天荒坪抽水蓄能电站位于浙江省安吉县境内，是我国“八五”期间动工兴建，“九五”期末建成的重点工程建设项目，是华东地区第一座大型抽水蓄能电站，也是我国已建的抽水蓄能电站中单个厂房装机容量最大的一座，在当时世界同类电站中位居前列。电站自1998年9月投产以来多年平均综合效率为 80.3%，处于世界同类电站先进水平。

▲天荒坪抽水蓄能电站上水库——4A景区江南天池 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

两库，青山碧水里的清洁能源转换

天荒坪抽水蓄能电站枢纽包括上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群和开关站等部分。

电站下水库位于太湖流域西苕溪支流大溪上。水库设有一座面板堆石坝，坝高92米，坝顶高程为350.2米，坝长225.11米；下水库设计最高蓄水位为344.5米，相应库容为859.56万立方米。

▲天荒坪抽水蓄能电站示意图，右上为上水库，左为下水库，中间山体透视图为电站厂房。 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

电站上水库位于天荒坪和搁天岭之间，利用天然洼地挖填而成，由一座主坝和四座副坝组成，均为土石坝，主坝最大高度72米。主副坝和库底防渗均采用沥青混凝土护面。上水库设计最高蓄水位为905.2米，相应库容919.2万立方米，这相当于能盛下一个西湖。

上下水库库底天然高差约590米，筑坝形成水库后平均水头约570米。上下水库通过输水系统连接。输水系统布置有两条内径7米的钢筋混凝土衬砌的斜井式高压岔管，每条岔管各接三根钢衬支管引水进入水泵水轮机。输水道平均长度1415.5米。

输水系统和地下厂房洞室群全部布置在上下水库之间的山河港左岸山体中。主厂房里布有6台机组，每台机组容量30万千瓦，总装机容量为180万千瓦，年发电量30.14亿千瓦时。

▲天荒坪抽水蓄能电站发电原理图 制图：木易

天荒坪抽水蓄能电站发电的原理其实就是电能转化成水的势能，水的势能再转化为电能的过程。厂房里的六台机组实际上既是水泵又是用来发电的水轮机组。当晚上电网用电量处于低谷时，就利用余电将下水库的水，通过山体里的输水管道抽到上水库，将电力转化为势能蓄存起来；到了白天用电高峰时，再将上水库的水放下来，利用上下水库之间近600米的落差，冲击水轮机，带动机组发电，尾水流入下水库重复利用。电站既解决了白天电网电力供应不足的困难，又利用昼夜电力的差价创造了巨大的经济价值。

八年，追赶与世界抽蓄的技术差距

抽水蓄能电站在国外已有一百多年的历史。世界上首座抽水蓄能电站是瑞士苏黎世的奈特拉电站，1882年建成。上世纪50年代以来，欧美和日本相继引领世界抽水蓄能电站的建设潮流。而我国的抽水蓄能电站建设起步较晚，上世纪60年代后期才开始进行抽水蓄能电站的开发，1968年和1973年先后建成河北岗南和北京密云两座小型混合式抽水蓄能电站，装机容量分别为11兆瓦和22兆瓦。与欧美、日本等发达国家和地区相比，我国抽水蓄能电站的建设存在一定差距。

上世纪80年代中后期，随着改革开放和社会经济快速发展，我国电网规模不断扩大，华东、华北和广东等以火电为主的电网，缺少调峰手段，调峰矛盾日益突出，缺电局面由电量缺乏转变为调峰容量也缺乏，修建抽水蓄能电站以解决以火电为主的电网的调峰问题逐步形成共识。为此，国家有关部门组织开展了较大范围的抽水蓄能电站资源普查和规划选点，制定了抽水蓄能电站发展规划。上世纪90年代，我国抽水蓄能电站建设进入快速发展期，先后兴建了几座大型抽水蓄能电站，天荒坪就在其中。

▲机组定子吊装 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

1991年8月，国家计委批准了在浙江省安吉县兴建天荒坪抽水蓄能电站的项目建议书。天荒坪抽水蓄能电站前期准备工程于1992年6月开始，场内公路、供水系统、施工通讯系统等相继开工。1994年3月1日，开始开挖地下厂房顶拱层，电站主体工程正式开始施工。1998年9月30日，首台机组投入试运行，2000年12月25日，最后一台机组投产，总工期历时8年。

在这八年里，天荒坪抽水蓄能电站的建设者们高质量完成了工程建设，解决了枢纽总体布局、上水库防渗技术、库岸稳定以及高水头、大容量可逆式机组参数和结构选择等一系列重大、关键技术问题，推动我国抽水蓄能技术赶超世界先进水平。

80.3%，领先世界的综合效率水平

抽水蓄能电站选址和布局时有一项重要的参考数据，即为输水道总长度（L）与电站利用水头（H）的比值。这个数值可以反映抽水蓄能电站建设成本大小和电站运行期水头损失的程度。因此，一般选择抽水蓄能电站站址时，不应考虑 L/H 比值较大的站址，比如在美国，该值一般不超过10。

▲电站地下厂房 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

输水系统的平、立面布置直接关系到 L/H 比值的大小。天荒坪电站在上下水库位置确定后，连接上下水库的引水发电系统的布置对抽水蓄能电站的经济性影响显著。电站建设者们结合地下厂房的位置设置，对引水发电系统的布置进行了多方案的比较，按地下厂房为首部、中部和尾部，上游输水系统的平面布置为一洞二机、一洞三机和一洞六机，立面布置为竖井、倾角51°的斜井和倾角60°的斜井，共拟定了11种方案。经过技术上和经济上的综合比较，最终选择了尾部地下厂房、高压管道为58°倾角的斜井、在平面上主管2根（即一洞三机）的方案。最终布置的天荒坪的 L/H 比值为2.5，是国内外已建在建大型纯抽水蓄能电站中比值最小的一座。L/H 值较小，可以降低输水道单位长度水头损失，提高抽-发循环的综合效率。

我国安装大型可逆式机组的现代抽水蓄能电站综合效率，也就是电站抽水效率与发电效率的乘积，一般为70%至75%，国际上抽水蓄能电站综合效率为75%至78%。天荒坪抽水蓄能电站通过充分利用自然条件并采用一系列先进的设计理念和技术，自1998年9月投产以来多年平均综合效率为80.3%，处于同类电站的世界先进水平。

378万千瓦，华东电网高质供电的强大保障

天荒坪抽水蓄能电站是华东电网不可或缺的有机组成部分，它承担着华东电网调峰任务，同时具备调频、调相、事故备用和黑启动等任务。对改善华东电网电源结构，提高供电质量，避免大面积停电系统瓦解事故，保障华东地区经济发展，起到十分重要的作用。

天荒坪电站地处长江三角洲中心，靠近华东电网负荷中心，调峰能力极强。电站高峰发电能力为180万千瓦，低谷填谷能力为198万千瓦，峰谷最大调峰能力可达378万千瓦，目前华东最大峰谷差8200万千瓦，调峰能力占4.39%。

▲电站开关站出线场 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

天荒坪抽水蓄能电站自投产以来，典型的运行方式是每天早、晚峰发电，早峰8时至12时，晚峰17时至22时，低谷23时至次日6时抽水。在系统负荷特别紧张时，电站采用“两发两抽”“三发两抽”运行方式最大限度满足系统需求。

天荒坪电站机组具有快速响应能力，由静态到满载发电仅需2分钟，为电网应急调频和事故备用创造了非常有利的条件和手段。天荒坪抽水蓄能电站在华东电网历次重大事故处理过程中都展现了卓越的性能。

▲电站中控室 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

并且，当华东电网一旦处于瘫痪状态时，天荒坪电站可以作为500千伏主网架的黑启动电源。电网崩溃后，柴油发电机作为天荒坪电站的安保电源，提供厂用电，其容量为650千伏，可以供一台机组黑启动。电站一次可向系统提供60万千瓦时的事故电源；能够顶替60万千瓦事故运行一小时。黑启动时，利用这60万千瓦时宝贵资源，带动系统其他发电机组，并逐步恢复电网结构。

千米山巅，资源开发与生态保护的平衡

天荒坪抽水蓄能电站尤为关注生态保护，并在建设过程中从生态的角度对电站选址布局进行了考量。整个电站的建设是基于不破坏整体生态的前提下进行的，除去裸露在外的水库工程，地下厂房洞室群等其他工程都在山体内进行建设，以保护当地的生态。天荒坪电站年发电量31.6亿千瓦时，年抽水用电量（填谷电量）42.86亿千瓦时，每年可节约标准煤17万吨，可减少二氧化硫排放2800吨，成为华东电网绿色清洁的“超级充电宝”

▲绿水青山就是金山银山——天荒坪电站附近的安吉余村 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

随着电站建成蓄水，天荒坪电站的上下水库如今都已是环境优美秀丽的风景区。每年来此的游客络绎不绝。

下水库现在形成了一片集幽谷、青山、瀑布、小溪一体的风景区，并且有一个好听的名字——“长谷洞天”。从下水库到上水库有一条长12公里的盘山公路，因生态优美吸引大量游客。

天荒坪上水库风景区名叫“江南天池”，是国家4A级景区。它如一面倒映着天空的镜子安静地躺在群山之巅，云雾缭绕在四周的山顶，宛如瑶池仙境。

▲游客漫步江南天池 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

这里夏日能避暑亲水，冬日能在被称为“江南的长白山”的冬季野外滑雪场，尽享滑雪之乐，滑雪之余还可以去竹林间的高山温泉放松身心。而且，这里还是享誉天文界的观星夜公园，是全国首个夜天光保护区。晴朗的夜晚，会有大批天文爱好者聚集在此。优美的风景吸引了大量游客的到来，这让水库周边村子里的很多人家看到了商机。电站库区所在的大溪村涌现出两百多户农家乐，成了“浙北农家乐第一村”，近年来还逐步向高品质民宿转化，成为来这里旅游不可错过的一项特色体验。不仅是大溪村，旅游业还带动了例如余村、山河村等村庄的发展，如今的安吉县也已是国内著名的生态旅游县。

▲上水库星空 供图：国网新源华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司

站在天荒坪的最高点搁天岭，俯瞰整个上水库，群山环抱，翠竹簇拥，人工与自然完美结合。天荒坪抽水蓄能电站的建设从坝址选址开始就坚持在保护中开发，开发中保护，实践结果证明水电开发不仅可以满足经济发展需求，也能在资源开发与生态环境保护中找到平衡，并且发挥出显著的生态经济效益。

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文图编辑：谢泽

责编：陈晓英

美编：涂磊

栏花设计：崔玮

来源：《中国三峡》杂志2019年第8期