抽水蓄能電站的原理,，是利用電力負(fù)荷低谷時的電能,、將水從下水庫抽至上水庫，在電力負(fù)荷高峰期,、再從上水庫放水至下水庫發(fā)電,。為完成抽水、發(fā)電過程,，典型抽水蓄能電站的主要建筑物一般包括上水庫,、下水庫、輸水系統(tǒng),、電站廠房,、變電站/出線場及其他附屬工程等。本文結(jié)合常見的電站類型,、主要特點,、主要建筑物形式，對抽水蓄能電站主要建筑的組成進行闡述,。

典型抽水蓄能電站主要建筑物示意圖

一,、抽水蓄能電站的類型

通常抽水蓄能電站按照開發(fā)方式劃分為兩種類型，一種是純抽水蓄能電站,，另外一種是混合式抽水蓄能電站,。在我國目前所建設(shè)的抽水蓄能電站中，大多數(shù)為純抽水蓄能電站類型,。

（一）純抽水蓄能電站

當(dāng)上水庫沒有天然徑流或者天然徑流量較小,，抽水蓄能電站運行所需要的水量、來自于上/下水庫間彼此循環(huán)時,，則此電站為純抽水蓄能電站,。

純抽水蓄能電站主要利用上/下水庫之間的自然高差設(shè)置輸水系統(tǒng)來獲得水頭，水頭多為200m到800m之間,，因其庫容滿足裝機規(guī)模最小需求即可,，通常庫容較小，故對電站選址約束較小,。純抽水蓄能電站的上/下水庫型式多樣,，可利用山區(qū)、江河,、湖泊或已建水庫修建,，廠房多采用地下廠房形式，此類電站如廣州,、十三陵,、天荒坪,、泰安、西龍池,、張河灣,、呼和浩特等抽水蓄能電站。

純抽水蓄能電站示意圖

值得說明的是,，由于純抽水蓄能電站在站址選擇上具有較大自由,，故此類電站常會選擇在電源點或負(fù)荷中心處附近建設(shè)，以減少在送,、受電時相關(guān)電能損失,。

（二）混合式抽水蓄能電站

當(dāng)上水庫天然徑流較大，為了利用此部分天然徑流,，既安裝了抽水蓄能機組,、也安裝了部分常規(guī)水電機組，則此電站就為混合式抽水蓄能電站,。

混合式抽水蓄能電站一般上水庫有較大天然入庫徑流,，通常為結(jié)合常規(guī)水電站新建、改建或擴建,，加裝抽水蓄能機組而成,。此類電站的水頭一般不高，大多在幾十米到100多米之間,。引水發(fā)電系統(tǒng)可以與常規(guī)電站廠房一起布置,，也可以分開布置。

混合式抽水蓄能電站示意圖

混合式抽水蓄能電站的例子有崗南,、潘家口,、響洪甸、白山等水電站,，縱觀這些電站的共同點可以發(fā)現(xiàn),，此類電站上水庫都是大中型綜合利用水庫，其蓄能電站常為結(jié)合常規(guī)水電站新建,、改建或擴建,，加裝抽水蓄能機組而成。

通常認(rèn)為,，結(jié)合常規(guī)水電站新建,、改建或擴建的抽水蓄能電站有以下優(yōu)點：

1.通過上/下水庫的儲存調(diào)蓄作用，增加了常規(guī)機組的發(fā)電調(diào)峰容量,。

2.蓄能機組和常規(guī)機組聯(lián)合運行,，提高了水庫泄流能力，有利于水庫的防洪調(diào)度,。但需注意的是,，天然洪水與發(fā)電流量疊加后不能大于天然洪水流量,，避免造成下游的人為洪水。

3.蓄能機組和常規(guī)機組聯(lián)合運行,，可以將汛期棄水及灌溉等綜合利用任務(wù)的下泄水量進行發(fā)電,，提高電站的水能利用率。

二,、抽水蓄能電站主要特點

抽水蓄能電站作為電網(wǎng)安全運行中的“穩(wěn)定器”,、“調(diào)節(jié)器”,、“平衡器”,，主要作用是承擔(dān)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù),。與常規(guī)水電站相比,，有很多不同的特點。

（一）擁有上,、下兩個水庫

抽水蓄能電站因為其特定的抽水~發(fā)電工作模式,，在利用電力負(fù)荷低谷時的電能、將水從下水庫抽至上水庫以儲存能量,，在電力負(fù)荷高峰期時,、通過上水庫放水至下水庫獲得電能，因此必須具有上,、下兩個水庫,。

國網(wǎng)新源湖南安化抽水蓄能電站效果圖

（二）水庫水位變幅大、升降頻繁

與同等裝機容量規(guī)模的常規(guī)水電站相比,，抽水蓄能電站水庫庫容通常都較小,。在這些電站中，為了承擔(dān)電網(wǎng)中的調(diào)峰填谷任務(wù),，發(fā)電或抽水時的流量都很大,，水庫水位日變幅10m~20m是經(jīng)常發(fā)生的。

典型抽水蓄能電站平面布置

典型抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)剖面

（三）水庫防滲要求高

抽水蓄能電站庫庫容一般不大,，其通過天然徑流,、降雨補給的水量有限，主要是利用電力負(fù)荷低谷時的電能從下水庫抽水至上水庫進行補水,，如因上水庫滲漏,、蒸發(fā)等原因造成的水量大量損失，無疑將減少電站的發(fā)電量,，同時增大了充水和補水的費用,，降低電站的綜合效率，因此對水庫防滲要求很高,。由于抽水蓄能電站水頭高,、水庫水位變幅大,、升降頻繁，為了防止?jié)B水對工程區(qū)水文地質(zhì)條件造成惡化,、不產(chǎn)生滲透破壞和集中滲漏,，也都對抽水蓄能水庫提出高的防滲要求。如：擔(dān)負(fù)著北京地區(qū)調(diào)峰和緊急事故備用電源作用的十三陵抽水蓄能電站,，是國內(nèi)第一座上水庫采用鋼筋混凝土全庫盆防滲的抽蓄電站,。

國網(wǎng)新源十三陵抽水蓄能電站上水庫

（四）水頭較高

抽水蓄能電站的水頭一般較高，水頭多為200m到800m之間,，隨著抽水蓄能電站機組研發(fā)技術(shù)的日益提高,，我國高水頭大容量電站的數(shù)量越來越多，在建的1700兆瓦的浙江天臺抽水蓄能電站以額定水頭724米成為全球水頭最高的抽水蓄能電站,。

（五）機組安裝高程低

抽水蓄能電站安裝的可逆式水輪發(fā)電機組,，水泵工況的氣蝕系數(shù)要比水輪機工況大得多，水泵工況要求吸出高度常在-20～-80m之間,，這一特點對地面廠房影響較大,，為了克服上浮力及滲流對廠房的作用，且充分利用圍巖特性,，國內(nèi)外近年建設(shè)的大型抽水蓄能電站大部分采用地下廠房,。

抽水蓄能電站廠房剖面示意圖

三、抽水蓄能電主要站建筑物組成

抽水蓄能電站主要建筑物組成一般包括：上/下水庫,、輸水系統(tǒng),、廠房系統(tǒng)、其他專用建筑物等,。

（一）上/下水庫

上/下水庫的布置應(yīng)因地制宜,，應(yīng)根據(jù)工程區(qū)的水文氣象、地形,、地質(zhì)條件,、施工條件、環(huán)境影響及運行要求等因素,，綜合各建筑物的功能要求和自然條件,，明確各建筑物的布局和相關(guān)關(guān)系，在系統(tǒng)研究并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后確定,。

上/下水庫庫址選擇時,，要注意水庫防滲條件要好，兩水庫間能夠形成自然的高差,，有一定的天然庫容和合理的水位變幅,，重視滲漏對岸坡穩(wěn)定的影響，注意攔、排沙建筑物的布置必要性,，注意泄洪設(shè)施對下游河道的影響,，重視工程與環(huán)境的和諧等要素。

關(guān)于上/下水庫的組合選擇,，一般有以下幾種方式：或利用已建水庫或天然湖泊,，或埡口筑壩形成水庫，或臺地筑環(huán)形壩加庫盆開挖形成水庫,，或采用一個壩或多座壩將山頂洼地或埡口封閉以形成水庫,。各壩的最終選用壩型需通過技術(shù)、經(jīng)濟比選后確定,，如天然庫容不能滿足調(diào)節(jié)庫容需求時還要對庫盆進行擴挖,。

國網(wǎng)新源天荒坪抽水蓄能電站上水庫

（二）輸水系統(tǒng)

輸水系統(tǒng)一般由上水庫進/出水口、引水隧洞,、引水調(diào)壓室,、高壓管道、尾水調(diào)壓室,、尾水隧洞、下水庫進/出水口等組成,。

上/下水庫進/出水口型式多采用側(cè)式進水口,，部分抽水蓄能電站因地形、地質(zhì)條件限制而采用豎井式進水口的,，如西龍池的上水庫進/出水口,。引水隧洞和尾水隧洞是有壓隧洞，根據(jù)地質(zhì)條件,、滲透壓力等多采用混凝土襯砌,。高壓管道在立面布置上，有豎井,、斜井,、豎井與斜井相結(jié)合等型式，在平面布置上可分為單管單機,、一管二機和一管多機等型式,。高壓管道、岔管部分多采用鋼板襯砌,，視水頭高低,、埋藏深度和圍巖條件的好壞而定。調(diào)壓室可設(shè)在廠房上游或下游,，亦可能上下游均設(shè),，視上下游輸水系統(tǒng)長度及調(diào)保計算成果而定。

某抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)示意圖

（三）廠房系統(tǒng)

抽水蓄能電站廠房系統(tǒng)多采用地下廠房,，開發(fā)方式分為首部,、中部,、尾部等方式。一般組成包括主廠房,、副廠房,、主變室、開關(guān)站及出線場,，以及母線洞,、出線洞、進廠交通洞,、通風(fēng)洞,、排水廊道等附屬洞室。主副廠房,、主變室等常置于地下,，開關(guān)站及出線場布置于地面或地下洞室內(nèi)都有。

國網(wǎng)新源江西洪屏抽水蓄能電站地下廠房

（四）專用建筑物

1. 攔,、排沙建筑物

在多泥沙河流修建的抽水蓄能電站,，必須對泥沙問題予以高度重視，一般通過攔排沙工程（如泄洪排沙洞）解決泥沙入庫問題,，也有在主汛期通過停機,、避沙運行措施來解決泥沙過機問題的。

國網(wǎng)新源內(nèi)蒙古芝瑞抽水蓄能電站下水庫泄洪排沙洞出口

攔沙壩作為重要的攔排沙措施在抽水蓄能電站中應(yīng)用較多,，如張河灣,、呼和浩特、豐寧等抽水蓄能電站,。河北豐寧抽水蓄能電站下水庫利用河彎作下水庫,，攔河壩、攔沙壩將下水庫分隔成攔沙庫和蓄能電站專用下水庫,，攔沙庫及泄洪洞負(fù)責(zé)攔洪排沙,，蓄能電站下水庫專職發(fā)電，徹底解決泥沙問題,。泄洪排沙洞將水流沿河灣“裁彎取直”下泄,，泄洪排沙洞既直又短，便于排沙和泄洪,，又節(jié)省投資,。

國網(wǎng)新源河北豐寧抽水蓄能電站攔沙壩效果俯瞰

2. 補水建筑物

抽水蓄能電站庫容大多較小，水庫和水道滲漏,、蒸發(fā)造成的水量損失需通過補水工程進行補給,。如西龍池抽水蓄能電站上/下水庫均為人工開挖填筑而成，無天然徑流補給，下水庫設(shè)有專門的泵站設(shè)施進行補水,。又如呼和浩特抽水蓄能電站地處干旱地區(qū),，上水庫完全由人工開挖填筑形成，同樣設(shè)置補水設(shè)施,，其補水通過攔沙壩內(nèi)的埋管,、將攔沙蓄水庫中存蓄的水以自流方式補給下水庫。

3. 取(進)水建筑物

取(進)水建筑物指的是輸水建筑物的首部建筑物,，如引水隧洞的進口段,、灌溉渠首、供水用的進水閘,、揚水站等,。在抽水蓄能電站中，由于特定的抽水~發(fā)電工作模式,，取(進)水建筑物主要指連接上/下水庫的近/出水口段,。

國網(wǎng)新源清原電站下水庫進出水口

4. 交通工程

抽水蓄能電站常包含上、下兩個距離和高差較大的水庫,，還有一套復(fù)雜的地下洞室群,，故連接上/下水庫及電站各洞室之間的交通也是樞紐布置中不可缺少的部分。交通工程要結(jié)合當(dāng)?shù)亟煌ㄟ\輸發(fā)展規(guī)劃,，運輸能力滿足施工期物資,、材料、設(shè)備等各項需求,，運輸指標(biāo)經(jīng)濟合理且運行安全可靠。

國網(wǎng)新源江蘇宜興抽水蓄能電站上水庫和上下庫連接道路

5. 其他專用建筑物

為滿足特定的灌溉,、過壩等功能或作用而修建的專用建筑物,，在抽水蓄能電站建設(shè)中也常常遇到，如灌渠,、升船機,、魚道等，不做過多描述,。