常规混流电站改为抽水蓄能电站吸出高度改善系统及方法与流程

本发明属于水电站，具体涉及一种常规混流电站改为抽水蓄能电站吸出高度改善系统及方法。

背景技术：

1、随着世界能源危机、气候变暖等问题的日益严峻，越来越多的新能源形式被接入电力系统，截止2023年9月，我国全口径发电装机容量为27.9亿kw，其中非化石能源发电装机容量为14.6亿kw且占全口径发电装机容量的比重达52.3％，其中非化石能源发电装机容量中，风力发电装机容量为4.0亿kw，太阳能发电装机容量为5.2亿kw，水力发电装机容量为4.2亿kw，风力发电和太阳能发电的装机容量合计已占非化石能源发电装机容量的63％。电力系统中风力和太阳能等新能源发电的占比持续攀升，而由于风力发电和太阳能发电的间歇性、随机性、波动性的特点，急需调节性强的新能源发电与之配合，保障能源体系低碳和电力系统安全稳定。

2、抽水蓄能拥有调峰、填谷、调频、调相和事故备用等多种作用，其响应快速、调节性强，对确保电力系统安全、稳定和经济运行具有重要作用。国家《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》中布局的重点抽水蓄能电站总装机容量约为4.21亿kw，目前已建抽水蓄能电站装机容量为0.5亿kw，距离目标仍有3.71亿kw装机容量缺口。现有水电站中绝大多数为常规混流电站，常规混流电站的机组仅具有发电功能，没有抽水功能，因此常规混流电站的功能单一，而抽水蓄能电站的机组既具有发电功能，又具有抽水功能，因此抽水蓄能电站的功能齐全，另外常规混流电站与现有主流的抽水蓄能电站有很大的结构布置相似性和运行控制相似性，同时电力系统对抽水蓄能电站的巨大需求，将库址适宜的常规混流电站升级改造为抽水蓄能电站具有良好的技术基础以及巨大的市场前景和经济效益。

3、常规混流电站改建为抽水蓄能电站首要解决的技术问题是在不变动现有厂房结构的前提下常规混流电站机组与抽水蓄能电站机组的吸出高度之间的矛盾，其中机组设置于下游水库外且机组顶端高度低于下游水库的水面高度，吸出高度表示机组所在位置的高度与下游水库的水面高度之差。常规混流电站机组的吸出高度hs基本在(-10m,-25m)范围内，抽水蓄能电站机组的吸出高度hs主要分布于(-30m,-90m)范围内，对于超高水头的纯抽水蓄能电站机组的吸出高度可突破-100m。在上游水位、下游水位及动能条件相同的情况下，抽水蓄能电站机组的吸出高度比常规混流电站机组的吸出高度低且埋深大。

4、而改造前的常规混流电站的输水发电系统、厂房结构都已定型，且机组吸出高度满足常规混流电站的机组要求；改造后的抽水蓄能电站在原输水发电系统、厂房结构不变的情况下需提升机组埋深，保证抽水蓄能电站机组对吸出高度的需求。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提供一种常规混流电站改为抽水蓄能电站吸出高度改善系统及方法，水力提升装置能满足水泵水轮机组对吸出高度的需求，实现常规混流电站在输水发电系统、厂房结构不变的情况下改建为抽水蓄能电站，保证水泵水轮机组在水泵抽水工况下能正常运行。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种常规混流电站改为抽水蓄能电站吸出高度改善系统，所述抽水蓄能电站的水泵水轮机组与常规混流电站的水轮机组的安装位置相同，所述水泵水轮机组设置于下游水库外且水泵水轮机组的顶端高度低于下游水库的水面高度，其中下游水库的水面形成下游水位平面，所述水泵水轮机组通过第一输水管与上游水库连接，并通过第二输水管与下游水库连接，所述吸出高度改善系统包括浸没于下游水库水体内的水力提升装置和设置于下游水位平面上方的中位水池，所述水力提升装置与中位水池连接，并利用上游水库和下游水库的水位差将下游水库内的水提升至所述中位水池内，所述中位水池通过连接管与第二输水管相连，所述水泵水轮机组在水泵抽水工况下将中位水池内的水抽至上游水库内，所述中位水池内的水用于提升水泵水轮机组的埋深，满足水泵水轮机组对吸出高度的需求。

4、进一步地，所述水力提升装置包括高压引射管和混合扩散管，所述高压引射管的上游端与上游水库连接且下游端与射流喷嘴连接，所述混合扩散管的上游端与接收室的其中一个开口端连接且下游端与中位水池连接，所述射流喷嘴的喷射端从接收室的另一个开口端伸至接收室内，所述水力提升装置用于将上游水库内的高压水流和下游水库内的低压水流在接收室以及混合扩散管内混合并进行能量交换，并将所形成的中压混合水流引至所述中位水池内。

5、进一步地，所述水力提升装置还包括聚流罩，所述接收室、高压引射管的下游段和混合扩散管的上游段均处于聚流罩内。

6、进一步地，所述接收室呈喇叭形状，所述接收室的小径开口端与混合扩散管的上游端连接，所述射流喷嘴的喷射端从接收室的大径开口端伸至接收室内。

7、进一步地，所述混合扩散管包括从上游到下游依次连接的第一混合扩散段、第二混合扩散段和第三混合扩散段，所述第一混合扩散段的内径小于第三混合扩散段的内径，所述第二混合扩散段呈圆台形状。

8、进一步地，所述射流喷嘴、接收室、第一混合扩散段、第二混合扩散段和聚流罩五者的轴线重合。

9、进一步地，所述连接管的上游端穿过中位水池的底壁并伸至中位水池内，所述连接管的下游端与第二输水管相连；所述混合扩散管的下游端穿过中位水池的底壁并伸至中位水池内。

10、一种常规混流电站改为抽水蓄能电站的吸出高度改善方法，采用上述所述的常规混流电站改为抽水蓄能电站吸出高度改善系统进行改善，具体为：所述水力提升装置将下游水库内的水提升至中位水池内，所述中位水池内的水提升水泵水轮机组的埋深，满足水泵水轮机组对吸出高度的需求，保证所述水泵水轮机组在水泵抽水工况下正常运行，所述水泵水轮机组在水泵抽水工况下将中位水池内的水依次通过连接管、第二输水管和第一输水管抽至上游水库内。

11、进一步地，所述水力提升装置将下游水库内的水提升至中位水池内，具体为：上游水库内的高压水流经所述高压引射管引流，在所述射流喷嘴处形成低压并卷吸下游水库内的低压水流，上游水库内的高压水流和下游水库内的低压水流在所述接收室以及混合扩散管内混合并进行能量交换，所形成的中压混合水流通过所述混合扩散管引至中位水池内。

12、进一步地，所述水力提升装置将下游水库内的水提升至中位水池内，具体为：上游水库内的高压水流经所述高压引射管引流，在所述射流喷嘴处形成低压并卷吸下游水库内的低压水流，并在所述聚流罩的整流导流作用下形成良好的卷吸效果，上游水库内的高压水流和下游水库内的低压水流在所述接收室以及混合扩散管内混合并进行能量交换，所形成的中压混合水流通过所述混合扩散管引至中位水池内。

13、相对于现有技术，本发明的有益效果为：

14、本发明中常规混流电站改为抽水蓄能电站吸出高度改善系统，包括浸没于下游水库水体内的水力提升装置和设置于下游水位平面上方的中位水池，水力提升装置与中位水池连接，并利用上游水库和下游水库的水位差将下游水库内的水提升至中位水池内，中位水池通过连接管与第二输水管相连，水泵水轮机组在水泵抽水工况下将中位水池内的水抽至上游水库内，中位水池内的水用于提升水泵水轮机组的埋深；本水力提升装置能利用上游水库和下游水库的水位差将下游水库内的水提升至中位水池内，而由于中位水池处于下游水位平面上方位置处，水泵水轮机组的顶端高度低于下游水位平面的高度，并且中位水池通过连接管与水泵水轮机组的第二输水管相连，这样中位水池内的水能提升水泵水轮机组的埋深，进而能满足水泵水轮机组对吸出高度的需求，实现常规混流电站在输水发电系统、厂房结构不变的情况下改建为抽水蓄能电站，保证抽水蓄能电站的水泵水轮机组在水泵抽水工况下对较低吸出高度的需求，从而保证水泵水轮机组在水泵抽水工况下能正常运行。

15、本发明中，水力提升装置包括高压引射管和混合扩散管，高压引射管的上游端与上游水库连接且下游端与射流喷嘴连接，混合扩散管的上游端与接收室的其中一个开口端连接且下游端与中位水池连接，射流喷嘴的喷射端从接收室的另一个开口端伸至接收室内，水力提升装置用于将上游水库内的高压水流和下游水库内的低压水流在接收室以及混合扩散管内混合并进行能量交换，并将所形成的中压混合水流引至中位水池内；这样上游水库内的高压水流经高压引射管引流，在射流喷嘴处形成低压并卷吸下游水库内的低压水流，上游水库内的高压水流和下游水库内的低压水流在接收室以及混合扩散管内混合并进行能量交换，所形成的中压混合水流通过混合扩散管引至中位水池内，因此本水力提升装置能利用上游水库和下游水库的水位差将下游水库内的水持续稳定地提升至中位水池内，而无需外界动力。

16、本发明中，水力提升装置还包括聚流罩，接收室、高压引射管的下游段和混合扩散管的上游段均处于聚流罩内；这样上游水库内的高压水流经高压引射管引流，在射流喷嘴处形成低压并卷吸下游水库内的低压水流，并在聚流罩的整流导流作用下形成良好的卷吸效果。