抽水蓄能电站技术概况简介
安徽省电力试验研究所
倪安华
1989年7月
1抽蓄能电站的作用
抽水蓄能电站是水力发电站的一种特殊形式。它兼具有发电及蓄能功能。抽水蓄能电
站有上、下两个水库(池)。当上库的水流向下库时，就如常规的水力发电站，消耗水的位能 转换为电能；相反，将下库的水输到上库时就是抽水蓄能，消耗电能转换为水的位能。 机械效率和各种损耗的原因， 在同样水位差和同样水流量的条件下，
由于
抽水时所消耗的电能总
是大于发电时产生的电能。那末，建设抽水 蓄能电
站的经济效益表现在哪里呢
？
众所周知，随着工业化水平的发展和 人民生活用电的增加， 电网用电负荷的峰谷
差愈大。图1是典型的日负荷曲线。在上午 & 00左右开始和晚上19:00左右开始为两 个高峰负荷，此期间电网的发电出力必须满 足Pmax的要求；晚上23： 00以后为低谷负荷， 电网的发电出力又必须限制在
Pmin。
也就是说，发电出力必须满足调峰要求。随着电网的发展，大机组在电网中的比重将 增加，用高压高
而且对设备的安全
抽水蓄能
温高效率的大机组来调节负荷不仅在经济上是不合算的，
和寿命也有影响。今后核电机组更要求带固定负荷。因此，电网调峰将更为困难。 电站的作用就是在低谷负荷期间吸取电网中的电能将水抽至上库， 期间再将上库的水发电。亦即在图
积蓄能量；而在高峰负荷
I中增加了“ V”部分的用电负荷，使常规机组负荷不必
降到Pmin。而在高峰负荷时，“P”部分的负荷由抽水蓄能机组承担，使常规机组的负荷不需 要升高到Pmax塞。V的面积必然是大于 P的面积，在电能平衡上是要亏损的，：然而却减小了 大机组的调峰幅度，降低了大机组由于带峰荷而引起的额外的燃料消耗， 用率。从全电网来衡量经济效益是显著的。
抽水蓄能电站的综合效率一般在
提高了大机组的利
65— 75%,这一数字包括了抽水和发电时所损耗的机
30—40%酌额
35%，而且低负荷远行可能要用油助燃，厂用电
但其发电出力往往与灌溉、
防洪等矛盾。
械效率。然而，大火电机组利用率的提高即意味着煤耗的降低。如火电厂在 定工况远行时，其煤耗约比额定工况增加
率也要比正常增加1 — 2个百分点。煤耗和厂用电的减少也可认为是在同样的能耗时发电量 的增加。
此外，常规水力发电站虽然也具备调峰功能，
因为常规水电站的水库调度是一个综合的系统工程。
而抽水蓄能电站的发电量及蓄水量是可
以按日调节的，可以做到按日平衡，不影响水库的中长期调度。
综上所述，抽水蓄能电站的优越性可以归纳为以下几点：
(1) 对电网起到调峰作用，降低火电机组的燃料消耗、厂用电和运行费用。 (2) 提高火电机组的利用率，火电装机容量可有所降低。 (3) 避免水电站发电与农业的矛盾，有条件按电网要求进行调度。
(4) 作为事故备用起动快，抽水工况与发电工况可以迅速转变，并可以调相，调频。 (5) 无环境污染。
因此，国际上已经广泛地采用抽水蓄能站，并向大容量发展。抽水蓄能电站的容量有 的国家已经占装
机容量的 7 一 10%，占常规水电站装机容量的
20—30%。
2抽水蓄能电站的构成
抽水蓄能电站应有上水库 (池)、高压引水系统、主厂房、低压尾水系统和下水库 池)。其构成如图2。
按水文条件来看，如果上库没有流域 面积或流
域面积甚小，没有天然入流量，则 这一类抽水蓄能电站称为“纯抽水蓄能电 站”，厂房内安装流量基本相同的水轮机和 (或)水泵。如果上库有天然入流量，则这一 类抽水蓄能电站称为“混合式抽水蓄能电 站”'厂房内除安装抽水蓄能机组外，尚可增 装常规的水轮发电机，其容量与来水量相匹
配。此外，下库还可另安装常规迳流水轮发电机，其容量
与上、下水库总来水量相匹配。此 类电站可获得较佳的经济效果。
水库的开发方式主要取决于站址的自然条件。可以有几种方式：
(1)
调节库容量
上、下两库均由人工围建。此种方式是只能建纯抽水
水文条件是次要的。 上库的
蓄能电站。自然条件主要是 地形上能建设合适库容和站址距电网的经济距离。
般考虑5 一 10小时的蓄放水量，而水位变化辐度不超过水轮机工作水头的 10 一 20%。
(2) 上库由人工围建，下库则利用天然河道、湖泊、海弯或利用已经建成的水库。此 种开发条件与(1)
相同。
(3) 人工围建下库，而上库则为已建成的水库。即对原有的常规水电站进行改造，成 为混合式抽水蓄能
电站。建站规模主要由下库的地形和库容来决定。
(4) 上、下两库均利用相近的天然河道或湖泊。这种站址比较难选，而且上、下库之 间的水位差也不会
很大。
(5)
米以上，可安装大容量、 高水头、高效率的水轮机。
抽水蓄电站一般采用高水头以达到高效率低水耗，
高压管道除了进入厂房部份采用大口径压力钢管外， 衬砌是影响压力的重要因素， 一般情况下采用钢板衬砌。
在地形比较平坦的场合，只有上水库是
露天的，而下水库、电站厂房及管道全部 设在地下，也可利用报废的矿井。这种蓄能电站的水头可达 1000
因此，压力引水管也同样承受高压。 其余部分均采用隧洞或竖井。
洞的内部
当地质条件较好时可将部份内水压
力传递至周围岩石上，以减少一钢板用量及工程费用。为增强衬砌刚度，防止压曲，对衬砌 钢板再加焊劲环或劲带。
为了防止水锤的发生， 调压井的设置与常规水电站相同，
特别要考
虑过渡工况下的负水锤和涌流。 如调压井的位置选择困难，亦可采用气垫式调压室，它与常
规调压井起到同样的作用。抽水蓄能的水泵需要有正的吸入扬程，因此与常规水电站不同， 尾水管道也是有压力的。
常规水电站的进水口有拦污栅。抽水蓄能电站的进水口又是蓄能工况时的出水口。因 此栏污栅的设计
是一个专门问题。
抽水蓄能电站的厂房一般采用地下式。厂房的标高应低于下库最低水位以下
30— 50
米，以保证抽水工况时有一定的吸水扬程，防止气蚀。近年来各种高效施工机械的发展，以
及隧洞施工方法的改进， 突破了在恶劣地质条件下修建地下洞室的困难， 地下厂房最大断面
积可达1500m2以上，能满足大型机组的安装和维修。此外，采用地下厂房方案，使许多缺 少适宜的地面厂房位置的优良站址得到了修建的可行性。对环境及旅游也是一种保护。
3抽水蓄能电站的机电设备
机电设备是抽水蓄能电站的核心设备。早期的抽水蓄能电站分别选用水轮机一一发电 机组和水泵一一
电动机组。即所谓“四机式”这种方式设备投资大，厂房面积大。
现今抽水蓄能电站的机电设备有两种方式：即“三机式”和“两机式”
一台水轮机，一台水泵和一台兼作发电机和电动机的三相同步电机。
。“三机式”是
这三台机又可分为横铀
串联 TUH(Ta nden un it With Horizo ntal shaft)和竖轴串联 TUV(Ta nden Un it With Vertical Shaft)。“两机式”是一台兼作水泵又作水轮机的水力机和一台兼作发电机和电动机的三相 同步电机，又称为可逆式水泵水轮机
PT(Pump-Turbine)。
“三机式”因为水泵和水轮机的参数选择与设计可以按各自的运行工况来决定，在发
由于泵和水轮机旋转方向一致，简化了电气接线， 工况转变和反应时间较快等优点。
但泵和水轮
电工况和抽水工况都能保证有最高的效率。 便于操作，又可利用水轮机来起动水泵机组，
机有各自的涡壳，设备尺寸较大，管道阀门投资 大，土建工程大，且泵或水轮机在空转时有一定 损耗。
这类机组最大出力在 300MW左右。其横断
面见图3:
“两机式”机组只有一套水力机械，水泵和 水轮机合
二为一。有两个旋转方向，当它以一个 方向旋转时，则作为电动机和水泵用，而向另一 个方向旋转时，则作为水轮机和发电机用。这种 可逆机组设备尺寸小，投资降低，更适宜于地下 厂房的安装，只需要较小的洞室，节省土
建工程量，且管道阀门亦简化。但机组效 率受同一机械的限制，不能两者兼顾，此 外机组运行中受多次重复应力的作用，
造
成一些电器和机械设备问题。可逆机组又 分为导水机构可调节的单级机组和导水 机构不能调节的多级机组。单级机组的应 用受到运行水头的限制，最大水头约为
600 — 700米，单机容量 300-400MW 多级 机组运行水头
可达 1200米，由于不能调 节，单机容量都不超过 160MW多级可逆 机组的断面见图 4：
近年来，水力机械已向高水头、高 转速、大容量发
展。高水头具有很多优点， 一般说来水头愈高，则：①可使用较高的 转速，减小外形尺寸，增大单机容量，减 小工程投资；②减小引用水量，使上下库 容减小，采用较小的管道直径；③由于引 用水量小，减小库内水位波动，使机组可
抽水蓄能电站技术概况简介概要
