抽水蓄能電站規劃設計研究

摘要：對抽水蓄能電站在電力系統中具有調峰填谷的獨特運行特性進行了分析，從抽水蓄能電站的選址、關鍵技術的引進和抽水蓄能電站的建設與環境三方面出發，給出抽水蓄能電站科學合理的規劃建議。

關鍵詞：抽水蓄能電站 規劃設計 關鍵技術 環境

0 引言

近二十多年來，我國經濟和社會有了快速發展，電力負荷迅速增長，峰谷差不斷加大，用戶對供電的要求也越來越高。抽水蓄能電站作為我國電源結構中一種新型電源，以其調峰填谷的獨特運行特性，在電力系統中發揮著調節負荷、促進電力系統節能和維護電網安全穩定運行的功能。抽水蓄能電站將成為水電建設的主流。因此，科學合理的規劃這一有效的、不可或缺的抽水蓄能電站勢在必行。

1 抽水蓄能電站選址規劃

抽水蓄能電站的運行原理是利用電力負荷低谷時的電能把水抽至上水庫，將水能轉化為電能，在電力負荷高峰時期再放水至下庫發電，將水能轉化為電能，它將電網負荷低谷時的多余電能轉變為電網高峰時期的高價電能，從而起到電網調峰的作用。因此，建設抽水蓄能電站的關鍵是選好站址。

抽水蓄能電站的站址規劃是在負荷中心的周圍地區尋找可能開發的站址。其可選面不象常規水電站那樣只能沿著河流尋找合適的站址，它的可選面比較寬。一般要求上、下池之間的落差愈高愈好。選址時首先要開展普查工作，調查所給區域內所有可開發的抽水蓄能電站站址的基本建設條件，弄清所在電網的負荷水平、負荷特性和電源結構，調峰電源的缺口，以及對調頻、調相、事故備用等動態功能的需求。通過比較從中選出建設條件較好的站址，然后進行規劃階段勘測設計工作，通過理論推正和實際考察來確定一期開發工程的實施。針對抽水蓄能電站的特點，大多選址是在已有水庫的地方尋找山頭建設上池，其中上池用于蓄水，以原有水庫作為下池。部分站址也可選擇已有水庫附近的谷地建設下池，以原有水庫作為上池。大多是汛期抽水，枯水期發電。因此，站址選對了可大量節約建設資金。例如廣州抽水蓄能電站(簡稱廣蓄電站)是一個純抽水蓄能電站，其位于廣東省從化縣呂田鎮，距廣州市90km。上水庫位于召大水上游的陳禾洞小溪上，下水庫位于九曲水上游的小杉盆地。廣蓄電站承擔廣東電網的調峰、填谷、調相、事故備用要求的任務和西電東送電量不均勻性的調節作用。該站址的自然條件較好，無論是上、下庫成庫條件還是落差，都比較理想，選擇的合理科學，其電站裝機可達到240萬kW。考慮到電力系統的需求，廣蓄電站分兩期建設。一、二期工程裝機120萬kW，年發電量分別為23.8、25.089億kW·h。廣蓄電站的上、下水庫容量，可供8臺機組滿負荷發電約6h，抽水約7h。經多年運行，循環效率可達76％。

2 關鍵技術的引進規劃

在抽水蓄能電站關鍵技術方面，對高懸水庫基礎的滲流場進行分析，提出滲流控制標準和相應的滲流控制措施。一般防滲漏規劃設計，可行方案有3種：①上游壩面噴混凝土；噴混凝土方案造價適中，施工便利，但要在實驗過后準確把握其有效性。②壩體灌漿：灌漿方案造價最低，但耐久性、可靠性不如鋼筋混凝土面板。③上游壩面增設鋼筋混凝土面板防滲，鋼筋混凝土面板方案造價最高，但防滲及加固效果最好，耐久性強，壩體實際承受的揚壓力最小。

抽水蓄能電站的關鍵設備是水泵、水輪、電動發電機組。抽水蓄能電站的機組能起到作為一般水輪機發電的作用和作為水泵將下池的水抽到上池的作用。在電力系統的低谷負荷時，其作為水泵運行，完成上池蓄水：在高峰負荷時，其又作為發電機組運行，利用上池的蓄水發電，送到電網。在抽水蓄能電站機組運行技術方面，需要開展機組起動方式，工況轉換及變頻起動裝置(SFC)諧波分析和預防措施研究。這樣不僅能進一步優化水泵水輪機和發電電動機的主要技術參數(上、下庫正常蓄水位，死水位，調節庫容以及裝機容量等)和機組總體結構而且提高了抽水蓄能電站的運行穩定性。初期的機組是水泵與水輪機分開的組合式水泵水輪機組。后來才發展為可逆水泵水輪機，正轉是水輪機，反轉即是水泵。電動發電機也是一臺特殊的電機機組，受電時是電動機驅動水泵抽水，為上池放水：水泵變為水輪機時，電動發電機也就成為發電機。

除上述外，還應進一步開展抽水蓄能電站工程結構問題研究：開展大PD值預應力鋼筋混凝土高壓管道結構及埋藏式鋼岔管道結構受力分析研究，提高我國大PD值壓力管道的設計，降低工程造價。

3 抽水蓄能電站建設與環境規劃

眾所周知，具有調峰填谷功能的抽水蓄能電站對于電廠、電網的安全和經濟運行有重要作用。為了與國內大規模的核電建設及大容量的火電機組相配套，抽水蓄能電站的大規模建設已是必然。從總體來講，抽水蓄能電站建設對自然環境的影響比一般常規水電站要小。但由于抽水蓄能電站的位置大多緊靠負荷中心，建在用電集中的大城市附近，有時靠近甚至位于風景名勝區(如：天池抽水蓄能電站)，因此，選址建站是一定要注意對環境的保護。

首先，要考慮工程建筑物對周圍自然景觀及旅游的影響。針對這點，我們選址建站時要考慮上庫進、出水口的布置以及下水庫和地下廠房的建設。如天池抽水蓄能電站的上庫進／出水口布置在天池湖天然壩體東北角湖灣北側山體中。該建筑物在風景名勝區的旅游中心，所以建筑物設計時，其造型、色彩等應符合風景區總體規劃要求，并與周圍整體自然景觀和環境相協調。其下水庫是在石門景點以下三工河峽谷中新建的一座攔河水庫。這樣的建設避免了對核心旅游區的影響，同時通過導流洞及旅游公路的局部改線，把下水庫施工場地與旅游交通分開。

其次，考慮工程對水環境的影響。為了減少施工期廢水、廢氣、廢渣對自然環境的破壞，應對施工期間庫盆和道路的開挖、施工場地和生活區的布置、廢渣和建筑材料的堆放、運輸車輛的管理進行詳細的規劃設計研究，采取科學合理的防治措施，并認真執行。

最后，考慮工程對生態環境的影響。大多數抽水蓄能電站的建設僅在施工期對周圍的環境有一定的影響。建站工程對土壤、植被的影響主要有以下四方面一是修建下水庫，二是修建施工道路，三是施工生產、生活區和工程臨時管理設施的占地，四是地下廠房、輸水系統、導流洞、交通洞、施工隧洞及下水庫擴容開挖的廢渣堆放場地對土壤、植被的破壞。針對四點，建議采取的對策：①施工道路及改線旅游公路兩側必須采取人工種樹、種草恢復植被；②對堆渣場要覆土綠化，減少對自然景觀的影響。壩后堆渣場綠化樹種可選用落葉松、樺木、薔薇等觀賞價值較高的樹種。③施工期間，嚴禁施工人員狩獵和進入林地用火，并要經常開展保護野生動物及護林防火的宣傳教育，提高施工人員保護自然資源的思想意識。總之，科學合理的規劃抽水蓄能電站不僅不會污染和破壞環境，反而會改善、美化環境，甚至可為當地環境生輝。

4 結論

中國的抽水蓄能電站建設正處于高峰期，抽水蓄能電站主要作用集中在削峰填谷、調頻調相、事故備用等動態功能上。由于抽水蓄能電站既是電源點又是電力用戶，因此，抽水蓄能電站將成為我國電力系統有效的、不可或缺的調節工具。它對于確保電網安全、經濟、穩定起到了至關重要的作用。因此，科學合理的規劃、建設抽水蓄能電站具有重大實際意義。