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抽水蓄能電站規(guī)劃設(shè)計(jì)研究論文
摘要:對(duì)抽水蓄能電站在電力系統(tǒng)中具有調(diào)峰填谷的獨(dú)特運(yùn)行特性進(jìn)行了分析，從抽水蓄能電站的選址、關(guān)鍵技術(shù)的引進(jìn)和抽水蓄能電站的建設(shè)與環(huán)境三方面出發(fā)，給出抽水蓄能電站科學(xué)合理的規(guī)劃建議。
關(guān)鍵詞：抽水蓄能電站規(guī)劃設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)境
0引言
近二十多年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)有了快速發(fā)展，電力負(fù)荷迅速增長(zhǎng)，峰谷差不斷加大，用戶(hù)對(duì)供電的要求也越來(lái)越高。抽水蓄能電站作為我國(guó)電源結(jié)構(gòu)中一種新型電源，以其調(diào)峰填谷的獨(dú)特運(yùn)行特性，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著調(diào)節(jié)負(fù)荷、促進(jìn)電力系統(tǒng)節(jié)能和維護(hù)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的功能。抽水蓄能電站將成為水電建設(shè)的主流。因此，科學(xué)合理的規(guī)劃這一有效的、不可或缺的抽水蓄能電站勢(shì)在必行。
1抽水蓄能電站選址規(guī)劃
抽水蓄能電站的運(yùn)行原理是利用電力負(fù)荷低谷時(shí)的電能把水抽至上水庫(kù)，將水能轉(zhuǎn)化為電能，在電力負(fù)荷高峰時(shí)期再放水至下庫(kù)發(fā)電，將水能轉(zhuǎn)化為電能，它將電網(wǎng)負(fù)荷低谷時(shí)的多余電能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娋W(wǎng)高峰時(shí)期的高價(jià)電能，從而起到電網(wǎng)調(diào)峰的作用。因此，建設(shè)抽水蓄能電站的關(guān)鍵是選好站址。
抽水蓄能電站的站址規(guī)劃是在負(fù)荷中心的周?chē)貐^(qū)尋找可能開(kāi)發(fā)的站址。其可選面不象常規(guī)水電站那樣只能沿著河流尋找合適的站址，它的可選面比較寬。一般要求上、下池之間的落差愈高愈好。選址時(shí)首先要開(kāi)展普查工作，調(diào)查所給區(qū)域內(nèi)所有可開(kāi)發(fā)的抽水蓄能電站站址的基本建設(shè)條件，弄清所在電網(wǎng)的負(fù)荷水平、負(fù)荷特性和電源結(jié)構(gòu)，調(diào)峰電源的缺口，以及對(duì)調(diào)頻、調(diào)相、事故備用等動(dòng)態(tài)功能的需求。通過(guò)比較從中選出建設(shè)條件較好的站址，然后進(jìn)行規(guī)劃階段勘測(cè)設(shè)計(jì)工作，通過(guò)理論推正和實(shí)際考察來(lái)確定一期開(kāi)發(fā)工程的實(shí)施。針對(duì)抽水蓄能電站的特點(diǎn)，大多選址是在已有水庫(kù)的地方尋找山頭建設(shè)上池，其中上池用于蓄水，以原有水庫(kù)作為下池。部分站址也可選擇已有水庫(kù)附近的谷地建設(shè)下池，以原有水庫(kù)作為上池。大多是汛期抽水，枯水期發(fā)電。因此，站址選對(duì)了可大量節(jié)約建設(shè)資金。例如廣州抽水蓄能電站(簡(jiǎn)稱(chēng)廣蓄電站)是一個(gè)純抽水蓄能電站，其位于廣東省從化縣呂田鎮(zhèn)，距廣州市90km。上水庫(kù)位于召大水上游的陳禾洞小溪上，下水庫(kù)位于九曲水上游的小杉盆地。廣蓄電站承擔(dān)廣東電網(wǎng)的調(diào)峰、填谷、調(diào)相、事故備用要求的任務(wù)和西電東送電量不均勻性的調(diào)節(jié)作用。該站址的自然條件較好，無(wú)論是上、下庫(kù)成庫(kù)條件還是落差，都比較理想，選擇的合理科學(xué)，其電站裝機(jī)可達(dá)到240萬(wàn)kW�？紤]到電力系統(tǒng)的需求，廣蓄電站分兩期建設(shè)。一、二期工程裝機(jī)120萬(wàn)kW，年發(fā)電量分別為23.8、25.089億kW·h。廣蓄電站的上、下水庫(kù)容量，可供8臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電約6h，抽水約7h。經(jīng)多年運(yùn)行，循環(huán)效率可達(dá)76%。
2關(guān)鍵技術(shù)的引進(jìn)規(guī)劃
在抽水蓄能電站關(guān)鍵技術(shù)方面，對(duì)高懸水庫(kù)基礎(chǔ)的滲流場(chǎng)進(jìn)行分析，提出滲流控制標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)的滲流控制措施。一般防滲漏規(guī)劃設(shè)計(jì)，可行方案有3種：①上游壩面噴混凝土；噴混凝土方案造價(jià)適中，施工便利，但要在實(shí)驗(yàn)過(guò)后準(zhǔn)確把握其有效性。②壩體灌漿；灌漿方案造價(jià)最低，但耐久性、可靠性不如鋼筋混凝土面板。③上游壩面增設(shè)鋼筋混凝土面板防滲；鋼筋混凝土面板方案造價(jià)最高，但防滲及加固效果最好，耐久性強(qiáng)，壩體實(shí)際承受的揚(yáng)壓力最小。
抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備是水泵、水輪、電動(dòng)發(fā)電機(jī)組。抽水蓄能電站的機(jī)組能起到作為一般水輪機(jī)發(fā)電的作用和作為水泵將下池的水抽到上池的作用。在電力系統(tǒng)的低谷負(fù)荷時(shí)，其作為水泵運(yùn)行，完成上池蓄水；在高峰負(fù)荷時(shí)，其又作為發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，利用上池的蓄水發(fā)電，送到電網(wǎng)。在抽水蓄能電站機(jī)組運(yùn)行技術(shù)方面，需要開(kāi)展機(jī)組起動(dòng)方式，工況轉(zhuǎn)換及變頻起動(dòng)裝置(SFC)諧波分析和預(yù)防措施研究。這樣不僅能進(jìn)一步優(yōu)化水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)（上、下庫(kù)正常蓄水位，死水位，調(diào)節(jié)庫(kù)容以及裝機(jī)容量等）和機(jī)組總體結(jié)構(gòu)而且提高了抽水蓄能電站的運(yùn)行穩(wěn)定性。初期的機(jī)組是水泵與水輪機(jī)分開(kāi)的組合式水泵水輪機(jī)組。后來(lái)才發(fā)展為可逆水泵水輪機(jī)，正轉(zhuǎn)是水輪機(jī)，反轉(zhuǎn)即是水泵。電動(dòng)發(fā)電機(jī)也是一臺(tái)特殊的電機(jī)機(jī)組，受電時(shí)是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)水泵抽水，為上池放水；水泵變?yōu)樗啓C(jī)時(shí)，電動(dòng)發(fā)電機(jī)也就成為發(fā)電機(jī)。
除上述外，還應(yīng)進(jìn)一步開(kāi)展抽水蓄能電站工程結(jié)構(gòu)問(wèn)題研究；開(kāi)展大PD值預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土高壓管道結(jié)構(gòu)及埋藏式鋼岔管道結(jié)構(gòu)受力分析研究，提高我國(guó)大PD值壓力管道的設(shè)計(jì)，降低工程造價(jià)。
3 抽水蓄能電站建設(shè)與環(huán)境規(guī)劃
眾所周知，具有調(diào)峰填谷功能的抽水蓄能電站對(duì)于電廠(chǎng)、電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要作用。為了與國(guó)內(nèi)大規(guī)模的核電建設(shè)及大容量的火電機(jī)組相配套，抽水蓄能電站的大規(guī)模建設(shè)已是必然。從總體來(lái)講，抽水蓄能電站建設(shè)對(duì)自然環(huán)境的影響比一般常規(guī)水電站要小。但由于抽水蓄能電站的位置大多緊靠負(fù)荷中心，建在用電集中的大城市附近，有時(shí)靠近甚至位于風(fēng)景名勝區(qū)（如：天池抽水蓄能電站），因此，選址建站是一定要注意對(duì)環(huán)境的保護(hù)。
首先，要考慮工程建筑物對(duì)周?chē)匀痪坝^(guān)及旅游的影響。針對(duì)這點(diǎn)，我們選址建站時(shí)要考慮上庫(kù)進(jìn)、出水口的布置以及下水庫(kù)和地下廠(chǎng)房的建設(shè)。如天池抽水蓄能電站的上庫(kù)進(jìn)/出水口布置在天池湖天然壩體東北角湖灣北側(cè)山體中。該建筑物在風(fēng)景名勝區(qū)的旅游中心，所以建筑物設(shè)計(jì)時(shí)，其造型、色彩等應(yīng)符合風(fēng)景區(qū)總體規(guī)劃要求，并與周?chē)w自然景觀(guān)和環(huán)境相協(xié)調(diào)。其下水庫(kù)是在石門(mén)景點(diǎn)以下三工河峽谷中新建的一座攔河水庫(kù)。這樣的建設(shè)避免了對(duì)核心旅游區(qū)的影響，同時(shí)通過(guò)導(dǎo)流洞及旅游公路的局部改線(xiàn)，把下水庫(kù)施工場(chǎng)地與旅游交通分開(kāi)。
其次，考慮工程對(duì)水環(huán)境的影響。為了減少施工期廢水、廢氣、廢渣對(duì)自然環(huán)境的破壞，應(yīng)對(duì)施工期間庫(kù)盆和道路的開(kāi)挖、施工場(chǎng)地和生活區(qū)的布置、廢渣和建筑材料的堆放、運(yùn)輸車(chē)輛的管理進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃設(shè)計(jì)研究，采取科學(xué)合理的防治措施，并認(rèn)真執(zhí)行。
最后，考慮工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。大多數(shù)抽水蓄能電站的建設(shè)僅在施工期對(duì)周?chē)沫h(huán)境有一定的影響。建站工程對(duì)土壤、植被的影響主要有以下四方面：一是修建下水庫(kù)，二是修建施工道路，三是施工生產(chǎn)、生活區(qū)和工程臨時(shí)管理設(shè)施的占地，四是地下廠(chǎng)房、輸水系統(tǒng)、導(dǎo)流洞、交通洞、施工隧洞及下水庫(kù)擴(kuò)容開(kāi)挖的廢渣堆放場(chǎng)地對(duì)土壤、植被的破壞。針對(duì)四點(diǎn)，建議采取的對(duì)策：①施工道路及改線(xiàn)旅游公路兩側(cè)必須采取人工種樹(shù)、種草恢復(fù)植被；②對(duì)堆渣場(chǎng)要覆土綠化，減少對(duì)自然景觀(guān)的影響。壩后堆渣場(chǎng)綠化樹(shù)種可選用落葉松、樺木、薔薇等觀(guān)賞價(jià)值較高的樹(shù)種。③施工期間，嚴(yán)禁施工人員狩獵和進(jìn)入林地用火，并要經(jīng)常開(kāi)展保護(hù)野生動(dòng)物及護(hù)林防火的宣傳教育，提高施工人員保護(hù)自然資源的思想意識(shí)�？傊�，科學(xué)合理的規(guī)劃抽水蓄能電站不僅不會(huì)污染和破壞環(huán)境，反而會(huì)改善、美化環(huán)境，甚至可為當(dāng)?shù)丨h(huán)境生輝。
4結(jié)論
中國(guó)的抽水蓄能電站建設(shè)正處于高峰期，抽水蓄能電站主要作用集中在削峰填谷、調(diào)頻調(diào)相、事故備用等動(dòng)態(tài)功能上。由于抽水蓄能電站既是電源點(diǎn)又是電力用戶(hù)，因此，抽水蓄能電站將成為我國(guó)電力系統(tǒng)有效的、不可或缺的調(diào)節(jié)工具。它對(duì)于確保電網(wǎng)安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定起到了至關(guān)重要的作用。因此，科學(xué)合理的規(guī)劃、建設(shè)抽水蓄能電站具有重大實(shí)際意義。
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