抽水蓄能實驗系統

抽水蓄能實驗系統主要提供于以抽水儲能為主課題的教學和研究工作，以水輪機綜合實驗臺為核心，可搭配沖擊式水輪機實驗單元、FM-混流式水輪機實驗單元、螺旋槳式水輪機實驗單元以及卡普蘭水輪機實驗單元，共同構成一個完整的抽水儲能模擬系統。

  水輪機綜合實驗臺本身形成封閉水循環系統，包含儲水箱、配備變速裝置的標準離心泵和用于調節系統背壓的流量控制閥。各水輪機實驗單元則各具特點，沖擊式水輪機實驗單元采用自由射流或脈沖式水輪機，適用于高揚程、低流速工況；混流式水輪機實驗單元作為反應式水輪機的一部分，適用于中等水頭和大流量工況；螺旋槳式水輪機實驗單元是軸向通流反應渦輪機的一部分，適用于低水頭和大流量工況；卡普蘭水輪機實驗裝置采用軸流式設計，具備可調節葉片，適合低水頭和大流量工況。

  通過這些設備的組合，能夠模擬抽水儲能的整個過程，即利用離心泵將水從低位抽到高位儲存能量，在需要時讓水從高位流下，驅動不同類型的水輪機發電，實現能量的轉換與利用。

（一）基礎性能實驗

1.離心泵特性研究

測定不同轉速下離心泵的揚程、流量、軸功率及效率曲線，分析抽水過程中的能量消耗規律，為儲能階段的能耗優化提供數據支撐。

2.水輪機性能測試

針對沖擊式、混流式、螺旋槳式、卡普蘭水輪機，分別測定其在不同水頭、流量下的出力、效率及轉速特性，評估各類水輪機在釋能階段的適配性。

（二）抽水儲能實驗

1.儲能 - 釋能循環模擬實驗

模擬完整抽水儲能過程：通過離心泵將水從低位儲水箱抽至高位（記錄抽水時間、能耗及流量），再開啟水輪機釋放水流勢能（記錄發電功率、持續時間及效率），計算 “抽水能耗 - 發電收益" 的能量轉換比。

2.工況切換動態特性實驗

研究抽水與發電模式切換時的系統響應：測定離心泵停機、水輪機啟動的過渡過程中，壓力波動、轉速變化及扭矩沖擊的動態曲線，分析系統穩定性。

3.不同水輪機釋能效率對比實驗

在相同水頭（如20m）和流量（如150L/min）條件下，對比四類水輪機的輸出功率與效率：

沖擊式水輪機（約100W，適用于高揚程）

混流式水輪機（約100W，適用于中等水頭）

螺旋槳式水輪機（約10W，適用于低水頭）

卡普蘭水輪機（約14W，適用于低水頭且需效率優化場景）

繪制 “水頭-效率" 對比曲線，驗證不同水輪機在抽水儲能中的適用場景。

4.儲能容量與持續時間關聯實驗

設定高位水箱的不同儲水量（如 50L/100L/200L），測定對應儲水量下各類水輪機的持續發電時間及平均功率，建立 “儲能容量 - 發電時長" 數學模型。

5.系統綜合效率優化實驗

調節離心泵轉速（0~3000r/min）、水輪機導葉、噴嘴開度，測定不同參數組合下系統的總效率（總效率 = 水輪機效率 × 離心泵效率），尋找運行工況。