混合式开发白山抽水蓄能电站分析

吕永明

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

1 工程概况

白山抽水蓄能电站位于吉林省桦甸市与靖宇县交界的第二松花江上游，距下游红石水电站39 km，丰满水电站250 km。右岸一期电站装机3台，左岸二期电站装机2台，共5台常规发电机组，总装机容量1 500 MW。白山抽水蓄能电站以白山水库为上库，红石水库为下库，安装2台可逆机组，单机容量150 MW，总装机容量300 MW，最大工作水头123.9 m。白水水库（上库）正常蓄水位413 m，红石水库（下库）正常蓄水位290 m。多年平均抽水耗电量6.24×108kW·h，年平均发电量 4.81×108kW·h，综合效率达到0.8以上，保证出力增加54 MW。

白山抽水蓄能电站工程布置于白山大坝左岸，电站枢纽主要由下库进/出水口引渠、下库进/出水口、引水洞、地下厂房及附属洞室、尾水洞和上库进/出水口等建筑物组成。

2 工程建设的必要性

东北地区水能资源不十分丰富，比较好的常规水电站站点基本上已开发完。随着用电负荷和峰谷差的逐年增加，火电参与调峰的局面仍不会改变且满足不了电网调峰的要求。东北电网既缺少调峰电力，又缺少填谷负荷的矛盾更加尖锐。

借鉴世界发达国家的水电发展过程与经验，结合东北电网的具体情况，认为对东北地区已建成的梯级水电站进行扩建改造，使其变成具有抽水蓄能功能的混合式抽水蓄能电站是东北电网解决填谷调峰矛盾的一个重要途径。

白山电站现安装有5台单机容量为300 MW的常规水轮发电机组，除7，8两月主汛期外，由于受库水量的限制，尖峰时一般只能开启3台机，闲置 2台机。若安装两台150 MW的大型水泵，每天可以在电网负荷低谷时利用现有线路倒送电启动水泵抽水，将下一梯级红石水库存水抽到上一级白山水库。这样，在电网负荷高峰时白山电站可开启4～5台机进行调峰，且顶峰时间也可加长，增发调峰电量。由此可见，水泵运行可起到填谷调峰的作用，这对缓解东北电网填谷调峰矛盾，确保东北电网安全稳定地运行起到了十分重要的作用。

3 白山抽水蓄能电站混合式开发研究及效益分析

3.1 开发研究

白山抽水蓄能电站，是利用已建的白山水库为上库（上池）和红石水库为下库（下池），在白山增设抽水蓄能机组，电网低谷时利用火电剩余的电力，抽下库水至上库，既可以为电网填谷，又可以增加白山水库的水量，提高白山电站尖峰运行小时数，增设2台150 MW蓄能机组，为电网填谷300 MW。尽管水头不是很高，但是，由于上下库是利用现有工程而不增加土地淹没、移民安置、环保费用和另建输电线路，与新建抽水蓄能电站相比，可有效节省工程投资。

由于混合式抽水蓄能电站总装机容量较大，其发电过流能力也较大，也为汛期适当抬高水位运行提供了条件，当这种“水头效益”多发的电大于抽水损失电能指标时，对整个电站效益而言就是1°换1°多。经计算分析及运行检验，白山抽水蓄能电站机组总效率超过了75%。

3.2 效益分析

1）增加火电的调峰能力。白山抽水蓄能电站投产后，相当于在电网低谷时增加了300 MW填谷负荷。按全网火电压出力调峰范围为25%计算，则在低谷时火电可多开机400 MW，也就是说在负荷尖峰时火电多顶400 MW的调峰电力。这对缓解电网在尖峰与低谷间两头够不上的矛盾将起很大作用。

2）可改善全网水电机组在负荷图上的工作位置，充分发挥各水电站的调峰作用。蓄能电站投产后，由于火电可多顶400 MW的调峰电力。使水电机组在负荷图上的工作位置向上移，即全网有限的水电保证电量能全部用于最佳工作小时的位置，可释放全网水电出力的平均值约为723 MW。

3）可以提高水库运行水位，减少受阻出力。水泵每天抽水约625万m3，除去大汛期7，8两月，年抽水按300 d考虑，年可抽水18.75亿m3，占白山水库年平均入库水量75．3亿m3的25%。这是用电网低谷时多余的火电换来的水量，相当于人为地增加了天然径流量，改变了径流特性。以此可形成新的水文系列，用这一新水文系列对白山水库进行水能计算，可重新选择死水位和编制水库调度曲线。这样必将抬高死水位和多年平均水头，使水电机组减少受阻出力，这项效益也将十分显著。

4）减少火电机组的闲置容量，提高火电机组的利用小时数，增加火电发电量。蓄能电站投产后，每日低谷时抽水7 h，增加火电发电量210 kW·h，其它时间（约11 h）开机400 MW，增加火电发电量439.2万kW·h，累计火电日增加发电量649.2万kW·h。这意味着减少火电机组闲置容量400 MW。否则，如按隔日开停机参与调峰，必将减少火电机组的发电小时数，还恶化了火电机组的运行状况，煤耗加大，增加了火电厂的运行成本。

3.3 社会、经济和环境效益

1）工程建成后，每年发电4.81×108kW·h，创产值1.2亿元。大大缓解了东北电网用电紧张的局面，改善了东北电网调峰现状，保障了东北电网安全稳定运行。

2）抽水蓄能电站利用原有左岸二期电站开关站及输电线路，不需另建，仅对开关站进行部分改造，仅此一项就节省投资约800万元，济效益显著。

3）2号蓄能机组主机、调速设备、励磁装置均实现国产，仅此一项就节省投资近1.86亿元，社会和经济效益显著。

4）白山抽水蓄能电站运行后，上库因水位变动频繁及水温的变化，使水库表面冬季结冰封库现象消失，不但消除了冰推力对建筑物的破坏，还增加了发电水头，经济效益显著。

5）白山抽水蓄能电站布置为地下洞室群，主体工程施工作业面大部分位于地下，与常规水电站或抽水蓄能电站相比，对地表扰动较小，对生态环境影响降到了最低程度，社会和经济效益显著。