抽蓄电站的距高比(L/H),是衡量一个站址优劣的重要指标之一,距高比越小,上下库的水平距离越短,输水线路越短,水头越大,站址的条件相对优越。
由于抽蓄机组的吸出高度负值较大,抽蓄电站常采用地下厂房和埋藏式输水管道,并且都是有压水道。
输水管道的设计两个关键部位,一个是高压段,这里水压大,管道强度要求高;另一个是尾水隧洞,容易产生负压。输水管道的难度系数HD,表示其工程规模、设计难度和施工难度。解决大HD值的工程措施,一个是将引水系统深埋,充分利用隧洞的围岩承受内水压力;二个是采用高强钢,利用其抗拉强度高的特点来承受内水压力。
输水管道具有双向流动的特点,发电时,由上向下流,抽水时,由下向上流,一次循环运行产生双向水头损失。当其他参数选定后,输水管道直径是决定水头损失的主要因素。
输水管道直径小,工程量和投资小,但电站出力和电量损失大;输水管道直径大,工程量和投资大,但电站的出力和电量损失小。因此输水管道的直径通过技术和经济比较确定,在比选时要考虑输水管道最大流量和流速。
输水系统采用钢衬还是混凝土衬砌。
国外有一种理论,以围岩透水率2Lu为界线,当围岩透水率大于2Lu时,采用钢衬;当围岩透水率小于2Lu时,采用钢筋混凝土衬砌和固结灌浆等工程措施。
钢板衬砌要考虑运行期内水压力、施工期灌浆压力、放空时外水压力以及安装过程中的各种载荷等。
一般来说,上下库址专题报告把两个水库的平面位置定了、正常蓄水位专题报告把两个水库的水位定了,则距高比就是死的,没有选择余地。距高比对土建投资影响大,也影响调压室的布置。
对于抽水蓄能电站的站址,地形条件好是首要条件。衡量地形条件好坏的一个主要指标是距高比,即L/H值。NB/T 35009-2013 定义距高比:上水库进/出水口与下水库进/出水口之间的水平距离与电站平均毛水头的比值,即上 、下水库引水口之间水平距离与电站平均水头之比。其中H是毛水头、平均毛水头,L是两点投影折线距离。
即距高比距高比是指蓄能电站上、下水库水平距离与垂直高度的比值,该比值可大致说明抽水蓄能电站引水建筑物的相对长度。我国抽水蓄能电站的距高比集中分布在2~7之间,占总数的70%。一般来说,距高比越小,电站引水系统长度和投资越小,对电站指标较有利,但是距高比值和电站投资之间关系不是很敏感,如果距高比值太小往往也会对电站布置产生不利影响。
上水库与下水库之间的水平距离L决定了修筑输水道的长度,输水道太长不但工程量大,投资大,而且输水的阻力大,直接造成了水头损失。所以上水库与下水库之间的水平距离L是选址时一个重要条件。一般来说L/H(距高比)要小于10。但距高比不宜过小,当距高比小到一定程度时,输水系统和发电系统等不易布置,且增大施工难度,输水洞的进出水口因高陡边坡开挖存在不稳定的问题。
距高比L/H小的站址,是经济合理的站址。这是因为一方面H越高,单位水体所能转换的能量越大,在蓄能总量相同条件下,上、下水库间循环流量就越小。因而水库规模、输水道直径、厂房和机组尺寸都小。另一方面,L越小,输水道长度越短。这两方面因素组合在一起,会使抽水蓄能电站投资大大下降,根据统计资料,多数抽水蓄能电站的距高比L/H为4~10。我国现阶段宜建高水头大容量的抽水蓄能电站,应以水头H=300~600m和L<3.5km为宜。水头太高,就得选用多级可逆式蓄能机组,技术较复杂,对承担调峰也不利。
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作者简介:喻冉,研究生学历,高级工程师,主要从事抽水蓄能电站前期规划、水机设备选型、工程建设管理、电站运维管理等工作。拥有10项各级政府行业或企业奖励荣誉、近10项专利、参编1项国家行业标准规范、发表学术论文约20篇。
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【2】小喻说抽蓄:抽水蓄能,蓄势待发