混合式開發(fā)白山抽水蓄能電站分析

呂永明

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司，吉林 長春 130021）

1 工程概況

白山抽水蓄能電站位于吉林省樺甸市與靖宇縣交界的第二松花江上游，距下游紅石水電站39 km，豐滿水電站250 km。右岸一期電站裝機3臺，左岸二期電站裝機2臺，共5臺常規(guī)發(fā)電機組，總裝機容量1 500 MW。白山抽水蓄能電站以白山水庫為上庫，紅石水庫為下庫，安裝2臺可逆機組，單機容量150 MW，總裝機容量300 MW，最大工作水頭123.9 m。白水水庫（上庫）正常蓄水位413 m，紅石水庫（下庫）正常蓄水位290 m。多年平均抽水耗電量6.24×108kW·h，年平均發(fā)電量 4.81×108kW·h，綜合效率達到0.8以上，保證出力增加54 MW。

白山抽水蓄能電站工程布置于白山大壩左岸，電站樞紐主要由下庫進/出水口引渠、下庫進/出水口、引水洞、地下廠房及附屬洞室、尾水洞和上庫進/出水口等建筑物組成。

2 工程建設(shè)的必要性

東北地區(qū)水能資源不十分豐富，比較好的常規(guī)水電站站點基本上已開發(fā)完。隨著用電負荷和峰谷差的逐年增加，火電參與調(diào)峰的局面仍不會改變且滿足不了電網(wǎng)調(diào)峰的要求。東北電網(wǎng)既缺少調(diào)峰電力，又缺少填谷負荷的矛盾更加尖銳。

借鑒世界發(fā)達國家的水電發(fā)展過程與經(jīng)驗，結(jié)合東北電網(wǎng)的具體情況，認為對東北地區(qū)已建成的梯級水電站進行擴建改造，使其變成具有抽水蓄能功能的混合式抽水蓄能電站是東北電網(wǎng)解決填谷調(diào)峰矛盾的一個重要途徑。

白山電站現(xiàn)安裝有5臺單機容量為300 MW的常規(guī)水輪發(fā)電機組，除7，8兩月主汛期外，由于受庫水量的限制，尖峰時一般只能開啟3臺機，閑置 2臺機。若安裝兩臺150 MW的大型水泵，每天可以在電網(wǎng)負荷低谷時利用現(xiàn)有線路倒送電啟動水泵抽水，將下一梯級紅石水庫存水抽到上一級白山水庫。這樣，在電網(wǎng)負荷高峰時白山電站可開啟4～5臺機進行調(diào)峰，且頂峰時間也可加長，增發(fā)調(diào)峰電量。由此可見，水泵運行可起到填谷調(diào)峰的作用，這對緩解東北電網(wǎng)填谷調(diào)峰矛盾，確保東北電網(wǎng)安全穩(wěn)定地運行起到了十分重要的作用。

3 白山抽水蓄能電站混合式開發(fā)研究及效益分析

3.1 開發(fā)研究

白山抽水蓄能電站，是利用已建的白山水庫為上庫（上池）和紅石水庫為下庫（下池），在白山增設(shè)抽水蓄能機組，電網(wǎng)低谷時利用火電剩余的電力，抽下庫水至上庫，既可以為電網(wǎng)填谷，又可以增加白山水庫的水量，提高白山電站尖峰運行小時數(shù)，增設(shè)2臺150 MW蓄能機組，為電網(wǎng)填谷300 MW。盡管水頭不是很高，但是，由于上下庫是利用現(xiàn)有工程而不增加土地淹沒、移民安置、環(huán)保費用和另建輸電線路，與新建抽水蓄能電站相比，可有效節(jié)省工程投資。

由于混合式抽水蓄能電站總裝機容量較大，其發(fā)電過流能力也較大，也為汛期適當(dāng)抬高水位運行提供了條件，當(dāng)這種“水頭效益”多發(fā)的電大于抽水損失電能指標(biāo)時，對整個電站效益而言就是1°換1°多。經(jīng)計算分析及運行檢驗，白山抽水蓄能電站機組總效率超過了75%。

3.2 效益分析

1）增加火電的調(diào)峰能力。白山抽水蓄能電站投產(chǎn)后，相當(dāng)于在電網(wǎng)低谷時增加了300 MW填谷負荷。按全網(wǎng)火電壓出力調(diào)峰范圍為25%計算，則在低谷時火電可多開機400 MW，也就是說在負荷尖峰時火電多頂400 MW的調(diào)峰電力。這對緩解電網(wǎng)在尖峰與低谷間兩頭夠不上的矛盾將起很大作用。

2）可改善全網(wǎng)水電機組在負荷圖上的工作位置，充分發(fā)揮各水電站的調(diào)峰作用。蓄能電站投產(chǎn)后，由于火電可多頂400 MW的調(diào)峰電力。使水電機組在負荷圖上的工作位置向上移，即全網(wǎng)有限的水電保證電量能全部用于最佳工作小時的位置，可釋放全網(wǎng)水電出力的平均值約為723 MW。

3）可以提高水庫運行水位，減少受阻出力。水泵每天抽水約625萬m3，除去大汛期7，8兩月，年抽水按300 d考慮，年可抽水18.75億m3，占白山水庫年平均入庫水量75．3億m3的25%。這是用電網(wǎng)低谷時多余的火電換來的水量，相當(dāng)于人為地增加了天然徑流量，改變了徑流特性。以此可形成新的水文系列，用這一新水文系列對白山水庫進行水能計算，可重新選擇死水位和編制水庫調(diào)度曲線。這樣必將抬高死水位和多年平均水頭，使水電機組減少受阻出力，這項效益也將十分顯著。

4）減少火電機組的閑置容量，提高火電機組的利用小時數(shù)，增加火電發(fā)電量。蓄能電站投產(chǎn)后，每日低谷時抽水7 h，增加火電發(fā)電量210 kW·h，其它時間（約11 h）開機400 MW，增加火電發(fā)電量439.2萬kW·h，累計火電日增加發(fā)電量649.2萬kW·h。這意味著減少火電機組閑置容量400 MW。否則，如按隔日開停機參與調(diào)峰，必將減少火電機組的發(fā)電小時數(shù)，還惡化了火電機組的運行狀況，煤耗加大，增加了火電廠的運行成本。

3.3 社會、經(jīng)濟和環(huán)境效益

1）工程建成后，每年發(fā)電4.81×108kW·h，創(chuàng)產(chǎn)值1.2億元。大大緩解了東北電網(wǎng)用電緊張的局面，改善了東北電網(wǎng)調(diào)峰現(xiàn)狀，保障了東北電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

2）抽水蓄能電站利用原有左岸二期電站開關(guān)站及輸電線路，不需另建，僅對開關(guān)站進行部分改造，僅此一項就節(jié)省投資約800萬元，濟效益顯著。

3）2號蓄能機組主機、調(diào)速設(shè)備、勵磁裝置均實現(xiàn)國產(chǎn)，僅此一項就節(jié)省投資近1.86億元，社會和經(jīng)濟效益顯著。

4）白山抽水蓄能電站運行后，上庫因水位變動頻繁及水溫的變化，使水庫表面冬季結(jié)冰封庫現(xiàn)象消失，不但消除了冰推力對建筑物的破壞，還增加了發(fā)電水頭，經(jīng)濟效益顯著。

5）白山抽水蓄能電站布置為地下洞室群，主體工程施工作業(yè)面大部分位于地下，與常規(guī)水電站或抽水蓄能電站相比，對地表擾動較小，對生態(tài)環(huán)境影響降到了最低程度，社會和經(jīng)濟效益顯著。