抽水蓄能电站的主要组成简介
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2023年04月18日 11:35:19
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抽水蓄能电站建筑物有上水库;进(出)水口;输水道;输水道调压井;厂房;主变洞;尾闸室;尾水道;尾水调压室;出(进)水口;下水库等。按蓄能方式分(1)纯抽水蓄能电站:上库无天然径流来源,上水库一般不大,选择空间范围广,送、受电灵活。(2)混合式抽水蓄能电站:又称常蓄结合式,上库有一定的天然径流,常结合常规水电站建设。(3)调水式抽水蓄能电站:抽水站和发电站分建两处,上库建在分水岭上,又称分建式电站,可与调水工程结合修建。


抽水蓄能电站建筑物有上水库;进(出)水口;输水道;输水道调压井;厂房;主变洞;尾闸室;尾水道;尾水调压室;出(进)水口;下水库等。按蓄能方式分(1)纯抽水蓄能电站:上库无天然径流来源,上水库一般不大,选择空间范围广,送、受电灵活。(2)混合式抽水蓄能电站:又称常蓄结合式,上库有一定的天然径流,常结合常规水电站建设。(3)调水式抽水蓄能电站:抽水站和发电站分建两处,上库建在分水岭上,又称分建式电站,可与调水工程结合修建。

(1)上下水库  
混合式蓄能电站的上水库一般为已建成的水库,下水库可能是下一级电站的水库,或为用堤坝修建起来的新水库。纯抽水蓄能电站多数是利用现有水库为下库,而在高地上或山间筑坝建成上库。 国内抽水蓄能电站中这类组合较多,如十三陵、张河湾、泰安、宜兴、白莲河等抽水蓄能电站。张河湾抽水蓄能电站上下库利用未完建的张河湾水库加高续建而成,上是库为人工水库、建在山顶,通过开挖筑坝围库形成。十三陵抽水蓄能电站小下水库利用已建十三陵水库,上水库建在山顶上,为人工水库。充分利用已建水库、天然湖泊作为抽水蓄能电站的上水库或下水库,通常可以节约新建水库的费用,水源也有保证,对于环境的不利影响也比较小,且在大多数情况下还能够节省工程投资,加快施工进度。如白莲河抽水蓄能电站,下水库利用已建的白莲河水库,地形地质条件也有利。但利用已建水库作为下水库时,须注意下水库作为抽水蓄能电站运行,可能涉及原水库综合利用任务的调整、运行调度、经济补偿、已有大坝等级的提高及加高加固措施、施工期对原水库运行的影响等问题,因此在进行工程布置时,一定要因地制宜,统筹考虑。

下水库为江河新建河道型水库或人工水库,上水库利用已建江河水库或天然湖泊。混合式抽水蓄能电站一般多采用这类组合,如岗南、潘家口、响洪甸等抽水蓄能电站。纯抽水蓄能电站中桐柏抽水蓄能电站的下水库为新建人工水库,上水库利用已建桐柏水库改建而成。

上、下水库均利用已建江河水库或天然湖泊。利用江河已建上下梯级电站水库增建抽水蓄能电站,一般利用水头不高,但水量容易保证,且由于不需要新建上、下水库,在一定程度上节省了投资。这类水库以天堂、白山、佛磨等混合式抽水蓄能电站为代表。天堂抽水蓄能电站利用已建天堂梯级电站中的一级电站水库作上水库,二级电站水库作下水库,工程布置中主要考虑原有水利工程的制约和抽水蓄能电站本身的要求,从水工角度讲是一个改建项目,需新建工程相对较少,不需要太大投入。

人工修筑的水库,其容量除应满足全天发电所需的水量外,另有一定的备用库容,以抵消蒸发和渗漏。据估计,大型蓄能电站每年损耗水量可达100~200万m3。上库的修筑工作量是巨大的,所形成的库容十分宝贵,库底及边壁都应有防渗保护。国内外现在广泛使用沥青混凝土全面铺盖,也有用混凝土板防护的,对上库原来有水源的也应视情况决定是否采取防护措施。抽水蓄能电站中有很多是利用有利地形新建上、下水库,形成目标单一的专用水库,如广州、天荒坪、西龙池、惠州、呼和浩特等抽水蓄能电站,国内这种组合最多。

在抽水蓄能电站选址过程中,上下水库的选择是决定其蓄能能力和投资效益的关键因素,人工现场勘察选址方法存在工作量大、效率低和容易漏点等问题。
(2)引水系统  
和常规水电站一样,蓄能电站引水系统的高压部弓施括上库的进水口、引水隧洞、压力管道和调压室。上库的进水口在发电时是进水口,但在抽水时是出水口,故称为进出水口。为满足双向水流的要求,进出水口应按两种工况的最不利条件设计。常规水电站在进水口都装有拦污栅。在蓄能电站中,因水泵工况的出水十分湍急,对拦污栅施加很大的推力和振动力,所以拦污栅是进出水口设计的一个重要项目。

上/下水库进/出水口型式多采用侧式进水口,部分抽水蓄能电站因地形、地质条件限制而采用竖井式进水口的,如西龙池的上水库进/出水口。引水隧洞和尾水隧洞是有压隧洞,根据地质条件、渗透压力等多采用混凝土衬砌。高压管道在立面布置上,有竖井、斜井、竖井与斜井相结合等型式,在平面布置上可分为单管单机、一管二机和一管多机等型式。高压管道、岔管部分多采用钢板衬砌,视水头高低、埋藏深度和围岩条件的好坏而定。调压室可设在厂房上游或下游,亦可能上下游均设,视上下游输水系统长度及调保计算成果而定。
蓄能电站引水隧洞上的分岔管在发电工况时流向是分流的,在抽水工况则是合流的,为使两个方向水流的损失都能最小,需要进行专门的试验研究。

(3)尾水系统
地下电站的尾水部分是有压的,通常也做成圆断面的隧洞。设计中要特别注意过渡过程中可能出现的负压,如隧洞较长,一般需在机组下游修建尾水调压井。因为引水系统高压部分的造价比低压部分高,故现在趋向于将厂房向上游移动,也就是尾水隧洞将会更长,产生负压的可能性也就更大。
(4)电站厂房  
中低水头抽水蓄能电站或为坝后式或为引水式,都可使用地面厂房。水轮机工况的排水和水泵工况的吸水都直接连通到尾水。由于水泵的空化性能比水轮机要差,机组中心必须安放在比常规水轮机更低的高程。

高水头蓄能电站基本采用地下厂房,不少中低水头的蓄能电站也使用地下厂房。现在高水头蓄能电站机组中心已达尾水面以下70~105m,厂房内所有管道都要承受很大的压力,厂房本身的防渗漏问题也需特别设计。多数的地下电站都将变压器安装在地下,故需专门开挖一个洞室放置变压器。如电站需要修建尾水调压井,则常常将几台机组的尾水闸门连通,形成第三个洞室。

抽水蓄能电站地下厂房具有跨度大?边墙高?结构复杂?交叉洞室多?围岩稳定问题突出等特点,抽水蓄能电站地下厂房的跨度一般为21.0~26.0m,高度一般为41.0~56.0m。厂房第一层也即顶拱层,一般采用中导洞超前?两侧跟进扩挖的方法进行,多采用凿岩台车或手风钻造孔,水平孔爆破开挖。由于地下厂房跨度大?顶拱比较平缓,不利于岩层承重拱的形成。所以中导洞超前开挖后,需先完成其顶部锚喷支护后再进行两边的扩挖施工,有的工程仅通过顶部一般的锚喷支护,还尚未能保证拱顶部位的稳定,如西龙池地下厂房,在厂房顶拱的上部开挖锚洞,采用锚索对厂房拱顶部分实施对锚后,再进行两侧扩挖施工。厂房其他层,多采用潜孔钻或手风钻垂直造孔,先中间梯段抽槽爆破,后对两侧预留的保护层实施光面爆破或预裂爆破的方式进行。其中第二层或是第三层开挖,将涉及岩壁梁的岩台基础开挖,为保证岩台的成形,还需采取一些特殊爆破措施。对于裂隙发育?地下水丰富的厂房,在开挖上,还往往要求位于厂房开挖层同一高程区间的排水洞应先行开挖完成,以减小厂房的渗水量,确保围岩稳定。


由于既接近负荷中心又具有很高水头的站址不甚好寻找,选址的一个出路就是向地下发展。美国即将建造的两座大型抽水蓄能电站都利用地面上的小湖为上库,将厂房放到废弃的矿井下面,将已有坑道扩大而形成下水库,压力隧洞和各种通道都是垂直的。    

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