水力蓄能

利用電力系統(tǒng)低谷負(fù)荷時的剩余電力抽水到高處蓄存，在高峰負(fù)荷時放水發(fā)電的水電站。

抽水蓄能電站是電力系統(tǒng)唯一的填谷調(diào)峰電源。在負(fù)荷低谷時，吸收電力系統(tǒng)的有功功率抽水，這時它是用戶。在負(fù)荷高峰時，向電力系統(tǒng)送電，這時它是發(fā)電廠。常規(guī)水電機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)組也是調(diào)峰性能較好的電源，但都沒有填谷作用。抽水蓄能電站抽水是把電能轉(zhuǎn)換為水能的過程；發(fā)電是把水能轉(zhuǎn)換為電能的過程。在每一次抽水發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換循環(huán)中，都有能量損失，使發(fā)電量小于抽水的耗電量，二者之比是抽水蓄能電站循環(huán)效率，或稱抽水蓄能電站綜合效率，一般為0.7～0.75。

20世紀(jì)50年代以后，抽水蓄能電站發(fā)展很快。1950年世界各國抽水蓄能電站裝機(jī)容量總計1600 MW，1960年為3420MW，1970年為16640 MW，1980年為46520 MW，1990年為80680 MW。每10年內(nèi)的平均年遞增率分別為7.89%，17.14%，10.8%和10.6%。

水力蓄能優(yōu)點

抽水蓄能電站與火電、核電配合運(yùn)行，因其填谷作用，可節(jié)省火電機(jī)組低出力運(yùn)行的高燃料耗費(fèi)和機(jī)組起停的額外燃料耗費(fèi)，減少火電機(jī)組開停機(jī)次數(shù)，使核電站平穩(wěn)運(yùn)行，因而增長火電和核電機(jī)組運(yùn)行壽命。在以火電、核電為主的電力系統(tǒng)中，修建適當(dāng)比例的抽水蓄能電站是經(jīng)濟(jì)的。抽水蓄能電站有起停靈活、增減工作出力快的優(yōu)點，從全停到滿載發(fā)電約5 min，從全停到滿載抽水約8 min，從滿載發(fā)電或滿載抽水到與電網(wǎng)解列約1min。此外，抽水蓄能電站還可承擔(dān)電力系統(tǒng)的負(fù)荷備用、事故備用和調(diào)頻、調(diào)相任務(wù)。抽水蓄能電站不但可提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，且有助于降低系統(tǒng)事故率、提高供電可靠性。

水力蓄能開發(fā)方式分類

按可分為純抽水蓄能電站、混合式抽水蓄能電站和調(diào)水式抽水蓄能電站3類。

純抽水蓄能電站其發(fā)電量絕大部分來自抽水蓄存的水能。發(fā)電的水量基本上等于抽水蓄存的水量，重復(fù)循環(huán)使用。僅需少量天然徑流，補(bǔ)充蒸發(fā)和滲漏損失。補(bǔ)充水量既可來自上水庫的天然徑流來源，也可來自下水庫的天然徑流來源。如美國的勒丁頓(Ludington)抽水蓄能電站，裝機(jī)容量1872 MW，其上水庫在密執(zhí)安湖東岸不遠(yuǎn)處的山頂上，用高52m，長9.6 km的土堤圍成，下水庫為密執(zhí)安湖。

混合式抽水蓄能電站廠內(nèi)既設(shè)有抽水蓄能機(jī)組，也設(shè)有常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組。上水庫有天然徑流來源，既可利用天然徑流發(fā)電，也可從下水庫抽水蓄能發(fā)電。其上水庫一般建于河流上，下水庫按抽水蓄能需要的容積覓址另建。如中國的潘家口抽水蓄能電站，裝機(jī)容量420 MW，裝有1臺單機(jī)容量為150MW的常規(guī)機(jī)組和3臺單機(jī)容量為90 MW的抽水蓄能機(jī)組，平均年發(fā)電量6.2億kW·h.其中3.89億kW·h為天然徑流發(fā)電量，2.31億kW·h為抽水蓄能發(fā)電量。

調(diào)水式抽水蓄能電站上水庫建于分水嶺高程較高的地方。在分水嶺某一側(cè)攔截河流建下水庫，并設(shè)水泵站抽水到上水庫。在分水嶺另一側(cè)的河流設(shè)常規(guī)水電站從上水庫引水發(fā)電，尾水流入水面高程最低的河流。這種抽水蓄能電站的特點是：①下水庫有天然徑流來源，上水庫沒有天然徑流來源。②調(diào)峰發(fā)電量往往大于填谷的耗電量。如中國湖南省慈利縣慈利跨流域抽水蓄能工程，見圖3。在沅江支流白洋河上源渠溶溪設(shè)水泵站引水至趙家埡水庫，年抽水1670萬m。趙家埡水庫后設(shè)3級水電站共12300 kW，尾水流入澧水支流零溪河。該項工程年抽水用電量340萬kW·h，年發(fā)電量1390萬kW·h。

水力蓄能調(diào)節(jié)周期分類

季抽水蓄能電站以季為運(yùn)行周期的抽水蓄能電站。將汛期多余水量抽至上庫供枯水期使用。但不多見。

周抽水蓄能電站以周為運(yùn)行周期的抽水蓄能電站。除日夜發(fā)電、抽水各一次外，利用假日的剩余電能多抽水供工作日使用。

日抽水蓄能電站以日為運(yùn)行周期的抽水蓄能電站。夜間抽水蓄能，日間放水發(fā)電。

水力蓄能電站組成

抽水蓄能電站主要由上水庫、下水庫、引水系統(tǒng)、廠房、開關(guān)站等部分組成。

上水庫和下水庫：上水庫的高程高于下水庫，其作用在于把提高了高程的水體蓄存起來，達(dá)到蓄能的目的。下水庫的作用在于蓄存發(fā)電下放的水量，不使流失，以便再度將其泵入上水庫進(jìn)行蓄能。上水庫可以利用已建水庫或天然湖泊，也可新建。下水庫除可利用已建水庫、天然湖泊或新建外，也有利用海洋或河道作下水庫的情況。中國臺灣省的明湖抽水蓄能電站和明潭抽水蓄能電站，都是利用天然湖泊日月潭作為上水庫。英國狄諾維克抽水蓄能電站的上下水庫都是筑壩壅高天然湖泊水位形成的。

上下水庫間的高程差愈大，電站水頭愈高，對同等規(guī)模的電站而言，所需水庫庫容愈小，流量愈小，水工建筑物的工程量相應(yīng)減小，造價降低，機(jī)組設(shè)備的投資也有所降低。上、下水庫間的輸水道愈短，則輸水系統(tǒng)工程量和水頭損失愈小，工程造價和運(yùn)行費(fèi)用都會降低。可用輸水道長度(L)與水頭(H)之比來粗略衡量其經(jīng)濟(jì)性，許多抽水蓄能電站的L/H都小于10。對于新建的上水庫或下水庫，防滲漏是一個重要問題，需妥善處理。

輸水系統(tǒng)：包括兩部分：在上水庫和廠房之間的為引水部分;在廠房和下水庫之間的為尾水部分。引水部分包括進(jìn)(出)水口、引水道，引水道長度較長時，須設(shè)引水調(diào)壓室。引水道和調(diào)壓室的構(gòu)造均與常規(guī)水電站相同。進(jìn)(出)水口，發(fā)電時為進(jìn)水口，抽水時為出水口，應(yīng)按雙向水流設(shè)計，既要防止出流時流速過大，分布不勻，引起攔污柵振動破壞，又要防止進(jìn)流時產(chǎn)生吸氣漩渦。壓力管道的岔管，也要考慮雙向水流，使水頭損失最小。尾水部分如果較長，須設(shè)尾水調(diào)壓室，其進(jìn)(出)水口也應(yīng)按雙向水流設(shè)計。

廠房：抽水蓄能電站的廠房有地面廠房和地下廠房。由于水泵和可逆式機(jī)組的吸出高度為較大的負(fù)值，一般可達(dá)-25～-70 m，因而多數(shù)大中型純抽水蓄能電站都是地下廠房?；旌鲜匠樗钅茈娬?，裝有兩種機(jī)組，抽水蓄能機(jī)組的安裝高程低于常規(guī)機(jī)組很多，故布置上較為復(fù)雜。也有把抽水蓄能機(jī)組和常規(guī)機(jī)組分別布置在兩個廠房里的，如法國的大屋抽水蓄能電站把4臺常規(guī)機(jī)組布置在地面廠房內(nèi)，把8臺可逆式機(jī)組布置在地下廠房內(nèi)。

開關(guān)站：抽水蓄能電站一般具有輸電回路較少、距負(fù)荷中心近的特點。俄羅斯扎戈爾斯克抽水蓄能電站，總裝機(jī)1200 MW，用500 kV超高壓輸電線路接入莫斯科地區(qū)電力系統(tǒng)，所需線路長度只有15 km。又如中國廣州抽水蓄能電站，一期裝機(jī)1200 MW，距廣州90 km，用2回500 kV輸電線路接入系統(tǒng)。超高壓開關(guān)站一般為屋外式或氣體絕緣金屬封閉電器。