定，最多只能滿(mǎn)足小部分地區(qū)的電力需求。而其他地區(qū)就只會(huì)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(chǔ)存起來(lái)，并且在無(wú)法發(fā)電的時(shí)候能取出來(lái)使用的方法便成了大家尋求的焦點(diǎn)。

抽水蓄能的原理正好能滿(mǎn)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(guò)剩時(shí)，利用多余的電能將水抽到高處的蓄水池中儲(chǔ)存起來(lái)。當(dāng)電力供不應(yīng)求時(shí)，將水流回低處的蓄水池或者海里，就能夠推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。

三、設(shè)計(jì)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(chǔ)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(chǔ)能電站的最主要因素就是電勢(shì)，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(duì)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(shì)比較低，很難滿(mǎn)足有足夠的落差，在高處建設(shè)水庫(kù)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(gè)人工蓄能水庫(kù)。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電供電充足時(shí)，利用多余的電能將水庫(kù)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(shí)，打開(kāi)水庫(kù)底部閥門(mén)，海水通過(guò)管道流回水庫(kù)，推動(dòng)里面的水輪機(jī)發(fā)電。在這個(gè)方案中，實(shí)際上是將海洋作為了一個(gè)大的蓄水池，改變了傳統(tǒng)的將水抽至高處的儲(chǔ)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(méi)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(lái)實(shí)現(xiàn)抽水蓄能。具體來(lái)說(shuō)，選擇山頂有天然湖泊的地區(qū)或者在山頂建造一個(gè)人工蓄水湖，用于儲(chǔ)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(kù)，通過(guò)雙向渦輪機(jī)，水輪發(fā)電機(jī)，水管將上下游水庫(kù)聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成抽水蓄能系統(tǒng)。當(dāng)電能充足時(shí)，利用風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能，通過(guò)抽水泵將下游水庫(kù)中的水升至上游水庫(kù)中儲(chǔ)存起來(lái)。

當(dāng)電能供不應(yīng)求時(shí)，打開(kāi)上游水庫(kù)閥門(mén)，水沿水管向下推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電，最后注入下游水庫(kù)中。這樣便充分發(fā)揮了抽水蓄能的調(diào)節(jié)電能作用，實(shí)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(diǎn)的選擇，對(duì)地形的要求比較高。若完全人工建設(shè)各個(gè)水庫(kù)，那么相應(yīng)的成本將會(huì)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(lái)說(shuō)，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(lái)的能量循環(huán)效率是非?？捎^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(duì)于許多新能源發(fā)電技術(shù)來(lái)說(shuō)，更加成熟，可靠，這也為本套系統(tǒng)的推廣應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，該系統(tǒng)只是我的一個(gè)設(shè)想，考慮不是很全面，還需要做許多實(shí)驗(yàn)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）