武汉大学水利水电学院-水资源工程与调度全国重点实验室_面向新能源消纳的抽水蓄能电站灵活调控

武汉大学WUHANUNIVERSITY面向新能源消纳的抽水蓄能电站灵活调控报告人：杨威嘉武汉大学水利水电学院、水资源工程与调度全国重点实验室2025年12月武汉大学FUBANUNIVERSITY背景与概况提定速机组调控变速机组调控纲四小结与展望武汉大学背景与概况WUHANUNIVERSITY口研究背景：抽水蓄能在用电低谷时抽水储能，在用电高峰时放水发电新型电力系统中储能规模最大的“调节器”促进新能源消纳和大电网稳定、实现“双碳”目标的关键支撑碳中和CarbonNeutral支撑用电高峰时，从上水库放水排放吸收利用水的势能发电抽水蓄能的功效事关我国能源安全，高质量发展武汉大学背景与概况WUBANUNIVERSITY口科技前沿：抽水蓄能灵活调控已成为水电领域研究的全球前沿●为欧洲、美国等大型科技项目的主要研究内容DEMONSTRATINGSOLUTIONSATIXISTING SITESSciencePUMPITUP《科学》2024年1月封面报道抽水蓄能技术欧盟科研框架计划-地平线2020："XFLEXHYDRO”武汉大学背景与概况WVRANUNIVERSITY口关键难点：抽水蓄能电站双向流动，导致机组与流道复杂特性新增转速调节的“自由度”后，文引入新问题：系统动态响应机理如何？如何提升调控性能？耦合定速机组已有复杂特性流道复杂特性压力脉动大管多机井行回路布置不稳定S区特性波动叠加州抽水蕾能电站S形特性曲线多值易失稳压力波动达200m武溪大学背景与概况WUBAN UNIVERSITY口科学问题：水-机-电耦合系统动力学●研究对象：多物理量、多时间尺度、非线性动力系统。过渡过程：一个稳定状态过渡到另一个稳定状态的过程·动态特性：过渡过程中，自变量和因变量的关系PUMPEO HYOROSTORAGE-HOWITWORKS电力系统电力系统压力能动电控制水机0.0010.010.110100口参考文款禁装车(HZ)水-机-电耦合系统多物理量振荡频率：多时间尺度6武汉大学背景与概况LLESHNAIKAYES口条件支撑·研究团队：常年致力于水电站运行与蓄能调控研究●实验条件：国内外独具特色的抽水蓄能实验基地所在团队“抽水蓄能电站安全高效运行”成果应用于我国62座已投运、在建抽水蓄能电站大比尺全工况强耦合精特性发电+抽水针对真机启限：并网+现网不能进行IEC·不便实别标准转轮0-100%·不敢运行出力武汉大学校外实验基地占地面积9100m：实景&平台特性武汉大学FUBANUNIVERSITY背景与概况提定速机组调控变速机组调控纲四小结与展望武溪大学定速机组调控口需求与问题·多能互补：我国将大力推动与“水风光储一体化”大型清洁能源基地建设●并大网运行&打捆运行：传统水电/抽水蓄能机组将受到怎样的影响、及如何更高效、智能地应对？国内外已逐新显霸规模化的含风/光-抽水器能一体化能源基地和实证平台区域典型项目规模与技术特点雅蓉江流域清洁腾顶基地总规模7800万kW（水电2840+风电260+光伏3640+抽蕾1060万kW）两河口孚等混合式拍富协同风光开发国内冀北清洁能源基地丰宁抽蓄（世界第一装机）等+张北柔面工程：外送京津魔绿电，跨区城综电消纳四川小金月梯级水光蓄系统男内首座全功率变速抽费电站+梯级联合发电系统打破国外技术型断日本带导风光带一体化项目23GW拍菌8GW光伏，求后能源结构转型，支撑高比例可再生能薄井网西班牙EIHierro岛风-抽蓄系统115MW风电+11.32MW水电+6MW抽薪：覆盖60%电力需求，营代柴油发电：微网模式国外下零碳系统阿联首Hata光伏，抽蓄项目250MW拍蓝+5GW光伏，90秒快速应，沙漠地区乘顾快速调节与大规模发电：支持2050年75%可再生能源目标武汉大学定速机组调控WUBANUNIVERSITY口需求与问题出力波动：发电侧风光等波动性电源比例提升转子运动方程（频率稳定性）容量增加：终端电气化带来用电总量的提升惯性下降：火电等传统同步电机的退出、风/光0=Pgeneration电力电子设备的接入造成系统转动惯量下降传统电力系统新型电力系统3M3C参考文献10武汉大学定速机组调控口需求与问题●前人多从电网角度研究：对水电调节提出需求ELECTRICITYWITHOUTCARBON水电调控的策略方法少有工作从电站（源）角度开展深入研究nitur:energyARTICLESNet load variability in Nordic countries with ahighlyorfullyrenewablepowersystemNatureEnergy文章结论：若水电能提供适当的调节，可再生能源电力系统可能实现"Fromavariabilitypointofview,afossil-and nuclear-freeNordicpowersystemisfeasibleifproperlybalancedbyhydropower.11武溪大学定速机组调控WUBANUNIVERSITY口需求与问题·机组频繁调节导致至少三类部件损伤：增加检修费用数以亿计，且停机发电量损失巨大（1）调速器执行机构（导叶）轴系磨损(e).achieve.starts.and.stoos.ot.he.machineDurirterflowD蒙考文献12武溪大学定速机组调控WUHANUNIVERSITY口需求与问题（2）转轮裂纹、破损：动应力引发Suction sideInitial crackRunnercrowtdctedted hereack InitiatioBlade tip13武汉大学定速机组调控TUHANUNIVERSITY口需求与问题√（3）机组主轴破损：机械疲劳损伤等平抑新能源波动等电网辅助服务引发的机组调节损耗机理不明“源网协调”机理、机制驱待深入开展CP5C参考文献14武汉大学定速机组调控ALISHSAING.RYHNN1.抽水蓄能机组调节强度华北机组运行数据分析（2019-2022）启停次数：普遍增大：基本在1抽1发、2抽2发左右：部分机组存在3抽2发、3抽3发的情况运行时长：普遍加大，基本在4-6个小时左右，部分机组达到8小时日均启动次数日均运行时长国网总部科技项目：考虑机组可靠性的抽水蓄能与大规模新能源发电联合运行关键技术研究发三抽三发4~6时（日均）15武汉大学定速机组调控WUBAN UNIVERSITY1.抽水蓄能机组调节强度●华北机组运行数据分析（2019-2022）运行时长：占全年的20%~40%，即2100~3500h，其余在静止状态，机组整体利用率有待提升：出力范围：发电多处于50%以上的中高负荷运行区域，5-10%的时段处于低负荷区：机组振动区：多数有5%~10%发电时段在振动区内，其中部分电站较多（10%~20%）机组出力分布情况振动区内运行情况p16武汉大李定速机组调控URANBNINHRSTTS1.抽水蓄能机组调节强度●提出考虑机组振动区的调节强度概念及评价指标体系建立抽水蓄能与新能源联合运行系统日前调度优化模型：小时级时间尺度智能优化：混沌粒子群优化算法（CPSO）数值模型及调节强度评价指标新能源及负荷：东北电网实际数据武溪大学定速机组调控WUHAN O