陆赛
上海勘测设计研究院有限公司 上海 200434
摘要：福建地区经济社会和新能源的发展，对福建电网调峰能力提出了更高的要求，电网调峰问题日益突出，需要建设一定规模的调峰电源。根据电网需求及电站自身条件，拟定某抽水蓄能电站的水能参数。电站建设条件较好，有利于提高福建电网的调峰能力，提升电网供应保障能力。
关键词：抽水蓄能；水能设计；装机容量；特征水位
1 建设必要性
随着经济社会的发展，福建电网需求日渐加大。同时，产业结构的逐步调整，第三产业和城乡居民生活用电比重的不断增加，负荷峰谷差也相应增加。福建地区风电、核电等新能源具备发展优势，随着国家“碳达峰”、“碳中和”战略的实施，未来福建地区新能源将迎来大幅发展，新能源不调峰、甚至反调峰的特性，都给电网带来了更大的调峰压力，对电网调峰能力的要求日趋加大。
福建省常规水电已基本开发完毕；燃气机组受气源有限的影响，福建省大规模新增燃气调峰电源的可能性很小；燃煤电厂深度调峰运行的经济性及灵活性均较差，且受国家环保政策的限制，未来发展规模受限，抽水蓄能电站运行灵活、反应快速，是电力系统中具有调峰、填谷、调频、调相、备用和黑启动等多种功能的特殊电源[1][2]，是目前最具经济性的大规模储能设施，可配合核电、风电和光伏等运行，有利于清洁能源和可再生能源在电网中的消纳，促进清洁能源和可再生能源的发展，减少对化石能源的依赖，促进能源结构优化调整。
某抽水蓄能电站工程邻近福建省负荷中心，电站接入系统和受、送电条件良好。电站上、下水库成库条件较好，库岸整体稳定，坝址区地形开阔，具备建坝的工程地质条件。电站水头较高、水平距离短，距高比小、水源和交通条件均较好，建设条件优越，站点资源条件好。
综上所述，建设某抽水蓄能电站建设条件优越，不仅可以提高福建电网的调峰能力，还可以促进核电、新能源等在福建电网的积极消纳，优化和提高系统经济运行效益，提高电网的供电可靠性，使电网能够安全经济运行，改善电网电源结构，因此，建设某抽水蓄能电站是十分必要。
2 装机规模选择
某抽水蓄能电站上水库库周山体较雄厚，左岸山脊线高程一般为815m~920m，有一处低矮垭口，垭口高程约为815m。右岸山脊线高程一般为780m~865m，有两处低矮垭口，垭口高程分别约为775m、800m。主坝位于河道上，并在左、右岸低矮垭口处共建3座副坝，由1座主坝、3座副坝形成狭长型的上水库。
下水库在河道上筑坝形成狭长型水库，坝体呈东北~西南方向。下水库库周山体雄厚，无低矮垭口，库盆封闭条件较好，左岸山脊线高程一般为350m~700m，右岸山脊线高程一般为350m~875m。
根据上、下水库的库容条件，结合机组水头变幅、水库消落深度、进/出水口布置要求等因素，如上水库正常蓄水位取820m，结合库内开挖，上水库蓄能量可达约988万kW?h。根据蓄能指标，结合本站点特点，初拟装机容量为1600MW，连续满发小时6小时，具有日调节性能。
3 正常蓄水位、死水位选择
正常蓄水位选择主要考虑水库地形地质条件、调节库容需求、机组稳定性要求、经济性等因素[3]。死水位选择主要考虑电站对发电调节库容的要求，泥沙淤积以及电站进/出水口布置的要求和机组安全稳定运行要求。
综合考虑上水库地形地质条件、库容特性、电站对调节库容的需要、挖填平衡以及水泵水轮机组稳定运行等要求，通过对上水库库盆进行开挖，初拟上水库正常蓄水位820m，相应库容828万m3；下水库正常蓄水位275m，相应库容1140万m3。结合进/出水口布置条件、泥沙淤积等因素，初拟上水库死水位795m，相应死库容56万m3，调节库容772万m3；下水库死水位240m，相应死库容326万m3，调节库容814万m3。
4 防洪特征水位选择
4.1 防洪标准
本工程为大（1）型Ⅰ等工程，相应主要建筑物级别为1级。上水库大坝初拟采用碾压混凝土重力坝，防洪标准为200年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。下水库防洪标准为200年一遇洪水设计，校核洪水位采用1000年一遇水位。
4.2 上水库洪水调节
上水库坝址以上集水面积为1.05km2，集水面积较小，24小时设计、校核洪量仅分别为52.5万m3和66万m3，若24小时设计、校核洪量全部蓄于库内，水位仅升高0.97m与1.22m。考虑到上水库集水面积较小，水库不设专用泄洪设施，上水库洪水位按照电站处于等待发电工况，库水位为正常蓄水位时，遇设计暴雨来推求，上水库洪水调节计算成果，见表1[4][5]。
表1 上水库洪水调节计算表
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4.3 下水库洪水调节
下水库由于200年一遇24h设计洪量超过1248万m3，因此无法完全集中蓄在水库内，需要设置泄水建筑物进行泄洪，初拟采用无闸门控制自由泄流方式，堰顶高程和水库正常蓄水位持平，为275m。当库区水位超过正常蓄水位时，多余水量通过溢流堰下泄至坝址下游。下水库洪水调节计算成果，见表2。
表2 下水库洪水调节成果表
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5 水能参数
根据初拟的上、下水库特征水位，进行上、下水库水量平衡和蓄能量计算。电站最大水头577.5m，最小水头510.0m，日蓄能量为988万kW?h，连续满发小时数为6h。按照日发电5h，备用1h，计算年发电量26.8亿kW?h，综合运行效率0.75，年抽水电量35.7亿kW?h。电站最大抽水扬程588.0m，最大抽水扬程与最小发电水头的比值为1.15。
综合以上成果，按1600MW的装机规模和水库日调节性能要求，结合初步的输水发电系统布置和机组机型，电站主要水能参数见表3。
表3 电站主要水能参数表
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参考文献
[1] 张克诚. 抽水蓄能电站水能设计[M]. 中国水利水电出版社, 2007.
[2]陆佑楣, 潘家铮. 抽水蓄能电站[M]. 水利电力出版社, 1992.
[3]赵士和. 抽水蓄能电站动能设计中几个问题的探讨[J]. 水力发电, 1999(4):29-32.
[4] 王平, 邱玉怀, 冯庆华. 琅琊山抽水蓄能电站动能设计特点[J]. 水利水电技术, 1996(10):45-49.
[5] 张克诚,王红,赵佩兴. 广州抽水蓄能电站水能设计[J]. 水力发电(6):19-21.