国外抽水蓄能电站的发展历程

抽水蓄能电站的建设起始于欧洲。1882年瑞士建成了世界上最早的抽水蓄能电站——苏黎世奈特拉抽水蓄能电站,功率515kW,扬程153m,1909年又建成了沙夫豪森抽水蓄能电站,装机容量2000kW,扬程154m。随后意大利于1912年利用两个天然湖泊之间的156m 落差建成维罗尼抽水蓄能电站,装机容量7600kW。时隔12年法国建成贝尔维尔抽水蓄能电站,装机容量18000kW,水头达542m。接着德国于1926年建成施瓦森巴克沃克抽水蓄能电站,装机容量增加到43000kW,扬程为340m。1931年日本建成了小口川第三电站,该电站为混合式抽水蓄能电站,其蓄能装机14000kW,额定水头621.2m。此后西方发达国家又相继修建了一批抽水蓄能电站。电站装机规模逐渐增大,其中以德意志联邦共和国于1943年建成投产的维茨瑙抽水蓄能电站装机220MW 为最大。根据《WaterPower& Dam Construction》2001年年刊所载《世界抽水蓄能电站调查表》统计,到1950年,全世界建成抽水蓄能电站28 座,投产容量约1994.01MW。进入20世纪60年代,美国、日本、西德、法国等发达国家加快了抽水蓄能电站的建设步伐,稍后发展中国家,例如南非、印度、巴西、哥伦比亚等也开始建设抽水蓄能电站,投入运行的抽水蓄能电站迅速增加。据不完全统计,截至2004年全球已有38个国家和地区修建了抽水蓄能电站,到2004年投入运行的抽水蓄能电站317座,装机总容量为122078.81MW。其中装机容量最多的国家是日本,为23682.78MW;其次是美国,为20010.00MW;第三位是俄罗斯,为12283.00 MW;我国名列第七位,为5727.00MW,见表1.1,详见附录。

表1.1　世界抽水蓄能电站装机容量排行榜(截至2004年)

续表

从1950～1980年的31年间电站数增加7.9倍,装机容量增加29.3倍,这说明随着装机总量的增加,单站装机规模增加较快。年平均增长率以1961～1970年最大,为15.37%,其次是1971～1980年,为12.30%,进入20世纪80年代以后,年平均增长率开始出现下降趋势。各时期抽水蓄能电站增长情况见表1.2,详见附录。

表1.2　世界抽水蓄能电站增长情况统计表

注 加括号的数字包括投产和在建的电站。

早期建设的抽水蓄能电站装机规模比较小,随着电力系统的扩大及机组制造技术的进步,电站装机规模逐渐增大,目前已经全部建成或首台机组投产的装机容量达到或超过1000MW 的抽水蓄能电站有43座。其中最大的是俄罗斯的卡涅夫抽水蓄能电站,装机容量为3600MW,第一台机组于1993年建成发电;其次是我国的广州抽水蓄能电站,装机容量为2400MW,第一期4×300MW 于1994年建成发电,第二期4×300MW 于2000年建成投产。日本的神流川抽水蓄能电站装机2700MW,共6台机组,一期工程4台机组于1999年4月开工建设,计划2005年7月1号机组投产,5年后2号机组投产,3号、4号机组尾水管锥管已安装,何时投产尚无计划。世界大型抽水蓄能电站见表1.3,详见附录。

初期建设的抽水蓄能电站采用水轮机与水泵分开布置,后来随着水力机械制造技术的进步,逐步采用可逆式机组(发电电动机——水泵水轮机组),最早采用可逆式机组的是西班牙于1929年建成的乌尔迪塞托抽水蓄能电站,该电站装机容量7.2MW,最大扬程420m。20世纪60年代以后,抽水蓄能电站大量采用可逆式机组,目前单级水泵水轮机的最大扬程已达778m(日本葛野川电站),最大单机容量已达475MW(美国的腊孔山电站)。

世界抽水蓄能电站迅速发展的主要原因归纳起来有以下几点。

(1)电力负荷迅速增长,特别是用电结构的变化,使负荷率下降,高峰负荷与低谷负荷差距加大,要求有更多的运行灵活的电站来承担调峰任务。而一些国家和地区可供经济开发的常规水电已开发殆尽,不能满足电力系统安全、经济运行需要。(www.xing528.com)

(2)普通火电机组参加调峰运行技术上难以完全适应电力负荷急剧而频繁变化,频繁大幅度变出力运行容易引起故障,增加检修维护费用,同时机组效率降低,能耗增加,也加大了运行费用。而专门设计的用来担任调峰运行的所谓尖峰火电机组制造技术复杂,价格昂贵,运行成本高。

(3)新型高参数大容量火电机组大量投入,核电站日益增多,从安全和经济的角度出发都要求这些机组尽可能在高效率区稳定运行。抽水蓄能电站正好能配合这些电站联合运行,既可提高电力系统的运行可靠性,又能降低电力系统运行成本,经济效益和社会效益明显。

(4)随着科学技术的进步,机组制造水平不断提高,高扬程、大容量可逆式机组得到广泛应用。而扬程高、水头大,相应的调节库容、输水道直径、机组和厂房尺寸都可以大为减小,工程造价随之降低,单位千瓦投资接近或低于火电。同时与常规水电相比,抽水蓄能站具有发电调节水量少、水库规模小淹没损失小、外协问题较易处理、施工导流不复杂等优点。并且可供选择的站址较多,有可能找到建设条件优越的站址。

表1.3　世界大型抽水蓄能电站（截至2000年）

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注　加括号的年份为计划投产的时间。

(5)由于实行分时电价,高峰、低谷电价差距逐步拉大,抽水蓄能电站可以做到低价进(指抽水购电)高价出(指发电售电),财务上有优势。特别是从电网公司整体利益出发,抽水蓄能电站可以为电力系统获得数量可观的静态效益和动态效益,足可抵偿电站建设及运行资金支付和弥补抽水蓄能在能量转换过程中造成的损耗。

(6)有的国家所处地理位置优越,国内又有丰富的建设条件和优良的抽水蓄能站址,建设抽水蓄能电站吸收邻国低谷廉价电力,向国外出售高峰电力,提供调频、调相、旋转备用等服务,从中获得可观利润。即为了经济目的而开发抽水蓄能电站。