抽水蓄能电站设计（上、下册）

抽水蓄能电站发展至今已有１００多年的历史，１８８２年瑞士建成了世界上早的抽水蓄能电站—苏黎世内特拉抽水蓄能电站。２０世纪上半叶抽水蓄能电站发展缓慢，到１９５０年，全世界建成抽水蓄能电站２８座，投产容量仅约２０００ＭＷ。２０世纪６０年代后，抽水蓄能电站开始快速发展，２０世纪后半叶建成１１６０００ＭＷ。截至２０１０年，全世界共有４０多个国家和地区已经建成或正在建设抽水蓄能电站，投入运行的抽水蓄能电站超过３５０座，总装机容量超过１６００００ＭＷ。目前很多发达国家抽水蓄能电站的
装机容量已占较高比例：奥地利１６％、日本１３％、瑞士１２％、意大利１１％。我国抽水蓄能电站的装机容量目前仅占整个电网装机容量的２．１％，发展规模还处于较低的水平。
我国研究开发抽水蓄能电站始于２０世纪６０年代。１９６８年在冀南电网的岗南水电站安装了一台可逆式机组，建成我国座混合式抽水蓄能电站。１９９３年京津唐系统较大规模的潘家口混合式抽水蓄能电站建成投产，该电站装机容量４２０ＭＷ，包含１台１５０ＭＷ 的常规水电机组、３台９０ＭＷ 的可逆式机组。随后，广州抽水蓄能电站（一、二期各１２００ＭＷ）、天荒坪抽水蓄能电站（１８００ＭＷ）、十三陵抽水蓄能电站（８００ＭＷ）也在２０世纪９０年代相继建成投产发电。
我国抽水蓄能电站建设虽然起步较晚，但有以往大规模常规水电建设所积累的经验，近十几年来引进的国外先进技术和管理经验，通过消化吸收、大量的工程实践和创新，使中国抽水蓄能电站有着很高的起点。目前己建的抽水蓄能电站数目不多，但在建工程较多。目前世界上在建抽水蓄能电站大部分在中国，总规模即将达到世界前列。
抽水蓄能电站运行具有两大特性：一是它既是发电厂，又是用户，它的填谷作用是其他任何类型发电厂所没有的；二是启动迅速，运行灵活、可靠，对负荷的急剧变化可以作出快速反应，除调峰填谷外，还适合承担调频、调相、事故备用、黑启动等任务。我国已建的抽水蓄能电站在各自的电网中都发挥了重要作用，使电网总体燃料得以节省，降低了电网成本，提高了电网的可靠性。
抽水蓄能电站是目前经济的大型储能手段。目前已有的储能手段包括化学储能、压缩空气储能等，但化学储能主要使用于电池，大型化学储能成本过高，且安全性没有解决，压缩空气储能效率比抽水蓄能电站低，运行的灵活性上也没有抽水蓄能电站好。抽水蓄能电站是智能电网的重要组成部分，也是风电、核电等清洁能源在电网中大量存在的前提条件。
华东勘测设计研究院是国内早进行抽水蓄能电站研究的设计院之一，从２０世纪７０年代起，在江苏、安徽、浙江开展了抽水蓄能电站的规划选点工作。２０世纪７０年代末，进行了华东电网浙北地区抽水蓄能站址选择，选定天荒坪站址（１８００ＭＷ）开展可行性研究、初步设计，并于１９９４年开工建设。天荒坪抽水蓄能电站台机组于１９９８年８月投入商业运行。之后，华东勘测设计研究院还先后承担了浙江桐柏抽水蓄能电站（１２００ＭＷ，２００６年投产）、山东泰安抽水蓄能电站（１０００ＭＷ，２００６年投产）、江苏宜兴抽水蓄能电站（１０００ＭＷ，２００８年投产）、河南宝泉抽水蓄能电站（１２００ＭＷ、２０１１年投产）的勘察设计工作，积累了丰富的经验。目前华东勘测设计研究院承担勘察设计的在建工程有安徽响水涧抽水蓄能电站（１０００ＭＷ、计划２０１２年投产）、福建仙游抽水蓄能电站（１２００ＭＷ、计划２０１３年投产）、江西洪屏抽水蓄能电站（１２００ＭＷ、计划２０１６年投产）、浙江仙居抽水蓄能电站（１５００ＭＷ、计划２０１６年投产）、安徽绩溪抽水蓄能电站（１８００ＭＷ、待核准开工）；正在进行可行性研究阶段工作的项目包括天荒坪二期（２１００ＭＷ）、江苏句容（１３５０ＭＷ）、福建厦门（１４００ＭＷ）、福建永泰（１２００ＭＷ）、安徽金寨（１２００ＭＷ）等抽水蓄能电站；已完成预可行性研究的项目包括山东泰安二期（１８００ＭＷ）、河南宝泉二期（１２００ＭＷ）、福建周宁（１２００ＭＷ）、江苏竹海（１８００ＭＷ）、安徽桐城（１２００ＭＷ）、浙江宁海（１４００ＭＷ）、浙江天台（１８００ＭＷ）、浙江缙云（１８００ＭＷ）、浙江淳安（１２００ＭＷ）、浙江泰顺（１２００ＭＷ）等抽水蓄能电站。
从２０世纪８０年代的天荒坪抽水蓄能电站开始，华东勘测设计研究院几代人致力于探索抽水蓄能电站勘察设计的理念，探索、解决抽水蓄能电站的技术问题，从抽水蓄能的电站的总体布置到各功能建筑物的细部设计力求做到提出适合工程具体条件的全面解决方案。几十年来，在经历大量特点不同的抽水蓄能电站勘察设计实践后，有了一些体悟，虽然其中还有一些思路或想法还不是十分成熟，还在努力探索之中。
２０１０年９月，浙江省抽水蓄能工程技术研究中心在华东勘测设计研究院成立。该中心以市场为导向，以项目为载体，以服务国家和地方经济建设为目标，不断技术创新，努力提高我国抽水蓄能电站技术水平，目前研究主要课题包括抽水蓄能建设战略研究、抽水蓄能工程构筑物关键技术研究、抽水蓄能机组关键技术研究等，使得华东勘测设计研究院在抽水蓄能电站工程技术研究方面有了长足的起步。
通过大量的抽水蓄能电站工程实践，华东勘测设计研究院对抽水蓄能电站从站址选择、枢纽总体布置、各功能性建筑物之间的协调和谐布置到抽水蓄能电站特有的水库防渗、复杂地形地质条件下的筑坝方式、高压水道设计理论、厂房振动控制、厂房位置选择与内部布置、机电设备的结构与参数选择、水力学过渡过程、电站建设必要性论证、电站调洪方式等关键技术上进行了深入研究，获得了大量的研究成果，并在工程实践中进行了探索和应用。特别是三维设计在抽水蓄能电站设计工作中的推广、应用，使得抽水蓄能电站设计工作产生了实质性的飞跃。
目前，华东勘测设计研究院基本上形成了抽水蓄能电站系统的设计理论与设计理念，因此参与抽水蓄能电站勘察设计的团队在总结以往工程实践经验的基础上，进行系统的整理归纳，提出本书供业内同行们参考。
本书在编写过程中，得到了全国各抽水蓄能建设、运行、设计、施工等单位的大力支持，提供了丰富的资料，在此表示衷心地感谢。
本书不仅是编写者辛勤工作的成果，更是华东勘测设计研究院几代技术人员智慧的结晶，在此谨向大家表示感谢。
受我们知识和水平所限，肯定存在不妥之处，敬请专家和读者予以指正。

华东勘测设计研究眼是国内早开展抽水蓄能电站勘测设计工作的设计院，早在20世纪70年代就开始了华东电网抽水蓄能电站的规划工作。抽水蓄能电站设计既运用了广发的常规水电站的成熟技术，又有很多特殊的关键性的技术方面。通过这些工程实践，华东勘测设计研究院积累了丰富的抽水蓄能勘测设计经验，从抽水蓄能电站站点规划、自然条件和工程规模的确定、地质勘探、枢纽工程布置总体设计、上下水库和地下洞室群等主要建筑物设计、机电设备选择设计、施工组织设计、电站运行设计到建设征地移民、环保水保、动态效益与经济等总结出一套抽水蓄能电站勘测设计普遍规律和经验，对提高抽水蓄能电站设计水平、促进抽水蓄能技术的运用和发展具有重大意义。

中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，现名中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，于1954年建院，是国家大型综合性甲级勘测设计研究单位。
  张春生，中国电建集团华东勘测设计研究院院长，兼任国家电力监管委员会大坝安全监察中心主任；教授级高级工程师；2004年获国务院政府特殊津贴；2011年浙江省有突出贡献中青年专家。2020年12月，获得第四届“杰出工程师奖”。

上  册
 第一篇绪  论 

第一章 抽水蓄能电站的地位和作用    
１.１ 电力系统的形成和特点       

１.２ 抽水蓄能电站工作原理      
１.３ 抽水蓄能电站的类型       

１.４ 抽水蓄能电站的作用        
第二章 抽水蓄能电站的发展        
２.１ 国内抽水蓄能电站发展情况      
２.２ 世界抽水蓄能电站发展概况      
第三章 抽水蓄能电站工程技术与工程设计的特点    
３.１ 抽水蓄能电站的选点规划        
３.２ 抽水蓄能电站的枢纽布置        
３.３ 地质勘察       

３.４ 抽水蓄能电站的上、下水库      
３.５ 抽水蓄能电站的引水发电系统      
３.６ 抽水蓄能电站的机电设备        
第四章 我国抽水蓄能电站发展前景      
４.１ 应解决好抽水蓄能电站发展中存在的一些问题  
４.２ 我国抽水蓄能电站的发展前景     

 第二篇抽水蓄能电站规划设计 

第一章 建设抽水蓄能电站必要性分析     

１.１ 抽水蓄能电站建设必要性的再认识      
１.２ 抽水蓄能电站建设必要性论证主要工作内容     

１.３ 地区社会经济现状及发展        
１.４ 地区能源资源开发利用情况     

１.５ 地区电力系统现状及电力发展规划      
１.６ 抽水蓄能电站建设必要性主要论证分析工作    
１
１.７ 电力系统动态需求分析    
１.８ 抽水蓄能电站建设必要性综合分析和结论   

１.９ 我国抽水蓄能电站建设必要性论证工作内容的变化
第二章 抽水蓄能电站选点规划        
２.１ 抽水蓄能电站站址普查       

２.２ 抽水蓄能电站选点规划       

２.３ 福建省抽水蓄能电站选点规划      
第三章 抽水蓄能电站主要水能参数选择     

３.１ 装机容量选择      
３.２ 上、下水库特征水位选择       

３.３ 输水道尺寸选择        
３.４ 水泵水轮机额定水头选择       

 第三篇抽水蓄能电站枢纽布置 

第一章 抽水蓄能电站枢纽的特点       

１.１ 具有上、下两个水库     

１.２ 库水位变幅大、变动频繁，水库防渗要求高 

１.３ 引水发电系统水头高        
１.４ 机组安装高程低       

１.５ 水库泄洪建筑物设计需考虑天然洪水和发电流量叠加的影响     

１.６ 水库初期运行充排水问题突出      
第二章 枢纽总体布置        
２.１ 布置原则        
２.２ 工程等级及洪水标准        
第三章 枢纽建筑物总体布置型式      
３.１ 纯抽水蓄能电站枢纽布置      
３.２ 混合式抽水蓄能电站枢纽布置     

第四章 工程实例———天荒坪抽水蓄能电站      
４.１ 概况         

４.２ 工程地质特点          
４.３ 上水库布置        
４.４ 下水库布置    
４.５ 输水系统布置       

４.６ 厂房系统布置          
４.７ 枢纽布置特点        
 第四篇抽水蓄能电站的水文气象条件 

第一章 概述         

１.１ 抽水蓄能电站建设特点        
２
１.２ 抽水蓄能电站水文计算主要内容      
１.３ 抽水蓄能电站水文计算特点      
第二章 气象条件        
２.１ 气象要素        
２.２ 水面蒸发分析         

第三章 水文基本资料搜集与复核        
３.１ 基本资料搜集          
３.２ 基本资料复核         

第四章 径流分析计算        
４.１ 径流分析计算的任务和内容      
４.２ 径流系列及其代表性分析       

４.３ 设计径流分析计算的方法       

４.４ 不同水库类型设计径流分析计算        
４.５ 桐柏抽水蓄能电站径流分析计算      
第五章 洪水分析计算        
５.１ 洪水分析计算的任务和内容      
５.２ 洪水分析计算方法       

５.３ 根据流量资料推算设计洪水       

５.４ 根据暴雨资料推算设计洪水       

５.５ 地区综合法估算设计洪水      
５.６ 不同水库类型设计洪水分析计算        
５.７ 天荒坪抽水蓄能电站技施设计下水库设计洪水分析计算 

第六章 泥沙分析计算    
６.１ 泥沙分析计算的任务和内容       

６.２ 悬移质泥沙分析计算       

６.３ 推移质泥沙分析计算       

第七章 水位流量关系       

７.１ 有实测资料时水位流量关系曲线拟定      
７.２ 无实测资料时水位流量关系曲线拟定     

参考文献     

 第五篇抽水蓄能电站工程地质问题 

第一章 概述        
第二章 区域构造稳定及地震       

第三章 上水库 (坝)        
３.１ 工程地质特点及主要工程地质问题     

３.２ 地质勘察的主要内容及方法       

３.３ 主要工程地质问题及评价      
３.４ 工程实例        
３
第四章 下水库 (坝)     

４.１ 工程地质特点及主要工程地质问题     

４.２ 地质勘察的主要内容及方法     

４.３ 工程实例   

第五章 输水发电系统     

５.１ 工程地质特点及主要工程地质问题    
５.２ 地质勘察的主要内容及方法      
５.３ 主要工程地质问题评价        
５.４ 工程实例         

第六章 天然建筑材料       

６.１ 工程地质特点        
６.２ 料场选择原则         

６.３ 地质勘探内容及方法       

６.４ 工程实例         

６.５ 料场地质勘察的注意事项       

 第六篇抽水蓄能电站上、下水库 

第一章 上、下水库枢纽布置      
１.１ 影响水库布置的主要因素       

１.２ 坝轴线的选择       

１.３ 坝型选择        
１.４ 倾斜地基上的土石坝       

１.５ 泄洪建筑物布置       

第二章 库盆防渗与排水设计     

２.１ 渗流控制标准       

２.２ 防渗方案选择          
２.３ 垂直帷幕防渗          
２.４ 钢筋混凝土面板防渗   

２.５ 沥青混凝土面板防渗     

２.６ 土工膜防渗         

２.７ 黏土铺盖防渗        
２.８ 库区排水        
２.９ 库岸稳定         

第三章 上、下水库的泄洪、放空       

３.１ 上水库泄洪设施       

３.２ 上水库放空设施        
３.３ 下水库泄洪设施       

３.４ 下水库放空设施        
第四章 拦沙排沙设施        
４.１ 设置拦沙排沙设施的必要性       

４.２ 拦沙排沙工程设计        
 第七篇抽水蓄能电站的输水系统 

第一章 总体布置      
１.１ 输水系统的布置       

１.２ 引水系统的布置        
１.３ 尾水系统的布置        
第二章 进 (出)水口      
２.１ 进 (出)水口型式及实例     

２.２ 进 (出)水口布置设计         

２.３ 水力设计及模型试验        
２.４ 结构设计         

第三章 压力水道        
３.１ 压力水道的衬砌类型       

３.２ 隧洞围岩承载设计准则及结构设计理念      
３.３ 压力水道经济管径        
３.４ 隧洞、斜 (竖)井钢筋混凝土衬砌设计     

３.５ 压力钢管设计      
３.６ 岔管           

第四章 调压室          
４.１ 调压室的作用及工作原理     

４.２ 调压室设置条件和位置选择       

４.３ 调压室的基本布置方式和基本类型     

４.４ 调压室的稳定断面       

４.５ 调压室的涌波计算