王璐琰武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院

抽水蓄能電站的站址選擇及規(guī)劃

王璐琰
武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院

摘要：我國(guó)抽水蓄能電站起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展速度較快，抽水蓄能發(fā)電在我國(guó)電力系統(tǒng)中已占不可或缺的一部分。抽水蓄能電站的站址規(guī)劃與電站是否能充分發(fā)揮作用有著密不可分的關(guān)系。通過(guò)抽水蓄能電站站址規(guī)劃中的各種基本條件，進(jìn)行符合條件后的站址普查和最終的站址選擇。

關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站；站址規(guī)劃；建設(shè)條件；站址普查；站址選擇

近年來(lái)，隨著我國(guó)電力工業(yè)的發(fā)展和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)，一些威脅著電力系統(tǒng)穩(wěn)定的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，例如水電比例低、電源結(jié)構(gòu)不合理、缺乏靈活高效并且可靠的調(diào)峰手段等。除此之外，用戶對(duì)供電質(zhì)量越來(lái)越高的要求，使得拉閘限電也已不再適合當(dāng)今社會(huì)的發(fā)展要求。

為了解決電網(wǎng)的這些問(wèn)題，最好的辦法就是不斷優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)。在此背景下，抽水蓄能電站應(yīng)運(yùn)而生，并且為了適應(yīng)不同的實(shí)際環(huán)境，衍生出很多不同的類型，如地面式抽水蓄能電站、地下式抽水蓄能電站及其他特殊布置形式。在我國(guó)電力系統(tǒng)中大放異彩，成為我國(guó)電力系統(tǒng)的一個(gè)必要組成部分。

能夠在電力系統(tǒng)中發(fā)揮獨(dú)一無(wú)二的作用，抽水蓄能電站站址的規(guī)劃就顯得極為重要。其規(guī)劃關(guān)系到多方面的考慮因素，如建設(shè)條件、站址普查和站址選擇等。

先從建設(shè)條件來(lái)說(shuō)，其內(nèi)部又包含了地形條件、地質(zhì)條件和地理位置等。

抽水蓄能電站的地形條件直接關(guān)系到電站的建設(shè)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、工程參數(shù)及其能夠在電力系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)所得，當(dāng)蓄能量一定時(shí)，平均水頭越大，所需的調(diào)節(jié)庫(kù)容越小，而且水庫(kù)的規(guī)模也會(huì)越小，相應(yīng)地，壩高、輸水道和廠房尺寸也會(huì)隨之減小[1]。再具體來(lái)討論平均水頭，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)選擇上、下水庫(kù)天然高差大的站址是最為合適的，因?yàn)樗亲匀恍纬傻?，不需要額外的工程代價(jià)，而如果從別的方面來(lái)提高平均水頭的話，都會(huì)受到不同因素的限制，經(jīng)濟(jì)性和可行性都不高。

地形條件中還包括一個(gè)很重要的部分，就是上、下水庫(kù)的地形條件。根據(jù)選點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，有利的地形條件一般滿足以下要求：（1）具有完整且基本封閉的庫(kù)盆。如果庫(kù)盆不完整，庫(kù)岸地形支離破碎，有很多的缺口，這樣就會(huì)加大工作量，需建設(shè)布置副壩，并且由于往往這些缺口處地形條件都較為復(fù)雜，將會(huì)是水庫(kù)防滲的薄弱環(huán)節(jié)，導(dǎo)致穩(wěn)定性差，不利于建設(shè)。（2）庫(kù)岸山體雄厚、庫(kù)周邊坡平順，并且?guī)靺^(qū)具有能滿足蓄能要求的水庫(kù)容積。（3）壩址比降較小，溝底高程較高，河谷較窄，壩址的軸線應(yīng)該與下游陡峭底坡具有一定且較遠(yuǎn)的距離。對(duì)于兩岸山坡的要求是，坡度適中且坡面平順。進(jìn)洞條件較好，方便取水[2]。

從地質(zhì)條件來(lái)說(shuō)，由于抽水蓄能電站一般地下工程較多，所以對(duì)建筑物的抗震要求較高，應(yīng)將站址選在區(qū)域穩(wěn)定性條件較好的地區(qū)。在站址選擇過(guò)程中，水庫(kù)滲透條件為一個(gè)不能不考慮的重要因素，對(duì)于上水庫(kù)來(lái)說(shuō)，不理想的滲透水量其實(shí)就是電能損失。

對(duì)于日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站來(lái)說(shuō)，上、下水庫(kù)的水位變化是極為劇烈和頻繁的，如天荒坪抽水蓄能電站一天之內(nèi)上、下水庫(kù)水位會(huì)有40多米的升、降變化。這樣的變化就需要庫(kù)岸足夠穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)滑坡、塌方的可能。除此之外，為了保證地下工程施工和運(yùn)行安全，地下廠房及輸水系統(tǒng)應(yīng)具有足夠的埋藏深度，盡可能處于厚層、均質(zhì)、塊狀結(jié)構(gòu)的堅(jiān)硬完整巖體內(nèi)。

從地理位置來(lái)看，抽水蓄能電站一般應(yīng)位于供電地區(qū)負(fù)荷中心附近。在負(fù)荷高峰時(shí)，電網(wǎng)輸電系統(tǒng)基本處于滿載狀態(tài)，處于供電地區(qū)負(fù)荷中心的抽水蓄能電站，可以通過(guò)架設(shè)較短的輸電線路來(lái)將電力輸送給電網(wǎng)，緩解供電壓力。在負(fù)荷低谷時(shí)，電網(wǎng)輸電系統(tǒng)處于非滿載狀態(tài)，距離較近的優(yōu)點(diǎn)能夠使不另設(shè)或者少設(shè)輸電線路來(lái)利用輸電系統(tǒng)的空閑輸電能力輸送抽水能力成為可能[3]。盡可能利用電網(wǎng)已有的輸電線路的空閑輸送容量，可以使輸電線路的長(zhǎng)度大大縮短，減少輸電損失，同時(shí)也能節(jié)省建設(shè)初期的線路成本。

除了上述的地形條件、地質(zhì)條件和地理?xiàng)l件外，一個(gè)具有高效率的抽水蓄能電站的站址還應(yīng)具備水源條件、施工條件和水庫(kù)淹沒(méi)條件等。

根據(jù)站址選擇的基本條件，開(kāi)始在大范圍內(nèi)進(jìn)行站址普查。站址初選的第一步是在地形圖上尋找適合建造抽水蓄能電站的地點(diǎn)，選擇若干個(gè)條件較好的地點(diǎn)作為研究對(duì)象。需要注意的是，在地形圖上選擇的地點(diǎn)并不一定就是很好的站址選擇，還需要用其他的材料，如區(qū)域地質(zhì)資料，來(lái)進(jìn)行篩選。剔除掉具有明顯問(wèn)題的站址，余下的站址作為進(jìn)一步的研究對(duì)象。

在確定好研究對(duì)象后，就要進(jìn)行實(shí)地勘察，這是站址規(guī)劃過(guò)程中的重要步驟，決定了所勘查地區(qū)能否繼續(xù)作為站址選擇的研究對(duì)象?，F(xiàn)場(chǎng)查勘還是以站址選擇的基本條件為基準(zhǔn)，逐一進(jìn)行仔細(xì)查勘。對(duì)于利用已建水庫(kù)的查勘，還應(yīng)著重了解水庫(kù)原有的綜合利用情況，研究如何協(xié)調(diào)抽水蓄能與其他用水部門的關(guān)系。

經(jīng)過(guò)一系列的現(xiàn)場(chǎng)勘查后，剔除不符合條件的站址對(duì)象。作為普查成果將具備開(kāi)發(fā)條件的站址編入普查報(bào)告，這將成為后續(xù)開(kāi)發(fā)建設(shè)的重要資料依據(jù)。

經(jīng)篩選下來(lái)基礎(chǔ)條件較好的站點(diǎn)，可以初步擬定工程布置方案，初估工期、投資和工程量，重新計(jì)算包括裝機(jī)容量、年抽水耗電量、年發(fā)電量、抽水揚(yáng)程等在內(nèi)的主要參數(shù)和指標(biāo)。結(jié)合數(shù)據(jù)和勘察的實(shí)際情況，對(duì)每個(gè)站點(diǎn)的優(yōu)、缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比、評(píng)述，以備接下來(lái)的工作。

通過(guò)技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)型的比較，從已選定的、具有較好建設(shè)條件的站址中，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)峰的要求和各站址具體的建設(shè)條件，來(lái)進(jìn)行進(jìn)一步的比較、分析及論證。然后，優(yōu)勝劣汰，推薦出最具有開(kāi)發(fā)價(jià)值的抽水蓄能電站的站址，開(kāi)始進(jìn)行電站實(shí)際的規(guī)劃和建設(shè)。

任何事物都有兩面性，建造抽水蓄能電站也不例外。抽水蓄能電站的建造會(huì)在一定范圍內(nèi)對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀?、?jīng)濟(jì)和社會(huì)等環(huán)境造成影響，這是不可避免的。如果在規(guī)劃建設(shè)過(guò)程中對(duì)每個(gè)階段都予以重視，將造成的不利影響變?yōu)橛欣绊懸膊皇菦](méi)有可能。這樣建造出來(lái)的抽水蓄能電站不僅能夠保障供電的穩(wěn)定性和提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，而且還能促進(jìn)當(dāng)?shù)氐貐^(qū)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)多方面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張克誠(chéng).抽水蓄能電站水能設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2007.

[2]萬(wàn)永華.抽水蓄能電站規(guī)劃及運(yùn)行[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1996.

[3]董述春，張德旺.抽水蓄能電站[M].北京：水利電力出版社，1989.

作者簡(jiǎn)介：王璐琰（1994-）女，漢族，河南汝州人，本科生，武漢大學(xué)動(dòng)力與機(jī)械學(xué)院。