抽水蓄能电站的特点及主要建筑物布置

抽水蓄能电站的原理，是利用电力负荷低谷时的电能、将水从下水库抽至上水库，在电力负荷高峰期、再从上水库放水至下水库发电。为完成抽水、发电过程，典型抽水蓄能电站的主要建筑物一般包括上水库、下水库、输水系统、电站厂房、变电站/出线场及其他附属工程等。  

本文结合常见的电站类型、主要特点、主要建筑物形式，对抽水蓄能电站主要建筑的组成进行阐述。  

典型抽水蓄能电站主要建筑物示意图

通常抽水蓄能电站按照开发方式划分为两种类型，一种是纯抽水蓄能电站，另外一种是混合式抽水蓄能电站。在我国目前所建设的抽水蓄能电站中，大多数为纯抽水蓄能电站类型。

（一）纯抽水蓄能电站

当上水库没有天然径流或者天然径流量较小，抽水蓄能电站运行所需要的水量、来自于上/下水库间彼此循环时，则此电站为纯抽水蓄能电站。  

纯抽水蓄能电站主要利用上/下水库之间的自然高差设置输水系统来获得水头，水头多为200m到800m之间，因其库容满足装机规模最小需求即可，通常库容较小，故对电站选址约束较小。纯抽水蓄能电站的上/下水库型式多样，可利用山区、江河、湖泊或已建水库修建，厂房多采用地下厂房形式，此类电站如广州、十三陵、天荒坪、泰安、西龙池、张河湾、呼和浩特等抽水蓄能电站。  

纯抽水蓄能电站示意图

值得说明的是，由于纯抽水蓄能电站在站址选择上具有较大自由，故此类电站常会选择在电源点或负荷中心处附近建设，以减少在送、受电时相关电能损失。

（二）混合式抽水蓄能电站

当上水库天然径流较大，为了利用此部分天然径流，既安装了抽水蓄能机组、也安装了部分常规水电机组，则此电站就为混合式抽水蓄能电站。

混合式抽水蓄能电站一般上水库有较大天然入库径流，通常为结合常规水电站新建、改建或扩建，加装抽水蓄能机组而成。此类电站的水头一般不高，大多在几十米到100多米之间。引水发电系统可以与常规电站厂房一起布置，也可以分开布置。

混合式抽水蓄能电站示意图

混   合式抽水蓄能电站的例子有岗南、潘家口、响洪甸、白山等水电站，纵观这些电站的共同点可以发现，此类电站上水库都是大中型综合利用水库，其蓄能电站常为结合常规水电站新建、改建或扩建，加装抽水蓄能机组而成。  

通常认为，结合常规水电站新建、改建或扩建的抽水蓄能电站有以下优点：  

1.通过上/下水库的储存调蓄作用，增加了常规机组的发电调峰容量。  

2.蓄能机组和常规机组联合运行，提高了水库泄流能力，有利于水库的防洪调度。但需注意的是，天然洪水与发电流量叠加后不能大于天然洪水流量，避免造成下游的人为洪水。  

3.蓄能机组和常规机组联合运行，可以将汛期弃水及灌溉等综合利用任务的下泄水量进行发电，提高电站的水能利用率。  

抽水蓄能电站作为电网安全运行中的“稳定器”、“调节器”、“平衡器”，主要作用是承担电力系统的调峰、调频及事故备用等任务。与常规水电站相比，有很多不同的特点。

（一）拥有上、下两个水库

抽水蓄能电站因为其特定的抽水~发电工作模式，在利用电力负荷低谷时的电能、将水从下水库抽至上水库以储存能量，在电力负荷高峰期时、通过上水库放水至下水库获得电能，因此必须具有上、下两个水库。

国网新源湖南安化抽水蓄能电站效果图

（二）水库水位变幅大、升降频繁

与同等装机容量规模的常规水电站相比，抽水蓄能电站水库库容通常都较小。在这些电站中，为了承担电网中的调峰填谷任务，发电或抽水时的流量都很大，水库水位日变幅10m~20m是经常发生的。

典型抽水蓄能电站平面布置

典型抽水蓄能电站输水系统剖面

（三）水库防渗要求高

抽水   蓄能电站库库容一般不大，其通过天然径流、降雨补给的水量有限，主要是利用电力负荷低谷时的电能从下水库抽水至上水库进行补水，如因上水库渗漏、蒸发等原因造成的水量大量损失，无疑将减少电站的发电量，同时增大了充水和补水的费用，降低电站的综合效率，因此对水库防渗要求很高。由于抽水蓄能电站水头高、水库水位变幅大、升降频繁，为了防止渗水对工程区水文地质条件造成恶化、不产生渗透破坏和集中渗漏，也都对抽水蓄能水库提出高的防渗要求。如：担负着北京地区调峰和紧急事故备用电源作用的十三陵抽水蓄能电站，是国内第一座上水库采用钢筋混凝土全库盆防渗的抽蓄电站。  

国网新源十三陵抽水蓄能电站上水库

（四）水头较高

抽水蓄能电站的水头一般较高，水头多为200m到800m之间，随着抽水蓄能电站机组研发技术的日益提高，我国高水头大容量电站的数量越来越多，在建的1700兆瓦的浙江天台抽水蓄能电站以额定水头724米成为全球水头最高的抽水蓄能电站。

（五）机组安装高程低

抽水蓄能电站安装的可逆式水轮发电机组，水泵工况的气蚀系数要比水轮机工况大得多，水泵工况要求吸出高度常在-20～-80m之间，这一特点对地面厂房影响较大，为了克服上浮力及渗流对厂房的作用，且充分利用围岩特性，国内外近年建设的大型抽水蓄能电站大部分采用地下厂房。

抽水蓄能电站厂房剖面示意图

抽水蓄能电站主要建筑物组成一般包括：上/下水库、输水系统、厂房系统、其他专用建筑物等。

（一）上/下水库

上/下   水库的布置应因地制宜，应根据工程区的水文气象、地形、地质条件、施工条件、环境影响及运行要求等因素，综合各建筑物的功能要求和自然条件，明确各建筑物的布局和相关关系，在系统研究并经技术经济综合比较后确定。  

上/下水库库址选择时，要注意水库防渗条件要好，两水库间能够形成自然的高差，有一定的天然库容和合理的水位变幅，重视渗漏对岸坡稳定的影响，注意拦、排沙建筑物的布置必要性，注意泄洪设施对下游河道的影响，重视工程与环境的和谐等要素。  

关于上/下水库的组合选择，一般有以下几种方式：或利用已建水库或天然湖泊，或垭口筑坝形成水库，或台地筑环形坝加库盆开挖形成水库，或采用一个坝或多座坝将山顶洼地或垭口封闭以形成水库。各坝的最终选用坝型需通过技术、经济比选后确定，如天然库容不能满足调节库容需求时还要对库盆进行扩挖。  

国网新源天荒坪抽水蓄能电站上水库

（二）输水系统

输水系   统一般由上水库进/出水口、引水隧洞、引水调压室、高压管道、尾水调压室、尾水隧洞、下水库进/出水口等组成。  

上/下水库进/出水口型式多采用侧式进水口，部分抽水蓄能电站因地形、地质条件限制而采用竖井式进水口的，如西龙池的上水库进/出水口。引水隧洞和尾水隧洞是有压隧洞，根据地质条件、渗透压力等多采用混凝土衬砌。高压管道在立面布置上，有竖井、斜井、竖井与斜井相结合等型式，在平面布置上可分为单管单机、一管二机和一管多机等型式。高压管道、岔管部分多采用钢板衬砌，视水头高低、埋藏深度和围岩条件的好坏而定。调压室可设在厂房上游或下游，亦可能上下游均设，视上下游输水系统长度及调保计算成果而定。  

某抽水蓄能电站输水系统示意图

（三）厂房系统

抽水蓄能电站厂房系统多采用地下厂房，开发方式分为首部、中部、尾部等方式。一般组成包括主厂房、副厂房、主变室、开关站及出线场，以及母线洞、出线洞、进厂交通洞、通风洞、排水廊道等附属洞室。主副厂房、主变室等常置于地下，开关站及出线场布置于地面或地下洞室内都有。

国网新源江西洪屏抽水蓄能电站地下厂房

（四）专用建筑物

1. 拦、排沙建筑物

在多泥沙河流修建的抽水蓄能电站，必须对泥沙问题予以高度重视，一般通过拦排沙工程（如泄洪排沙洞）解决泥沙入库问题，也有在主汛期通过停机、避沙运行措施来解决泥沙过机问题的。

国网新源内蒙古芝瑞抽水蓄能电站下水库泄洪排沙洞出口

拦沙坝作为重要的拦排沙措施在抽水蓄能电站中应用较多，如张河湾、呼和浩特、丰宁等抽水蓄能电站。河北丰宁抽水蓄能电站下水库利用河弯作下水库，拦河坝、拦沙坝将下水库分隔成拦沙库和蓄能电站专用下水库，拦沙库及泄洪洞负责拦洪排沙，蓄能电站下水库专职发电，彻底解决泥沙问题。泄洪排沙洞将水流沿河湾“裁弯取直”下泄，泄洪排沙洞既直又短，便于排沙和泄洪，又节省投资。

国网新源河北丰宁抽水蓄能电站拦沙坝效果俯瞰

2. 补水建筑物

抽水   蓄能电站库容大多较小，水库和水道渗漏、蒸发造成的水量损失需通过补水工程进行补给。如西龙池抽水蓄能电站上/下水库均为人工开挖填筑而成，无天然径流补给，下水库设有专门的泵站设施进行补水。又如呼和浩特抽水蓄能电站地处干旱地区，上水库完全由人工开挖填筑形成，同样设置补水设施，其补水通过拦沙坝内的埋管、将拦沙蓄水库中存蓄的水以自流方式补给下水库。  

3. 取(进)水建筑物  

取(进)水建筑物指的是输水建筑物的首部建筑物，如引水隧洞的进口段、灌溉渠首、供水用的进水闸、扬水站等。在抽水蓄能电站中，由于特定的抽水~发电工作模式，取(进)水建筑物主要指连接上/下水库的近/出水口段。  

国网新源清原电站下水库进出水口

4. 交通工程

抽水蓄能电站常包含上、下两个距离和高差较大的水库，还有一套复杂的地下洞室群，故连接上/下水库及电站各洞室之间的交通也是枢纽布置中不可缺少的部分。交通工程要结合当地交通运输发展规划，运输能力满足施工期物资、材料、设备等各项需求，运输指标经济合理且运行安全可靠。

国网新源江苏宜兴抽水蓄能电站上水库和上下库连接道路

5. 其他专用建筑物

为满足特定的灌溉、过坝等功能或作用而修建的专用建筑物，在抽水蓄能电站建设中也常常遇到，如灌渠、升船机、鱼道等，不做过多描述。