什么是抽水蓄能电站?

[拼音]：choushui xuneng dianzhan

[外文]：pumped storage station

装有可以兼做水泵和水轮机的抽蓄机组，在电力系统低谷负荷时利用系统多余电能由机组把下水库的水抽到上水库储存，在电力系统尖峰负荷时将上水库的水放下由机组发电的水电站。一般抽水蓄能电站的基本组成为上、下水库，压力管道，电站厂房，交通洞，尾水洞等（见图）。

抽水蓄能电站分纯抽水蓄能电站和混合式蓄能电站两种。若装设的蓄能机组专为电力系统调节用，与径流发电无关，则为纯抽水蓄能电站。若把蓄能机组和常规水电机组安装在同一座电站内，既起调节作用，又有径流发电作用，则为混合式蓄能电站。抽水蓄能电站能承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用等职能。

抽水蓄能技术已有近百年历史，但具有近代工程意义的设施，则是近三、四十年才出现。

抽水蓄能电站的发展大体经历了两个阶段。早期的发展是以蓄水为目的。西欧山区国家，利用工业多余的电能把汛期河中的水抽到山上水库中贮存起来，到枯季再放下来发电，这称为季调节型抽水蓄能电站。这些电站曾用过单独工作的抽水机组和发电机组，抽水和发电各自独立运行。其后出现过将水泵与水轮机和一台兼做电动机和发电机的电机联接在一起而形成一种组合式机组，又称为三机式机组。随着机器制造能力的发展，蓄能机组结构出现了将水泵和水轮机合并为一体的可逆式水泵水轮机，称为两机式机组。

最早的抽水蓄能电站建于1882年，是瑞士苏黎世的奈特拉电站，扬程153m，功率515kW，是一座季节型抽水蓄能电站。1908年意大利在乌比昂内山建成了第一座抽水蓄能电站。1912年意又建成了维罗尼抽水蓄能电站，利用两个天然湖之间的落差156m，装机7600kW。到40年代中期，世界上已有50余座抽水蓄能电站在运行。60年代末工业发达国家都大力发展抽水蓄能电站。据不完全统计，世界各国兴建的抽水蓄能电站总装机容量：1950年为1600MW，1960年为3500MW，1970年为16000MW，1980年为46000MW，1988年为79000MW。截至1986年底的不完全统计，世界上水头(H)≥300m，单机容量(N)≥200MW的蓄能机组共有 119台。规模最大的是美国的巴斯康蒂电站，装机2100MW。大型机组中水头最高的是意大利的桑费奥拉诺电站，达1417m。单机容量最大的是美国的赫尔姆斯电站，机组容量414MW（最高水头为351.6m，水泵最大扬程为541m，最大输水量为73.6m3／s）。在水泵水轮机方面，在一般高水头下，单级混流可逆式水泵水轮机应用广泛。到80年代为止，最高使用扬程为701m，为保加利亚的柴拉蓄能电站，水轮机最大出力为216MW。单级高水头混流式水泵水轮机的效率以美国拉孔山蓄能电站为最高，它的水轮机最大水头为317m，最大出力为399MW，最高效率为93.5％；水泵最大扬程为318m，最大输入功率为395MW，最高效率为92.5％。

中国于60年代在岗南水电站安装了13MW抽水蓄能机组；70年代制造了2台13MW蓄能机组，安装在密云水电站；在潘家口水电站安装了3台90MW抽水蓄能机组，首台机组于1991年6月30日正式投运。在建的广州蓄能电站，设计水头510m，装机4台300MW(第一期)。北京十三陵抽水蓄能电站设计水头430m，装机4台200MW。台湾省明湖已建成一座百万千瓦抽水蓄能电站，安装4台250MW机组。中国近期正在规划和将要建设的抽水蓄能电站共有10多座，总装机容量近 10000MW。其中设计水头最高、容量最大的是雾灵山蓄能电站，设计水头880m，装机8台共1500～3000MW。

抽水蓄能电站一般由上水库（池）和下水库（池）、引水系统、电站厂房、尾水部分和水泵水轮发电机组组成。

（1）上水库、下水库：蓄能电站的选址应取在一个已有水库（池）或附近视地形条件用此水库或（池）作为上库（池），或下水库（池），再修建一个较小的水库（池）。有的蓄能电站采用上水库(池)－下池（库）组合，这类多是混合式蓄能电站；有的电站用下库-上池组合，这类多是纯蓄能电站。有的蓄能电站也会建在两个较大容量的水库之间。

（2）引水系统（高压部分）：包括上池（库）进水口、隧洞或竖井、压力管道和调压室。上池的进水口在发电时是出水口，但到抽水时变成进水口，故称进／出水口。进／出水口的设计要按两种工况最不利条件设计，尤其是水流复杂的拦污栅要进行专门研究。

蓄能电站的隧洞、压力管道和调压井的构造和常规电站基本相同，但压力管道和调压井在设计中需特别考虑水泵过渡工况可能出现负水锤和涌浪。

蓄能电站引水管道上的分岔管，在一个流向是分流在另一个流向是合流，设计时要注意使两个方向流动的损失都是最小值。

（3）电站厂房:分为地面、半地面和地下3种形式。蓄能机组的特点之一是机组做水泵运行时所要求的吸出高度均为负值（即有淹没深度），一般为－50m左右。

地下厂房可以放在靠上池，亦可放在靠下池，或放在中间位置，通常称为首部、中部和尾部 3种布置方式。采用首部布置可缩短隧洞及压力管道的长度，采用尾部布置可以简化低压部分的结构。究竟采用哪一种，需视条件进行优选。

（4）尾水部分（低压部分）：水泵水轮机发电时的尾水管，即抽水时的进水管道。由于尾水管道内压力低，设计上要考虑避免在过渡工况时发生过大的负水击。若尾水管道过长必须设置调压室。

（5）水泵水轮发电机组：蓄能电站的核心设备是抽水蓄能机组。由于蓄能机组的水力特性和机械结构在不断改进，蓄能机组也不断变化。机组经历了组合式水泵水轮机，即水泵和水轮机分开的组合式水泵水轮机(分卧式组合和立式组合)和可逆式水泵水轮机(分混流式、斜流式或轴流式)，即把水轮机和泵并成一台机器，向一个方向旋转为水轮机，向另一个方向旋转为水泵。

用于蓄能机组的电机在发电时做发电机运行，在抽水时做电动机运行，称为发电电动机。由于蓄能电站频繁的特殊运行工况要求发电电动机在设计中既要考虑水力机械条件，电力系统条件和电机设计条件，又要考虑很大的变动负荷及轴瓦的热冲击变形。