抽水蓄能水电站有何特点？天然库盆暗藏玄机 中国又掌握一核心技术

　从世界第一的三峡工程到目前在建的白鹤滩水电站，世界20大超级水电站中，有11座就在中国，可以说，对于水电站，中国人已经非常熟悉了。不过，你听说过抽水蓄能电站吗？

在河北承德的丰宁满族自治县，就有这么一座“特殊的”水电站，它分两期开发建设，总装机容量达3600兆瓦，预计2021年竣工，建成后，其将成为装机容量世界第一大抽水蓄能电站。

那么，抽水蓄能电站和普通水电站相比究竟有何不同？它的核心技术是什么？为什么要在京津冀地区建抽蓄电站？下面我们就来一一解答。

　　（一）没有天然水源也能建水电站？对于抽水蓄能电站来说真的可以

众所周知，一般水电站只有一个水库，通过上游河流、湖泊或者降雨来完成蓄水，需要发电时开闸放水，将蓄水的重力势能转化为流水的动能，巨大的水流推动水轮机旋转，从而带动发电机旋转发电。整个过程只有开闸放水过程是人力可控的。可以说，水电站对自然条件的依赖很严重，而且对水文等生态环境的影响是巨大而深远的。

而抽水蓄能电站，一定意义上说是可实现人为干预的“升级版”水电站。修建抽水蓄能电站不必完全依赖天然河流湖泊，理想情况下甚至可以在无水源处直接挖两座水库，只要两者有势能差，然后向上下水库灌水即可。

不过，这样耗费极其巨大，所以抽水蓄能电站一般都是借助现有水电站水库与天然库盆实现上下水库通水的。

抽蓄电站的工作原理很简单，首先要把上下水库灌入水，然后利用闸门和抽水泵将水“搬来搬去”，在这一过程中利用重力势能发电。详细来说就是，用电低谷期，如深夜以及上下班通勤时，通过水泵抽水将下水库的水搬到上水库储藏起来。因此，上水库其实就是一个“大电池”，以势能的形式存储了能量。用电高峰期，如上班时间、节假日，打开上水库闸门放水，之后就和水电站原理相同了，冲下的水推动水轮机旋转，带动发电机发电。

抽水蓄能电站运行示意图

　　（二）抽水蓄能电站的核心技术在静态变频器，中国已经掌握

任何装置都有其核心装置与技术，抽水蓄能发电站也不例外，它的“心脏”就是变频启动装置，又称静态变频器（StaticFrequencyConvertor，SFC）。

抽水蓄能机组发电时，与一般水力发电机组无异，而SFC则是在抽水时发挥作用。在抽水蓄能机组进入抽水工作方式之前，需要将机组并入到电网中，相当于给“水泵”接上电。这个“大水泵”如果直接接入电网，将对电网产生巨大冲击，引起频率震荡、电压不稳定等若干危害。

为了使机组无冲击接入电网，需要将机组从静止拖动到同步转速后再接入电网，这样就能消除冲击产生的危害，完成这一过程的关键就是SFC，可以说，它是抽水蓄能电站的核心。

SFC通过交流-直流-交流变换，通以不同频率电流，使得机组逐步加速到所需转速，即可接入电网。

SFC系统基本原理示意图

“十二五”期间，中国首套具有完全自主知识产权的大型抽水蓄能电站SFC设备研制成功。该设备于2014年4月在响水涧抽水蓄能电站正式投入运行，已稳定运行多年，完全实现了对进口SFC设备的替代，成为抽水蓄能电站的首选启动设备。

　　（三）美丽的天然大库盆下“暗藏玄机”，原来水电站可以建在这儿

丰宁抽水蓄能电站构想图

丰宁抽水蓄能电站的枢纽工程由上水库、下水库、水道系统、电站地下厂房和地面开关站组成。细心的朋友可能会发现，上面的构想图上没有科幻大片中沿山而建的大型管道，也没有见到发电站里常见的高压输电塔、变压器等设备，这是怎么回事呢？

原来，目前抽水蓄能电站的主流建设方案，是将输水管道以及庞大的发电系统掩藏在山体中，这样不仅充分利用了山体环境，减小了自然条件对设备的不利影响，最重要的是保护了地表环境，对当地自然环境的影响也降到最低，真正做到了人与自然和谐发展。

丰宁抽水蓄能电站的上水库位于永利村上游左岸灰窑子沟顶部，系一优良天然大库盆，库内为平坦山谷，四周峰高岭厚，天然封闭，成库条件十分优越，简直是天赐的绝佳水库。

其坝址以上控制流域面积为4.4平方公里，总库容可达4882万立方米，而且淹没区无居民和耕地，因此征地范围小，对当地民众和生态环境影响小，周围也不涉及风景名胜区和自然保护区。

下水库则利用滦河干流上已建成的丰宁水电站水库，库容足够，取水方便。其正常蓄水位1061米，总库容6583万立方米，完全可满足下水库建设需要。

　　（四）丰宁抽水蓄能电站：一次性破解京津唐用电三大难题

说起丰宁抽水蓄能电站的作用，不得不提到京津唐。丰宁抽水蓄能电站的建成能够有效解决京津唐目前电力供应的三大难题，维护电网的的供应与安全，可谓是京津唐的“大后背”。

第一大难题：调峰容量不足。

随着京津唐地区经济建设的不断发展和产业结构的不断调整，居民生活用电和商业用电增幅巨大，高速增长的供电负荷使得电力峰谷差越来越大。京津唐电网供需矛盾逐步由“缺电量”转为“缺调峰容量”。

调峰容量不足，可以理解为“减震”能力低下，一旦发生停电，不能及时恢复供电。京津唐电网以火力发电为主，电网电源构成单一，电源结构不够合理，也直接导致了调峰容量不足。

因此，兴建规模大、调节性能好、运行灵活的调峰电源，已成为当务之急。

而丰宁抽水蓄能电站建设得恰逢其时，它具有周调节能力，调峰灵活，能够较好地解决未来20年间京津唐电网调峰容量不足的问题。

第二大难题：绿色电源不足。

北京申办奥运会的成功，对京津唐地区的环保、供电质量提出了更高的要求，火电的发展将受到更多的制约，这对于过度依赖火电的京津唐电网来说更是“压力山大”。

而河北丰宁抽水蓄能电站完全可以作为扛起“环保绿色，和谐发展”的大旗。

京津冀七环经过丰宁

第三大难题：保证调峰电源的经济性。

又要有机动能力，又要环保绿色，还得要少花钱，能够办到吗？

京津唐地区水力资源贫乏，网内调峰手段缺乏。但是，京津唐地区的蓄能资源丰富，有利于进行大型抽水蓄能电站的开发建设。河北丰宁抽水蓄能电站地形地质及水源等自然条件优越，单位容量工程投资很低，技术经济指标较优且具有周调节性能，是国内不可多得的抽水蓄能站址。

综合来看，如此劳师动众兴建的河北丰宁抽水蓄能电站，倒也是“物超所值”，一下子破解了京津唐电网发展的三大难题，保证了未来20年京津唐地区经济发展所需电力无虞。

结语

抽水蓄能电站相当于一个“蓄电池”，在用电低谷时把下水库的水抽到上水库储存起来，然后到用电高峰时，将上水库高位水的势能转化为动能，带动发电机组发电，将低谷蓄电量转化为急需的尖峰需电量，实现能源的高效、灵活利用。

目前，中国抽水蓄能电站已经在装机容量上稳坐世界头把交椅，其核心装置静态变频器经过工程师们十几年的努力也已经实现了国产化，丰宁抽水蓄能电站建成后将有效解决京津唐电力供应调峰容量不足、绿色能源不足和调峰电源经济性三大难题，有利于维护电网的安全稳定。（作者 一安电流 电力从业人员）