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來源：互聯網

抽水蓄能電站（Pumped Storage 功率 Station）是一種利用勢能和電能之間的轉換實現電網調峰的水電站，其在電力負荷低谷時使用電能抽水至上水庫進行存儲，在電力負荷高峰期再放水至下水庫進行發電，可實現電能的有效存儲，并具備啟停迅速、運行靈活可靠、可快速響應負荷變化等優勢。

抽水蓄能電站起源于19世紀，迄今已有超過140年的歷史。世界上第一座抽水蓄能電站于1882年在瑞士建成，其裝機容量為515千瓦，水頭達到150米。西歐地區的國家最早發展抽水蓄能電站，20世紀60年代以前在世界上占主要地位，其抽水蓄能電站容量占據世界總裝機容量的35%~40%。20世紀60年代后，隨著工業化來臨，美歐日等發達國家和地區迅速發展抽水蓄能電站。在其之后的20世紀70~80年代，興建抽水蓄能電站的國家從歐美等少數工業化國家和地區擴展到全球各地。20世紀90年代以后，西方發達國家的經濟增速有所放緩，導致抽水蓄能電站建設速率有所下降，而進入21世紀后，中國、等國家經濟增長速度提升，開始大力發展水電資源，也推動了全球抽水蓄能電站的裝機容量的增長。截至2021年底，全世界抽水蓄能電站裝機容量達16500萬千瓦，中國裝機容量3669萬千瓦，占世界裝機容量的22.2%，其次為和，分別為2750萬千瓦和2200萬千瓦。

抽水蓄能電站主要由上下水庫、輸水系統、電站廠房、抽水蓄能機組和開關站等組成，能夠按天然徑流條件、水庫調節周期和機組型式等方式進行分類；其中，按天然徑流條件可分為純抽水式、混合式和調水式。抽水蓄能電站主要在電力系統中起到調峰填谷、調頻、調相、事故備用和黑啟動等功能，基于這些功能，其不僅能產生容量效益和能量轉換效益等靜態效益，還能因承擔調頻、調相等動態任務從而產生動態經濟效益。

發展簡史

誕生背景

電力生產和使用之間存在供需不匹配問題。通常情況下，由于電力需求在白天和前半夜較高（最高時段稱為高峰），而在下半夜顯著下降（最低時段稱為低谷），發電設備需要在高峰時段提供最大輸出，在低谷時段降低產能甚至可能關閉，以避免過負荷運行、能源浪費和電網安全等風險。因此，需要采取適當的調控措施來有效協調發電設備的使用，抽水蓄能電站應運而生。

世界抽水蓄能電站發展歷程

抽水蓄能電站起源于19世紀，迄今已有超過140年的歷史。世界上第一座抽水蓄能電站于1882年在瑞士蘇黎士建成，其裝機容量為515千瓦，水頭達到150米。20世紀上半葉，抽水蓄能電站發展緩慢，而之后的20世紀50年代是抽水蓄能電站開始迅速發展的起步階段，年均增加裝機容量不足300兆瓦。截至1950年底，全球共建成31座抽水蓄能電站，總裝機容量約為1300兆瓦，部分混合式電站按泵工況最大入力統計，主要分布在瑞士、意大利、德國、奧地利、捷克、法國、西班牙、美國、巴西、智利和日本等國家，其中最早采用可逆式機組的是西班牙于1929年建成的烏爾迪賽電站，其裝機容量為7.2兆瓦。20世紀50年代以后，電站的技術水平也不斷提高，機組由四機式發展到二機式，單機混流式水泵水輪機組可使用的水頭不斷增大。1956年，美國田納西河流域的海沃西水電站擴建為抽水蓄能電站時，采用一臺60000千瓦的水輪機與抽水機合一的大型可逆式機組，此后，這種二機合一的抽水蓄能電站在世界各地得到推廣。

從第二次世界大戰后經濟復蘇期結束到1973年世界石油危機前，美歐日等發達國家和地區經歷了長達20余年的經濟高速增長期，隨著工業化來臨，帶來了電力需求迅速增長和電力負荷峰谷差加大等問題，因此，抽水蓄能電站因其良好的調峰填谷性能也得到了迅速發展，工業和電力系統的增長也推動了抽水蓄能技術的進步，抽水蓄能機組開始朝著高水頭、大容量方向發展。

到1960年，全球抽水蓄能電站的裝機容量為3420兆瓦，占全球總裝機容量的0.64%，此后，裝機容量年均增長1259兆瓦，到1970年，全球抽水蓄能電站裝機容量增至16010兆瓦，已占總裝機容量的1.42%。其中，美國抽水蓄能電站裝機容量自60年代起急劇增加，年均增長率高達45.5%，每年約增加360兆瓦，至1970年，其裝機容量已達3690兆瓦，躍居世界第一。

在其之后的20世紀70~80年代，興建抽水蓄能電站的國家從歐美等少數工業化國家和地區擴展到全球各地，主要促因是1973年和1979年的兩次石油危機使燃油電站的比重下降，與此同時，常規水電的比重也下降，導致電網調峰能力下降，而由于低谷富裕電量大增，迫切需要具有優越的調峰填谷性能的抽水蓄能電站。全球抽水蓄能電站的裝機容量增加量在20世紀70年代和80年代分別達到3051兆瓦和4036兆瓦，年均增長率分別達到11.26%和6.45%。20世紀80年代中，單機規模最大的是美國的巴斯康蒂水蓄能電站，裝機容量為6×350千瓦。

20世紀60~80年代的30年里，全球抽水蓄能電站的裝機容量年均增長率大約是全球總裝機容量增長率的兩倍左右，截至1990年底，全球抽水蓄能電站的容量增至86879兆瓦，占全球總裝機容量的3.15%。到1998 年時，全世界抽水蓄能電站總裝機容量增長至98273兆瓦，已占總電源裝機容量的3.03%。在這期間，隨著可調速電機、水泵水輪機及電力電子技術的發展與進步，由日本于1981年率先著手進行可變速抽水蓄能機組的研究。1987年，關西電力的成出電站投運了第一臺可變速抽水蓄能機組，容量為22兆瓦，隨后不斷總結經驗，使得可變速抽水蓄能技術越來越成熟，投運的可變速抽水蓄能機組也越來越多。

20世紀90年代以后，西方發達國家的經濟增速有所放緩，導致抽水蓄能電站建設的年均增長率從80年代的6.45%降至2.75%，截至2000年，全球抽水蓄能電站裝機容量達到114000兆瓦。而在這期間，日本由于水力資源豐富，長期以來一直以水力發電為主，其抽水蓄能電站發展也非常迅速，在1990年超過美國成為抽水蓄能電站裝機容量最大的國家。日本抽水蓄能發展經歷了水頭由低到高、容量逐漸遞增的漸進過程。水泵水輪機組不僅限于向高水頭、大容量發展，提高蓄能機組水力性能、擴大穩定運行范圍也是其技術研究的重點方向之一。針對高水頭水泵水輪機技術參數特點，開發了單級水泵水輪機分流式葉片轉輪，而針對更大穩定運行范圍、更大揚程變幅的抽水蓄能技術參數則采用可變速抽水蓄能機組。

進入21世紀后，中國、韓國等亞洲國家經濟增長速度提升，開始大力發展水電資源，也推動了全球抽水蓄能電站的裝機容量的增長。2005年，全球抽水蓄能電站的總裝機容量已達到120000兆瓦，年均增長率為9.1%，遠遠超過常規水電的發展速度。2010年，全世界抽水蓄能電站裝機容量達到135000兆瓦，年均增長率為1.71%，2020年達到159490兆瓦，年均增長率為1.68%。截至2021年底，全世界抽水蓄能電站裝機容量達16500萬千瓦，中國裝機容量3669萬千瓦，占世界裝機容量的22.2%，其次為和，分別為2750萬千瓦和2200萬千瓦。

中國抽水蓄能電站發展歷程

中國抽水蓄能電站的建設起步較晚，但由于后發效應，起點卻較高，建設的幾座大型抽水蓄能電站技術已處于世界先進水平。建設始于20世紀60年代后期，也在這時才開展對抽水蓄能機組的研究。1968年，中國首次在河北省石家莊市附近的崗南水電站裝置一臺由日本引進的蓄能機組，容量為11兆瓦。1973年又在北京市郊區的密云水電站安裝了兩臺中國國產的類似機組，容量為22兆瓦，但由于水庫調度和試制機組的質量問題，沒有很好地發揮作用。自1978年改革開放以來，隨著經濟的持續、穩定發展，對電力的需求急劇增長，在京津唐和華東等以火電為主的電力系統中，缺乏調峰電源的矛盾日益突出，抽水蓄能電站的建設和規劃選點工作的步伐大大加快。

20世紀80年代起的二十多年時間里，中國的抽水蓄能電站有了較快的發展，開始在廣東省、華東和華北等經濟發展較快的地區建設了十三陵（800兆瓦）、廣蓄（2400兆瓦）、天荒坪（1800兆瓦）等一批大中型抽水蓄能電站。其中，1981年，臺灣省興建了第一座抽水蓄能電站--明湖電站，裝機容量為4×250兆瓦，于1985年建成并網送電，隨后，再以日月潭為上水庫建明潭抽水蓄能電站。1991年，裝機容量270MW的潘家口混合式抽水蓄能電站首先投入運行，從而迎來了抽水蓄能電站建設的第一次高潮。到20世紀末，中國廣州抽水著能電站建成投產，為當時最大的單站抽水蓄能電站。截至2000年底，中國抽水蓄能電站的裝機總容量達到5520兆瓦，該階段電站單機容量、裝機規模已達到較高水平，但機組設計制造嚴重依賴進口。

進入21世紀后，由于經濟建設進入新一輪快速發展期，電力負荷迅速增長，多省市出現缺電現象，因此調峰需求進一步加大。為滿足需求，從1999年起，中國陸續開工建設了11座抽水蓄能電站，總建設規模達到11220MW，其中惠州、寶泉和白蓮河三座電站開始實現機組國產化。到2005年底，中國建成的抽水蓄能電站共13座（不含臺灣省，其中抽水能電站22兆瓦機組已停用），裝機容量達到5845兆瓦，已超過法國和等國，位居世界第五。

得益于抽水蓄能建設的快速發展和國家的大力支持，中國的發電設備制造業在水泵-水輪機研發、設計、制造等方面取得了在長足進步，通過技術引進、合作設計、合計生產，實現了由單一制造到合作開發到獨立研制的轉變，已經掌握了抽水蓄能機組設計開發的核心技術，并在工程建設中取得了很好的效果。截至2005年，中國有10個抽水蓄能電站正在建設中，可新增裝機容量達3000萬千瓦。中國正在建設的西龍池抽水蓄能電站，最大揚程達704米，達到了世界上已投運的單級混流式抽水蓄能機組中揚程最高的先進水平；天荒坪與廣州抽水蓄能電站單機可逆式水泵水輪機組的單機容量為300兆瓦，設計水頭在 500米以上，均為世界先進水平。

截至2010年底，隨著張河灣、西龍池、桐柏、泰安、宜興、瑯琊山等大型抽水蓄能電站相繼投產，中國抽水蓄能電站裝機容量達到14510MW。2017年，中國超越了日本，裝機容量達到28490兆瓦，成為全世界抽水蓄能電站規模最大的國家，截至2020年底，中國運行抽水蓄能電站32座、31490兆瓦，在建抽蓄裝機45450兆瓦。截至2022年底，中國已建抽水蓄能裝機容量4579萬千瓦。為實現“碳達峰、碳中和”等目標，中國國家能源局于2021年在《抽水蓄能中長期發展規劃（2021~2035年）》提出加快建設一批生態友好、條件成熟、指標優越的抽水蓄能電站，發展抽水蓄能現代化產業的措施規劃，預計到2025年，抽水蓄能投產總規模達到62000兆瓦以上；到2030年達到120000兆瓦左右。

2024年8月16日，由東方電氣集團自主研制的國家能源局能源領域首臺（套）重大技術裝備項目——300兆瓦級變速抽水蓄能機組發電電動機1:1轉子順利通過飛逸試驗，標志著中國變速抽水蓄能機組自主研制取得重要突破。2025年6月7日，華中地區首座700米級水頭抽水蓄能電站—平江縣抽水蓄能電站關鍵控制性工程，1號引水斜井全線貫通，為7月電站蓄水奠定基礎。平江抽水蓄能電站總裝機容量140萬千瓦，投運后每年可提供10.9億千瓦時清潔能源。12月29日，廣西壯族自治區南寧抽水蓄能電站全面投產，這也是廣西首座抽水蓄能電站，該抽水蓄能電站位于南寧市武鳴區，電站總投資約80億元，裝機規模120萬千瓦，安裝有4臺抽水蓄能機組，每小時可把100萬立方米的水能轉化為120萬度清潔電能，滿足20萬戶居民一天的用電需求。此外，該抽水蓄能電站從工程開工到全面投產僅41個月，工程建設包括上水庫、下水庫、輸水系統及地下廠房等，刷新了中國抽水蓄能工程建設的速度。

2026年1月，國家抽水蓄能中長期發展規劃重點項目-貴港市抽水蓄能電站主體工程全面開工建設，這是西部首個建在城市中心的抽蓄工程。該電站利用420米天然落差當"動力源"，4臺機組總調節能力達240萬千瓦，總投資81億元。

基本構造

抽水蓄能電站通過抽水和放水過程實現能量存儲和利用，它主要由上游水庫、下游水庫、輸水系統、電站廠房、抽水蓄能機組和開關站等部分組成。

上下水庫

抽水蓄能電站的上水庫用于儲蓄能量，而下水庫用于儲蓄上水庫發電過程放下來的水。上水庫容量應能滿足電站最大發電所需的水量并留有一定的備用庫容，以應對上水庫的滲漏和蒸發損耗。抽水蓄能電站中，上水庫高程高于下水庫，目的是存儲提高了高程的水，實現蓄能作用。下水庫則用于儲存發電后的下泄水，防止流失，并可將其再次注入上水庫進行蓄能。上水庫可以利用已建水庫或天然湖泊，也可新建。下水庫除可利用已建水庫、天然湖泊或新建外，也可利用海洋或河道作下水庫。

上水庫有正常蓄水位和死水位，正常蓄水位是水庫最高水位，死水位是水位的最低極限，它們之間的高程差被稱為水庫工作深度，包含的庫容是蓄能庫容。下水庫通常也有正常蓄水位和死水位，但如果下水庫是大湖泊等，水位變化很小，可以認為下游側的水位是常數。

輸水系統

抽水蓄能電站的輸水系統是電站儲蓄的水在上水庫與下水庫之間雙向流動的傳輸通道，主要包括兩部分：在上水庫和廠房之間的為引水部分（高壓部分）；在廠房和下水庫之間的為尾水部分（低壓部分）。

引水部分包括上水庫進（出）水口、引水道和上調壓室，引水道采用壓力隧洞或者壓力管道，引水道一般將上水庫的水引到發電廠房附近，再通過壓力管道將水引流入水輪發電機組發電。引水道和調壓室的構造均與常規水電站相同，進（出）水口發電時為進水口，抽水時為出水口，按雙向水流設計。進（出）水口既要防止出流時流速過大分布不勻，引起攔污柵振動破壞，又要防止進流時產生吸氣漩渦，壓力管道的岔管也要考慮雙向水流，使損失最小。

尾水部分包括下水庫進（出）水口、尾水道等，尾水道一般將水輪發電機組發電后的水引入下水庫。地下電站的尾水部分（低壓部分）也是有壓的，通常也做成圓斷面的隧洞。設計中要特別注意過渡過程中可能出現的負壓，如隧洞較長，一般需在機組下游修建尾水調壓井。因為引水系統高壓部分的造價比低壓部分高，故現在趨向于將廠房向上游動，也就是尾水隧洞將更長，更容易產生負壓。

電站廠房

抽水蓄能電站的廠房既是抽水蓄能電站的核心，也是運行人員進行生產和活動的場所。電站廠房包括廠房建筑（主廠房、副廠房、主變洞等）、抽水蓄能的發電電動機和開關站等。主廠房主要放置抽水蓄能發電電動機，該電機在抽水和發電階段分別作為電動機和發電機運行。副廠房則用于電站的運行、控制、監視、通信、試驗、管理以及工作場所，其中包括放置電氣設備、控制設備、配電裝置和公用輔助設備等，而主變洞用于安裝主變壓器。

抽水蓄能電站的廠房分為地面和地下兩種類型。通常，純抽水蓄能電站采用地下廠房，因為水泵和可逆式機組的吸出高度較低，通常為-25至-70米，但混合式抽水蓄能電站布局較為復雜，裝有兩種機組，抽水蓄能機組的安裝高程低于常規機組很多，不過也可以把抽水蓄能機組和常規機組分別布置在兩個廠房里。中低水頭抽水蓄能電站可以是壩后式或引水式，其中水泵和水輪機排水和吸水直接連通到尾水渠。高水頭蓄能電站幾乎都使用地下廠房，而許多中低水頭電站也采用地下廠房。這些地下廠房需要特殊設計來應對管道壓力和防滲漏問題，通常還需要開挖洞室來安裝變壓器。在一些情況下，電站可能需要建造尾水調壓井，將多臺機組的尾水閘門連接成第三個洞室。

抽水蓄能機組

抽水蓄能機組主要分為四機式、三機式和可逆式（二機式）等三種。現在使用最多的是可逆式機組，稱為水泵-水輪機。這種機組正向運行時為水輪機，反向運行時為水泵。發電-電動機要變方向旋轉，故在工況變換時要改變相序。可逆式機組兩種工況的運行轉速也可能不同，如果用兩種轉速，電動發電機要變換極對數。

抽水蓄能機組是水電機組，起動快速，適用負荷范圍廣，在電力系統中能很好地替代火電機組擔任調峰作用。作為水電機組，抽水蓄能機組有很強的負荷跟隨能力，在電網中可起調頻作用。抽水蓄能機組的利用時數不很高，隨時可以作為系統的備用機組。

開關站

開關站是裝設高壓開關、高壓母線和保護措施等高壓電氣設備的場所。抽水蓄能電站發出的電能通過主變壓器升壓后送到開關站，再經高壓輸電線輸送至用戶。100萬千瓦以上的抽水蓄能電站一般要用超高壓輸電線路連接到負荷中心，這樣可以用較少輸電回路滿足要求，即使距負荷中心很近也是如此。

工作原理

抽水蓄能是集抽水與發電于一體的一種儲能方式，其實現的是勢能和電能之間的轉換。抽水蓄能電站的工作原理如圖所示，在滿足地質和水文等條件的前提下，分別在上、下游設置水庫，利用可以兼作水泵和水輪機的蓄能機組，在電力負荷低谷時（夜間）以抽水的方式運行，將低地勢的下水庫抽到高地勢的上水庫中貯存起來，將電能轉換為勢能；在電力負荷高峰時（白天）以發電方式運行，再將上水庫的水釋放，驅動水輪發電機組發電，將勢能轉換為電能。

由于存在輸水、發電、抽水的損失，顯然放水發電的能量將小于抽水用去的電能，兩者的比值稱為抽水蓄能電站的綜合效率系數。抽水蓄能技術比較成熟，儲存能量巨大，設備的使用壽命可長達30~40年，綜合效率在70%~85%之間，已廣泛應用于電力系統中調峰填谷、調頻、調相、緊急事故備用、黑啟動以及為系統提供備用容量等方面。

主要功能

抽水蓄能電站憑借其靈活調節、工況快速轉換、大容量存儲等優良特性，可有效調節電力系統的供需，大幅度提高電網的運行安全運行水平和供電質量，具體功能包括調峰填谷、調頻（快速跟蹤負荷）、調相（調壓）、事故備用和黑啟動等。

（1）調峰填谷功能：在電力系統用電負荷高峰時段，抽水蓄能電站會釋放上水庫儲存的水，通過涌流引發水輪機發電，將勢能轉化為電能并注入電力系統，以緩解電力供應，相當于削平電力負荷曲線的尖峰（調峰）；在電力系統用電負荷低谷時段，抽水蓄能電站能夠將電力系統的多余電能利用起來，通過將水抽升至高處的蓄水池中，將電能轉化為勢能儲存起來，相當于填平電力負荷曲線的低谷（填谷）。這種調峰填谷作用（能量存儲和釋放）使得抽水蓄能電站成為調節電力供需平衡的重要手段，可以在電力系統負荷波動較大時提供靈活的調節能力，實現電量在空間和時間上的轉移。

（2）調頻功能：電網頻率的穩定性是電網供電質量的重要指標。抽水蓄能電站具備快速響應負荷變化的能力，可以迅速調整輸出功率以滿足電力系統的實時需求。當電力系統負荷突然增加時，抽水蓄能電站能夠迅速釋放儲存的水能，增加發電功率，以滿足系統的需求。反之，當電力系統負荷突然減少時，抽水蓄能電站可以減少發電功率，將多余的電能轉化為勢能儲存起來，以供日后需求，有助于維持電網有功功率實時平衡，發揮調頻效益。

（3）調相功能：抽水蓄能電站的調相功能又稱為調壓功能，其具有較強的調相功能，可以調節無功功率，對電力系統的電壓進行調節和穩定。電力系統無功功率不足會導致電壓下降，影響電力系統的供電質量和運行安全。通過吸收或產生感性無功功率，抽水蓄能電站可以調節穩定電網的電壓，保持電力系統的電壓質量在合適范圍內。

（4）事故備用功能：抽水蓄能電站具有靈活調節性和工況轉換能力，可作為電力系統中的優質備用電源，在電力系統突發故障或其他電源失效時，能夠迅速啟動并提供穩定的電力輸出。通過調整抽水蓄能電站的出力，可以在短時間內增加或減少供電能力，以滿足電力系統的緊急需求，提高電力系統的供電可靠性，減少事故損失。

（5）黑啟動功能：抽水蓄能電站輔助設備簡單，啟動速度快、爬坡能力強、工況轉換快速，可作為電力系統中優質的黑啟動電源，其可以在不依賴外部電源的情況下啟動并發電，同時帶動其他機組啟動，快速恢復電力系統的供電。黑啟動是保障電力系統安全運行的重要措施之一，可以使系統在短時間內恢復帶負荷能力。若無任何黑啟動措施，則會使停電時間延長，從而造成更加嚴重的損失。

常見分類

按天然徑流條件分

純抽水式

純抽水蓄能電站的特點是它們通常位于沒有天然徑流來源的上水庫，不依賴天然河道的落差和徑流，而是通過人工方式建造上池，并使用靳莊水庫作為下池。這些電站通常選址在水頭較高且巖石質量較好的地方。高水頭意味著上池容積和建筑物如機組、廠房和管道可以較小，而巖石質量好意味著可以經濟地建造地下廠房和壓力管道。勒丁頓抽水蓄能電站就屬于純抽水蓄能電站，位于美國東北部密歇根湖（密執安湖）東岸，距勒丁頓市9.4千米，裝機容量1872兆瓦，上水庫布置在離密歇根湖不遠的山頂上，用土堤圍成，下水庫直接利用天然的密歇根湖。

混合式

混合式抽水蓄能電站由常規水電站和抽水蓄能電站結合而成，通常是將部分常規水力發電機組改建為抽水蓄能機組或在常規水電站上擴裝抽水蓄能機組，也有極少數情況是在規劃常規電站時一并考慮抽水蓄能電站，這類電站的特征是上水庫有天然入庫徑流，既可利用天然徑流發電，也可從下水庫抽水蓄能發電。潘家口抽水蓄能電站是典型的混合式抽水蓄能電站，它位于河北省遷西縣灑河橋鎮上游10千米處的灤河干流上，電站設計總裝機容量420兆瓦，多年平均年發電量5.64億千瓦時，抽水蓄能發電量為2.08 億千瓦時。

調水式

調水式抽水蓄能電站的特點是抽水站和發電站分設兩處，故有時也稱分建式抽水能電站。調水式抽水蓄能電站的上水庫建于分水嶺高程較高的地方，在分水嶺某一側攔截河流建下水庫，并設水泵站抽水到上水庫。在分水嶺另一側的河流設常規水電站，從上水庫引水發電，尾水流入水面高程最低的河流。這種抽水蓄能電站的下水庫有天然徑流來源，上水庫沒有天然徑流來源，其調峰發電量往往大于填谷的發電量。

例如慈利縣跨流域抽水蓄能電站工程，其建于湖南省慈利縣境內，在阮江直流白洋河上源渠溶溪設水泵站，引水送至趙家埡水庫，年抽送水量1670萬立方米。趙家埡水庫下面設3級水電站，總裝機容量12300千瓦，其尾水流入支流零溪河，該工程年抽水量為 340萬千瓦時，年發電量為1390萬千瓦時。

按水庫調節周期分

日調節

日調節即利用每日夜間的剩余電能抽水蓄能，然后在白天高負荷時放水發電的方式，這取決于系統條件在以火電和核電站為主的地區修建這種形式的抽水蓄能電站非常必要。

周調節

周調節是利用周負荷圖低谷（星期日或節假的低負荷）時抽水蓄能，以一周為運行周期，利用這48至60小時低荷期間的有利條件抽水，然后在其他工作日放水發電的方式。如能利用天然湖泊或與一般水電站相結合，將更為經濟，與日調節電站相比，上水庫必須有更大的蓄水庫容。

季調節

季調節是利用洪水期多余的水電或火電將下游水庫中的水抽至上游水庫，以補充上水庫枯水期的庫容并加以利用，以增加季節電能的調節方式，當上游水庫高程較高，下游又有梯級水電站時，更為有利，較上述兩種蓄能電站大得多，一般利用徑流式電站豐水期季節性電能作抽水電源。

年調節

年調節抽水蓄能電站大多數采用混合式抽水蓄能電站模式，它在夏季豐水期持續抽水蓄能，而在高峰負荷的冬季枯水期連續發電，以平衡年度負荷曲線。為了滿足數月的蓄水需求，上水庫需要具有巨大的庫容，而下水庫的容積通常足夠儲存數小時的入流量即可，但必須確保有足夠的來水量以滿足連續抽水的需求。這種抽水蓄能電站不僅能夠實現高度調節性，還可以同時滿足較低性能的調節需求。

按機組型式分

分置式（四機式）

分置式抽水蓄能電站將水輪發電機組和由電動機帶動的水泵機組分開設置，只共用輸水排水管和輸電設備。這樣的設計使抽水和發電操作完全分離，水輪機和水泵均可在高效區運行，提高了運行的便捷性和機械效率，但由于機械設備昂貴且需要大面積的廠房，因此現在很少采用。只有將抽水站和發電站分別設置在分水嶺上池兩側時，這種方式才會被采用。

串聯式（三機式）

串聯式抽水蓄能電站的水泵和水輪機共用一臺發電電動機，不論橫軸和立軸如何布置，水泵、發電電動機、水輪機三者置于同一軸上。水泵和水輪機仍各自獨立，分別按照要求設計，因此，能夠保證各自高效率運行。同時，這種布局使得水泵和水輪機都以相同方向旋轉，無需停機即可進行工況轉換，提高了機組的靈活性。由于三機式電站可使用多級水泵提升水的揚程，因此在較高的水頭條件下也可以應用。

可逆式（二機式）

可逆式抽水蓄能電站的水泵與水輪機合為一體，與發電電動機連在同一軸，即形成所謂的二機式，這是當前最常見的類型。當機組順時針轉動時為發電運行工況，逆時針轉動時則成為抽水運行工況，它的主要優點是結構簡單、造價低。由于二機式的機組比三機式高度要低，廠房尺寸也較小，可節省土建投資，故可逆式機組得到了很大的發展。

其他分類方式

抽水蓄能電站還可以按照水庫座數及其位置、發電廠房形式、水頭高低及裝機容量等方式分類，如下表所示：

主要特點

優點

靈活性強：抽水蓄能電站具有啟動/停機迅速和運行靈活的特點，能夠快速響應電力系統的需求。

站址選擇靈活：抽水蓄能電站的站址選擇相對靈活，不需要大水源，容易找到高水頭的地點，在站址的選擇上比常規電站的限制少。當沒有比較合適的站址時，也有可能將蓄能電站修在距離負荷中心較遠的地方。

節能環保：抽水蓄能電站以水為介質，是一種清潔的能源轉換方式，有助于減少燃料消耗和環境污染；可以提高系統對風電、太陽能發電等波動性電源的消納能力，充分利用清潔的可再生能源。

負荷調節功能強：抽水蓄能電站可以進行調峰、調頻、調相和緊急備用，即有效存儲電能并在需要時重新分配，有助于維持電力系統的動態平衡。當電力系統負荷處于低谷時，抽水蓄能，消耗系統剩余電能，起到“填谷”作用；發電時，則起到“削峰”作用。

發電成本較低：與同容量的一般水電站比較，水工建筑物的工程量小，淹沒土地少，單位千瓦投資也少，發電成本低，送電容量不受天然徑流量豐枯的影響。

缺點

建設成本高：抽水蓄能電站需要建造大規模的水庫和基礎設施等，建設周期較長、成本相對較高。

地理限制性大：抽水蓄能電站需要合適的地理條件建造水庫和水壩，即需要合適、可用的蓄水池，這限制了其在一些地區的可行性和適用性。

易發生失穩和滲漏情況：抽水蓄能電站的調節周期短，隨電站的運行和工況的轉換，上、下水庫的水位有大幅度的快速升落，需要特別關注壩體和庫坡的穩定性，以及水庫的滲漏問題。

關鍵技術

抽水蓄能電站選址技術

抽水蓄能電站的建設對地理條件的要求很高，因此選址十分重要，需要考慮的因素包括地理位置（是否靠近供電電源和負荷中心）、地形條件（上下水庫落差、距離等）、地質條件（巖體強度、滲透特性等）、進出水口要求等，需要對抽水蓄能電站的選址進行多方面綜合考慮，選擇最優的方案。抽水蓄能電站的選址技術的作用在于確保電站的建設和運行能夠最大限度地發揮其多種功能，同時最大程度地確保經濟性和安全性，實現可持續發展和清潔能源利用的目標。通過科學合理的選址，可以提高抽水蓄能電站的能效和經濟效益，為當地和整個電力系統提供可靠的清潔能源支持。

抽水蓄能機組技術

抽水蓄能機組技術是抽水蓄能電站進行儲能和發電的關鍵技術，其具體硬件結構通常由水輪發電機組和水泵組成，并逐漸向高水頭、大容量的水泵水輪機發展。抽水蓄能機組技術采用高水頭可以實現較高機組轉速，減小機組尺寸或在尺寸不變的條件下增大單機容量，同時減少水庫容量和壓力管道直徑，提高機組工作效率；而電站采用更大單機容量可以降低成本、簡化控制系統，以獲得更好的經濟效益。

抽水蓄能機組主要有定速和變速兩類技術路線，而作為抽水蓄能領域重要的技術進步之一，變速機組在水輪機工況下的高效運行區間更廣，在水泵工況下一定范圍內入力可調，對電力系統的響應速度更快、調節能力更強、支撐效果更好，已成為研究熱點。抽水蓄能機組技術的應用使得抽水蓄能電站具有快速啟動和停止的特點，可以迅速響應電力系統的需求，調節電網負荷，填補電力缺口，以及應對峰谷電力需求的變化等。

主要效益（價值）

靜態效益

容量效益

抽水蓄能電站是一種具有調峰填谷功能特性的能源設施，可以在負荷高峰時段充當電網的供電峰值容量，能夠有效地調節電網負荷曲線高峰和低谷之間的差距。通過調節作用，可以減少火電機組的日出力變幅，使其在高效區域運行，提高發電效率，降低燃料消耗和排放量。此外，抽水蓄能電站建設相對成本較低，建設周期較短，并且運行費用也相對較低。因此，在電網中缺少調峰電源時，通過建設抽水蓄能電站可以有效地承擔系統的工作容量和備用容量，從而可減少火電或其他類型電源的裝機容量，節省電力系統的投資和運行費用，由此產生的經濟效益稱為容量效益。

能量轉換效益

抽水蓄能電站的獨特功能就是進行能量轉換，能量轉換效益是指將電網的低谷電能轉換為峰荷電能并替代昂貴的峰荷火力發電時產生的效益，主要體現在調峰效益和填谷效益上。

調峰效益指的是抽水蓄能電站能夠在負荷高峰時段釋放儲存的水能，提供額外的電力供應，從而減輕火電機組等其他發電設備的負荷壓力，使其能夠更加高效地運行，減少發電機組的啟停頻率，提高發電效率，延長機組壽命。填谷效益則指的是抽水蓄能電站利用低谷時段的多余電能，將其轉化為水能進行儲存，在負荷高峰時期，將儲存的水能釋放出來進行發電，填補電力供應缺口。這樣可以有效平抑負荷峰谷差，提高電力系統的穩定性，減少對昂貴的峰荷火力發電的需求，從而降低運行維護費用和燃料消耗，進而實現節能減排的效益。

動態效益

調頻效益

電力系統由于負荷波動和計劃外負荷增減，均會導致系統頻率的變化。而抽水蓄能電站在電力系統的調頻過程中體現出的效益稱為調頻效益，它能夠通過靈活的增減負荷、快速響應負荷變化等特點，對電網頻率穩定起到關鍵作用。與火電機組相比，抽水蓄能電站能夠更有效地減少燃料費用和檢修費用，并且在承擔調頻任務時也能降低火電機組的啟停次數，進而減少機組的損耗。當抽水蓄能電站承擔調頻任務時，雖然會產生一定的能量損耗，但整體來看，其對于系統的調頻效益仍然是正向的。此外，抽水蓄能電站的使用也有助于提高電力系統的靈活性和穩定性，對于應對負荷波動和突發情況具有重要意義。

調相效益

電力系統中的無功功率是非常重要的，它對電網的穩定運行和供電質量有著直接的影響，承擔無功負荷會對電廠造成投資增加，能量損耗，設備維修、磨損等影響。為了解決無功功率不足或過剩的問題，經常利用抽水蓄能電站來調節，在這個過程中體現出的效益稱為調相效益。

隨著電網容量的擴大，對無功容量的需求也在增加，電網無功功率不足，會造成系統電壓下降，無功功率多余時，會造成系統電壓上升。通過調節無功功率，抽水蓄能電機可以有效地控制電網的電壓波動。當電網的電壓下降時，抽水蓄能電機注入無功功率，提高電網的電壓；而當電壓上升時，抽水蓄能電機可以吸收無功功率，降低電網的電壓。這樣可以確保電網的供電質量達到要求，減少電力設備的損壞和故障發生的可能性。

事故備用效益

抽水蓄能電站因為承擔事故備用任務所產生的效益稱為事故備用效益。利用抽水蓄能機組的啟動迅速、升荷速度快的特點，將其作為旋轉備用機組，可以在系統發生事故時迅速代替火電機組，減少事故過程中的缺供電力、缺供電量和縮短事故進程。一旦系統發生事故，它可以立即停止水泵的運行，減輕系統的供電負荷，如果需要，它還可以轉變為水輪發電機進行發電。同時，當機組不運行時，抽水蓄能電站可作為最佳的冷備用，只需幾分鐘即可滿載應對緊急事故。

抽水蓄能電站承擔事故備用任務的方式有兩種。第一種方式是將抽水蓄能電站裝機容量中的一部分專門用來承擔事故備用任務，而不參與靜態發電任務。這種方式可以減少火電機組的裝機容量或開機容量，從而降低系統投資或燃料消耗。第二種方式是在抽水蓄能電站優先承擔靜態發電任務后，利用其不發電的剩余容量向系統提供事故備用。無論采用何種方式，抽水蓄能機組都能夠快速代替火電機組承擔事故備用，提供緊急備用和冷備用，改善火電機組運行條件，保持高效率運行，減少燃料消耗，對供電可靠性和系統穩定起到重要作用，減少停電和限電對社會經濟造成的損失。

負荷跟隨效益

電力系統的發電與供電必須保持平衡，但電網負荷是不斷變化的。因此，在任何時刻，系統可提供的出力變化速率必須大于負荷變化速率。但由于負荷最高的機組無法進行調整，增加負荷功能需要依靠運行在壓荷狀態下的機組，發電系統的出力變化速率等于所有處于壓荷運行狀態的機組出力變化速率之和。當無法滿足上述要求時，可以使用抽水蓄能機組短時替代火電機組運行，抽水蓄能機組具有快速負荷跟隨和較強的爬坡能力，以使火電機組能夠適應負荷變化速率，這個過程產生的效益被稱為負荷跟隨效益。

黑啟動效益

黑啟動是電力系統中的一項重要輔助服務，其效益主要體現在緊急情況下的應急恢復能力。通過抽水蓄能電站的黑啟動功能，可以在電力系統出現重大故障導致停電或電力供應短缺的情況下，迅速自啟動并提供電力支持，幫助電網快速恢復供電能力。這不僅縮短了停電時間，減少了對用戶和關鍵設施的影響，還提高了整個電力系統抵御事故的能力。

環境效益

抽水蓄能電站在環境方面具有節煤和環保等多重效益。作為清潔能源驅動的設置，其本身基本不產生污染，有效避免了一部分火電廠燃煤產生的煙塵排放，從而節約了煤炭資源并降低了二氧化碳、硫化物、氮氧化物、粉塵及一氧化碳等污染物的排放量。同時，抽水蓄能電站還能起到美化環境、提供旅游資源的作用，例如中國廣東省惠州市就以抽水蓄能電站為主體構建特色旅游項目，推動地區經濟發展。在系統調峰和填谷時，抽水蓄能電站替代小容量火電機組的作用，降低系統的煤耗率，提高火電機組的利用率和運行效率，改善運行條件，減少發電機組停用和啟動次數，進而減少污染物排放，隨之產生環保效益。

發展趨勢

利用中小型抽水蓄能站點資源豐富、布局靈活、距離負荷中心近、與分布式新能源緊密結合等優勢，因地制宜規劃建設中小型抽水蓄能電站，探索與分布式發電等結合的小微型抽水蓄能技術研發和示范建設，解決場站級、低成本的分布式抽水蓄能電站快速選址、設計和施工難題，滿足風電和光伏就地儲能的需求。

混合抽水蓄能電站具有投資小、建設周期短、節省站址資源等優點，可成為常規抽水蓄能電站的有益補充。研究結合常規水電開發的混合式抽水蓄能電站技術，包括常規電站改建抽水蓄能電站、梯級水電站或常規電站與抽水蓄能電站結合等。利用已建水電站增建可逆機組或擴大裝機容量，使常規水電站具備抽蓄的功能，縮短建設周期，減小水庫淹沒和環境影響，節省投資，提高水能利用效率，有效補充電力系統對靈活電源的需求。

研究海水抽水蓄能電站關鍵技術，利用海水作為能量儲存的介質，通過解決其規劃設計、海水條件下庫盆和輸水系統防滲及水工建筑物、金屬結構防腐、防附著技術與材料選型、環境影響評估與生態修復等技術難題，推動海水抽水蓄能電站的建設，促進沿海地區新能源的開發，構建安全、穩定、清潔能源供應體系，從而保障了新型電力系統的建設。

廢棄礦洞抽水蓄能電站利用廢棄的礦井作為能量儲存的場所，通過研究關鍵技術，解決站址選擇、工程布置、襯砌支護及防滲處理、運營模式等難題，可以充分利用廢棄礦洞資源，促進資源的再利用，改善生態環境，推動循環經濟的發展，此外，還可以有效補充電力系統對靈活電源的需求。

標準規范

中國抽水蓄能電站設計應按照所在電力系統調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等方面的需求，使電力系統獲得高效安全穩定的運行效果。根據電力系統需要及工程建設條件，抽水蓄能電站可按日、周、年調節運行方式設計，各階段勘測設計工作的具體內容及深度要求應符合現行行業標準《抽水蓄能電站選點規劃編制規范》NB/T 35009、《水電工程預可行性研究報告編制規程》DL/T 5206、《水電工程可行性研究報告編制規程》DL/T 5020和《水電工程招標設計報告編制規程》DL/T 5212 的有關要求。抽水蓄能電站設計，除應符合《抽水蓄能電站設計規范》外，尚應符合國家現行有關標準的規定。

知名抽水蓄能電站

蘇黎世奈特拉電站

蘇黎世奈特拉電站是世界上最早的抽水蓄能電站，建于1882年，位于瑞士蘇黎世，其揚程153米，功率515千瓦，汛期將河流多余水量（下庫）抽蓄到山上的湖泊（上庫），供枯水期發電用，是一座季節型抽水蓄能電站。

豐寧抽水蓄能電站

截至2022年，豐寧抽水蓄能電站是世界上在建容量最大的抽水蓄能電站，始建于2013年5月，位于中國河北省承德市豐寧滿族自治縣，其總裝機360萬千瓦，居世界首位；12臺機組滿發利用小時數達到10.8小時，一次最大儲能近4000萬千瓦時，儲能能力世界第一；地下廠房單體總長度414米，高度54.5米，跨度25米，是最大的抽水蓄能地下廠房；地下洞室群規模世界第一，豐寧電站地下洞室多達190條，總長度逾50千米，地下工程規模龐大。

截至2023年8月31日，豐寧抽水蓄能電站已完成共十臺機組的商業投產運行（1號-10號機），已投產容量300萬千瓦，剩余11號機組完成轉子整體耐壓試驗、12號機組開展整組啟動調試籌備工作，2024年投產2臺變速機組（11號、12號），實現全部并網發電。