摘要:混合式抽水蓄能電站是一種既有抽水蓄能又有徑流發(fā)電功能的水電站,是一種優(yōu)質的長時蓄能方式,有助于推動流域水風光蓄一體化清潔能源基地開發(fā)。從規(guī)劃選址、工程設計、施工建設、調度運行等方面,對混合式抽水蓄能電站的建設運行的關鍵工程技術問題進行了研究。研究認為:混合式抽水蓄能電站不需要新建上、下水庫,建設征地移民少,可與原常規(guī)水電站一并打捆送出,但需要重點考慮對生態(tài)環(huán)境和原水庫的影響,從而合理論證裝機規(guī)模。特別要在機組設計制造、長距離引水發(fā)電系統(tǒng)設計、已建水庫進/出水口施工、抽水可靠度與河道疏浚、一體化運行調度方式等諸多方面深入研究論證,優(yōu)化工程投資。建議擇優(yōu)選址,因地制宜、穩(wěn)步推進開發(fā)混合式抽水蓄能電站。
關 鍵 詞:混合式抽水蓄能電站; 水風光蓄清潔能源; 新型電力系統(tǒng); 規(guī)劃選址; 調度運行
中圖法分類號: TV743
文獻標志碼: A
DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.11.007
0 引 言
在碳達峰碳中和目標引領下,中國掀起了加快推進能源革命、促進可再生能源開發(fā)、構建新型電力系統(tǒng)的熱潮,未來電力系統(tǒng)將實現(xiàn)大規(guī)模高比例新能源并網(wǎng),需要更多的調節(jié)性電源抵消風電、太陽能發(fā)電間歇性、波動性的不良影響,為電力系統(tǒng)運行提供穩(wěn)定支撐。
抽水蓄能是當前技術最成熟、經(jīng)濟性最優(yōu)、最具大規(guī)模開發(fā)條件的清潔、靈活調節(jié)電源,具有承擔電力系統(tǒng)調峰、填谷、調頻、調相、儲能、事故備用和黑啟動等多種功能,與風電、太陽能發(fā)電、核電等聯(lián)合運行效果好,被稱為電力系統(tǒng)的“調節(jié)器”和“穩(wěn)定器”。加快發(fā)展抽水蓄能,是構建新型電力系統(tǒng)的迫切要求,是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要支撐,是可再生能源大規(guī)模發(fā)展的重要保障,是實現(xiàn)中國雙碳目標的當務之急[1]。
混合式抽水蓄能電站(以下簡稱混蓄電站)是一種既有抽水蓄能又有徑流發(fā)電功能的水電站,是抽水蓄能電站的一種重要組成形式,也是一種理想的“優(yōu)質長時蓄能”方式[1-2]?;煨铍娬狙b機容量增大、調峰能力增強,連續(xù)發(fā)電和抽水運行時間長,不僅能利用水電站棄水發(fā)電、提高水能利用效率,還可以進行日、周、旬甚至季調節(jié),在服務新能源發(fā)電方面具有明顯優(yōu)勢,可以更好地滿足電力系統(tǒng)和清潔能源基地對調節(jié)能力的需要,綜合效益顯著[3]?;煨铍娬静恍枰陆ㄉ稀⑾滤畮?,只需新建輸水發(fā)電系統(tǒng),通常不涉及重大環(huán)境敏感對象,涉及征地移民少,地質資料積累豐富,運維費用少,易于快速實施建設和發(fā)揮功能效益[4-7]。在新型電力系統(tǒng)和新能源大規(guī)模開發(fā)利用的形勢下,混蓄電站將迎來快速發(fā)展,有效推動流域水風光蓄一體化清潔能源基地開發(fā)。
中國主要流域已建、在建較多大中型梯級水電站,很多都具有建設混蓄電站的條件。目前中國已建有白山混蓄(裝機30萬kW)[6,8]、潘家口混蓄(27萬kW)、響洪甸混蓄(8萬kW)等。新一輪抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃也提出了一批混蓄電站,包括兩河口、葉巴灘、龍羊峽、安康、梨園阿海、關嶺光馬、雙江口、拉哇等混蓄電站均在積極推進前期工作,目前兩河口混蓄(120萬kW)[9]、烏溪江混蓄(29.8萬kW)、緊水灘混蓄(29.7萬kW)、古田溪混蓄(25萬kW)等均已核準在建,混蓄電站迎來了大規(guī)模發(fā)展時期。
混蓄電站與常規(guī)抽水蓄能電站存在很大的不同:一方面混蓄電站需要做好與常規(guī)水電工程銜接,特別關注運行方式、工程布置條件、機組適應性、施工組織、環(huán)境影響等;另一方面混蓄電站設計施工更為復雜,需要針對關鍵技術問題深入論證,例如兩河口混蓄、葉巴灘混蓄電站等就具有裝機容量大、調節(jié)庫容大、抽水發(fā)電流量大、進/出水口埋深大、施工難度大、機組選型和設計難度大、運行調度復雜等特點。
本文結合兩河口混蓄電站等實際案例的工程經(jīng)驗,從規(guī)劃選址、工程設計、施工建設與運行調度等方面,對混蓄電站建設運行的關鍵要點進行總結,對相關技術問題進行探討。
1 規(guī)劃選址方面
1.1 梯級建設條件
1.1.1 電站服務對象
混蓄電站的應用場景主要是服務新能源基地,帶動新能源開發(fā),常位于新能源富集地區(qū),特別適合水電調節(jié)新能源之后還有富余的地方。若周邊電網(wǎng)網(wǎng)架比較薄弱,混蓄電站可起到重要的支撐作用。
大型混蓄電站服務電力系統(tǒng)的情況比較少見,主要還是中小型混蓄電站。從地理位置來看,流域梯級水電站一般位于深山峽谷,經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)一般位于平原和盆地,大型混蓄電站一般遠離負荷中心。
1.1.2 依托的水電站水庫
通過多方案規(guī)劃比選,混蓄電站建設需首先確定合適的梯級水電站上、下水庫[10],主要是分析上、下庫落差是否足夠,上、下庫庫容是否富??衫?,進/出水口位置是否具有布置條件,增加混蓄后梯級整體流量是否協(xié)調等因素[2,11]。考慮混蓄電站水頭落差需要,上水庫一般考慮壩高百米甚至200 m,因此多為大型年、季調節(jié)水庫;下水庫有條件可選擇年、季調節(jié)水庫,或者選擇有富余庫容的日調節(jié)水庫。圖1為兩河口混蓄電站布置示意。
1.1.3 工程影響因素
混蓄電站不新建水庫,不新增水庫淹沒和移民搬遷,也不涉及重大環(huán)境敏感對象,一般泥沙問題不突出,也不存在水源問題,主要考慮對已建水庫電站影響和生態(tài)環(huán)境影響?;煨铍娬镜木喔弑葍H作為參考,主要考慮輸水系統(tǒng)的合理布置,選擇地質條件較好、距離較短、過流條件好的輸水線路和進/出水口[12]。
1.1.4 外部建設環(huán)境
主要考慮混蓄電站周邊的新能源資源條件和通道送出條件[13]?;煨铍娬具m宜布局在風電、光伏豐富的水庫電站,特別是在流域水風光蓄一體化基地內(nèi),充分發(fā)揮促進新能源消納的儲能作用,通過新能源分攤投資和回收效益。混蓄電站宜與常規(guī)水電電力互聯(lián),保證輸電可靠,同時依托原常規(guī)水電的通道一并打捆送出,提高送電效率。此外,考慮開發(fā)主體協(xié)調和利益分攤,上、下水庫電站屬于同一開發(fā)主體有利于混蓄電站開發(fā),或者上、下水庫不同主體共同開發(fā)混蓄電站。
1.2 生態(tài)環(huán)境可行性
混蓄電站的開發(fā)建設要堅持生態(tài)優(yōu)先,從規(guī)劃開始就貫徹環(huán)保理念,嚴格論證混蓄電站產(chǎn)生的環(huán)境影響,盡可能達成開發(fā)與保護的協(xié)調。
1.2.1 水文情勢影響
(1) 對上、下水庫庫區(qū)的影響。上、下庫的庫容越大,混蓄電站利用庫容比例越小,對水庫水位的波動越小,對庫區(qū)的水文情勢影響就越小?;煨铍娬緦τ谀昙菊{節(jié)水庫的影響較小,對于日調節(jié)水庫的影響較大,混蓄電站的日內(nèi)頻繁抽水和發(fā)電運行,不會增加日調節(jié)水庫最大消落深度,但會加大水庫的水位漲落頻率和平均水位變幅。
(2) 對下水庫下游的影響?;煨铍娬景l(fā)電和抽水實際上增大了下水庫的入庫流量變幅,增加了下水庫的反調峰任務,給日調節(jié)下水庫的庫容運用和壩下游水位變幅的穩(wěn)定增加了挑戰(zhàn)。
綜上,規(guī)劃選址時應盡可能梳理各類抽水、發(fā)電工況,科學評價不同徑流來水條件、不同發(fā)電和抽水流量對庫區(qū)和下游的水文情勢影響。
1.2.2 水生生物的影響
(1) 對庫區(qū)的魚類影響?;煨铍娬緯铀畮斓乃活l繁漲落,抽水工況在進/出水口附近會形成反向水流,可能對洄游魚類的生活產(chǎn)生一定影響,水庫庫容越大、混蓄電站抽水流量越小,產(chǎn)生的影響越小。
(2) 對下水庫下游的魚類影響。針對下游存在魚類棲息地的情況,為保障下游魚類繁殖、魚卵孵化和幼魚發(fā)育,要求通過生態(tài)調度,保證壩下流水生境和水位的相對穩(wěn)定,水位變幅控制在一定范圍?;煨铍娬镜慕ㄔO要充分發(fā)揮下水庫的反調節(jié)作用,通過合理的調度措施,盡可能為下游魚類創(chuàng)造穩(wěn)定的水流環(huán)境。
綜上,混蓄電站規(guī)模越大,對魚類的影響越大,規(guī)劃選址時應合理論證混蓄電站的裝機規(guī)模,確保發(fā)電和抽水流量能夠與魚類的生存和繁殖相適應。
1.2.3 水溫的影響
通?;煨铍娬旧纤畮鞛楦邏未髱?,在春季存在庫區(qū)水溫分層現(xiàn)象。以兩河口水庫為例,4~7月表層水溫升溫最明顯,表層30 m深水體水溫可達15 ℃,底部水溫幾乎不變,維持5 ℃的低溫?;煨畛樗r會帶動下水庫的水流向上水庫摻混,對改善水溫略有作用,但作用不顯著?;煨畎l(fā)電工況可能導致上水庫的底層低溫水進入下水庫,影響下游的水溫,帶來不利的影響。必要時,可開展水動力與水溫耦合數(shù)值模擬,具體分析混蓄電站可能帶來的水溫影響。
考慮樞紐布置和水力過渡條件,目前抽水蓄能電站暫無水溫控制措施,而原常規(guī)水電考慮環(huán)保要求一般設置了疊梁門、表層取水措施等,應通過合理的水溫調度措施,盡可能通過常規(guī)水電機組發(fā)電,不增加混蓄發(fā)電對水溫降低的影響。
1.2.4 開發(fā)與保護協(xié)調案例
混蓄電站有條件通過運行調度實現(xiàn)與環(huán)境的協(xié)調。以兩河口混蓄電站為例,兩河口水庫80 m消落深度帶來了機組寬變幅研發(fā)難題,推薦的定速機組方案難以保障低水頭段的發(fā)電工況穩(wěn)定運行,建議4~7月份兩河口水庫位于低水位時,混蓄機組不發(fā)電,轉由常規(guī)水電機組代為發(fā)電。此方案的優(yōu)點包括:① 避免了混蓄機組和常規(guī)水電機組同步調峰帶來的發(fā)電流量疊加,可減少下水庫反調節(jié)難度,緩解下水庫消落幅度,更好保持下庫壩下游的水文情勢穩(wěn)定。② 下游魚類的主要繁殖期也是4~7月,混蓄機組不發(fā)電更有利于下水庫壩下游的流量變幅控制,有利于生態(tài)調度的實施效果。③ 水溫分層現(xiàn)象最明顯也是在4~7月份,混蓄機組不發(fā)電避免了新增低溫水下泄,利用原常規(guī)水電的溫控措施有效減緩低溫水的影響。
1.3 對上、下水庫功能的影響
混蓄電站一般利用已建或待建的電站水庫作為上、下水庫,部分水庫具有防洪、供水、航運等功能?;煨铍娬疽?guī)劃選址需要考慮對其防洪、供水、發(fā)電等的影響。
1.3.1 防洪影響
2023年水利部印發(fā)《關于加強水庫庫容管理的指導意見》,指出為確保水庫安全運行和防洪興利效益充分發(fā)揮,“禁止在有防洪任務的水庫建設抽水蓄能電站等侵占庫容和分隔庫區(qū)水面的行為”。因此新規(guī)劃選址的混蓄項目應避免選擇具有防洪任務的水庫,已經(jīng)在建設的混蓄電站需要進一步加強防洪影響專題論證。
混蓄電站上水庫一般為高壩大庫,調節(jié)能力多為年、季調節(jié),混蓄電站占用的庫容相對整個水庫比例很小,日內(nèi)的抽水發(fā)電對水庫水位的影響也很小,對于原水庫的年內(nèi)運行調度基本沒有影響,也不會改變原水庫的特征水位和防洪功能。例如兩河口混蓄所需的日調節(jié)庫容僅1 300~1 500萬m3,占兩河口水庫調節(jié)庫容比例僅為0.2%,日內(nèi)運行對兩河口水庫水位的波動影響僅0.1 m左右。混蓄電站規(guī)模越大,對原水庫的影響越大,因此混蓄電站應進一步優(yōu)化裝機規(guī)模,深入開展防洪影響專題論證,提交水行政主管部門進行審查,科學判斷混蓄電站對防洪的影響。
1.3.2 供水、航運等影響
若混蓄電站水庫涉及灌溉供水功能,需開展功能影響論證,分析混蓄建設是否影響灌溉供水的庫容,如有影響是否具有可行的補償措施,如具有可行的替代方案可否將灌溉供水功能取消等。
若混蓄電站水庫涉及航運功能,要分析混蓄電站抽水、發(fā)電對船舶通行造成的影響,除流量與水庫水位變化分析外,必要時還可開展進/出水口附近河道水動力數(shù)值模擬,分析航道范圍內(nèi)水流流場情況,以及是否影響航運通行。
1.3.3 發(fā)電影響
混蓄電站的抽水和發(fā)電運行可能影響上水庫的水位消落,下庫進/出水口的正反向水流也可能對上水庫的發(fā)電尾水位造成影響,從而影響上水庫電站的發(fā)電水頭。由于上水庫庫容較大,發(fā)電水頭比較穩(wěn)定,混蓄電站對上水庫電站的發(fā)電影響很小。
混蓄電站的運行將導致下水庫的水位消落深度增加,漲落頻次增加,從而導致下水庫的平均水位降低,減少下游水電站發(fā)電水頭和發(fā)電量。
綜上所述,混蓄電站規(guī)劃選址過程中需要重點關注梯級建設條件、生態(tài)環(huán)境可行性和對上下水庫功能影響,優(yōu)選布局位置、優(yōu)化裝機規(guī)模、堅持生態(tài)優(yōu)先、嚴格論證防洪影響,確保規(guī)劃的混蓄電站能夠落實開發(fā)建設。
2 工程設計方面
2.1 機組設計制造
2.1.1 可逆式機組與抽水泵
若在梯級電站擴建可逆式機組,則可形成混蓄電站;若擴建抽水泵站,則形成混合式蓄能泵站[11]。抽水泵機組僅具有抽水功能,發(fā)電功能需用原有水庫的常規(guī)水電機組來實現(xiàn),因此任務比較單一,不具備增加調峰和提高水能利用的能力。但是抽水泵機組在水力設計、結構設計、部件材料選取、工況轉換、啟動方式、輔助設備選擇等方面比可逆機組要求低。在進行混蓄電站論證過程中,需要對可逆式機組與泵站機組進行綜合比較,權衡混蓄泵站和混蓄電站的功能效益、投資造價和設計制造難度。
2.1.2 寬水頭變幅可逆式機組研發(fā)
混蓄電站常常遇到上水庫或下水庫消落深度較大的情況,其最大揚程與最小水頭比(Hpmax/Htmin)可能超過規(guī)范推薦值和國內(nèi)外同水頭段定轉速單級混流式水泵水輪機的上限,機組選型難度極大[12-13]。例如兩河口水庫水位變幅達80 m,水泵水輪機最大揚程與最小水頭比為1.54,類似水頭段規(guī)范推薦值一般不超過1.3,國內(nèi)外已建工程一般不超過1.5。
國外類似容量的變速機組較多,中國對抽蓄機組交流勵磁系統(tǒng)研究比較晚,目前主要集中在理論和實驗研究階段,國內(nèi)廠家產(chǎn)品較少,且電廠對大型交流勵磁變速機組實際運行經(jīng)驗少?;煨铍娬救舨捎米兯贆C組,機組設計、制造和運行方面存在一定的技術風險;但是變速機組對寬水頭變幅的適應性優(yōu)勢明顯,變速機組將成為未來混蓄電站的最終技術方案。
定轉速混流式水泵水輪機對水頭變幅比較敏感,滿足水泵水輪機在整個上、下庫全水頭長期安全穩(wěn)定運行難度較大[14]。超寬水頭變幅水泵水輪機關鍵技術,體現(xiàn)在水輪機空載并網(wǎng)“S”特性、“無葉區(qū)”壓力脈動、水泵空化特性等方面,要突破最大揚程與最小水頭比的上限,同時保證水輪機、發(fā)電機工況的穩(wěn)定要求和較高的能量指標。
2.1.3 低水頭段發(fā)電
結合國內(nèi)主要機組制造廠家關于寬水頭變幅定速機組的技術研討,認為經(jīng)過研發(fā)可以實現(xiàn)定速機組水泵工況全揚程、發(fā)電工況中高水頭長期安全穩(wěn)定運行,發(fā)電工況較低水頭限制運行,這表明目前制造水平仍難以保證混蓄電站在低水頭段的穩(wěn)定發(fā)電能力。
一種解決辦法是,在低水頭段、天然來流量小時,混蓄電站的發(fā)電功能由原上庫電站常規(guī)機組實施。以兩河口混蓄電站為例,機組設計研發(fā)可實現(xiàn)水泵工況揚程全覆蓋,發(fā)電工況196 m(對應Hpmax/Htmin=1.38)及以上水頭全覆蓋,水頭196 m以下發(fā)電不考核。需要論證原常規(guī)水電站能否統(tǒng)籌混蓄機組的發(fā)電流量,是否具有足夠的富裕發(fā)電能力,是否會限制抽水工況產(chǎn)生不必要的棄風棄光棄水。
另一種解決辦法是,通過運行調度讓水庫保持合適的運行水位,讓混蓄電站長期處于高水頭發(fā)電工況,避免機組發(fā)電受阻,主要適用于上、下水庫調節(jié)庫容都較大的情況,例如葉巴灘、龍羊峽、關嶺光馬[15]等混蓄電站。需要論證運行水位的控制是否能達到混蓄高水頭發(fā)電的要求,運行水位的變化對原有水庫電站的影響是否可接受,運行方式的變化調整是否可行等。
2.2 抽水運行可靠度研究
2.2.1 抽水漏斗效應
混蓄電站下水庫進/出水口一般靠近上庫壩址下游,位于下水庫的庫尾,抽水工況將形成反向水流,且由于抽水流量較大、反向流速也較大,下水庫的回水在進/出水口附近不僅不會壅高,反而會快速下跌,形成抽水漏斗效應。當下水庫為峽谷河道型水庫時,抽水漏斗效應容易影響到下庫抽水運行的可靠度,且進/出水口附近水面越狹窄、抽水流量越大,水庫水位越低,抽水的可靠度也隨之越低,越容易出現(xiàn)抽水無法保證的情況,可能影響混蓄電站儲能效益的發(fā)揮。
根據(jù)現(xiàn)有的工程經(jīng)驗,解決思路包括兩步。第一步是開展下水庫抽水運行與二維水動力學模型的耦合數(shù)值模擬,建立混蓄下水庫抽水運行調度與河道水動力響應之間的關系,分析不同抽水工況下的水動力學規(guī)律。第二步是復核工程設計參數(shù),開展多方案比較,提出改善下水庫抽水運行水流條件的各類工程措施,提出下庫抽水可靠運行的要求。
2.2.2 水動力數(shù)值模擬
水動力數(shù)值模擬對象是整個下水庫,一般包含三個水流交換邊界:上水庫電站的發(fā)電/出庫流量進入,下水庫電站的發(fā)電/出庫流量流出,混蓄電站的抽水流量流出或發(fā)電流量進入。模擬時段可以是早10:00至晚17:00的一個抽水周期,也可以是完整一天的抽水發(fā)電循環(huán)。模擬目標是揭示抽水漏斗規(guī)律,分析河道水面反比降的范圍、出現(xiàn)漏斗的時間和影響抽水的敏感因素,判斷抽水工況是否可靠,復核最低運行水位、調節(jié)庫容利用和連續(xù)滿抽小時數(shù)等[16]。
結合兩河口混蓄的數(shù)值模擬經(jīng)驗,在狹長型河道布置下庫進/出水口,通過適當優(yōu)化進/出水口位置、調整進/出水口朝向角度,可以改善抽水的水流條件;抽水運行可靠度與河道過水斷面面積有關,并且受最窄斷面的瓶頸控制,通過擴寬、挖深河道并保持整段過水斷面的通暢,有利于提高抽水運行可靠度。河道擴寬、挖深主要在進/出水口下游的反向流河段,在進/出水口上游河段的提升效果不顯著。
2.2.3 工程解決措施
提高抽水運行可靠度的最直接措施是降低混蓄電站規(guī)模,降低抽水流量。另外的措施就是河道疏浚與整治,增加過水斷面面積,并保持整個河道的通暢。具體方法是擬定不同的河道疏浚方案,包括疏浚河道長度、疏浚寬度和深度等,結合水動力模擬結果和施工方法措施研究,比較選擇代價最小、效果最好的河道疏浚方案。必要時,建立下水庫全庫物理模型試驗,對水動力特征、河道疏浚效果進行驗證,從而提高混蓄電站下庫抽水工況的運行可靠度。以兩河口混蓄電站為例,針對河道疏浚方案開展了一系列方案比較,進行大量數(shù)值模擬,并通過物理模型試驗進行驗證,表明至少需疏浚約1.1 km河道才能保證較好的抽水運行可靠度。
2.3 其他關鍵點
2.3.1 基礎資料
混蓄電站可充分依托原上、下水庫電站的設計資料,為混蓄工程設計提供便利。可以利用原上、下水庫電站累積的長系列水文、氣象、泥沙等數(shù)據(jù),充實基礎資料,也可以參考原上、下水庫電站的外業(yè)勘察成果,并適當補充部分勘探工作,快速查明工程地質條件。
2.3.2 樞紐布置
混蓄電站的樞紐布置要充分與已有上庫水電站的樞紐布置進行協(xié)調,盡量避免對原有工程產(chǎn)生影響,也盡量避免原有工程對混蓄電站的影響。輸水系統(tǒng)的布置,除考慮自身的線路長度外,還需避免對原發(fā)電機組的影響,避免原有施工洞室對混蓄工程防滲和安全的影響。地下廠房應同原有工程建筑物保持安全距離。開關站位置需避免原有工程泄洪霧化的影響。
結合混蓄工程本身的特點,樞紐布置也需統(tǒng)籌考慮。例如,混蓄工程應協(xié)調確定水庫和電站的工程等別、建筑物級別。布置下庫進/出水口時,盡量優(yōu)化抽水水流條件,并避免泥沙淤積。輸水洞徑的選擇除考慮發(fā)電工況滿發(fā)流量外,還需分析不同典型抽水工況的流量。上庫進/出水口邊坡由原有的庫區(qū)邊坡變?yōu)榻ㄖ镞吰?,安全穩(wěn)定性要求提高,需進一步復核進/出水口邊坡穩(wěn)定性。由于機組需要,球閥尺寸導致廠房開挖跨度過大時,球閥室宜置于主廠房外部,單獨設置閥室。
2.3.3 施工設計
合理進行施工組織設計。輸水發(fā)電系統(tǒng)引水隧洞長、地下洞室群規(guī)模大,洞室多且在空間上交叉集中布置。施工通道布置需盡量利用永久洞室和原施工交通隧道,減少洞室數(shù)量,科學安排“平面多工序、立體多層次”的作業(yè)方法,減少施工干擾,同時應采取措施降低或者避免對既有電站運行的影響。施工設施如倉儲設施等宜優(yōu)先考慮利用原有工程現(xiàn)有設施。
統(tǒng)籌施工開挖料、渣料處理。工程主要以輸水發(fā)電系統(tǒng)為主,地下開挖工程量較大,混凝土骨料料源宜優(yōu)先考慮利用工程開挖料,盡可能減少工程棄渣。利用既有棄渣場作為混蓄電站的渣場或者轉存料場時,應復核渣場規(guī)模、等級以及相關防護設施。
3 施工建設
3.1 已建水庫中新建進/出水口施工
與常規(guī)抽水蓄能電站先施工進/出水口后進行水庫蓄水的情況不同,混蓄電站經(jīng)常遇到在已經(jīng)建成蓄水的水庫中新建進/出水口的情況,其施工方法需要適應已建水庫水位消落,并解決擋水圍堰在死水位以下部分的水下施工問題。
3.1.1 巖坎拆除爆破法
一般情況下選擇預留巖坎、后期拆除爆破的施工方案。巖坎拆除爆破直接關系到工程的安全、質量與進度,根據(jù)目前的施工技術水平,水庫消落深度不大時可以實現(xiàn)。然而對于大消落深度的情況,超高巖坎導致開挖方量大,爆破方量和拆除規(guī)模大,若遇到復雜的工況條件,不可避免地需開展深水條件下的爆破和清渣,這給施工建設帶來了技術挑戰(zhàn)。
以兩河口混蓄電站為例,上水庫水位變幅高達80 m,水深大大超過國內(nèi)外其他同類巖坎,高巖坎開挖量近200萬m3,拆除量超過120萬m3,爆破方量和拆除規(guī)模居同類工程前列;此外巖坎部分地質結構復雜,風化卸荷嚴重,大多為Ⅳ~Ⅴ類圍巖,施工難度高;圍堰位于正在運行的兩河口電站庫區(qū),受水庫運行調度影響,枯水期施工時間短,施工強度大。
目前,國內(nèi)外針對此類復雜地質條件、超大開挖規(guī)模的深水巖坎圍堰爆破的研究不多。施工過程中需要重點關注爆破拆除施工方案、圍堰爆破穩(wěn)定性分析、爆破器材要求、爆破拆除安全影響、圍堰拆除清渣設備和措施等。
3.1.2 巖塞爆破法
國內(nèi)外采用預留巖塞、一次爆破成型的施工方法較多。國外已實施的水下最深巖塞爆破為挪威Jukla West工程,水深達105 m,斷面面積僅10 m2。加拿大休德巴斯水電站進水口巖塞爆破,水深15 m,巖塞直徑18 m,厚度21 m,爆破石方1萬m3。
國內(nèi)已有的案例主要有長甸改造工程(36 m水深,直徑10 m,2014年)[17]、劉家峽泄洪排沙洞(75 m水深,直徑10 m,2015年)[18]、蘭州水源地進水口(25 m水深,直徑5.5 m,2019年)等,巖塞爆破最大水深為75 m,最大斷面尺寸為直徑10 m。
大消落深度下的混蓄進/出水口若采取預留巖塞爆破法,其地質條件、水深、斷面大小等綜合難度均已超過現(xiàn)有技術水平,對于大斷面、超水深復雜地質條件下的巖塞爆破設計、施工和安全控制方面還有很多問題需要深入研究。施工過程中需要重點關注巖塞口部位圍巖穩(wěn)定性、巖塞爆破方案設計、爆破石渣流水工模型試驗、巖塞爆破器材要求、巖塞爆破安全影響、巖塞爆破爆渣處理措施等。
需注意的是,巖塞爆破如果不能成功貫通,處理起來非常困難,將產(chǎn)生超額費用,甚至影響工程成敗。要保證水工隧洞進水口具有良好的水力條件和長期運行穩(wěn)定性,需要采取有效的輪廓控制爆破措施,使得巖塞進水口爆破成型良好,并獲得較好的斷面輪廓??傮w來看,大消落深度下的混蓄電站進/出水口采用巖塞爆破具有較大的技術風險。
3.2 河道疏浚施工
結合前述狹長河道型下水庫的抽水可靠度問題研究,需要對下庫進/出水口下游一定范圍內(nèi)的河道進行疏浚,擴寬、挖深河道以增加斷面過水能力。按照施工方法,河道疏浚分為水面施工、岸邊施工和導流洞施工三類。
3.2.1 水面施工
水面施工一般采用疏浚船、搭建水面作業(yè)平臺等方式,利用設備進行水下疏浚。首先采用長臂挖機先挖走大體積石渣,再采用抓斗和吸盤清理剩余小塊石料和砂礫,目前已有比較先進的抓斗和吸盤設備,具備較好的疏浚清淤效果。這類方法適用于水流較為平緩、河道較為寬闊的情況,常見于平原河流的清淤挖沙,深山峽谷地形的適用性較弱,水流湍急時疏浚船和作業(yè)平臺難以固定,存在較大安全風險。
3.2.2 岸邊施工
岸邊施工主要采取兩岸輪流墊渣、回退疏浚的方法,即首先向河道內(nèi)墊渣形成岸邊施工平臺,再通過長臂挖掘機進行開挖,然后不斷回退直至岸邊,河道此岸完成清淤后換到另一岸施工。該方法已經(jīng)用于沙坪一級水庫等案例[19],其清淤效果主要受制于施工設備的最大能力,長臂挖機的最大挖深決定了清淤的深度,長臂挖機的斗方量決定了清淤速度和施工周期。目前的施工機械還難以實現(xiàn)大規(guī)模、大深度的河道疏浚,特別是河道難以持續(xù)保證低水位、低流量的施工環(huán)境時,岸邊施工平臺容易被水淹,施工效果和施工組織難以保證。
3.2.3 導流洞施工
當前述兩種辦法都難以解決混蓄工程河道疏浚的問題時,可以考慮與下庫進/出水口施工結合起來,采用導流洞加上、下游圍堰的施工方案,為河道疏浚和下庫進/出水口巖坎拆除同時提供干地施工條件。該方法不僅便于施工器械進場作業(yè),實現(xiàn)高強度的開挖效率,同時也可將河道清理形成規(guī)則的過水斷面,將進/出水口預留的巖坎拆除干凈,確保進/出水口以及整個疏浚河段的水流通暢,施工過程和施工效果可控,并且施工安全的風險較小。該方法適用于疏浚河段不長或者河道彎曲的情況,如果疏浚范圍超過2 km以上,導流隧洞施工的工程量增大,費用代價太高。
綜上,混蓄工程若遇到下水庫進/出水口河道疏浚施工問題,可以根據(jù)不同情況選擇不同的施工方法,確保疏浚效果達到抽水運行可靠度的要求。
3.3 施工與水庫調度結合
混蓄電站可以充分利用已建水庫的調節(jié)庫容,通過水庫的合理調度運行,為施工提供方便。
3.3.1 延長水庫枯水期施工時間
上、下水庫如果具有較大的調節(jié)庫容,可以通過合理控制水庫的水位消落周期,延長水庫低水位的持續(xù)時間,為水庫進/出水口施工提供便利。例如,將開始蓄水的時間從5月推遲到6月,可以延長枯水期的施工時間,為預留巖坎拆除爆破留有更多的時間,從而降低施工強度,節(jié)約工程投資。
以兩河口混蓄電站上水庫為例,為盡可能減少水下爆破拆除量,降低拆除難度,巖坎拆除爆破的速度需要與水庫水位消落速率保持一致。按照合理的拆除進度和爆破工程量推算,巖坎拆除從10月底正常蓄水位開始拆除,在一個水位消落期完成巖坎從上到下的拆除,最后一組爆破的最佳施工時間是在枯水期水庫位于死水位的5~6月份。鑒于兩河口混蓄電站巖坎拆除爆破方量大,在一個枯水期完成需投入大量的施工資源才能滿足拆除要求,如一個枯水期無法完成,需要考慮兩個枯水期完成拆除,這將產(chǎn)生額外的工程措施費用,增加工程投資。
3.3.2 減少下水庫枯水期下泄流量
當下水庫為河道型水庫時,進/出水口附近的水位受上水庫發(fā)電流量的影響較大,若枯水期流量較大,不利于進/出水口預留巖坎的拆除降低施工。若下水庫需要進行河道疏浚,枯期流量大對于施工不利,疏浚船難以保持平穩(wěn),岸邊施工平臺容易被水淹,導流洞施工會引起洞徑增加、工程量增大等。
因此,通過合理利用上水庫的調節(jié)庫容,減少枯水期下泄流量,有序調控下泄流量的平穩(wěn),可以保障下水庫進/出水口拆除和河道疏浚施工的安全,提高施工效率,減少施工費用。
3.3.3 代價與效益的權衡
運用水庫的調節(jié)庫容可以帶來較好的施工效益,但調蓄水位和下泄流量也需要占用一部分調節(jié)庫容,有可能產(chǎn)生一定的發(fā)電損失,甚至影響下游整個流域的發(fā)電效益。因此,需要梳理不同的方案,分析預留庫容的損失代價,結合施工節(jié)約的工期和投資,進行綜合比較,權衡利弊后選擇最優(yōu)的施工方案。
4 電站調度運行
4.1 一體化運行調度
4.1.1 混蓄電站運行工況分類
混蓄電站的運行工況可以分為5種。
(1) 先抽水后發(fā)電。存儲日內(nèi)多余風光電量,在線路通道富余時發(fā)電,屬于常規(guī)的日調節(jié)運行,較為常見。
(2) 利用棄水發(fā)電。當上水庫來水較多,常規(guī)水電機組已經(jīng)滿發(fā)時,抽蓄機組盡可能發(fā)電,減少棄水。
(3) 只抽水不發(fā)電。結合風光出力預報進行跨日調節(jié),當風光出力較大、調節(jié)庫容足夠時,當日只抽水儲能,日蓄能量富余,上水庫存蓄富余水量,屬于日內(nèi)以儲能為主的周調節(jié)運行。
(4) 只發(fā)電不抽水。當風光出力較小、調節(jié)庫容足夠時,當日只發(fā)電保障通道輸電能力,日蓄能量虧缺,上水庫蓄水量減少,屬于日內(nèi)以發(fā)電為主的周調節(jié)運行。
(5) 同時抽水和發(fā)電。根據(jù)電網(wǎng)需要,混蓄機組抽水存儲光伏電量,同時通過常規(guī)水電機組或者混蓄剩余機組發(fā)電,實現(xiàn)輸電通道內(nèi)的電能轉換,提升水電比重,并提供更多的系統(tǒng)轉動慣量,有利于保障高比例新能源送電通道的安全穩(wěn)定,但會損失一部分新能源電量。這類工況屬于特殊情況,一般比較少見。
4.1.2 “2庫3站”一體化
混合式抽水蓄能電站系統(tǒng)包含上水庫、下水庫、上庫水電站、下水庫水電站和混蓄電站5部分,共同組成了“2庫3站”的電力和水力耦合系統(tǒng),其運行調度不僅受電調的影響,也受水調的制約。上、下水庫電站本身具備與風光互補的條件(即水風光一體化),而混蓄電站與常規(guī)抽蓄類似,能額外互補富余的風光(即風光蓄一體化),由于混蓄與常規(guī)電站共用同一水庫,在水庫調節(jié)庫容合理分配的影響和水位變化的作用下,常規(guī)水電站和混蓄電站緊密聯(lián)系在一起,形成了“2庫3站”水風光蓄一體化的復雜運行調度系統(tǒng)。
筆者對兩河口混蓄“2庫3站”一體化運行調度開展了相關研究。圖2(a)為上水庫兩河口水風光一體化運行示意圖。白天兩河口水電站降低出力,為風光消納騰出通道,晚高峰兩河口水電站增大出力,滿足電力系統(tǒng)調峰需求,凌晨兩河口水電站適當增加發(fā)電,白天減少的出力在凌晨彌補。
圖2(b)為兩河口風光蓄一體化運行示意圖。白天風光出力優(yōu)先利用通道送出,富裕的風光出力通過兩河口混蓄抽水吸收存儲,剩余尖峰光伏出力無法消納,考慮為合理比例的棄風棄光,晚上兩河口混蓄利用白天抽至上庫的水量發(fā)電,滿足系統(tǒng)調峰需求。
圖2(c)為風光出力較大時的兩河口風光蓄一體化運行示意圖。白天棄風棄光增加,兩河口混蓄達到最大抽水能力,連續(xù)抽水達到最大時長,儲蓄能量較多,凌晨兩河口混蓄還需發(fā)電。
圖2(d)為風光出力較小時的兩河口風光蓄一體化運行示意圖。白天沒有棄風棄光,兩河口混蓄僅少量抽水,儲能能力還有富余,儲蓄能量僅支持晚高峰發(fā)電,凌晨不發(fā)電。
圖2(e)為耦合兩河口水風光一體化、混蓄風光蓄一體化及牙根一級反調節(jié)運行的示意圖。白天兩河口水電站減少出力,混蓄電站抽水存儲多余風光出力,牙根一級在滿足生態(tài)流量的基礎上,減少發(fā)電出力和下游發(fā)電流量,水庫水位持續(xù)消落;晚高峰由于兩河口水電站和混蓄電站同步調峰,發(fā)電流量疊加增大了牙根一級入庫流量,牙根一級水電站也同步調峰,并開始蓄水;凌晨時段兩河口水電站、牙根一級水電站靈活發(fā)電,彌補白天減少的出力,牙根一級水庫持續(xù)蓄水直至水位達到正常蓄水位。
4.1.3 “2庫3站”打捆互聯(lián)送出
混蓄電站與上、下水庫電站共用水庫調節(jié)庫容,水力聯(lián)系緊密,運行調度深度耦合,樞紐布置和接線系統(tǒng)相互鄰近,宜作為一組電源統(tǒng)籌調度、電氣互聯(lián)、打捆送出,有利于調度管理,提高水風光蓄一體化運行的安全穩(wěn)定。此外,上游水電、下游水電和混蓄電站三者的通道富裕空間還可以被進一步充分靈活利用,增加棄風棄光送出,提高新能源消納水平。
4.1.4 耦合優(yōu)化調度
目前國內(nèi)外許多機構學者已經(jīng)在多種能源互補和優(yōu)化運行領域開展了研究,總體上針對既包含常規(guī)水電與風光互補又包含抽蓄與風光互補,且具有水庫水力聯(lián)系的混蓄電站的多能互補調度研究相對較少。以往研究主要考慮水電梯級發(fā)電效益,包括提高水能利用效率[20]、發(fā)電量和效益目標優(yōu)化[21-22]、水庫中長期優(yōu)化調度[23-24]、梯級水電群調度[25]、效益評價體系[26]、多尺度調度策略[27]等方面。
而隨著新能源的大規(guī)模發(fā)展,目前更多研究應放在水光蓄多能互補方面,例如風蓄互補短期調度,日內(nèi)互補運行策略、水光蓄源荷匹配、新能源并網(wǎng)下競價策略等。隨著更多混蓄電站建成投產(chǎn),未來關于混蓄電站耦合優(yōu)化調度的研究將進一步深入。
4.1.5 下水庫抽水運行限制水位
當下水庫庫容較大、水面開闊,抽水漏斗效應不明顯時,下水庫抽水運行限制水位可參考下水庫壩前水位研究設置。
當下水庫進/出水口位于狹長型河道內(nèi),抽水漏斗效應比較明顯時,抽水工況下進/出水口水位會低于下水庫壩前水位,抽水運行不可靠的判斷依據(jù)不宜參照下水庫壩前水位,也不宜參考下水庫剩余庫容,而是應該根據(jù)下庫進/出水口的水位進行控制,研究分析后確定限制水位[16]。
以兩河口混蓄為例,在持續(xù)大流量抽水工況下,下水庫進/出水口水位達到死水位2 598 m時,壩前水位仍保持2 600 m左右,仍可保持穩(wěn)定抽水;當進/出水口水位達到2 596 m(低于死水位2 m),壩前水位仍為2 599 m(高于死水位1 m)。結合水動力模擬大數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和模型試驗驗證,兩河口混蓄下庫進/出水口水位低于2 596 m時,抽水流量將受到限制,可能無法保障水泵穩(wěn)定運行,由此確定抽水運行限制水位為2 596 m。
4.2 防洪調度
4.2.1 混蓄電站汛期運行方式
洪水工況下,混蓄機組是否發(fā)電與上水庫電站常規(guī)機組保持一致,混蓄機組僅在低標準洪水且滿足特定要求時抽水。
當遭遇低于廠房設計洪水標準的洪水時,與上水庫電站全部常規(guī)機組可參與泄洪一樣,混蓄機組在防洪安全的前提下可考慮發(fā)電泄洪運行;同時根據(jù)電力系統(tǒng)填谷需要、新能源儲能需要,在上水庫泄洪能力裕度足夠、機組過機泥沙滿足要求的前提下,合理安排混蓄機組抽水運行。
當洪水達到廠房設計洪水標準、低于大壩設計洪水標準時,與上水庫電站一半常規(guī)機組可參與泄洪一樣,考慮一半混蓄機組發(fā)電泄洪運行;混蓄機組不抽水運行。
當遭遇大壩設計洪水標準以上洪水時,僅考慮上水庫泄洪建筑物的泄洪能力,上水庫電站的常規(guī)機組不參與泄洪,混蓄電站的機組也不發(fā)電泄洪;混蓄機組不抽水運行。
4.2.2 對上、下水庫防洪的影響
當遭遇低于大壩設計洪水標準的洪水時,上水庫常規(guī)機組和混蓄機組都可以參與發(fā)電泄洪,此時混蓄機組相當于增加了上水庫的一個調洪通道,并不改變下泄洪水總量,僅將部分通過泄洪設施下泄的水量轉由混蓄機組下泄,并且轉移泄洪不會對上水庫電站的廠房防洪產(chǎn)生不利影響。
當遭遇大壩設計洪水標準以上的洪水時,僅考慮上水庫泄洪建筑物的泄洪能力,上水庫電站的常規(guī)機組和混蓄機組均不參與泄洪。
除遇低標準洪水且滿足特定要求時混蓄機組才可能抽水外,其余洪水工況混蓄機組抽水運行不會增加上水庫的入庫流量或減少下水庫的入庫流量,不會改變上、下水庫大壩各自遭遇的洪峰流量,因此混蓄電站對上、下水庫的調洪運行產(chǎn)生影響很小,相應的洪水位不會發(fā)生變化,上、下水庫的防洪安全受到的影響很小。
4.2.3 對水庫防洪庫容的影響
混蓄電站不新增擋水建筑物,不會分割上、下水庫的庫區(qū)。當處于汛限水位對應時段,混蓄電站全過程不能占用預留的防洪庫容,不能超過防洪調度規(guī)程確定的汛限水位。
若洪水較大、產(chǎn)生棄水,此時混蓄電站會優(yōu)先利用棄水發(fā)電,不抽水運行,對防洪任務影響很小,反而可以提高水能利用率。若洪水較小、沒有棄水,則混蓄電站可以結合水文氣象預報成果調整運行方式,按照混蓄日內(nèi)調節(jié)所需的庫容,通過混蓄機組提前半天發(fā)電并預泄上水庫庫容,確保第二天上水庫具備讓混蓄抽水運行的條件;或者通過混蓄機組提前半天抽水并降低下水庫的水位,確保第二天下水庫具備讓混蓄發(fā)電運行的條件。
4.3 投資及效益回收
4.3.1 投資造價水平
混蓄電站通常不需要新建上、下水庫,涉及移民少,節(jié)約建設征地成本,不涉及重大環(huán)境敏感對象,只需要新建輸水發(fā)電系統(tǒng)和進/出水口,看似比常規(guī)抽水蓄能電站的結構組成簡單、投資造價水平更低,實際由于機組設計制造、抽水運行可靠度與河道疏浚、已建水庫進/出水口施工、長距離引水發(fā)電系統(tǒng)等因素綜合,目前正在開展研究論證的大多數(shù)混蓄電站經(jīng)濟指標并不占優(yōu)勢。
例如,兩河口混蓄電站單位千瓦靜態(tài)投資約6 400元,葉巴灘混蓄約6 200元,雙江口混蓄約5 900元,四川西部高原地區(qū)常規(guī)抽水蓄能平均水平約6 380元;關嶺光馬混蓄單位千瓦靜態(tài)投資約5 750元,貴州常規(guī)抽水蓄能平均水平約5 300元;梨園-阿海混蓄單位千瓦靜態(tài)投資約5 890元,云南常規(guī)抽水蓄能平均水平約5 560元;古田溪混蓄單位千瓦靜態(tài)投資約7 300元,福建近些年常規(guī)抽水蓄能平均水平約5 300元。
由于投資的規(guī)模效益,在建設條件允許情況下,混蓄的規(guī)模越大,單位千瓦投資一般呈下降趨勢,古田溪混蓄僅25萬kW,單位千瓦投資相對較高。但混蓄規(guī)模越大,對生態(tài)環(huán)境的影響和對原水庫的影響越大,需要統(tǒng)籌考慮項目的可行性和經(jīng)濟性。
4.3.2 效益回收機制
混蓄電站的效益回收主要通過新能源的發(fā)電效益分攤,與基地新能源打捆采用綜合電量電價統(tǒng)一核算,推薦混蓄電站與周邊新能源一體化開發(fā)。一般來說,開發(fā)主體進行混蓄項目的投資決策時,需要明確電價機制和政策支持,否則難以評估項目的效益回收,不利于項目推進。
但是,目前混蓄電站缺少完善的電價疏導機制,依據(jù)發(fā)改價格〔2021〕633號文,混蓄電站宜作為服務特定電源的抽蓄進行容量電價的分攤,但具體電價機制尚未出臺實施細則。若類比服務電力系統(tǒng)的抽水蓄能電站進行容量電價的核算,混蓄電站可能由于受原有水電站防洪調度、生態(tài)調度、抽水可靠度等影響,無法及時響應電網(wǎng)調度指令,核算的容量電價可能比常規(guī)抽水蓄能電站有所降低。
此外,混蓄電站宜與原上、下水庫電站打捆互聯(lián)送出,混蓄電站最好與上、下水庫電站屬于同一投資開發(fā)主體,或者屬于不同開發(fā)主體但成立共同的合資公司投資,確保利益協(xié)調和平衡,以便于項目順利推進。
5 結 語
混蓄電站是一種優(yōu)質的長時蓄能方式,連續(xù)調節(jié)時間長,調節(jié)能力強,在服務新能源發(fā)電方面具有明顯優(yōu)勢,可以更好地滿足電力系統(tǒng)和清潔能源基地對調節(jié)能力的需要。
混蓄電站不需要新建上、下水庫,通常涉及移民少,不涉及重大環(huán)境敏感對象,可與原常規(guī)水電站一并打捆送出,易于快速實施和發(fā)揮效益。但是相比常規(guī)抽水蓄能電站,目前大多數(shù)混蓄電站的造價水平并不占優(yōu)勢,需要在機組設計制造、抽水運行可靠度與河道疏浚、已建水庫進/出水口施工、長距離引水發(fā)電系統(tǒng)設計等諸多方面深入研究論證,優(yōu)化工程投資。此外,混蓄電站需要重點考慮對生態(tài)環(huán)境的影響和對原水庫的影響,合理論證裝機規(guī)模,深入研究運行調度方式。
總之,混蓄電站特點明顯,開發(fā)效益顯著,設計建設和調度運行復雜,存在諸如機電、施工、環(huán)保、調度等多方面關鍵技術問題,建議因地制宜、擇優(yōu)選址、穩(wěn)步推進開發(fā)。
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(編輯:鄭 毅)
Analysis on key issues in construction and operation of hybrid pumped storage power stations
BAI Rui1,HAN Dong2,JIN Wei1,ZHU Fangliang2
(1.PowerChina Chengdu Engineering Corporation Limited,Chengdu 610072,China; 2.China Renewable Energy Engineering Institute,Beijing 100120,China)
Abstract:
Hybrid pumped storage power station is a hydroelectric power station that has both pumped storage and runoff power generation functions.It is a high-quality long-term energy storage way that helps promote the development of integrated clean energy bases composed of water,wind,and solar energy in a basin.This article explores the key issues in the construction and operation of hybrid pumped storage power stations from the aspects of site selection,engineering design,construction,and operation scheduling.The hybrid pumped storage power station does not require constructing new upper and lower water reservoirs,and requires few land acquisition and none immigrations.Electricity produced by the hybrid pumped storage power station can be bundled and sent out together with the traditional hydropower station.But it is necessary to focus on the impacts on the ecological environment and the supported reservoirs,so as to reasonably recommend the installed capacity by technical and economic comparison.To optimize engineering investment,many researches are need in unit design and manufacturing,long-distance water diversion and underground powerhouse system design,construction of inlet and outlet at the existing reservoirs,the analysis of pumping reliability and river dredging,and integrated operation and scheduling scheme,etc.This article suggests optimizing site selection according to local conditions,and steadily promoting the development of hybrid pumped storage power stations.
Key words:
hybrid pumped storage power station; clean energy of water-wind-storage; new electrical power system; site selection and planning; operation scheduling