抽水蓄能水電站有何特點(diǎn)？天然庫盆暗藏玄機(jī) 中國(guó)又掌握一核心技術(shù)

2018-04-10 09:54:44 了不起的中國(guó)制造　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

從世界第一的三峽工程到目前在建的白鶴灘水電站，世界20大超級(jí)水電站中，有11座就在中國(guó)，可以說，對(duì)于水電站，中國(guó)人已經(jīng)非常熟悉了。不過...

從世界第一的三峽工程到目前在建的白鶴灘水電站，世界20大超級(jí)水電站中，有11座就在中國(guó)，可以說，對(duì)于水電站，中國(guó)人已經(jīng)非常熟悉了。不過，你聽說過抽水蓄能電站嗎？

在河北承德的豐寧滿族自治縣，就有這么一座“特殊的”水電站，它分兩期開發(fā)建設(shè)，總裝機(jī)容量達(dá)3600兆瓦，預(yù)計(jì)2021年竣工，建成后，其將成為裝機(jī)容量世界第一大抽水蓄能電站。

那么，抽水蓄能電站和普通水電站相比究竟有何不同？它的核心技術(shù)是什么？為什么要在京津冀地區(qū)建抽蓄電站？下面我們就來一一解答。

（一）沒有天然水源也能建水電站？對(duì)于抽水蓄能電站來說真的可以

眾所周知，一般水電站只有一個(gè)水庫，通過上游河流、湖泊或者降雨來完成蓄水，需要發(fā)電時(shí)開閘放水，將蓄水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為流水的動(dòng)能，巨大的水流推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電。整個(gè)過程只有開閘放水過程是人力可控的。可以說，水電站對(duì)自然條件的依賴很嚴(yán)重，而且對(duì)水文等生態(tài)環(huán)境的影響是巨大而深遠(yuǎn)的。

而抽水蓄能電站，一定意義上說是可實(shí)現(xiàn)人為干預(yù)的“升級(jí)版”水電站。修建抽水蓄能電站不必完全依賴天然河流湖泊，理想情況下甚至可以在無水源處直接挖兩座水庫，只要兩者有勢(shì)能差，然后向上下水庫灌水即可。

不過，這樣耗費(fèi)極其巨大，所以抽水蓄能電站一般都是借助現(xiàn)有水電站水庫與天然庫盆實(shí)現(xiàn)上下水庫通水的。

抽蓄電站的工作原理很簡(jiǎn)單，首先要把上下水庫灌入水，然后利用閘門和抽水泵將水“搬來搬去”，在這一過程中利用重力勢(shì)能發(fā)電。詳細(xì)來說就是，用電低谷期，如深夜以及上下班通勤時(shí)，通過水泵抽水將下水庫的水搬到上水庫儲(chǔ)藏起來。因此，上水庫其實(shí)就是一個(gè)“大電池”，以勢(shì)能的形式存儲(chǔ)了能量。用電高峰期，如上班時(shí)間、節(jié)假日，打開上水庫閘門放水，之后就和水電站原理相同了，沖下的水推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

抽水蓄能電站運(yùn)行示意圖

（二）抽水蓄能電站的核心技術(shù)在靜態(tài)變頻器，中國(guó)已經(jīng)掌握

任何裝置都有其核心裝置與技術(shù)，抽水蓄能發(fā)電站也不例外，它的“心臟”就是變頻啟動(dòng)裝置，又稱靜態(tài)變頻器（StaticFrequencyConvertor，SFC）。

抽水蓄能機(jī)組發(fā)電時(shí)，與一般水力發(fā)電機(jī)組無異，而SFC則是在抽水時(shí)發(fā)揮作用。在抽水蓄能機(jī)組進(jìn)入抽水工作方式之前，需要將機(jī)組并入到電網(wǎng)中，相當(dāng)于給“水泵”接上電。這個(gè)“大水泵”如果直接接入電網(wǎng)，將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，引起頻率震蕩、電壓不穩(wěn)定等若干危害。

為了使機(jī)組無沖擊接入電網(wǎng)，需要將機(jī)組從靜止拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速后再接入電網(wǎng)，這樣就能消除沖擊產(chǎn)生的危害，完成這一過程的關(guān)鍵就是SFC，可以說，它是抽水蓄能電站的核心。

SFC通過交流-直流-交流變換，通以不同頻率電流，使得機(jī)組逐步加速到所需轉(zhuǎn)速，即可接入電網(wǎng)。

SFC系統(tǒng)基本原理示意圖

“十二五”期間，中國(guó)首套具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型抽水蓄能電站SFC設(shè)備研制成功。該設(shè)備于2014年4月在響水澗抽水蓄能電站正式投入運(yùn)行，已穩(wěn)定運(yùn)行多年，完全實(shí)現(xiàn)了對(duì)進(jìn)口SFC設(shè)備的替代，成為抽水蓄能電站的首選啟動(dòng)設(shè)備。

（三）美麗的天然大庫盆下“暗藏玄機(jī)”，原來水電站可以建在這兒

豐寧抽水蓄能電站構(gòu)想圖

豐寧抽水蓄能電站的樞紐工程由上水庫、下水庫、水道系統(tǒng)、電站地下廠房和地面開關(guān)站組成。細(xì)心的朋友可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，上面的構(gòu)想圖上沒有科幻大片中沿山而建的大型管道，也沒有見到發(fā)電站里常見的高壓輸電塔、變壓器等設(shè)備，這是怎么回事呢？

原來，目前抽水蓄能電站的主流建設(shè)方案，是將輸水管道以及龐大的發(fā)電系統(tǒng)掩藏在山體中，這樣不僅充分利用了山體環(huán)境，減小了自然條件對(duì)設(shè)備的不利影響，最重要的是保護(hù)了地表環(huán)境，對(duì)當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境的影響也降到最低，真正做到了人與自然和諧發(fā)展。

豐寧抽水蓄能電站的上水庫位于永利村上游左岸灰窯子溝頂部，系一優(yōu)良天然大庫盆，庫內(nèi)為平坦山谷，四周峰高嶺厚，天然封閉，成庫條件十分優(yōu)越，簡(jiǎn)直是天賜的絕佳水庫。

其壩址以上控制流域面積為4.4平方公里，總庫容可達(dá)4882萬立方米，而且淹沒區(qū)無居民和耕地，因此征地范圍小，對(duì)當(dāng)?shù)孛癖姾蜕鷳B(tài)環(huán)境影響小，周圍也不涉及風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護(hù)區(qū)。

下水庫則利用灤河干流上已建成的豐寧水電站水庫，庫容足夠，取水方便。其正常蓄水位1061米，總庫容6583萬立方米，完全可滿足下水庫建設(shè)需要。

（四）豐寧抽水蓄能電站：一次性破解京津唐用電三大難題

說起豐寧抽水蓄能電站的作用，不得不提到京津唐。豐寧抽水蓄能電站的建成能夠有效解決京津唐目前電力供應(yīng)的三大難題，維護(hù)電網(wǎng)的的供應(yīng)與安全，可謂是京津唐的“大后背”。

第一大難題：調(diào)峰容量不足。

隨著京津唐地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，居民生活用電和商業(yè)用電增幅巨大，高速增長(zhǎng)的供電負(fù)荷使得電力峰谷差越來越大。京津唐電網(wǎng)供需矛盾逐步由“缺電量”轉(zhuǎn)為“缺調(diào)峰容量”。

調(diào)峰容量不足，可以理解為“減震”能力低下，一旦發(fā)生停電，不能及時(shí)恢復(fù)供電。京津唐電網(wǎng)以火力發(fā)電為主，電網(wǎng)電源構(gòu)成單一，電源結(jié)構(gòu)不夠合理，也直接導(dǎo)致了調(diào)峰容量不足。

因此，興建規(guī)模大、調(diào)節(jié)性能好、運(yùn)行靈活的調(diào)峰電源，已成為當(dāng)務(wù)之急。

而豐寧抽水蓄能電站建設(shè)得恰逢其時(shí)，它具有周調(diào)節(jié)能力，調(diào)峰靈活，能夠較好地解決未來20年間京津唐電網(wǎng)調(diào)峰容量不足的問題。

第二大難題：綠色電源不足。

北京申辦奧運(yùn)會(huì)的成功，對(duì)京津唐地區(qū)的環(huán)保、供電質(zhì)量提出了更高的要求，火電的發(fā)展將受到更多的制約，這對(duì)于過度依賴火電的京津唐電網(wǎng)來說更是“壓力山大”。

而河北豐寧抽水蓄能電站完全可以作為扛起“環(huán)保綠色，和諧發(fā)展”的大旗。

京津冀七環(huán)經(jīng)過豐寧

第三大難題：保證調(diào)峰電源的經(jīng)濟(jì)性。

又要有機(jī)動(dòng)能力，又要環(huán)保綠色，還得要少花錢，能夠辦到嗎？

京津唐地區(qū)水力資源貧乏，網(wǎng)內(nèi)調(diào)峰手段缺乏。但是，京津唐地區(qū)的蓄能資源豐富，有利于進(jìn)行大型抽水蓄能電站的開發(fā)建設(shè)。河北豐寧抽水蓄能電站地形地質(zhì)及水源等自然條件優(yōu)越，單位容量工程投資很低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)且具有周調(diào)節(jié)性能，是國(guó)內(nèi)不可多得的抽水蓄能站址。

綜合來看，如此勞師動(dòng)眾興建的河北豐寧抽水蓄能電站，倒也是“物超所值”，一下子破解了京津唐電網(wǎng)發(fā)展的三大難題，保證了未來20年京津唐地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需電力無虞。

結(jié)語

抽水蓄能電站相當(dāng)于一個(gè)“蓄電池”，在用電低谷時(shí)把下水庫的水抽到上水庫儲(chǔ)存起來，然后到用電高峰時(shí)，將上水庫高位水的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將低谷蓄電量轉(zhuǎn)化為急需的尖峰需電量，實(shí)現(xiàn)能源的高效、靈活利用。

目前，中國(guó)抽水蓄能電站已經(jīng)在裝機(jī)容量上穩(wěn)坐世界頭把交椅，其核心裝置靜態(tài)變頻器經(jīng)過工程師們十幾年的努力也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，豐寧抽水蓄能電站建成后將有效解決京津唐電力供應(yīng)調(diào)峰容量不足、綠色能源不足和調(diào)峰電源經(jīng)濟(jì)性三大難題，有利于維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。（作者一安電流電力從業(yè)人員）

原標(biāo)題:抽水蓄能水電站有何特點(diǎn)？天然庫盆暗藏玄機(jī)，中國(guó)又掌握一核心技術(shù)

責(zé)任編輯：李鑫

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