抽水蓄能电站的水头,是指电站上水库与下水库之间的水位差,是决定电站能量转换效率和机组选型的关键参数。
我国首座700米级水头抽水蓄能电站,是吉林敦化抽水蓄能电站,该电站的投产发电标志着我国首次实现了700米级超高水头、高转速、大容量抽水蓄能机组的完全自主研发、设计、制造和投运。
浙江省台州市天台抽水蓄能电站,额定水头724米,为全球水头最高。单级引水斜井长度达到483米,为国内最长,刷新多项世界和国内工程纪录。
1、相较于低水头电站,高水头抽水蓄能电站能利用更高的水头落差进行发电,来提升发电效率。
2、在某些地区,由于地质构造和水文条件的特殊性,只能建设高水头抽水蓄能电站。
3、虽然高水头抽水蓄能电站的设备和技术可能更复杂,但由于单位千瓦造价的降低,整体上可能具有更加好的经济性。对于同样的装机容量,水头越高,发电流量越小,上、下库的库容也越小。这不但可以缩小输水管道的直径,还能减小厂房尺寸和机组尺寸,以此来降低工程造价。
高水头电站虽能效突出,但需权衡技术难度与经济性。过高的水头也可能带来一系列问题,如设备复杂性增加、维护成本上升等:
高水头意味着抽水蓄能电站的水轮机、发电机等关键设备需要承受更大的水压和机械应力,这对设备的制造精度、材料选择和耐久性提出了更高要求。
高水头条件下,水流在管道和水轮机中的流速会更快,这可能会引起水流的不稳定性增加,影响机组的稳定运行。
为了确保机组的稳定运行,需要对水流进行精确的控制和调节,这增加了电站的技术复杂性和运行成本。
高水头意味着斜井长度增加,而长斜井往往穿越复杂的地质条件,如断层、裂隙、软弱夹层等。这些不良地质条件可能对斜井的稳定性造成威胁,增加施工难度和风险,传统的施工方法可能没办法适用。
长斜井意味着钻孔深度加大,孔斜与方位角控制难度也随之提高。以天台抽水蓄能电站为例,该电站引水斜井长度达到483.4米,刷新了国内单级斜井长度的纪录。在如此长的斜井中,如何确保钻孔的精度和稳定能力是一个巨大的挑战。在开挖过程中,需要采用定向钻、反井钻机或TBM等高效开挖设备,并配备专业的测斜纠偏技术。
在高水头条件下,引水系统要承受极大的水压。在长龙山抽水蓄能电站中,为扛住超强水压,引水系统下半段“披”了一身“铠甲”——洞内采用压力钢管衬砌,最大管径5米。斜井长达415米,倾角58度,而钢管安装管节最大重量达28吨,等同于14辆20尺集装箱的重量。这相当于在一段长陡坡上溜放、焊接巨型重量级钢材,施工难度前所未有。(素材来源:中国三峡集团)
随着市场需求的持续不断的增加、技术进步的持续推动、政策支持和发展规划的落实以及经济效益与社会效益的显著提升,高水头抽水蓄能电站呈现出积极向好的态势。
随着西南地区经济的快速发展和新能源的大规模接入,电网对抽水蓄能电站的需求持续增长。
依托金沙江、大渡河、雅砻江、澜沧江等主要流域,一批水风光储一体化清洁能源基地正在加速建设中。
以雅砻江流域基地为例,该基地规划建设8座大型抽水蓄能电站。道孚抽水蓄能电站就是雅砻江流域水风光一体化基地的标志性项目。该电站具有超高水头、高海拔高寒、高地震烈度、机组高转速和大容量等特点,最大水头760.7米,仅次于在建的天台抽蓄电站,为国内第二高。
根据《抽水蓄能中长期发展规划(2021-2035年)》,为服务新能源大规模发展和电力外送需要,我国抽水蓄能电站将重点围绕新能源基地及负荷中心合理地布局,重点布局在“三北”地区。
西北地区抽水蓄能电站通常位于高海拔地区,为了更好的提高发电效率和储能能力,西北地区抽水蓄能电站一般会用高水头设计和大容量机组。