| 抽水蓄能電站 |
| Pumped Storage Power Station |
| ?? 抽水蓄能電站的分類 |
| 抽水蓄能電站的分類方法很多，下面介紹主要的分類方法。 |
| ???1.按建設(shè)類型分： |
| ? （1）純抽水蓄能電站：? |
| 其上水庫沒有水源或天然水流量很小，需將水由下水庫抽到上水庫儲存，抽水蓄能運行所需要的水是在上、下水庫間循環(huán)使用，上、下水庫要有足夠的容量，見圖1。電站不能作為獨立電源，必須配合電網(wǎng)中其他電站協(xié)調(diào)運行。 |
 圖1--純抽水蓄能電站 |
?? （2）混合式抽水蓄能電站： |
| 混合式抽水蓄能電站的上水庫有一定的天然水流量，下水庫按抽水蓄能需要的容積在河道下游修建，并在下水庫出口建筑一個小壩，以保證下水庫的庫容，見圖2。在混合式抽水蓄能電站內(nèi)，既安裝有普通水輪發(fā)電機組，利用江河徑流發(fā)電；又安裝有抽水蓄能機組，可從下水庫抽水蓄能發(fā)電，承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相任務(wù)。 |
 圖2--混合式抽水蓄能電站 |
2.按機組形式分： |
| ???（1）分置式（四機式）抽水蓄能電站 |
| 電站由水輪機與發(fā)電機組成的水輪發(fā)電機組與電動機與水泵機組成的水泵機組組成，共有4臺機，輸水系統(tǒng)與輸、變電系統(tǒng)共有。由于發(fā)電與抽水機組分開，兩機組都可設(shè)計與運行在最佳工作狀態(tài)，效率高，但系統(tǒng)復(fù)雜，占地大，投資大，現(xiàn)很少采用。 |
| ???（2）串聯(lián)式（三機式）抽水蓄能電站 |
| 水泵、水輪機共用一臺電動發(fā)電機，水泵、水輪機、電動發(fā)電機三者同軸運轉(zhuǎn)。通常水輪機與水泵旋轉(zhuǎn)方向相同，這樣在抽水工況與發(fā)電工況間切換迅速快捷，由于水輪機與水泵各按最佳狀態(tài)設(shè)計，所以效率也很高。一些超高水頭的抽水蓄能機組常采用這種方式，因為沖擊式水輪機仍是超高水頭的首選，多級高壓水泵技術(shù)也很成熟，見圖3。 |
 圖3--三機式抽水蓄能機組（立式） |
空化會嚴(yán)重影響水泵的抽水性能，為了防止空化，機組必須安裝在下水庫水平線以下較深的地方，水輪機轉(zhuǎn)輪室會充滿水，由于沖擊式水輪機的水輪浸沒在水中會受到很大的阻力，必須注入壓縮空氣把轉(zhuǎn)輪室的水壓到轉(zhuǎn)輪以下才可啟動運行。 在水輪機與水泵通往水水庫的管道都裝有閥門（球閥），在水輪機轉(zhuǎn)軸與水泵轉(zhuǎn)軸間有離合器。機組在發(fā)電運行工況時，關(guān)閉水泵的閥門防止水流出，離合器分離使水泵不跟隨水輪機旋轉(zhuǎn)，避免能量損失，打開水輪機閥門，水輪機帶動電動發(fā)電機發(fā)電；機組在抽水運行工況時，關(guān)閉水輪機閥門，離合器接合，打開水泵閥門，電動發(fā)電機帶動水泵旋轉(zhuǎn)抽水，雖然水輪機轉(zhuǎn)輪跟著旋轉(zhuǎn)，但在空氣中旋轉(zhuǎn)阻力很小。 三機串連式機組使機軸太長，廠房高度加大，進出水需兩套設(shè)備，投資大，這是它的缺點。 在三機串連式機組的電動發(fā)電機與水輪機之間也可安裝離合器，可以在抽水時水輪機不跟著旋轉(zhuǎn)，水輪室內(nèi)也不用充氣，效率更高，但必須把電機安裝在中間，圖4是有兩個離合器的三機串連式機組，這是一個臥式機組。這種機組作為立式安裝會有更多困難，把電機放在中層，不但安裝非常麻煩，混凝土結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，投資更大。 |
 圖4--三機式抽水蓄能機組（臥式） |
???（3）可逆式（兩機式）抽水蓄能電站 |
| 機組的水輪機同時具備水泵功能（稱為水泵水輪機），發(fā)電機又可以作電動機使用（稱為電動發(fā)電機），兩者連在一根軸上，其水泵水輪機采用混流式水輪機，因為混流式水輪機既可以作水輪機使用又可以作水泵使用，使用水頭范圍也很寬。這種機組結(jié)構(gòu)簡單、總造價低，土建工程量小，是現(xiàn)代抽水蓄能電站的主要機組形式，具體介紹見“可逆式抽水蓄能電站”章節(jié)。 |
| ? ??抽水蓄能電站的選址 |
在什么地方建抽水蓄能電站首先根據(jù)電網(wǎng)的需要，例如珠三角地區(qū)用電量大，負(fù)荷變化大，發(fā)電廠基本都是燃煤電廠與核電廠，只適宜于基荷運行，調(diào)峰非常重要，僅靠燃機電廠調(diào)峰非常不夠，建抽水蓄能電站非常必要，國內(nèi)早已建成廣州抽水蓄能電站與惠州抽水蓄能電站。 抽水蓄能電站具體建在什么地方需要認(rèn)真選址，選址主要滿足以下幾個條件。 （1） 抽水蓄能用的是水的勢能，對于一定的蓄能量，上、下水庫的高度差（水頭）越大，所需的庫容越小，輸水道截面越小，機組直徑越小，廠房也可小些，可大大減小投資。目前許多大型抽水蓄能電站的上、下水庫的平均高度差在500m以上，有的已達1000m以上。但過高的高度差不但很難找到合適的地址，而且設(shè)備能承受的壓力也有限，目前單級的水泵水輪機最大工作水頭為600至700m，超過這個高度就要采用多級水泵水輪機，若用沖擊式水輪機與多級水泵雖然可運行在更高的水頭，但要采用三機串連式機組。所以上下水庫的平均高度差H是選址時首要條件。 （2） 上水庫與下水庫之間的水平距離L決定了修筑輸水道的長度，輸水道太長不但工程量大，投資大，而且輸水的阻力大，直接造成了水頭損失。所以上水庫與下水庫之間的水平距離L是選址時第二重要條件。一般來說L/H（距高比）要小于10。 （3） 所選地址最好有天然的上水庫與下水庫，可以節(jié)省許多投資，這可能性很小。但利用天然高山湖泊只需加筑部分堤壩就可以形成水庫或利用高山盆地只需筑一部分堤壩就可以蓄水成水庫都是好方案。 （4） 抽水蓄能電站雖靠自身水循環(huán)工作，但水會蒸發(fā)與滲漏，還必須有足夠的補充水源。抽水蓄能電站周圍要有高于下庫最高水位的足夠大的流域面積來向水庫集水，最好有高于上水庫最高水位的大面積流域。 除了這以上主要條件外，地質(zhì)，地形條件涉及到施工難易與安全，也很重要。 |
| ?? 抽水蓄能電站的布置與調(diào)壓室 |
抽水蓄能電站的上水庫、下水庫、廠房、輸水管道、交通道等布置要根據(jù)地質(zhì)、地形等條件設(shè)計，盡量降低成本、方便施工。在上水庫與廠房間的輸水管道要承受高水壓，尤其是較低段，例如600m水頭時水壓達60個大氣壓,這段稱為壓力管道，造價成本高，要盡量短；廠房與下水庫之間的輸水管道（尾水道）水壓低，造價低，要盡量用造價低的輸水管道代替壓力管道。 由于抽水蓄能電站的輸水管道長，工況切換快而頻繁，在輸水管道設(shè)置調(diào)壓室是非常重要的。由于管道長，存水量很大，在發(fā)電工況時，若停機或切換為抽水工況，上水庫流向廠房的水因慣性不能迅速停止流動，使水壓升高，管道越長、切換越快，水壓上升越劇烈。同樣在抽水工況時若停機或切換為發(fā)電工況，很長的尾水管同樣會產(chǎn)生水壓升高現(xiàn)象。解決的方法是在輸水管道靠廠房處設(shè)置調(diào)壓室，調(diào)壓室多為圓筒狀，有一定的容量，調(diào)壓室底部連通輸水管道，上部應(yīng)高于水位線，調(diào)壓室水位與管道連接的水庫基本一致，上部充空氣，如果調(diào)壓室上端離地面不遠(yuǎn)可直接通向空中。當(dāng)切換工況時管道中流動的水就流進調(diào)壓室緩沖，抑制水壓的大幅度上升。調(diào)壓室也稱為調(diào)壓井或調(diào)壓塔。 抽水蓄能電站的布置形式有三種，下面結(jié)合三張圖假設(shè)三個例子說明，由于圖片限制，圖中水平距離較實際大大縮短，所述管道長度僅為假設(shè)值。 |
| ??（1）首部式布置抽水蓄能電站 |
| 當(dāng)上水庫與下水庫之間山坡是逐漸傾斜，上、下庫間水位差不太高（例如水頭400m）時可采用首部式布置，高壓的引水管道（壓力管道）就很短（總共500m），尾水道雖有2500m長，但造價要低得多，見圖5。由于壓力管道短，省去上游調(diào)壓室，僅建尾水調(diào)壓室，這也可使工程造價大大降低。 |
 圖5--首部式布置抽水蓄能電站 |
??（2）中部式布置抽水蓄能電站 |
| 當(dāng)上水庫向下水庫方向有一段較高地勢（水頭600m），在上水庫向下水庫方向建一段引水道（長1200m），引水道是低壓管道造價較低，再用一段壓力管道通向廠房（長1000m），廠房到下水庫的尾水道采用低壓管道（長1500m），這樣可降低工程造價。廠房在上水庫與下水庫之間，稱為中部式布置抽水蓄能電站，中部式布置抽水蓄能電站需兩個調(diào)壓室，一個上庫調(diào)壓井建在上水庫引水道末端，直通大氣；一個尾水調(diào)壓室建在尾水道靠廠房附近，見圖6。中部式布置抽水蓄能電站是目前采用較多的布置方式。 |
 圖6--中部式布置抽水蓄能電站 |
? （3）尾部式布置抽水蓄能電站 |
| 抽水蓄能電站水頭500m，靠上水庫向下水庫方向的地勢都較高，在上水庫向下水庫方向建一段引水道（長2000m），引水道尾部建調(diào)壓井，壓力管道總長800m，尾水道長300m，由于廠房靠下水庫，稱為尾部式布置抽水蓄能電站，見圖7。這種布置方式造價也較低。 |
 圖7--尾部式布置抽水蓄能電站 |
?? 廣州抽水蓄能電站 |
| 廣州抽水蓄能電站是我國第一個大型抽水蓄能電站，上水庫與下水庫高差為514至552m，采用中部式布置，一期輸水道的總長度3900m，二期輸水道的總長度4437m，上、下水庫庫容超1700萬立方米，單臺抽水蓄能機組發(fā)電與抽水容量均超30萬千瓦，8臺機組總共240萬千瓦。圖5是廣州抽水蓄能電站的上水庫鳥瞰圖。 |
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| 圖8--廣州抽水蓄能電站上水庫鳥瞰圖（照片來自網(wǎng)絡(luò)） |
???惠州抽水蓄能電站 |
| 惠州抽水蓄能電站是是世界上一次性建成的最大抽水蓄能電站，上水庫與下水庫平均高差為532.4m，距高比8.3，采用中部偏后式布置，上、下水庫調(diào)節(jié)庫容均超2700萬立方米，單臺抽水蓄能機組容量超30萬千瓦，8臺機組總共240萬千瓦。圖9是惠州抽水蓄能電站的上水庫鳥瞰圖。 |
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| 圖9--惠州抽水蓄能電站上水庫鳥瞰圖（照片來自網(wǎng)絡(luò)） |
目前我國抽水蓄能機組都是國產(chǎn)化的。在建的河北豐寧抽水蓄能電站裝機容量達到3600MW，為世界第一，在建的廣東陽江抽水蓄能電站的單機容量達到400MW，世界先進水平。 |
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