中國儲能網(wǎng)訊：抽水蓄能電站的原理，是利用電力負(fù)荷低谷時的電能、將水從下水庫抽至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期、再從上水庫放水至下水庫發(fā)電。為完成抽水、發(fā)電過程，典型抽水蓄能電站的主要建筑物一般包括上水庫、下水庫、輸水系統(tǒng)、電站廠房、變電站/出線場及其他附屬工程等。
本文結(jié)合常見的電站類型、主要特點、主要建筑物形式，對抽水蓄能電站主要建筑的組成進(jìn)行闡述。
典型抽水蓄能電站主要建筑物示意圖
一、抽水蓄能電站的類型
通常抽水蓄能電站按照開發(fā)方式劃分為兩種類型，一種是純抽水蓄能電站，另外一種是混合式抽水蓄能電站。在我國目前所建設(shè)的抽水蓄能電站中，大多數(shù)為純抽水蓄能電站類型。
（一）純抽水蓄能電站
當(dāng)上水庫沒有天然徑流或者天然徑流量較小，抽水蓄能電站運(yùn)行所需要的水量、來自于上/下水庫間彼此循環(huán)時，則此電站為純抽水蓄能電站。
純抽水蓄能電站主要利用上/下水庫之間的自然高差設(shè)置輸水系統(tǒng)來獲得水頭，水頭多為200m到800m之間，因其庫容滿足裝機(jī)規(guī)模最小需求即可，通常庫容較小，故對電站選址約束較小。純抽水蓄能電站的上/下水庫型式多樣，可利用山區(qū)、江河、湖泊或已建水庫修建，廠房多采用地下廠房形式，此類電站如廣州、十三陵、天荒坪、泰安、西龍池、張河灣、呼和浩特等抽水蓄能電站。
純抽水蓄能電站示意圖
值得說明的是，由于純抽水蓄能電站在站址選擇上具有較大自由，故此類電站常會選擇在電源點或負(fù)荷中心處附近建設(shè)，以減少在送、受電時相關(guān)電能損失。
（二）混合式抽水蓄能電站
當(dāng)上水庫天然徑流較大，為了利用此部分天然徑流，既安裝了抽水蓄能機(jī)組、也安裝了部分常規(guī)水電機(jī)組，則此電站就為混合式抽水蓄能電站。
混合式抽水蓄能電站一般上水庫有較大天然入庫徑流，通常為結(jié)合常規(guī)水電站新建、改建或擴(kuò)建，加裝抽水蓄能機(jī)組而成。此類電站的水頭一般不高，大多在幾十米到100多米之間。引水發(fā)電系統(tǒng)可以與常規(guī)電站廠房一起布置，也可以分開布置。
混合式抽水蓄能電站示意圖
混合式抽水蓄能電站的例子有崗南、潘家口、響洪甸、白山等水電站，縱觀這些電站的共同點可以發(fā)現(xiàn)，此類電站上水庫都是大中型綜合利用水庫，其蓄能電站常為結(jié)合常規(guī)水電站新建、改建或擴(kuò)建，加裝抽水蓄能機(jī)組而成。
通常認(rèn)為，結(jié)合常規(guī)水電站新建、改建或擴(kuò)建的抽水蓄能電站有以下優(yōu)點：
1.通過上/下水庫的儲存調(diào)蓄作用，增加了常規(guī)機(jī)組的發(fā)電調(diào)峰容量。
2.蓄能機(jī)組和常規(guī)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，提高了水庫泄流能力，有利于水庫的防洪調(diào)度。但需注意的是，天然洪水與發(fā)電流量疊加后不能大于天然洪水流量，避免造成下游的人為洪水。
3.蓄能機(jī)組和常規(guī)機(jī)組聯(lián)合運(yùn)行，可以將汛期棄水及灌溉等綜合利用任務(wù)的下泄水量進(jìn)行發(fā)電，提高電站的水能利用率。
二、抽水蓄能電站主要特點
抽水蓄能電站作為電網(wǎng)安全運(yùn)行中的“穩(wěn)定器”、“調(diào)節(jié)器”、“平衡器”，主要作用是承擔(dān)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。與常規(guī)水電站相比，有很多不同的特點。
（一）擁有上、下兩個水庫
抽水蓄能電站因為其特定的抽水~發(fā)電工作模式，在利用電力負(fù)荷低谷時的電能、將水從下水庫抽至上水庫以儲存能量，在電力負(fù)荷高峰期時、通過上水庫放水至下水庫獲得電能，因此必須具有上、下兩個水庫。
國網(wǎng)新源湖南安化抽水蓄能電站效果圖
（二）水庫水位變幅大、升降頻繁
與同等裝機(jī)容量規(guī)模的常規(guī)水電站相比，抽水蓄能電站水庫庫容通常都較小。在這些電站中，為了承擔(dān)電網(wǎng)中的調(diào)峰填谷任務(wù)，發(fā)電或抽水時的流量都很大，水庫水位日變幅10m~20m是經(jīng)常發(fā)生的。
典型抽水蓄能電站平面布置
典型抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)剖面
（三）水庫防滲要求高
抽水蓄能電站庫庫容一般不大，其通過天然徑流、降雨補(bǔ)給的水量有限，主要是利用電力負(fù)荷低谷時的電能從下水庫抽水至上水庫進(jìn)行補(bǔ)水，如因上水庫滲漏、蒸發(fā)等原因造成的水量大量損失，無疑將減少電站的發(fā)電量，同時增大了充水和補(bǔ)水的費(fèi)用，降低電站的綜合效率，因此對水庫防滲要求很高。由于抽水蓄能電站水頭高、水庫水位變幅大、升降頻繁，為了防止?jié)B水對工程區(qū)水文地質(zhì)條件造成惡化、不產(chǎn)生滲透破壞和集中滲漏，也都對抽水蓄能水庫提出高的防滲要求。如：擔(dān)負(fù)著北京地區(qū)調(diào)峰和緊急事故備用電源作用的十三陵抽水蓄能電站，是國內(nèi)第一座上水庫采用鋼筋混凝土全庫盆防滲的抽蓄電站。
國網(wǎng)新源十三陵抽水蓄能電站上水庫
（四）水頭較高
抽水蓄能電站的水頭一般較高，水頭多為200m到800m之間，隨著抽水蓄能電站機(jī)組研發(fā)技術(shù)的日益提高，我國高水頭大容量電站的數(shù)量越來越多，在建的1700兆瓦的浙江天臺抽水蓄能電站以額定水頭724米成為全球水頭最高的抽水蓄能電站。
（五）機(jī)組安裝高程低
抽水蓄能電站安裝的可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，水泵工況的氣蝕系數(shù)要比水輪機(jī)工況大得多，水泵工況要求吸出高度常在-20～-80m之間，這一特點對地面廠房影響較大，為了克服上浮力及滲流對廠房的作用，且充分利用圍巖特性，國內(nèi)外近年建設(shè)的大型抽水蓄能電站大部分采用地下廠房。
抽水蓄能電站廠房剖面示意圖
三、抽水蓄能電主要站建筑物組成
抽水蓄能電站主要建筑物組成一般包括：上/下水庫、輸水系統(tǒng)、廠房系統(tǒng)、其他專用建筑物等。
（一）上/下水庫
上/下水庫的布置應(yīng)因地制宜，應(yīng)根據(jù)工程區(qū)的水文氣象、地形、地質(zhì)條件、施工條件、環(huán)境影響及運(yùn)行要求等因素，綜合各建筑物的功能要求和自然條件，明確各建筑物的布局和相關(guān)關(guān)系，在系統(tǒng)研究并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后確定。
上/下水庫庫址選擇時，要注意水庫防滲條件要好，兩水庫間能夠形成自然的高差，有一定的天然庫容和合理的水位變幅，重視滲漏對岸坡穩(wěn)定的影響，注意攔、排沙建筑物的布置必要性，注意泄洪設(shè)施對下游河道的影響，重視工程與環(huán)境的和諧等要素。
關(guān)于上/下水庫的組合選擇，一般有以下幾種方式：或利用已建水庫或天然湖泊，或埡口筑壩形成水庫，或臺地筑環(huán)形壩加庫盆開挖形成水庫，或采用一個壩或多座壩將山頂洼地或埡口封閉以形成水庫。各壩的最終選用壩型需通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比選后確定，如天然庫容不能滿足調(diào)節(jié)庫容需求時還要對庫盆進(jìn)行擴(kuò)挖。
國網(wǎng)新源天荒坪抽水蓄能電站上水庫
（二）輸水系統(tǒng)
輸水系統(tǒng)一般由上水庫進(jìn)/出水口、引水隧洞、引水調(diào)壓室、高壓管道、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞、下水庫進(jìn)/出水口等組成。
上/下水庫進(jìn)/出水口型式多采用側(cè)式進(jìn)水口，部分抽水蓄能電站因地形、地質(zhì)條件限制而采用豎井式進(jìn)水口的，如西龍池的上水庫進(jìn)/出水口。引水隧洞和尾水隧洞是有壓隧洞，根據(jù)地質(zhì)條件、滲透壓力等多采用混凝土襯砌。高壓管道在立面布置上，有豎井、斜井、豎井與斜井相結(jié)合等型式，在平面布置上可分為單管單機(jī)、一管二機(jī)和一管多機(jī)等型式。高壓管道、岔管部分多采用鋼板襯砌，視水頭高低、埋藏深度和圍巖條件的好壞而定。調(diào)壓室可設(shè)在廠房上游或下游，亦可能上下游均設(shè)，視上下游輸水系統(tǒng)長度及調(diào)保計算成果而定。
某抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)示意圖
（三）廠房系統(tǒng)
抽水蓄能電站廠房系統(tǒng)多采用地下廠房，開發(fā)方式分為首部、中部、尾部等方式。一般組成包括主廠房、副廠房、主變室、開關(guān)站及出線場，以及母線洞、出線洞、進(jìn)廠交通洞、通風(fēng)洞、排水廊道等附屬洞室。主副廠房、主變室等常置于地下，開關(guān)站及出線場布置于地面或地下洞室內(nèi)都有。
國網(wǎng)新源江西洪屏抽水蓄能電站地下廠房
（四）專用建筑物
1. 攔、排沙建筑物
在多泥沙河流修建的抽水蓄能電站，必須對泥沙問題予以高度重視，一般通過攔排沙工程（如泄洪排沙洞）解決泥沙入庫問題，也有在主汛期通過停機(jī)、避沙運(yùn)行措施來解決泥沙過機(jī)問題的。
國網(wǎng)新源內(nèi)蒙古芝瑞抽水蓄能電站下水庫泄洪排沙洞出口
攔沙壩作為重要的攔排沙措施在抽水蓄能電站中應(yīng)用較多，如張河灣、呼和浩特、豐寧等抽水蓄能電站。河北豐寧抽水蓄能電站下水庫利用河彎作下水庫，攔河壩、攔沙壩將下水庫分隔成攔沙庫和蓄能電站專用下水庫，攔沙庫及泄洪洞負(fù)責(zé)攔洪排沙，蓄能電站下水庫專職發(fā)電，徹底解決泥沙問題。泄洪排沙洞將水流沿河灣“裁彎取直”下泄，泄洪排沙洞既直又短，便于排沙和泄洪，又節(jié)省投資。
國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站攔沙壩效果俯瞰
2. 補(bǔ)水建筑物
抽水蓄能電站庫容大多較小，水庫和水道滲漏、蒸發(fā)造成的水量損失需通過補(bǔ)水工程進(jìn)行補(bǔ)給。如西龍池抽水蓄能電站上/下水庫均為人工開挖填筑而成，無天然徑流補(bǔ)給，下水庫設(shè)有專門的泵站設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)水。又如呼和浩特抽水蓄能電站地處干旱地區(qū)，上水庫完全由人工開挖填筑形成，同樣設(shè)置補(bǔ)水設(shè)施，其補(bǔ)水通過攔沙壩內(nèi)的埋管、將攔沙蓄水庫中存蓄的水以自流方式補(bǔ)給下水庫。
3. 取(進(jìn))水建筑物
取(進(jìn))水建筑物指的是輸水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的進(jìn)口段、灌溉渠首、供水用的進(jìn)水閘、揚(yáng)水站等。在抽水蓄能電站中，由于特定的抽水~發(fā)電工作模式，取(進(jìn))水建筑物主要指連接上/下水庫的近/出水口段。
國網(wǎng)新源清原電站下水庫進(jìn)出水口
4. 交通工程
抽水蓄能電站常包含上、下兩個距離和高差較大的水庫，還有一套復(fù)雜的地下洞室群，故連接上/下水庫及電站各洞室之間的交通也是樞紐布置中不可缺少的部分。交通工程要結(jié)合當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\(yùn)輸發(fā)展規(guī)劃，運(yùn)輸能力滿足施工期物資、材料、設(shè)備等各項需求，運(yùn)輸指標(biāo)經(jīng)濟(jì)合理且運(yùn)行安全可靠。
國網(wǎng)新源江蘇宜興抽水蓄能電站上水庫和上下庫連接道路
5. 其他專用建筑物
為滿足特定的灌溉、過壩等功能或作用而修建的專用建筑物，在抽水蓄能電站建設(shè)中也常常遇到，如灌渠、升船機(jī)、魚道等，不做過多描述。
作者信息：
閔麗，國網(wǎng)新源控股有限公司抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，高級工程師，長期從事抽水蓄能電站開發(fā)建設(shè)管理、技術(shù)咨詢等。
王玨，國網(wǎng)新源控股有限公司抽水蓄能技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院，高級工程師，長期從事抽水蓄能電站設(shè)計、建設(shè)管理咨詢等。
來源：微信公眾號“中國能源研究會抽水蓄能專委會”
原文作者：閔麗、王鈺
