水电站分类与抽水蓄能电站综述

王 容

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

水电站分类与抽水蓄能电站综述

王 容

(黑龙江省水利水电勘测设计研究院，哈尔滨 150080)

阐述了水电站可按不同开发方式、不同水头、资源类型、调节性能以及装机容量大小分成类别。文章重点分析了抽水蓄能电站的概念、类型、上下游水库利用的几种情况以及调节性能。并指明了修建抽水蓄能电站的必须条件。

水电站；分类；抽水蓄能电站；定义；类型；上下游水库；调节性能

河流水能资源是世界上再生能源中最广泛、技术最成熟、利用率最高、经济效益较好的一种能源，因而世界发达国家水电开发比重占各总能源中达23-28%(含火电、核电、潮汐、地热)，以下概述水力发电站的分类与抽水蓄能特点。

1 水电站分类

可按以下5种形式进行分类：①按开发方式分类有坝式水电站；引水式水电站，混合式水电站，集水网道式水电站；②按水头分类有高水头水电站(水头>200 m)，中水头水电站(水头为40～200 m)，低水头水电站(水头在40 m以下)；③按资源类型分类有抽水蓄能电站，潮汐电站，波浪能电站；④按调节性能分类有多年调节水电站，年调节水电站，季调节水电站，日调节水电站，径流式水电站；⑤按装机容量分类有大型水电站(指装机容量在25 万 kW以上含25 万 kW)，中型水电站(装机容量为2.5～25 万 kW，不包括25 万 kW)，小型水电站(国内外对此规定不一，1980年联合国工业发展组织召开的第二次国际小水电会议规定：单站容量100～1 200 kW称为小水电；单机容量100～1 000 kW称小型水电；单机容量100 kW以下称小小型水电；单站容量100 kW称为微型水电。我国在不同时期对小水电有不同的规定，1986年规定，单站容量2 500 kW以下的水电站都可以按小水电政策进行建设和管理。

2 抽水蓄能电站综述

2.1 定义

抽水蓄能电站是指具有上下水库，利用电力系统中多余的电能，把下水库的水抽到上水库内，以位能的形式蓄能，需要时再从上水库放水至下水库进行发电的水电站。在抽水和发电的能量转换过程中(即由电能转变为水能，再由水能转为电能)，输水系统和机电设备都有一定能量损耗，发电所得电能与抽水所用电能之比，是抽水蓄能电站的综合效率。早期在65%左右，近年提高到75%左右。抽水机蓄能是利用电力系统低谷负荷时多余的低价电能，换取电力系统中十分需要的高价的峰荷电能，并具有旋转备用、负荷调整、调频、调相、增加电力系统可靠性等动态效益。所以在水电比重低的电力系统中是经济和必要的[1]。

2.2 类型

按水流情况 ，抽水蓄能电站可分为3类：

1)纯抽水蓄能电站：上水库没有天然径流来源，抽水与发电的水量循环使用，两者水量相等，仅需补充蒸发和渗漏损失，电站规模根据上下水库的有效库容，水头、电力 系统的调峰需要和能够提供的抽水电量确定。水库一般为日或周调节，如能利用已建的水库、湖泊为上水库或下水库，一般可也是降低工程量及投资。如中国已建的十三陵抽水蓄能电站的下库是利用已建的十三陵水库。英国的迪诺威克抽水蓄能电站的上下水库都是利用天然湖泊修建的。

2)混合式抽水蓄能电站：上水库有天然径流来源，既可利用天然径流发电，又可利用由下水库抽蓄的水量发电，上水库一般建在江河上，另建的下水库用于抽水蓄能电电。这种混合抽水蓄能电站可建在综合利用的水库电站中或常规水电站。有的混合式抽水蓄能电站，抽水蓄能机组与常规水轮发电机组，同装设在一个厂房里，由于抽水蓄能机组的水轮机吸出高度(Hs)负值比常规机组大，因而在厂房布置上较为复杂。也有的是常规机组和抽水蓄能机组分别装设在各自的厂房内，如法国的大屋抽水蓄能电站，设两个厂房，这样在布置上互不影响，但造价要高些，有时在下库坝下还设一小型水电站。混合式抽水蓄能电站的特点是常规和抽水蓄能机组互为补偿，运行灵活，以改变由于综合利用各部门用水季节性强而导致不能常年发电的现象，提高电站的保证率，承担电力系统的事故备用。

3)调水式抽水蓄能电站：从位于一条河流的下水库抽水至上水库，再由上水库向另一条河流的下水库放水发电。这种蓄能电站可将水量从前一条河流调至后一条河流，它的特点是水泵站与发电站分别布置在两处。

2.3 上下水库利用的几种情况

抽水蓄能电站的上水库和下水库，有下列5种情况 ：①上下水库都利用已有水库。两个水库可在同一条河流的上下游，或在相邻的两河流上，取得更大的水头；②上下水库都利用位于不同高程的天然湖泊；③利用已有水库或天然湖泊为上水库，新建下水库。下水库可在上水库的同一河流下游或相邻的河流上，也可以利用废矿井或地下深入开掘地下水库；④利用已有水库、天然湖泊或海洋为下水库，新建上水库；⑤新建上水库和下水库。

2.4 调节性能

抽水蓄能电站调节性能上根据上下水库的有效库容和电力系统的要求，抽水蓄能电站的调节性能可分为：①日调节水库，运行周期以日为单位，水位在一昼夜内由高水 位降至低水位，再回升到高水位。纯抽水蓄能电站大都为日调节水库；②周调节水库，调节库容比同容量的日调节水库大些，运行周期以周为单位。库水位由周初开始变化至周末再回升到原水位，库容要满足电站一周之内在电力系统中承担调峰、填谷运行需要的总水量；③季调节水库，调节周期以季为单位，上下水库所需的库容较大，常为混合式抽水蓄能电站。

2.5 电站的作用

此类电站的突出的特点是：抽水蓄能电站在发电时作为发电厂，在抽水时作为电力用户。它在电力系统中具有如下作用：①调峰填谷，为电力系统提供灵活可靠的峰荷容量，并能吸收电力系统的任剩余电量，充填低谷负荷，使同一容量起双倍作用；②调频，抽水蓄能机组走去、停机快，承卸负荷迅速灵活，适应电力系统负荷急剧增长和下降的变化，易于调整电力系统的周波；③事故备用，一般大中型机组从起动到满负荷只需1～3 min；从调查相至满负荷只需10 s；从抽水转换为发电4～5 min。在以火电和核电站为主的电力系统中，抽水蓄能电站作为事故备用电源，尤为快速和可靠；④同步调相运行，抽水蓄能电站的电机是同步发电机，可调节无功出力，维持电压稳定；⑤提高大型火电机组和核电站的经济效益。抽水蓄能电站和火电厂及核电站联合运行，可减少火电机组改变出力运行和开停机和次数及使核电站平稳运行，节省燃料，保证火电和核电机组的经济寿命及安全运行。

3 抽水蓄能电站建设的必要条件

抽水蓄能电站和常规水电站从规划、设计和工程布置上不同之处为：①电力系统的需要和可能是建设的首要条件。既要看电力系统是否有调峰的需要，又要看电力系统是否有多余的电量可供抽水。并要求距负荷中心近；②库容大小决定抽水蓄能电站的调节性能，是确定电站规模的一个重要条件；③在同样的规模下，水头愈高，所需库容愈小，流量愈小，因而水工建筑物、机组、厂房的工程量都相应减少，造价降低。所以现代兴建的抽水蓄能电站大都尽量采用高水头的；④上下水库之间输水道长度(L)愈短，则输水系统工程量和水头(H)损失愈小，通常用L/H之比来衡量，一般经济限度为L/H<10；⑤上水库防渗特别重要，水库渗漏不仅损失发电量，而且浪费了抽水电量。影响经济效益；⑥输水系统(上下水库进出口及管道等)要考虑双向流水；⑦水泵和可逆式机组要求吸出高度大。机组安装高程一般低于水库水位40～50 m或更多，建地下厂房较好。

[1]王楠.我国抽水蓄能电站发展现状与前景分析[J].电力技术经济，2008(04)：24-26，78

1007-7596(2014)12-0079-02

2014-04-12

王容(1974-)，女，黑龙江哈尔滨人，工程师。

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