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從世界的三峽工程到目前在建的白鶴灘水電站，世界20大超級水電站中，有11座就在中國，可以說，對于水電站，中國人已經(jīng)非常熟悉了。不過，你聽說過抽水蓄能電站嗎？

轉(zhuǎn)載自網(wǎng)易新聞學(xué)院(we_know_media)

出品| 網(wǎng)易新聞

作者| 一安電流

在河北承德的豐寧滿族自治縣，就有這么一座“特殊的”水電站，它分兩期開發(fā)建設(shè)，總裝機容量達3600兆瓦，預(yù)計2021年竣工，建成后，其將成為裝機容量世界大抽水蓄能電站。

那么，抽水蓄能電站和普通水電站相比究竟有何不同？它的核心技術(shù)是什么？為什么要在京津冀地區(qū)建抽蓄電站？下面我們就來一一解答。

（一）沒有天然水源也能建水電站？對于抽水蓄能電站來說真的可以

眾所周知，一般水電站只有一個水庫，通過上游河流、湖泊或者降雨來完成蓄水，需要發(fā)電時開閘放水，將蓄水的重力勢能轉(zhuǎn)化為流水的動能，巨大的水流推動水輪機旋轉(zhuǎn)，從而帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)發(fā)電。整個過程只有開閘放水過程是人力可控的�？梢哉f，水電站對自然條件的依賴很嚴重，而且對水文等生態(tài)環(huán)境的影響是巨大而深遠的。

而抽水蓄能電站，一定意義上說是可實現(xiàn)人為干預(yù)的“升級版”水電站。修建抽水蓄能電站不必完全依賴天然河流湖泊，理想情況下甚至可以在無水源處直接挖兩座水庫，只要兩者有勢能差，然后向上下水庫灌水即可。

不過，這樣耗費極其巨大，所以抽水蓄能電站一般都是借助現(xiàn)有水電站水庫與天然庫盆實現(xiàn)上下水庫通水的。

抽蓄電站的工作原理很簡單，首先要把上下水庫灌入水，然后利用閘門和抽水泵將水“搬來搬去”，在這一過程中利用重力勢能發(fā)電。詳細來說就是，用電低谷期，如深夜以及上下班通勤時，通過水泵抽水將下水庫的水搬到上水庫儲藏起來。因此，上水庫其實就是一個“大電池”，以勢能的形式存儲了能量。用電高峰期，如上班時間、節(jié)假日，打開上水庫閘門放水，之后就和水電站原理相同了，沖下的水推動水輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電。

抽水蓄能電站運行示意圖

（二）抽水蓄能電站的核心技術(shù)在靜態(tài)變頻器，中國已經(jīng)掌握

任何裝置都有其核心裝置與技術(shù)，抽水蓄能發(fā)電站也不例外，它的“心臟”就是變頻啟動裝置，又稱靜態(tài)變頻器（StaticFrequencyConvertor，SFC）。

抽水蓄能機組發(fā)電時，與一般水力發(fā)電機組無異，而SFC則是在抽水時發(fā)揮作用。在抽水蓄能機組進入抽水工作方式之前，需要將機組并入到電網(wǎng)中，相當于給“水泵”接上電。這個“大水泵”如果直接接入電網(wǎng)，將對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊，引起頻率震蕩、電壓不穩(wěn)定等若干危害。

為了使機組無沖擊接入電網(wǎng)，需要將機組從靜止拖動到同步轉(zhuǎn)速后再接入電網(wǎng)，這樣就能消除沖擊產(chǎn)生的危害，完成這一過程的關(guān)鍵就是SFC，可以說，它是抽水蓄能電站的核心。

SFC通過交流-直流-交流變換，通以不同頻率電流，使得機組逐步加速到所需轉(zhuǎn)速，即可接入電網(wǎng)。

SFC系統(tǒng)基本原理示意圖

“十二五”期間，中國首套具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型抽水蓄能電站SFC設(shè)備研制成功。該設(shè)備于2014年4月在響水澗抽水蓄能電站正式投入運行，已穩(wěn)定運行多年，完全實現(xiàn)了對進口SFC設(shè)備的替代，成為抽水蓄能電站的啟動設(shè)備。

（三）美麗的天然大庫盆下“暗藏玄機”，原來水電站可以建在這兒

豐寧抽水蓄能電站構(gòu)想圖

豐寧抽水蓄能電站的樞紐工程由上水庫、下水庫、水道系統(tǒng)、電站地下廠房和地面開關(guān)站組成。細心的朋友可能會發(fā)現(xiàn)，上面的構(gòu)想圖上沒有科幻大片中沿山而建的大型管道，也沒有見到發(fā)電站里常見的高壓輸電塔、變壓器等設(shè)備，這是怎么回事呢？

原來，目前抽水蓄能電站的主流建設(shè)方案，是將輸水管道以及龐大的發(fā)電系統(tǒng)掩藏在山體中，這樣不僅充分利用了山體環(huán)境，減小了自然條件對設(shè)備的不利影響，重要的是保護了地表環(huán)境，對當?shù)刈匀画h(huán)境的影響也降到低，真正做到了人與自然和諧發(fā)展。

豐寧抽水蓄能電站的上水庫位于永利村上游左岸灰窯子溝頂部，系一優(yōu)良天然大庫盆，庫內(nèi)為平坦山谷，四周峰高嶺厚，天然封閉，成庫條件優(yōu)越，簡直是天賜的絕佳水庫。

其壩址以上控制流域面積為4.4平方公里，總庫容可達4882萬立方米，而且淹沒區(qū)無居民和耕地，因此征地范圍小，對當?shù)孛癖姾蜕鷳B(tài)環(huán)境影響小，周圍也不涉及風(fēng)景名勝區(qū)和自然保護區(qū)。

下水庫則利用灤河干流上已建成的豐寧水電站水庫，庫容足夠，取水方便。其正常蓄水位1061米，總庫容6583萬立方米，完全可滿足下水庫建設(shè)需要。