論抽水蓄能式水電站在未來(lái)水電站發(fā)展中的趨勢(shì)

鄭曉剛 孟笑千

(鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001)

一 世界抽水蓄能水電站的發(fā)展概述

抽水蓄能水電站1882年誕生于瑞士，早期以蓄水為主要目的。二十世紀(jì)上半葉抽水蓄能電站發(fā)展緩慢，到1950年全世界抽水蓄能電站裝機(jī)容量盡幾百兆瓦。20世紀(jì)60～80年代的30年間，是抽水蓄能電站蓬勃發(fā)展的時(shí)期，特別是70年代至80年代可以說(shuō)是抽水蓄能電站發(fā)展的黃金時(shí)期。主要是因?yàn)槌樗钅茈娬臼墙?jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平的產(chǎn)物。二次大戰(zhàn)之后，歐美國(guó)家的經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，經(jīng)歷了20年的經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)期。經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)，電力負(fù)荷也隨之增長(zhǎng)，人民生活水平提高，家電普及，導(dǎo)致了用電高峰與低谷的差迅速增加，具有良好調(diào)峰填谷性能的抽水蓄能電站應(yīng)運(yùn)而生，迎來(lái)了它的第一次迅速發(fā)展。60年代抽水蓄能電站的裝機(jī)容量年均增加1259MW，而70年代和80年代更是各增加3051MW和4036MW。到1990年，全世界抽水蓄能電站裝機(jī)容量達(dá)86879MW，占總裝機(jī)容量的3.15%。

20世紀(jì)90年代以后，世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)速度大幅下降，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)減速導(dǎo)致電力負(fù)荷增長(zhǎng)放慢，抽水蓄能電站6.建設(shè)也不例外，年均增長(zhǎng)率從80年代的6.45%降至1.55%。對(duì)日本而言，跨入20世紀(jì)90年代，因泡沫經(jīng)濟(jì)破滅。日元大幅升值及大阪神戶地區(qū)大地震的影響，日本經(jīng)濟(jì)陷入長(zhǎng)期低迷。經(jīng)濟(jì)衰退對(duì)抽水蓄能電站的影響有滯后效應(yīng)，90年代上半期抽水蓄能電站裝機(jī)容量年均增長(zhǎng)為4.35%，與80年代持平，90年代下半期增長(zhǎng)率降到2.15%，為上半期的一半。美國(guó)抽水蓄能電站裝機(jī)容量在20世紀(jì)80年代還居世界首位，90年代被日本超越，局世界第二位。

二 世界各國(guó)典型抽水蓄能電站簡(jiǎn)介

崗南混合式抽水蓄能電站位于河北省平山縣，是我國(guó)第一臺(tái)抽水蓄能機(jī)組在電力工業(yè)中服務(wù)運(yùn)行，雖然規(guī)模較小，但它設(shè)計(jì)合理，為我國(guó)抽水蓄能電站的發(fā)展起到了領(lǐng)先引導(dǎo)的作用。

潘家口抽水蓄能電站位于河北省遷西縣，建設(shè)初期電站安裝常規(guī)水電機(jī)組1×150MW，可逆式機(jī)組3×90MW，是我國(guó)第一座大型的混合式抽水蓄能電站。

羊桌雍湖抽水蓄能電站位于西藏自治區(qū)貢嘎縣，廠房海拔高程3604.3m，是拉薩電網(wǎng)電力供應(yīng)，調(diào)峰填谷，穩(wěn)定運(yùn)行的主力電廠，同時(shí)也是世界上海拔最高的抽水蓄能電站。

奧地利奎泰抽水蓄能電站是世界的豎井式抽水蓄能電站，奎泰與澤爾茨梯級(jí)水電站組代表著奧地利當(dāng)今高水頭水電站設(shè)計(jì)與施工的水平，處于奧地利蒂勞爾地區(qū)的芬斯塔爾大壩，芬斯塔爾水庫(kù)容積為6000萬(wàn)立方米，但僅僅控制流域面積6km2，其所需需水量的88%要靠其下雨的奎泰抽水蓄能電站填充。

錫亞比舍抽水蓄能電站是伊朗第一座抽水蓄能電站。電站工程區(qū)域?yàn)閺?qiáng)震區(qū)，設(shè)計(jì)地震地面加速度為0.45g。位于伊朗高原厄爾布爾山分水嶺北側(cè)恰盧斯(chalus)河上。電站利用恰盧斯河的一個(gè)彎段，在其上下游形成上下水庫(kù)，巧妙地設(shè)計(jì)使該電站僅通過(guò)3km多的水道，就得到近500m的水頭。該電站是一座純抽水蓄能電站，沒(méi)有常規(guī)水輪發(fā)電機(jī)組。

沖繩抽水蓄能電站是世界第一座海水抽水蓄能電站，于1999年3月在日本沖繩島建成。為適應(yīng)海水的特性，提高電站效率和耐久性，同時(shí)也滿足環(huán)境保護(hù)的需求，該電站采用了許多特殊技術(shù)。如采用合成橡膠面板作為防滲襯砌，采用玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)管和玻璃纖維增強(qiáng)塑料涂層(FRPM)作為高壓管道斜直段等。建設(shè)海水抽水蓄能需要有合理的選址。而中國(guó)擁有近3200公里長(zhǎng)的海岸線，其中大陸岸線1800公里，這就為中國(guó)的海水抽水蓄能電站的選址提供了很多可選擇的選址。海水抽水蓄能電站的開(kāi)發(fā)使抽水蓄能電站的選址范圍擴(kuò)大，有廣闊的應(yīng)用前景。

三 抽水蓄能電站的發(fā)展趨勢(shì)

隨著亞洲經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是中國(guó)、印度等國(guó)土面積大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，電力需求激增的國(guó)家?，F(xiàn)在正是高耗電的重化工業(yè)和家用電器普及化階段，也是電力負(fù)荷和峰谷差迅速增加的階段。抽水蓄能電站的建設(shè)在這些國(guó)家進(jìn)入高速發(fā)展期。世界抽水蓄能電站的發(fā)展重點(diǎn)已經(jīng)由歐美向亞洲轉(zhuǎn)移。

與核電站和火電站相比，水電站在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生核廢料，不會(huì)引起大氣污染。但是，水電站對(duì)所在地區(qū)的局部環(huán)境是有影響的，影響局部氣候，影響魚(yú)類洄游，損害景觀等。由于抽水蓄能電站要靠火電站發(fā)電抽水，所以會(huì)比常規(guī)水電站釋放的污染氣體多一些。但由于其下庫(kù)容相對(duì)較小，因此對(duì)局部環(huán)境的不利影響較常規(guī)水電站小得多。

我國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究表明，抽水蓄能電站在以火電為主的電網(wǎng)中所占比重以8%～5%為宜。就是說(shuō)，按保守?cái)?shù)值5%的比重估計(jì)，我國(guó)近期需配置的抽水蓄能容量也在30000MW的水平上，長(zhǎng)期來(lái)看，發(fā)展?jié)摿薮?。可以說(shuō)，我國(guó)將迎來(lái)抽水蓄能電站的新的建設(shè)高潮。

從世界范圍來(lái)看，當(dāng)今世界科技水平在不斷發(fā)展，像海水抽水蓄能電站地下式抽水蓄能電站這樣的技術(shù)要求高的電站，在未來(lái)也會(huì)實(shí)現(xiàn)常態(tài)化建設(shè)，常態(tài)化運(yùn)行。世界范圍內(nèi)，特別是經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的發(fā)展中國(guó)家，抽水蓄能電站的發(fā)展正迎來(lái)其新的黃金發(fā)展期。

[1]邱彬如.世界抽水蓄能式水電站新發(fā)展，.北京：中國(guó)電力出版社，2006

[2]潘家錚，何璟.中國(guó)抽水蓄能電站建設(shè).北京：中國(guó)電力出版社，2000

[3]曹善安.抽水蓄能式水電站.大連理工大學(xué)出版社，2011