天荒坪抽水电站实习

天荒坪抽水蓄能电站相关情况学习

摘要：抽水蓄能电站是当今电力系统用于快速加荷和卸荷，解决日负荷调度问题的最佳途径。天荒坪抽水蓄能电站是国内技术比较成熟的抽水蓄能电站之一，本文简要介绍了该电站的基本情况，并分析了建设的可行性论证过程及经济效益评价。
关键词：抽水蓄能 建设必要性论证 经济评价

世界级特大型电力企业——华东天荒坪抽水蓄能电站以其独特的山区地貌，优越的地理位置、较高的知名度和良好的社会效益，而闻名于国内外。这次借工程测量课程实习的机会，有幸到天荒坪抽水蓄能电站参观学习，看到了很多原本书本上的东西，感觉受益匪浅。

1.天荒坪抽水蓄能电站情况介绍
1.1概论
天荒坪抽水蓄能电站位于中国浙江省、西苕溪支流的大溪河上，距杭州80km，距上海250km。电站安装6台30万kW机组，总装机容量180万kW，年发电量31.6亿kW·h，抽水电量(填谷电量)42.86亿kW·h，为日调节的纯抽水蓄能电站。

　　电站所在区域的地层主要为侏罗纪上统火山岩，如含砾流纹质熔凝灰岩、流纹斑岩、石英斑岩及花岗斑岩等。地质构造不发育，断层规模不大。地震裂度小于6度。

　　站址区年平均降水量1846mm，多年平均水面蒸发量933.1mm，多年平均径流量2450万m3，保证率99%的枯水年年径流量约为1000万m3，流入水库的水量足以补偿蒸发和渗漏的水量损失，上水库无径流来源。下水库百年一遇洪水为537m3/s，千年一遇洪水为860m3/s，可能最大洪水(PMF)为1280m3/s。

　　下库坝址河床窄，岸坡陡，整个边坡稳定。覆盖层和强风化岩石仅局部分布，厚度不大。基岩坚硬，构造简单，无控制边坡稳定的结构面。输水系统基岩风化浅，无不良地质作用。基岩为流纹质熔凝灰岩，坚硬完整，耐风化，后期有规模较大的花岗斑岩侵入，新鲜坚硬，与围岩接触良好。地下厂房地段为均质、新鲜岩体，厂房围岩质量良好。上下库之间以1428m的输水道相连接。



1.2枢纽布置

　　枢纽主要建筑物上、下水库、输水系统、地下厂房洞室群、开关站等，均位于大溪左岸，左岸山体雄厚，地形高差700m左右。上下水库库底的天然高差约 590m，筑坝形成水库后平均水头570m，最大发电毛水头610m，上下2个水库的水平距离约1km，输水道长度与平均发电水头之比为2.5。

　　主要机电设备有6台30万kW立轴可逆混流式水泵水轮机/发电电动机组、6台340MVA三相绕组强迫油循环水冷式主变压器，为单级、立轴、混流可逆式，额定净水头为526米，运行毛水头（扬程）为526米~610.2米，水轮机安装高程为225米，淹没深度为-70米，是目前国内已投产运行的水头和变幅最大的单级可逆式机组，在国际上也较罕见。
水泵水轮机及其辅助设备由挪威GE 公司提供。水泵水轮机大修拆卸方式采用中拆方式。首台机组于1998年9月30日投入运行，2000年12月25日所有机组投产。

　　上水库：利用天然洼地挖填而成，集水面积很小,径流、洪水均可忽略。设计最高蓄水位905.2m，总库容885万m3；设计最低蓄水位863m，死库容50万m3。水库由主坝和4座副坝围筑而成。主副坝均为沥青混凝土面板土石坝。主坝最大坝高72m，坝顶长503m。副坝最大坝高9.334m，4座副坝总长822.3m。水库库岸及库底均用沥青混凝土防渗。

　　输水系统：输水系统设在大溪左岸的山体内，其组成部分主要有上库进出水口和闸门井、斜井式高压管道、钢筋混凝土岔管、压力支管、尾水隧道和下库进出口等。2条高压混凝土管道倾角58°，内径7m，降到225.0m高程后各分岔为3条内径3.2m的支管。6条尾水隧洞内径均为4.4m。输水系统除支管段设钢衬外，其它均用钢筋混凝土衬砌，岔管也为钢筋混凝土结构。

　　地下厂房洞室群：地下厂房洞室群主要有主副厂房及安装场、主变室、母线廊道、尾水闸门洞以及其它一些用于交通、通风、排水的洞室和竖井。

　　地下厂房布置在输水系统中部，其上部有300多m厚的山体覆盖。主厂房长200m、宽21m、高46m，采用型式新颖的岩壁吊车梁。主变洞位于主厂房下游,与主厂房平行布置，长166m、宽17m、高21m。另考虑地下洞群的排水要求，在主厂房洞的底部设有一条长1000余m的自流排水洞。

　　开关站：500kV开关站布置在下库左岸尾水隧洞出口上方的地面上，高程350.2m，面积110m×35m，采用GIS设备。500kV开关站左侧有35kV降压站，右侧布置中控楼。

　　下水库：坝址集水面积25.5km2，多年平均年径流量2　450万m3，枯水年也能保证抽水蓄能电站用水。设计最高蓄水位344.5m，相应库容877万m3；最低蓄水位295m，死库容72万m3。按百年一遇洪水537m3/s设计；千年一遇洪水860m3/s校核，相应库水位344.5m。坝为混凝土面板堆石坝，最大坝高96m，坝顶长230m，坝顶高程351.2m。左岸设开敞式无闸门侧堰溢洪道，堰长60m，堰顶高程344.5m。右岸有由施工导流隧洞改建的供水及放空水库的隧洞,最大放水流量19.64m3/s。下水库上游库尾设有拦沙坝，高21m，顶长57m，其河床段31m为溢流坝。


1.3工程施工

　　根据对主要工程项目工程量的统计，主体工程土石方明挖584.1万m3，土石方填筑569万m3，石方洞挖70.9万m3，混凝土29.8万m3，喷混凝土1.5万m3，沥青混凝土5.74万m3，金属结构安装6418.0t。

　　上水库的主副坝均采用土石坝，其迎水面、库底和库岸均铺设适应不均匀沉陷能力较强的沥青混凝土防渗护面。沥青混凝土护面为简式结构，由3层构成：表层为封闭层(厚2mm)，中间为防渗层(厚100mm)，下层为整平胶结层(厚80～100mm)，上库进/出水口部位岩体的相对隔水顶板高于上库设计最高蓄水位，故施以喷锚处理，不采取其他的防渗措施。上水库不设泄流设施。沥青混凝土防渗护面下部设置碎石排水垫层(厚60～90cm)等排水设施。完整的排水系统可安全地将渗过沥青混凝土护面的水引入在库底布置的排水廊道，并可利用排水廊道有效地回收渗水以利重复使用。

2.抽水蓄能电站建设必要性论证
抽水蓄能电站的建设、 运行及其经济效益的评价在经济发达国家已有成熟的经验, 它在
电网中的静态效益、动态效益,以及在技术经济上的优越性,已为世界各国所公认。我国大
型抽水蓄能电站的建设直到80年代才得以兴起。目前,广州、十三陵、天荒坪等抽水蓄能电
站早已投产发电, 溪口、羊湖、 响洪甸、沙河和天堂等中型抽水蓄能电站也运行了一段时间,
桐柏、泰安、琅琊山和张河湾等抽水蓄能电站也正在陆续投产或即将投产。更有大量的抽水
蓄能电站正在开展各阶段(选点规划、预可研、可研和招标)工作。抽水蓄能电站既是电
网的电源,又是电网的用户,其机组兼有水轮机和水泵的功能,因而机组设计和制造的难度
高于常规水电站的机组,体现在水工建筑物上,有两个水库,引水系统建筑物和相应的进出
水口均要满足发电、抽水双向功能的要求。
抽水蓄能电站的设计首先应弄清所在电网的负荷水平、负荷特性和电源结构,调峰电源的缺口,以及调频、调相、紧急事故备用等动态功能的需求,建设必要性的论证是整个前期工作阶段的主题。已建、在建、待建的抽水蓄能电站都经历过工程建设必要性的论证,从 80 年代以来,随着我国抽水蓄能电站建设事业的逐步发展,其必要性的论证曾经历了三个阶段:

2.1火电为主电网建设抽水蓄能电站必要性

在十三陵、广州 、天荒坪等抽水蓄能电站开展前期工作论证建设必要性的过程中,主要争论的问题是“四度电换三度电是否合算”和“抽水蓄能在电网中运行是否能省煤”,经过设计单位大量的分析论证,以及有关专家、学者的研究、讨论,大家统一了认识。通过这一阶段的分析论证工作, 加深了社会各界对于抽水蓄能电站在以火电为主的电网中所起作用的认识。后来河北张河湾、山东泰安、江苏宜兴、安徽琅琊山、山西西龙池、河南宝泉等抽水蓄能电站建设必要性的论证是火电为主的电网论证工作的继续和深入。

2.2水电比重较大但调蓄性能较差的电网建设抽水蓄能电站必要性

对于水电比重较大但调蓄性能较差的电网建设抽水蓄能电站必要性的论证是抽水蓄能电站进一步发展过程中需要解决的重要问题, 这些电网枯水期并不缺少调峰容量,而丰水期
水电缺乏调节能力,若要调峰,则会产生弃水调峰现象。其中比较典型的是湖北电网(属华中电网的组成部分)白莲河抽水蓄能电站建设必要性的论证。在论证过程中,有些人对于抽水蓄能电站在水电比重较大调蓄性能较差的电网中汛期的作用并不否认,但认为每年只能使用3~4个月,其在枯水期的作用就很小了。经设计单位大量的分析论证,以及有关方面的研究、讨论,大家认识到枯水期峰谷差大,在充分利用常规水电调峰的情况下,抽水蓄能电站

是较火电更为灵活、经济的调峰设施和电网紧急事故备用的保证,可提高火电(核电)的利用小时,确保电网安全、稳定和经济运行。这些道理已被大多数人所接受,包括一些长期从事火电和电网研究的专家。

2.3“西电东送”实施过程中建设抽水蓄能电站的必要性
当前,国家实施“西部大开发”战略,推进了“西电东送”的进程,提供了西部水电大发展的历史机遇。在此基础上将加速东、西部之间的联网,进而实现“南北互供,全国联网”。联网以后是否还需要建设抽水蓄能电站呢?国内外实例均说明电网越大,保证电网安全稳定运行的难度也越大,一旦出现事故,造成的损失也越大。抽水蓄能电站的快速反应和一系列
态功能,是电网排除重大事故,做到安全、稳定运行的保障。

目前,在研究西部水电的装机容量和输变电工程规模时, 往往为了节约输变电工程的投资,提高其利用小时,适当控制水电的装机容量,而在东部受电区配备一定比重的抽水蓄能电站。广州抽水蓄能电站在广东电网十多年的运行实践,充分说明在“西电东送”受电区配备抽水蓄能电站必要性。现在广东正在建设惠州抽水蓄能电站,筹建深圳、阳江等抽水蓄能电站。

随着“西电东送”的进一步发展,规模越来越大,除了架设强大的输电线路并在受电端建设一定比例的抽水蓄能电站以外, 送电端的电源优化也提到了议事日程上来。山西电网和内蒙西部电网是华北电网的送电端,由于火电比重越来越大,为了保证送电端的安全稳定,正在建设西龙池和筹建呼和浩特抽水蓄能电站;位于西南的贵州,是南方电网“西电东送”的送电端,目前火电的建设规模大于水电,贵州电网将从“水电为主”转为“火电为主”,为了确保电网的安全稳定, 正在开展抽水蓄能电站的普查和相应的前期工作, 为建设抽水蓄能电站作好扎实的准备工作。

总之,为了确保“西电东送”的顺利进展以及运行过程中的安全稳定,除了架设强大的输电线路以外,无论是送电端还是受电端,均可根据电源的结构和水火电的比重,建设一定比例的抽水蓄能电站。也就是说,送电端、输电线路、受电端同时安全稳定,才能保证“西电东送”系统工程的安全稳定。

3.抽水蓄能电站的经济评价
经济评价分为国民经济评价和财务评价。在国民经济评价中,应按照资源合理分配原则,
从电站所在电力系统整体出发,进行系统电源结构优化分析,计算抽水蓄能电站所发生的全部效益和费用,及给国民经济带来的净效益,以评价其建设的经济合理性。在此基础上所进行的国民经济评价,把抽水蓄能电站在电网中的效益基本上反映出来了。因而,抽水蓄能电站国民经济评价指标一般均较好;但对于动态效益,还有待于进一步研究。在财务评价中,由于我国大部分电网峰谷电价没有拉开,根据现行的财务制度和税收政策,用发电量指标和峰谷电价差值来衡量抽水蓄能电站的效益,很可能会得到亏损的结论。由于财务评价就是按现行的财税制度对项目的财务可行性进行客观的评价, 因而在进行评价时,可按电网准备实施的租赁制,或按电网实际的峰、谷电价结合容量租赁,摸索出一套适用于抽水蓄能电站财务评价的方法。广蓄电站的租赁制已正式实施,并为各方所接受,是我国电网现行管理体制下行之有效的一种办法。这一新事物对于我们来说, 是探讨抽水蓄能电站财务评价新思路的重要线索。

为了改变不合理地评价抽水蓄能电站经济效益的局面,原国家电力公司1999年3月颁发了《抽水蓄能电站经济评价暂行办法实施细则》细则按照边际成本理论推荐的两部制电价,是按抽水蓄能电站等效最优替代方案的机会成本进行测算的, 是电力系统电价制度改革的方向。这种方法解决了抽水蓄能电站财务效益“看得见”、“算得出”的问题,但与现行的电价体系和电力企业的经营机制存在着较大的差距,因而财务效益仍“拿不着”。要让抽水蓄能电站更好地生存和发展,必须从根本上解决其财务效益 “拿得着” 的问题,尤其在实施了“网厂分开”的电力体制改革以后,更应实事求是地重视这一问题。在财务评价的过程中,应全面、正确地分析抽水蓄能电站对电网和系统内有关电站的作用,根据其实际的投资方式和具体组成,因地制宜地研究采取不同的经营模式和财务核算方式, 使财务评
价结论既有利于抽水蓄能电站的发展,又能被投资者和经营者所接受, 作为电网具体实施的重要依据。当前除了进一步宣传租赁制、两部制电价和峰谷电价等电价模式以外,建议在电力增长快、经济发达的地区试行动态效益分项收费制度, 这是许多经济发达国家电网管理成功的经验。国内外专家一直在研究抽水蓄能电站的动态效益,取得了不少成果,这些研究成果可供我国试行动态效益分项收费时参考和借鉴。我们期盼着这方面的试点在我国早日出

现,并推而广之。只有这样,才能使我国抽水蓄能电站得到更大的发展,并使电网的安全、稳定、经济运行得到有力保证。

4.天荒坪抽水蓄能电站参观学习感想
3月24日上午我们先来到电站的枢纽部分发电的机房，它被安装在天池600米以下的一座山体中。换乘电站专用车，通过长长的隧道便进入了作为总调控室的主机房。


主机房是一个宠大的空间，宽约20米，长约120米，高有10多米，但却看不到一梁一柱。6台30万千瓦共180万千瓦的大型发电机组分别安装在主机房两侧的专用机房内。机房部分共有十多条宽敞的通道，开挖出的石块作为构筑下水库石坝和修建12公里长的盘山公路之用。加上上下水库间2米直径600多米长的抽水通道以及上水库天池的构筑，足见整个工程施工量的艰巨浩大，规模的宏伟壮观。为了把每台200吨重的6台机组运进山体中的机房里，工人们专门在里边修建了钢铁轨道。由于这座山的岩石经测定特别坚固，可以抗6级以上地震，而这里是属于无地震区，所以才选址在这里建电站机房。通过对主机房的参观，使我完全改变了对电站的印象。
当日下午我们又乘车前往上水库参观，车行驶在盘山公路上，竹海茫茫，时有涧水瀑布跃入眼帘，自然景观优美。一到天池，顿觉眼前豁然开朗风光明媚。进入景区，迎面就看到一块竖立的巨石上镌刻着"竹乡天池"四个大字。上水库在海拔908米的九龙山顶，是一个由四周山峰自然围成的山谷，在四周岩壁及缝隙谷底处，用混凝土浇筑成的如梨形的天池。天池周长2.5公里，水深72米，平均深42.2米，但却拥有周长约20公里的杭州西湖的蓄水量——885万立方米。景区风景秀丽，还留存有施工时工程控制网的观测墩以备定期作变形监测之用。
通过本次实习参观，使我了解了抽水蓄能电站的相关原理、天荒坪抽水电站的相关情况和枢纽设置。通过查阅文献，我还学到了抽水蓄能电站建设论证过程和经济效益评价的相关知识。对以前只是在课本上学到的东西有了更直观的认识，在即将进入下一步的学习和工作时进行这样一次课程实习，我觉得非常有必要。


参考文献
抽水蓄能电站动能设计和经济评价中几个问题的探讨，赵士和（水电水利规划设计总院）
天荒坪抽水蓄能电站水泵水轮机特点，游光华（华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司）