风力与抽水蓄能混合式发电的设想

曲盈盈

摘 要：风力与抽水蓄能混合式发电是将风力作为主要发电能量来源，抽水蓄能作为主要储能手段。在风力最强的时候，用多余的电能将水泵至建在高处的蓄水池中储存起来。而当电力供应不足时，利用高处的水推动涡轮机发电。这样理论上就能够基本解决风力发电不稳定，能源储存的问题，实现能量的最大化利用。本文将对这种设想针对不同地理环境做适当介绍和分析。

关键词：风力与抽水蓄能混合式发电；设想

一、背景

随着世界能源减少，新能源发电技术不断发展，风力发电越来越受到人们的重视，建设规模也不断扩大。然而，风力发电不稳定的弊端却迟迟没有得到很好的解决。

就拿丹麦来说。这个北欧小国建设有许多世界级规模的风力发电厂。但有趣的是，丹麦人对电力需求最低的时候，往往是一年之中风力最强的时候，因此丹麦只能将多余的电低价卖给邻国。而当需求上升，电力供不应求的时候，丹麦还得从邻国高价买电。结果就因为这一买一卖，丹麦成为了世界上电价最高的地区之一。

电力供应与需求不匹配这一问题，已经扩散到包括中国在内的世界上大多数的国家。许多国家政府需要给可再生能源一定补贴，才能让民众愿意购买由太阳能或风能发出的电。理论上来讲，很多国家都蕴含了丰富的风能和太阳能资源，不仅能满足本国的电力需求，还能满足周边国家的电力需求。但实际上，这两种能量来源都不够稳定，最多只能满足小部分地区的电力需求。而其他地区就只会供不应求。

因此，一种能将可再生能源产生的多余电能储存起来，并且在无法发电的时候能取出来使用的方法便成了大家寻求的焦点。

抽水蓄能的原理正好能满足要求。

二、原理

风力与抽水蓄能混合式发电的原理就是在风力发电过剩时，利用多余的电能将水抽到高处的蓄水池中储存起来。当电力供不应求时，将水流回低处的蓄水池或者海里，就能够推动涡轮发电机发电。

三、设计方案

理论上讲，只要能提供一些水和足够的落差，就可以建造蓄水储能电站。如果电站位置风能资源比较好，适合发展风力发电，那么就可以建设这套风力与抽水蓄能混合式发电系统。

限制蓄水储能电站的最主要因素就是电势，而建设风力发电厂的主要考虑因素是当地的风能资源情况。由此，下面将分别针对沿海地区和山区提出两种建设方案。

1. 沿海地区

由于沿海地区的地势比较低，很难满足有足够的落差，在高处建设水库的要求，故设想在浅海地区建造环形的围墙，向下挖一定深度，构成一个人工蓄能水库。当风力发电供电充足时，利用多余的电能将水库里的水抽出，释放到海洋中。当电力供不应求需要能量时，打开水库底部阀门，海水通过管道流回水库，推动里面的水轮机发电。在这个方案中，实际上是将海洋作为了一个大的蓄水池，改變了传统的将水抽至高处的储能的想法，结合海上风力发电，可应用于沿海地区的海边发电以及岛屿上的海上风力发电。

2. 山区

山区风力抽水蓄能发电系统的建设与沿海地区建设最大的不同便是没法利用海洋作为蓄水池，但可以充分利用山体的海拔落差来实现抽水蓄能。具体来说，选择山顶有天然湖泊的地区或者在山顶建造一个人工蓄水湖，用于储存山顶风电站发出的多余电能。在山脚选择天然的湖泊或者建造水库，通过双向涡轮机，水轮发电机，水管将上下游水库联系起来构成抽水蓄能系统。当电能充足时，利用风机发出的电能，通过抽水泵将下游水库中的水升至上游水库中储存起来。

当电能供不应求时，打开上游水库阀门，水沿水管向下推动水轮机发电，最后注入下游水库中。这样便充分发挥了抽水蓄能的调节电能作用，实现了能量的最大利用

图1 沿海风力抽水蓄能发电系统

图2 山区风力抽水蓄能发电系统

四、可行性分析

风力抽水蓄能混合式发电系统的主要限制因素就是地点的选择，对地形的要求比较高。若完全人工建设各个水库，那么相应的成本将会大大提高。因此，如何能够利用现有高海拔的湖泊以及浅海地区的风力资源成为关键。

原理上来说，如果这套混合式发电系统能够被很好的应用推广，那么它带来的能量循环效率是非常可观的。而且，目前抽水蓄能以及风力发电的技术正在不断的完善，相对于许多新能源发电技术来说，更加成熟，可靠，这也为本套系统的推广应用打下了坚实基础，该系统只是我的一个设想，考虑不是很全面，还需要做许多实验研究查阅相关资料等。（作者单位：西南交通大学希望学院）