what？天然庫盆里藏著世界最大抽水蓄能電站？

出品| 網易新聞

作者| 一安電流，電力從業人員

　　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大超級水電站中，有11座就在中國，可以說，對於水電站，中國人已經非常熟悉了。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，就有這麼一座「特殊的」水電站，它分兩期開發建設，總裝機容量達3600兆瓦，預計2021年竣工，建成後，其將成為裝機容量世界第一大抽水蓄能電站。

　　那麼，抽水蓄能電站和普通水電站相比究竟有何不同？它的核心技術是什麼？為什麼要在京津冀地區建抽蓄電站？下面我們就來一一解答。

（一）沒有天然水源也能建水電站？對於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水庫，通過上遊河流、湖泊或者降雨來完成蓄水，需要發電時開閘放水，將蓄水的重力勢能轉化為流水的動能，巨大的水流推動水輪機旋轉，從而帶動發電機旋轉發電。整個過程只有開閘放水過程是人力可控的。可以說，水電站對自然條件的依賴很嚴重，而且對水文等生態環境的影響是巨大而深遠的。

　　而抽水蓄能電站，一定意義上說是可實現人為干預的「升級版」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，只要兩者有勢能差，然後向上下水庫灌水即可。

　　不過，這樣耗費極其巨大，所以抽水蓄能電站一般都是藉助現有水電站水庫與天然庫盆實現上下水庫通水的。

　　抽蓄電站的工作原理很簡單，首先要把上下水庫灌入水，然後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能發電。詳細來說就是，用電低谷期，如深夜以及上下班通勤時，通過水泵抽水將下水庫的水搬到上水庫儲藏起來。因此，上水庫其實就是一個「大電池」，以勢能的形式存儲了能量。用電高峰期，如上班時間、節假日，打開上水庫閘門放水，之後就和水電站原理相同了，衝下的水推動水輪機旋轉，帶動發電機發電。

（二）抽水蓄能電站的核心技術在靜態變頻器，中國已經掌握

　　任何裝置都有其核心裝置與技術，抽水蓄能發電站也不例外，它的「心臟」就是變頻啟動裝置，又稱靜態變頻器（Static Frequency Convertor，SFC）。

　　抽水蓄能機組發電時，與一般水力發電機組無異，而SFC則是在抽水時發揮作用。在抽水蓄能機組進入抽水工作方式之前，需要將機組併入到電網中，相當於給「水泵」接上電。這個「大水泵」如果直接接入電網，將對電網產生巨大衝擊，引起頻率震蕩、電壓不穩定等若干危害。

　　為了使機組無衝擊接入電網，需要將機組從靜止拖動到同步轉速後再接入電網，這樣就能消除衝擊產生的危害，完成這一過程的關鍵就是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，使得機組逐步加速到所需轉速，即可接入電網。

　　「十二五」期間，中國首套具有完全自主知識產權的大型抽水蓄能電站SFC設備研製成功。該設備於2014年4月在響水澗抽水蓄能電站正式投入運行，已穩定運行多年，完全實現了對進口SFC設備的替代，成為抽水蓄能電站的首選啟動設備。

（三）美麗的天然大庫盆下「暗藏玄機」，原來水電站可以建在這兒

　　豐寧抽水蓄能電站的樞紐工程由上水庫、下水庫、水道系統、電站地下廠房和地面開關站組成。細心的朋友可能會發現，上面的構想圖上沒有科幻大片中沿山而建的大型管道，也沒有見到發電站里常見的高壓輸電塔、變壓器等設備，這是怎麼回事呢？

　　原來，目前抽水蓄能電站的主流建設方案，是將輸水管道以及龐大的發電系統掩藏在山體中，這樣不僅充分利用了山體環境，減小了自然條件對設備的不利影響，最重要的是保護了地表環境，對當地自然環境的影響也降到最低，真正做到了人與自然和諧發展。

　　豐寧抽水蓄能電站的上水庫位於永利村上游左岸灰窯子溝頂部，系一優良天然大庫盆，庫內為平坦山谷，四周峰高嶺厚，天然封閉，成庫條件十分優越，簡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4882萬立方米，而且淹沒區無居民和耕地，因此征地範圍小，對當地民眾和生態環境影響小，周圍也不涉及風景名勝區和自然保護區。

　　下水庫則利用灤河幹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的三大難題，維護電網的的供應與安全，可謂是京津唐的「大後背」。

第一大難題：調峰容量不足。

　　隨著京津唐地區經濟建設的不斷發展和產業結構的不斷調整，居民生活用電和商業用電增幅巨大，高速增長的供電負荷使得電力峰谷差越來越大。京津唐電網供需矛盾逐步由「缺電量」轉為「缺調峰容量」。

　　調峰容量不足，可以理解為「減震」能力低下，一旦發生停電，不能及時恢復供電。京津唐電網以火力發電為主，電網電源構成單一，電源結構不夠合理，也直接導致了調峰容量不足。

　　因此，興建規模大、調節性能好、運行靈活的調峰電源，已成為當務之急。

　　而豐寧抽水蓄能電站建設得恰逢其時，它具有周調節能力，調峰靈活，能夠較好地解決未來20年間京津唐電網調峰容量不足的問題。

第二大難題：綠色電源不足。

　　北京申辦奧運會的成功，對京津唐地區的環保、供電質量提出了更高的要求，火電的發展將受到更多的制約，這對於過度依賴火電的京津唐電網來說更是「壓力山大」。

　　而河北豐寧抽水蓄能電站完全可以作為扛起「環保綠色，和諧發展」的大旗。

第三大難題：保證調峰電源的經濟性。

　　又要有機動能力，又要環保綠色，還得要少花錢，能夠辦到嗎？

　　京津唐地區水力資源貧乏，網內調峰手段缺乏。但是，京津唐地區的蓄能資源豐富，有利於進行大型抽水蓄能電站的開發建設。河北豐寧抽水蓄能電站地形地質及水源等自然條件優越，單位容量工程投資很低，技術經濟指標較優且具有周調節性能，是國內不可多得的抽水蓄能站址。

　　綜合來看，如此勞師動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發展的三大難題，保證了未來20年京津唐地區經濟發展所需電力無虞。

結語

　　抽水蓄能電站相當於一個「蓄電池」，在用電低谷時把下水庫的水抽到上水庫儲存起來，然後到用電高峰時，將上水庫高位水的勢能轉化為動能，帶動發電機組發電，將低谷蓄電量轉化為急需的尖峰需電量，實現能源的高效、靈活利用。

　　目前，中國抽水蓄能電站已經在裝機容量上穩坐世界頭把交椅，其核心裝置靜態變頻器經過工程師們十幾年的努力也已經實現了國產化，豐寧抽水蓄能電站建成後將有效解決京津唐電力供應調峰容量不足、綠色能源不足和調峰電源經濟性三大難題，有利於維護電網的安全穩定。

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　　【參考文獻】

　　1抽水蓄能電站國產化實現重大突破

　　http://www.chinapower.com.cn/guonei/20160607/30664.html

　　2我國抽水蓄能電站裝機容量躍居世界第一

　　http://news.cableabc.com/hotfocus/20170607560759.html

　　3河北豐寧抽水蓄能電站在京津唐電網中的作用

　　[會議論文] 於忠政, 李國棟，2003 - 中國水力發電工程學會2003年抽水蓄能學術年會

　　4豐寧抽水蓄能電站周調節性能在電網中的效益分析

　　[會議論文] 王婷婷, 李復生, 靳亞東，2012 - 中國水力發電工程學會電網調峰與抽水蓄能專委會第17屆抽水蓄能學術年會

　　5 300 MW等級大型可逆式抽水蓄能機組變頻啟動裝置選型

　　[期刊論文] 況明偉, KUANG Ming-wei - 《東方電氣評論》2010年2期

　　6國產首套百兆瓦級抽水蓄能機組靜止啟動變頻器(SFC)關鍵技術及研製意義

　　[期刊論文] 高蘇傑, 張雷雷, 石祥建, 魏李, GAO Sujie, ZHANG Leilei, SHI Xiangjian, WEI Li - 《水電與抽水蓄能》2017年2期

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編輯| 曹雪、史文慧

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