日本冲绳海水抽水蓄能实验电站技术介绍.docxVIP

日本冲绳海水抽水蓄能实验电站技术介绍

一概况

日本冲绳海水抽水蓄能实验电站位于冲绳岛北部东海岸。该电站利用海面作为下水池，上水池建在136m有效高程处。电站使用一台发电机组，装机容量3万kW。水轮机设计流量26m3/s。目前该电站是世界上首座使用海水的高水头抽水蓄能电站。

1981年，日本通产省组织了一次关于海水发电相关技术及对环境影响的专题调研。此后通产省确定了海水抽水蓄能发电课题。在进行了可行性论证后，通产省决定建造一座实验型电站，建成之后进行为期五年的试验运行，以检验技术上的成熟性和对环境产生的影响。通产省委托日本电源开发公司进行建设，工期从1991年开始，1999年建成。

日本电力需求在不断扩大，高峰电力增长很快。虽然沿本土河道建设的许多常规抽水蓄能电站提供了大量高峰电力，但是适宜的选址环境已经很少。另一方面，日本拥有很长的海岸线和许多高海拔地势，利用海水建设抽水蓄能电站拥有广阔的发展前景。

利用海水建抽水蓄能电站，无论在建设成本上还是系统运行上具有两大优势。其一，这种电站无须建下水池；其二，可以在沿海的大型电源附近建设。特别是大多数核电站都设在沿海地区，而人口多，用电量大的地区也在沿海，因此利用海水发电具有极其重要的意义。

使用海水发电需要解决以下几个问题，而冲绳的海水抽水蓄能发电设施正是为了检验这些问题是否得到有效解决：

防止海水通过上水池渗透或污染地表及其地下水。

防止因海洋生物对水道或水轮机的吸附，影响发电和抽水效率。

在高压高流速条件下，如何降低海水对金属材料的腐蚀。

如何确保放水口在大风浪条件下仍然稳定地发挥作用。

上水池海水水汽对电站附近的动植物和生态系统究竟有多大影响。

放水口对附近的海洋生物和珊瑚礁有多大影响。

二电站结构

电站基本参数

上水池

高水位

152m

低水位

132m

有效落差

20m

水表面积

0.05km2

总库容

0.59*106m3

有效库容

0.56*106m3

筑坝高度

25m

坝顶周长

848m

筑坝土方

420*103m3

水道

上水道(内径*长)

2.4m*314m

尾水道(内径*长)

2.7m*205m

厂房

正常上水头

149m

正常尾水头

0m

正常有效水头

136m

最大放水流量

26m3/s

最大输出

30MW

输电线路

66kV，长18km

该电站地形上正对太平洋，基址为千枚岩构成的沉积岩结构。上水池建在150米高的山头上，山头距海边600米。为了保护地形地貌，上水道、厂房、尾水道都建在地下。

上水池为八角形，深25米，直径252米，有效库容56.4万立方米。水池形状根据以下原则设计：1）形状要求简单，因为水池将被完全铺上橡胶层；2）在挖掘和填充之间取得最佳平衡，以获得最少的土石方工程量。进水口采用朝阳喷射形。上水道绝大部分为直管，采用FRP(FiberglassReinforcedPlastic)材料制作。上水道的弯头部分采用电镀钢管。

厂房位于距地表150米深处，17米宽，32米高，41米长。尾水道采用混凝土内衬结构。放水口选在珊瑚礁最少的海边。同时，为了尽量减少放水口对周围环境的影响，并维持稳定的放水口功能，放水口周围采用了大量预制混凝土锥形块做围堰，海水则从锥形块缝隙间进出。

三上水池防渗透工艺

上水池使用乙烯基丙烯单体(EPDM)橡胶覆盖的迎水接触面。EPDM具有优秀的材料特性和防水特性。在采用EPDM之前，对其他材料也进行了耐用性、强度、防水性、易安装性等方面的测试，其中包括：a)氧化性和紫外线照射；b)海洋生物侵蚀；c)橡胶层连接部位在重复性水压条件下的密封性；d)强风（台风）条件下橡胶层的结构稳定性。

在防渗透结构中，还有一层使用砂砾材料(直径小于20mm)建造的集水层(drainagelayer)。整个上水池的迎水面都被50cm厚的集水层所覆盖。在该层的表面铺有一层采用非纺工艺制成的聚酯纤维缓冲材料，以防止沙砾棱角对橡胶层的破坏。

如果橡胶层遭到损坏，渗透的海水将通过埋在集水层中的集水管流到集水层下部。该部位装有海水检测仪表，一旦发现海水渗漏，检测仪即发出警报，指示渗透部位，同时启动水泵将渗透水抽回上水池。该系统防止海水渗透进入周围环境。橡胶层也十分容易更换。

四上水道

上水道约300m直管部分采用FRP塑料管主要由于两个原因：a)FRP管不受海水侵蚀；b)海洋生物很难吸附在该材质的管道上。实验证明防吸附效果比电镀钢管好，这也是世界上首次使用FRP管作为电站的嵌埋上水道。

FRP管力学特性（单位：N/cm2）

方向

引张

弹性系数

容许

引张应力

容许

压缩应力

圆周方向

21,690

72

59

轴方向

6,570

20

21

FRP管由FRP层和保护层构成。保护层具有防刻蚀、防酸、防碱等特性。FRP层采用纵横方向复合