本
文
摘
要
2023年高考地理热点例析专题02 抽水蓄能电站
【真题探究】
29.（2022年6月浙江高考地理真题）阅读材料，完成下列问题。(13分)
材料一 南方电网由广东等五省区电网构成，并与港澳电网相连，大规模的西电东送是区域资源优化配置的必然要求。广东电网的调峰任务主要由西部送电承担，省内的火电、燃机采取昼启夜停的方式参与调峰，其承担的调峰量在电力负荷高峰季节较为明显。从调峰、调频、电网安全稳定性及经济运行要求来看，广东建设适当的抽水蓄能电站是必要的。
第29题图
材料二 下图为南方电网电力资源分布略图。下表为广东电网主要机组各类特性指标表。
(1)说出南方电网电力资源东西互补性强的主要原因。(3分)
(2)根据表中信息，指出广东电网建设适当的抽水蓄能电站的合理性。(4分)
(3)分析广东建设抽水蓄能电站对“西电东送”输电效益的有利影响。(6分)
【答案】(1)西部常规能源丰富，东部能源需求量大；东西部电力负荷季节差异明显。
(2)抽水蓄能调峰能力强、速度较快，谷电转为峰电，提升价值；水电占比低，调节作用有限；火电、燃机调节速率慢。
(3)改善电源的运行环境，提高火电运行效率和水能利用率；增加西电东送电量，提高综合效益；提高输电线路的利用率，降低输电成本；促进节能环保，提高电网安全稳定性。
【分析】本题以南方电网调峰、调频为背景材料，涉及到电力资源的空间分布、电站建设的必要性、西电东送的有利影响，主要考查学生调动知识、运用知识的能力，培养学生区域认知、综合思维的学科核心素养。
（1）从图中可以看出南方电网中的西部地区分布着煤炭、珠江上游、澜沧江上游有很多水电站，能源资源分布广；而东部城市多，工业发达，耗能高，能源需求量大；夏季为雨季水力发电量大，西部电力负荷小，而东部夏季制冷耗电量大，电力负荷大。
（2）由表中数据可以分析可知，抽水蓄能调节负荷升降速度较快、调峰能力强，利用谷电廉价的电能转化为水能，在用电高峰时，可以将水能转化为电能，提升了谷电时电能的价值，由图中可看出水电仅占10%，水电占比低，调节作用有限；火电、燃机占比虽大，但调节速率慢。
（3）抽水蓄能利用谷电廉价的电能转化为水能，在用电高峰时，又可以将水能转化为电能，改善电源的运行环境，提高火电运行效率和水能利用率；抽水蓄能可以增加西电东送的总电量，经过电能与水能的相互转化，提高能源综合效益；由图可知，抽水蓄能电站主要建在东部用电需求多的地区，可以减少输电量，提高输电线路的利用率，降低输电成本；抽水蓄能可以补充用电高峰期的用电量，减少火电的使用，促进节能环保，提高电网运行安全。
【热点解密】
定义：抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。我国抽水蓄能电站的建设起步较晚，但由于后发效应，起点却较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。2、国际发展现状：
抽水蓄能是世界各国保障电力系统安全稳定运行的重要方式，欧美国家建设了大量以抽水蓄能和燃气电站为主体的灵活、高效、清洁的调节电源，其中美国、德国、法国、日本、意大利等国家发展较快，抽水蓄能和燃气电站在电力系统中的比例均超过10%。
据国际水电协会（IHA）发布的2021全球水电报告，截至2020年底，全球抽水蓄能装机规模为1.59亿千瓦，占储能总规模的94%。有超过100个抽水蓄能项目在建，2亿千瓦以上的抽水蓄能项目在开展前期工作。
3、我国发展现状：我国抽水蓄能电站建设虽然起步比较晚，但由于后发效应，起点却较高，已经建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平。例如：广州一、二期抽水蓄能电站总装机容量2400MW，为世界上最大的抽水蓄能电站;天荒坪与广州抽水蓄能电站机组单机容量300MW，额定转速500r/min，额定水头分别为526m和500m，已达到单级可逆式水泵水轮机世界先进水平;西龙池抽水蓄能电站单级可逆式水泵水轮机组最大扬程704m，仅次于日本葛野川和神流川抽水蓄能电站机组。十三陵抽水蓄能电站上水库成功采用了全库钢筋混凝土防渗衬砌，渗漏量很小，也处于世界领先水平。天荒坪、张河湾和西龙池抽水蓄能电站采用现代沥青混凝土面板技术全库盆防渗，处于世界先进水平。
4、作用：
一是解决电力系统日益突出的调峰问题。
二是发挥调压调相作用，保证电网电压稳定。
三是发挥事故备用作用，保障电力系统安全稳定运行。
此外，抽水蓄能电站还具有黑启动、系统特殊负荷等功能，这些优良性能在被逐渐认识和推广应用的同时，进一步推动了我国抽水蓄能电站发展。
5、优势：
（1）规模大，集中式能量储存，成本较低、生态环保性良好、安全性高，是目前技术最成熟、应用最广泛的电力储能技术；
（2）我国抽水蓄能电站起点较高，近年建设的几座大型抽水蓄能电站技术已处于世界先进水平；
（3）其能量转换效率在70%~75%左右，最高可达80%~85%；
（4）负荷响应速度快(10%负荷变化需10秒钟)，从全停到满载发电约5分钟，从全停到满载抽水约1分钟；
（5）适合于配合核电站、大规模风力发电、超大规模太阳能光伏发电，同时具备调峰填谷、调频调相、事故备用和黑启动等多种功能。
6、缺点：
（1）建站选址要求高，厂址的选择依赖地理条件，有一定的难度和局限性；
（2）建设周期长和动态调节响应速度慢等；
（3）与负荷中心有一定距离，需长距离输电。
7、应用实施：
（1）保障电力系统安全稳定运行和电力有序供应
①充当事故应急电源，保障系统安全稳定运行。
②作为黑启动电源。
③承担系统尖峰负荷，保障电力有序供应。
（2）提升清洁能源利用水平
①实现新能源消纳“双升双降”。
②有效应对新能源装机占比持续提升给系统带来的调节压力。
（3）改善系统发、配、用各环节性能
①提升火、核、水电的综合利用率。
②配电侧促进分布式发电顺利并网。
③减少频率偏差，提升了用户侧电能质量。
8、选址要求：
（1）足够的水源保证：水源保证是抽水蓄能电站建设的基础和前提。抽水蓄能电站在正常运行中存在水面蒸发、渗漏和结冰等多种形式的水量损失。当入库的天然径流不能满足电站的补水要求时，就需要考虑补水措施。所以在抽水蓄能电站选址初期一般选择下水库集水面积较大或附近有较好水源保证的地区，这样可以满足初期蓄水和运行期水量的损耗。
（2）选择适中的水头：所谓水头是指上、下水库的高度差。目前，普遍认为抽水蓄能电站的经济水头为 330~600米，最高不超过700米。因为水头过高会增加电站设备的复杂性，从而提高电站的造价。如果水头太低，为了保证一定的装机规模，电站的发电流量就会较大，电站装机容量的单位造价也将变大。
（3）最大水头与最小水头比的要求：抽水蓄能电站最大水头与最小水头之比应该限制在 1.25 以下。除此之外，选取水库水头时要考虑水库的消落深度一般保证在8%-12%以内。
（4）水库坝体不宜过高：抽水蓄能电站的上、下水库一般都需要建坝。下水库作为主要的水源水库，其来水量和水面一般较大，坝体也就相应较低。上水库主要利用山体间的山谷或山体开挖、筑坝成库，库盆相对较小，在满足一定水量的条件下，一般需要较高的坝体。而随着坝体的加高，电站的投资也会增加。当坝体达到一定的高度时，投资增长比例就会变大，甚至是成倍的增长。一般来说，坝体高度建议不超过100米。
（5）距高比的要求：距高比(L/H)即上、下水库引水口之间水平距离L与电站平均水头H之比。在平均水头一定的条件下，距高比的数值越小，输水系统线路越短，相应的系统水头损失越小，电站的效率越高，电站投资越小。如果距高比过小，输水系统和发电系统等不易布置，且增大施工难度。根据国内外的经验，电站的距高比小于10为宜。
（6）对地理位置的选择：站址的地理位置要选择在电网负荷中心带或其附近，以保证电站有便利的接、送电条件。另外，站址区有较好的交通条件，也会为电站的建设奠定良好的外部基础。
（7）对地质条件的要求：站址应选择在工程地质条件较好的地区。地质条件决定水工建筑物的难度、工程量和造价等，此外还要特别注意水库渗漏等问题。
我国早期建设的抽水蓄能电站基本都建在偏远的山区，周边的居民都非常稀少，其主要的原因是抽水蓄能电站建设工程涉及大量开挖，爆破和地下洞室作业，作业面多，安全风险大，管理难度高。但是现在，越来越多的抽水蓄能电站进入大众视野，有些抽水蓄能电站在建设完成后逐渐成为了当地的景区，有些抽水蓄能电站更是直接建在了景区。以深圳抽水蓄能电站为例，其选址位于国家5A级生态旅游示范区东部华侨城旅游景区。
9、未来发展前景：在大力发展绿色清洁能源的今天，抽水蓄能电站是构建新型电力系统的重要基础。随着节能减排的需求越来越高，人们对抽水蓄能电站的认识定将更加广泛，它是未来电力系统清洁发展的必然选择。《关于进一步完善抽水蓄能价格形成机制的意见》的出台，通过确定稳定收益率、完善成本疏导机制、推动抽蓄电站参与电力市场等多种方式，形成了可靠的政策预期，将吸引社会各界资本投资建设抽蓄电站，促进抽水蓄能加快发展，为服务“双碳”目标、构建新型电力系统提供有力支撑。
10、未来发展建议
一是完善规划、实施政策后评估，引导电站健康发展。在规划、核准新建抽蓄电站时，引入效果评价机制，并对现有抽蓄电站实际利用效果进行综合评估，防止盲目建设和资源浪费，避免不必要的成本增长;要做好选点规划，统筹协调电网与抽蓄电站的配套建设，减少网络约束，保证抽蓄电站发挥应有作用;要落实投资主体责任，强化电网、电站批复刚性约束。
二是制定标准规程，进一步发挥抽蓄电站作用。建议根据抽蓄电站运行要求和特点，综合考虑系统顶峰需求、低谷深度调峰、电网事故备用和可再生能源全额保障性收购等因素制定调度标准，防止“建而不用”或“过度使用”。电力调度机构要根据有关规定，抓紧制定具体调度运行规程，报国家能源局及所在地派出机构备案。抽蓄电站要严格执行调度指令，规范运行行为，同时加强设备管理，合理制定检修计划，确保随调随用。
三是加强监管考核，确保政策落地。建议加大抽蓄电站运行调度等情况的监管力度，建立健全监管和考核机制，明确考核标准及监管措施，定期发布运行调度情况和监管考核信息。加强日常监管，重点对顶峰发电、调峰、调频、事故备用、可再生能源消纳以及价格成本等情况进行检查，促进抽蓄电站规范运行。
【热点检测】
现代经济发展和复杂电网催生了电能储备需求，抽水蓄能是其中一种重要方式。抽水蓄能电站有上、下两个水库，将下库的水输到上库时就是抽水蓄能，消耗电能转换为水的势能，待需要时再转为电能。下图为我国某发电站实时负荷率变化曲线。读图，完成下面小题。
1．修建抽水蓄能电站的目的是（ ）
A．稳定电能供应 B．弥补发电不足 C．促进节能减排 D．改善大气环境
2．抽水蓄能电站一般布局在（ ）
A．较大型发电站附近 B．水能贫乏区 C．发电量不足的地区 D．大城市附近
3．若该发电站发电机组的稳定负荷在80%～90%范围之内，该区域的抽水蓄能电站（ ）
A．8时～10时，上库的水流向下库 B．10时～20时，下库的水流向上库
C．22时～6时，下库的水流向上库 D．20时～22时，上库的水流向下库
抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，读图，完成下面小题。
4．上、下水库水道水流运行方向及时间组合正确的是（ ）
A．上行前半夜 B．上行后半夜 C．下行整夜 D．下行后半夜
5．抽水蓄能电站的主要优点是（ ）
A．发电量大 B．减少能耗 C．节省投资 D．储能便利
抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。羊卓雍错（湖）抽水蓄能电站（简称“羊湖电站”）利用羊卓雍错与雅鲁藏布江之间的落差，发电时，引羊卓雍错的湖水至雅鲁藏布江边的发电厂，尾水泄入雅鲁藏布江。抽水运行时，引水系统将雅鲁藏布江水引入羊卓雍错。与常规水电站相比，能有效提高水能资源利用率。下图为羊卓雍错（湖）抽水蓄能电站位置示意图。据此完成下面小题。
6．羊湖电站比常规水电站的水能资源利用率高的原因是（ ）
A．发电设备先进 B．生产需求量大 C．旱雨两季分明 D．工程建设量小
7．羊湖电站的正常运行对羊卓雍错的影响是（ ）
A．水量增加 B．面积扩大 C．生态破坏 D．盐度下降
8．阅读图文材料，回答下列问题。
2022年2月，第二十四届冬奥会在北京顺利举办。冬奥会实现了奥运史上首次所有场馆100%绿电供应，为保证奥运会能源供应，我国在河北丰宁自主设计和建造了世界最大的抽水蓄能电站（下图）。12台机组总装机容量360万千瓦，是世界最大的“超级充电宝”；当电网发生异常情况时，蓄能机组可在3到5分钟内迅速响应，为断电区域供电。
(1)结合图简述抽水蓄能电站的运行方式。
(2)分析抽水蓄能电站所在地区的电力供需特点。
(3)说明北京冬奥会修建大型抽水蓄能电站的原因。
参考答案：
1．A 2．A 3．C
【解析】1．根据题干分析可知，抽水蓄能电站主要是储蓄用电低谷时多余的电能，在用电高峰期重新发电，达到稳定电能供应的功能，A正确。抽水蓄能发电需要抽蓄水才能发电，不能提供稳定的电能， B错误。抽水蓄能电站发电需要消耗额外电能抽水，不是节能的发电方式，C错误。根据材料“现代经济发展和复杂电网催生了电能储备需求”可知抽水蓄能电站的建设是为了满足经济发展和复杂电网的电能储备需求，并非改善大气环境，D错误。故答案选A。
2．抽水蓄能电站作为一种调节电网稳定功能的附属电站，一般建在大型发电厂附近，用来及时调整电网电量，A正确。水能丰富区可直接利用水能发电，不需再抽水蓄能，B错误。由于抽水蓄能发电需要抽蓄水才能发电，其发电稳定性受到一定限制，无法作为发电量不足地区的稳定供电来源，C错误。抽水蓄能发电需要较大面积的土地，大城市附近土地成本较高，D错误。故答案选A。
3．根据题干分析可知，22时-6时为电网耗电低谷。负荷率较低，多余的发电量用来抽水上行，实现蓄能，C正确。根据图片分析，8时-10时，以及20时-22时，发电机组负荷率在80%-90%左右，负荷量较为稳定和理想，此时不需要使上库的水流向下库进行发电，AD错误。10时-20时发电机组负荷率超过90%，负荷较大，此时不应再耗费电能使下库的水流向上库，B错误。故答案选C。
【点睛】抽水蓄能电站的作用：1.解决电力系统日益突出的调峰问题；2.发挥调压调相作用，保证电网电压稳定；3.发挥事故备用作用，保障电力系统安全稳定运行；4.利用用电低谷用电量小的时候抽水蓄能，待用电高峰时冲锋，高峰低谷互相弥补；5.低谷时，发电机组也可以满负荷出力自发自用提供给抽水机抽水蓄能，提高了机组利用时间，同时可以更多的在电价高的时候多发多供，提高经济效益。
4．B 5．D
【解析】4．根据材料，抽水蓄能电站是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。而夜间用电低谷出现于后半夜，总体电价最低，因此该时段利用电能将水抽至上水库进行储存。B正确，ACD错误，所以选B。
5．抽水蓄能电站由于抽取水量非常有限，库容--般不是很大，因此发电量不大，A错误；这一过程中，能耗并未减少，B错误；由于水电站的建设技术难度要求高，投资较大，C错误；它是利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站，是一种较为便捷的储能方式，D正确，所以选D。
【点睛】抽水蓄能电站按水库调节性能可分为：(1)日调节抽水蓄能电站:其运行周期呈日循环规律。(2)周调节抽水蓄能电站:运行周期呈周循环规律。(3)季调节抽水蓄能电站:每年汛期，利用水电站的季节性电能作为抽水能源，将水电站必须溢弃的多余水量，抽到上水库蓄存起来，在枯水季内放水发电，以增补天然径流的不足。
6．C 7．D
【解析】6．羊卓雍错流域和雅鲁藏布江流域受季风影响，旱季和雨季分明，雨季可利用水电的多余电量进行抽水蓄能，旱季则利用湖水进行发电，缓和旱季水电不足的局面，C正确； *** 经济相对落后，发电设备不先进，生产需求量较小，AB错误；水能资源利用率高与工程建设量大小无关，D错误。所以选C。
7．引湖水发电的同时也引走了湖中的矿物质，改变了原来矿物质只进不出的状况，抽取雅鲁藏布江淡水入湖，都会使羊卓雍错湖水盐度降低，D正确；发电用水量与抽水量相对平衡，总体上保持羊卓雍错水量，面积不会扩大，对生态环境影响较小，ABC错误。所以选D。
【点睛】抽水蓄能电站利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，在电力负荷高峰期再放水至下水库发电的水电站。又称蓄能式水电站。它可将电网负荷低时的多余电能，转变为电网高峰时期的高价值电能，还适于调频、调相，稳定电力系统的周波和电压，且宜为事故备用，还可提高系统中火电站和核电站的效率。
8．(1)（白天）当电网的发电量超过奥运场馆的需求量时，用多余的电能将下水库的水抽至上水库蓄能；（夜晚）当电网的发电量满足不了奥运场馆的需求量时，用上水库的水发电补充并排至下水库。
(2)电力供应多为稳定性较差的风能、水能等；电力消费市场随时间有较大的波动；用电低谷期（发电高峰期）供大于需；用电高峰期（发电低谷期）供小于需。
(3)大型蓄能电站的调节和保障能力强；调节不稳定的风力和太阳能发电，保证供电稳定；可以提高应对断电等突发事件的能力。
【分析】本大题以冬奥会为材料设置试题，涉及能源相关内容（知识点），考查学生知识迁移应用能力，提高地理素养。
（1）白天的时候，太阳能和风力的电力系统进行发电，一方面供应奥运场馆，当电网的发电量超过奥运场馆的需求量时，使用多余的电能进行抽水，将下水库的水抽至上水库蓄能，抬高水位；如果是夜晚，太阳光消失，电网的发电量满足不了奥运场馆的需求量时，用上水库的水发电补充并排至下水库，使用水能进行发电来供给需求。
（2）由题可知，如果需要抽水蓄能电站启动，那说明此处可能存在电力紧张的情况，普通的风、太阳能无法满足发电量，推测电力供应多为稳定性较差的风能、水能等；电力消费市场随时间有较大的波动，有时候发电量可以完全满足，但是有时候电力缺口又很大；用电低谷期（发电高峰期）供大于需；用电高峰期（发电低谷期）供小于需。
（3）为保证赛事用电可以稳定的供给，需要发电方可以对突 *** 况和发电量有着很好的协调处理，大型蓄能电站的调节和保障能力强；风力和太阳能由于天气的关系，可能存在不温度，所以调节不稳定的风力和太阳能发电，保证供电稳定很有必要；可以提高应对断电等突发事件的能力。
