抽水蓄能电站规划设计研究

张建伟 董飞燕 李 涛

摘要：对抽水蓄能电站在电力系统中具有调峰填谷的独特运行特性进行了分析，从抽水蓄能电站的选址、关键技术的引进和抽水蓄能电站的建设与环境三方面出发，给出抽水蓄能电站科学合理的规划建议。

关键词：抽水蓄能电站规划设计关键技术环境

0引言

近二十多年来，我国经济和社会有了快速发展，电力负荷迅速增长，峰谷差不断加大，用户对供电的要求也越来越高。抽水蓄能电站作为我国电源结构中一种新型电源，以其调峰填谷的独特运行特性，在电力系统中发挥着调节负荷、促进电力系统节能和维护电网安全稳定运行的功能。抽水蓄能电站将成为水电建设的主流。因此，科学合理的规划这一有效的、不可或缺的抽水蓄能电站势在必行。

1抽水蓄能电站选址规划

抽水蓄能电站的运行原理是利用电力负荷低谷时的电能把水抽至上水库，将水能转化为电能，在电力负荷高峰时期再放水至下库发电，将水能转化为电能，它将电网负荷低谷时的多余电能转变为电网高峰时期的高价电能，从而起到电网调峰的作用。因此，建设抽水蓄能电站的关键是选好站址。

抽水蓄能电站的站址规划是在负荷中心的周围地区寻找可能开发的站址。其可选面不象常规水电站那样只能沿着河流寻找合适的站址，它的可选面比较宽。一般要求上、下池之间的落差愈高愈好。选址时首先要开展普查工作，调查所给区域内所有可开发的抽水蓄能电站站址的基本建设条件，弄清所在电网的负荷水平、负荷特性和电源结构，调峰电源的缺口，以及对调频、调相、事故备用等动态功能的需求。通过比较从中选出建设条件较好的站址，然后进行规划阶段勘测设计工作，通过理论推正和实际考察来确定一期开发工程的实施。针对抽水蓄能电站的特点，大多选址是在已有水库的地方寻找山头建设上池，其中上池用于蓄水，以原有水库作为下池。部分站址也可选择已有水库附近的谷地建设下池，以原有水库作为上池。大多是汛期抽水，枯水期发电。因此，站址选对了可大量节约建设资金。例如广州抽水蓄能电站(简称广蓄电站)是一个纯抽水蓄能电站，其位于广东省从化县吕田镇，距广州市90km。上水库位于召大水上游的陈禾洞小溪上，下水库位于九曲水上游的小杉盆地。广蓄电站承担广东电网的调峰、填谷、调相、事故备用要求的任务和西电东送电量不均匀性的调节作用。该站址的自然条件较好，无论是上、下库成库条件还是落差，都比较理想，选择的合理科学，其电站装机可达到240万kW。考虑到电力系统的需求，广蓄电站分两期建设。一、二期工程装机120万kW，年发电量分别为23.8、25.089亿kW·h。广蓄电站的上、下水库容量，可供8台机组满负荷发电约6h，抽水约7h。经多年运行，循环效率可达76％。

2关键技术的引进规划

在抽水蓄能电站关键技术方面，对高悬水库基础的渗流场进行分析，提出渗流控制标准和相应的渗流控制措施。一般防渗漏规划设计，可行方案有3种：①上游坝面喷混凝土；喷混凝土方案造价适中，施工便利，但要在实验过后准确把握其有效性。②坝体灌浆：灌浆方案造价最低，但耐久性、可靠性不如钢筋混凝土面板。③上游坝面增设钢筋混凝土面板防渗，钢筋混凝土面板方案造价最高，但防渗及加固效果最好，耐久性强，坝体实际承受的扬压力最小。

抽水蓄能电站的关键设备是水泵、水轮、电动发电机组。抽水蓄能电站的机组能起到作为一般水轮机发电的作用和作为水泵将下池的水抽到上池的作用。在电力系统的低谷负荷时，其作为水泵运行，完成上池蓄水：在高峰负荷时，其又作为发电机组运行，利用上池的蓄水发电，送到电网。在抽水蓄能电站机组运行技术方面，需要开展机组起动方式，工况转换及变频起动装置(SFC)谐波分析和预防措施研究。这样不仅能进一步优化水泵水轮机和发电电动机的主要技术参数(上、下库正常蓄水位，死水位，调节库容以及装机容量等)和机组总体结构而且提高了抽水蓄能电站的运行稳定性。初期的机组是水泵与水轮机分开的组合式水泵水轮机组。后来才发展为可逆水泵水轮机，正转是水轮机，反转即是水泵。电动发电机也是一台特殊的电机机组，受电时是电动机驱动水泵抽水，为上池放水：水泵变为水轮机时，电动发电机也就成为发电机。

除上述外，还应进一步开展抽水蓄能电站工程结构问题研究：开展大PD值预应力钢筋混凝土高压管道结构及埋藏式钢岔管道结构受力分析研究，提高我国大PD值压力管道的设计，降低工程造价。

3抽水蓄能电站建设与环境规划

众所周知，具有调峰填谷功能的抽水蓄能电站对于电厂、电网的安全和经济运行有重要作用。为了与国内大规模的核电建设及大容量的火电机组相配套，抽水蓄能电站的大规模建设已是必然。从总体来讲，抽水蓄能电站建设对自然环境的影响比一般常规水电站要小。但由于抽水蓄能电站的位置大多紧靠负荷中心，建在用电集中的大城市附近，有时靠近甚至位于风景名胜区(如：天池抽水蓄能电站)，因此，选址建站是一定要注意对环境的保护。

首先，要考虑工程建筑物对周围自然景观及旅游的影响。针对这点，我们选址建站时要考虑上库进、出水口的布置以及下水库和地下厂房的建设。如天池抽水蓄能电站的上库进／出水口布置在天池湖天然坝体东北角湖湾北侧山体中。该建筑物在风景名胜区的旅游中心，所以建筑物设计时，其造型、色彩等应符合风景区总体规划要求，并与周围整体自然景观和环境相协调。其下水库是在石门景点以下三工河峡谷中新建的一座拦河水库。这样的建设避免了对核心旅游区的影响，同时通过导流洞及旅游公路的局部改线，把下水库施工场地与旅游交通分开。

其次，考虑工程对水环境的影响。为了减少施工期废水、废气、废渣对自然环境的破坏，应对施工期间库盆和道路的开挖、施工场地和生活区的布置、废渣和建筑材料的堆放、运输车辆的管理进行详细的规划设计研究，采取科学合理的防治措施，并认真执行。

最后，考虑工程对生态环境的影响。大多数抽水蓄能电站的建设仅在施工期对周围的环境有一定的影响。建站工程对土壤、植被的影响主要有以下四方面一是修建下水库，二是修建施工道路，三是施工生产、生活区和工程临时管理设施的占地，四是地下厂房、输水系统、导流洞、交通洞、施工隧洞及下水库扩容开挖的废渣堆放场地对土壤、植被的破坏。针对四点，建议采取的对策：①施工道路及改线旅游公路两侧必须采取人工种树、种草恢复植被；②对堆渣场要覆土绿化，减少对自然景观的影响。坝后堆渣场绿化树种可选用落叶松、桦木、蔷薇等观赏价值较高的树种。③施工期间，严禁施工人员狩猎和进入林地用火，并要经常开展保护野生动物及护林防火的宣传教育，提高施工人员保护自然资源的思想意识。总之，科学合理的规划抽水蓄能电站不仅不会污染和破坏环境，反而会改善、美化环境，甚至可为当地环境生辉。

4结论

中国的抽水蓄能电站建设正处于高峰期，抽水蓄能电站主要作用集中在削峰填谷、调频调相、事故备用等动态功能上。由于抽水蓄能电站既是电源点又是电力用户，因此，抽水蓄能电站将成为我国电力系统有效的、不可或缺的调节工具。它对于确保电网安全、经济、稳定起到了至关重要的作用。因此，科学合理的规划、建设抽水蓄能电站具有重大实际意义。