Question

8．抽水蓄能電站是一種特殊的發(fā)電站，也是目前電力系統(tǒng)中最可靠、最經(jīng)濟(jì)、壽命周期長、容量大、技術(shù)最成熟的儲(chǔ)能裝置．抽水蓄能電站的基本結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)電網(wǎng)上的電能有盈余時(shí)，抽水蓄能電站就利用盈余的電能，通過蓄能機(jī)組帶動(dòng)水泵，把水由低處的下庫抽到高處的上庫并儲(chǔ)存起來；當(dāng)電網(wǎng)上的電能不足時(shí)，使原來抽到上庫的水再流回下庫，并推動(dòng)蓄能機(jī)組帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電．
2015年6月12日，安徽金寨抽水蓄能電站項(xiàng)目正式開工．總裝機(jī)容量120萬千瓦（此處可看作總發(fā)電功率為120萬千瓦），計(jì)劃建設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量30萬千瓦的發(fā)電機(jī)組．設(shè)計(jì)年總抽水消耗電能26.8億千瓦時(shí)，蓄能發(fā)電20.1億千瓦時(shí)．取g=10N/kg，求：
（1）按照設(shè)計(jì)要求，平均每年這4臺(tái)發(fā)電機(jī)組相當(dāng)于要共同工作連續(xù)工作多少天？
（2）該抽水蓄能電站的年運(yùn)行綜合效率?_行的設(shè)計(jì)值是多少？
（3）若該抽水蓄能電站在放水發(fā)電階段的效率?_發(fā)=90%，則抽水蓄能階段的效率?_抽是多少？
（4）若該抽水蓄能電站上、下庫的水面平均高度h=100m，為保證該抽水蓄能電站4臺(tái)發(fā)電機(jī)組全部滿負(fù)荷連續(xù)發(fā)電t₀=l0h，試估算，該抽水蓄能電站上庫的容量V_庫至少要多少m³？

Answer 1

分析 （1）由P=$\frac{W}{t}$計(jì)算發(fā)電機(jī)組工作時(shí)間；
（2）根據(jù)效率公式計(jì)算抽水蓄能電站的年運(yùn)行綜合效率?_行的設(shè)計(jì)值；
（3）由題意，運(yùn)行綜合效率等于發(fā)電效率和抽水效率的乘積，由此計(jì)算抽水蓄能階段的效率；
（4）由題意知，W_發(fā)=η_發(fā)Gh=η_發(fā)mgh=η_發(fā)ρVgh，結(jié)合W=Pt計(jì)算抽水蓄能電站上庫的容量．

解答 解：
（1）由題知，總裝機(jī)容量120萬千瓦，年總蓄能發(fā)電20.1億千瓦時(shí)，
由P=$\frac{W}{t}$可得，平均每年這4臺(tái)發(fā)電機(jī)組要共同工作連續(xù)工作時(shí)間：
t_總=$\frac{{W}_{發(fā)}}{{P}_{發(fā)}}$=$\frac{20.1×1{0}^{8}kW•h}{1.2×1{0}^{6}kW}$=1675h=70天；
（2）抽水蓄能電站的年運(yùn)行綜合效率η的設(shè)計(jì)值：
η_行=$\frac{{W}_{發(fā)}}{{W}_{抽}}$×100%=$\frac{20.1×1{0}^{8}kW•h}{26.8×1{0}^{8}kW•h}$×100%=75%；
（3）由題可知，運(yùn)行綜合效率η_行與放水發(fā)電階段的效率η_發(fā)和抽水蓄能階段的效率η_抽的關(guān)系為：
η_行=η_發(fā)η_抽，
所以抽水蓄能階段的效率：
η_抽=$\frac{{η}_{行}}{{η}_{發(fā)}}$=$\frac{75%}{90%}$=83.3%；
（4）由P=$\frac{W}{t}$可知，發(fā)出的電能：W_發(fā)=P_發(fā)t------①，
放水發(fā)出的電能：W_發(fā)=η_發(fā)Gh=η_發(fā)mgh=η_發(fā)ρVgh--------②，
則：P_發(fā)t=η_發(fā)ρVgh，
所以該抽水蓄能電站上庫的容量至少為：
V_庫=$\frac{{P}_{發(fā)}t}{ρgh{η}_{發(fā)}}$=$\frac{1.2×1{0}^{6}×1{0}^{3}W×10×3600s}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/g×100m×0.9}$=4.8×10⁷m³．
答：（1）按照設(shè)計(jì)要求，平均每年這4臺(tái)發(fā)電機(jī)組相當(dāng)于要共同工作連續(xù)工作70天；
（2）該抽水蓄能電站的年運(yùn)行綜合效率?行的設(shè)計(jì)值是75%；
（3）抽水蓄能階段的效率?_抽是83.3%；
（4）該抽水蓄能電站上庫的容量V_庫至少4.8×10⁷m³．

點(diǎn)評(píng) 本題以抽水蓄能電站為情景考查了功、功率、效率、密度公式的掌握和應(yīng)用，理解題意是關(guān)鍵．