勒丁顿抽水蓄能电站

勒丁顿抽水蓄能电站（英語：Ludington Pumped Storage Plant）是美国的一座抽水蓄能电站，位于密歇根州梅森县，即密歇根湖东岸，邻近勒丁顿。电站利用密歇根湖充当下水库，在湖岸高地修建人工上水库，由消费者能源公司与DTE电力公司分别持有51%和49%的股份，消费者能源公司负责运行。 电站于1969年开工，六台原装机组在1973年投入商业运行，单机额定容量312兆瓦，总装机容量1,872兆瓦，建成时为世界规模最大的抽水蓄能电站。经过机组更新后，电站的发电能力增至约2,290兆瓦，储能量接近16,000兆瓦时。联邦能源管理委员会于2019年向电站颁发新的50年许可证，有效期至2069年6月30日。 历史 1959年，消费者能源公司开始在密歇根下半岛寻找抽水蓄能电站场址，先后了调查六十余处地点。勒丁顿靠近州内主要用电地区，密歇根湖可充当水量充足的天然下水库，附近港口便于运输大型设备，场址周围又有适合修筑上水库堤坝的砂土，因而被视为较理想的候选地点。最初方案拟安装五台10万千瓦机组，但1958年至1961年的经济衰退使电力需求增长放缓，当时的超高压输电网尚未形成，抽水蓄能电站也难以在经济上与燃煤发电竞争，计划遂遭推迟。而抽水蓄能电站的规模须依据整个电力系统的经济需要确定，不能只考察电站本身的技术经济指标。随着密歇根州超高压输电网扩展，大型火电站和核电站陆续建设，消费者能源公司与底特律爱迪生公司（即今天的DTE电力公司）于1967年重新评估工程，将装机方案扩大为六台31.2万千瓦机组。大型基荷电站可在夜间保持稳定运行，剩余电力则用于把湖水抽入上水库，待白天负荷高峰时放水发电。联邦电力委员会于1969年7月颁发许可证，工程同月开工。 1970年6月，工程约完成6%，厂房及压力管道开挖、密歇根湖围堰和上水库堤坝均在施工，现场有约565名工人。首台机组于1972年10月试运行，次年1月投入商业运行，其余五台于1973年10月前相继投运。施工期间共有2,800余人参与工程，开挖和填筑土石方超过5,000万立方码，浇筑混凝土约30万立方码，工程基本按1966年制订的进度完成。地方报纸报道，工程建设成本约为3.27亿美元。 美国土木工程师学会将该工程评为1973年度“杰出土木工程成就奖”。1998年投运25周年时，电站举办公众参观活动。报道将其比作把用电低谷时将电力储存起来、在高峰时释放的“巨型电池”。在重新授与许可过程中开展的历史资源调查认为，电站在美国工程和技术史上具有重要意义，符合《国家史迹名录》A、C和D项标准，具备列入名录的资格。 设施与运行 电站主要由上水库、环形土坝、防渗铺盖、进出水口、六条压力管道、发电厂房、尾水渠和密歇根湖岸防护设施组成。上水库面积842英亩，总库容82,300英亩英尺，最大水位变幅67英尺。水库由约6英里长的环形土坝围成，库底及迎水坡采用黏土、沥青混凝土和排水层组成的防渗结构。早期设计资料所列有效库容约为53,000英亩英尺，而联邦能源管理委员会在2018年的环境评估中则记为54,000英亩英尺。上水库进出水口连接六条长1,300英尺的钢制压力管道，管径由上端的28.5英尺逐渐缩至厂房附近的24英尺。管道穿过土坝后通往密歇根湖岸边的六机组厂房。尾水渠两侧各有一条约1,600英尺长的导流堤，湖中另设约1,850英尺长的防波堤，用于抵御风浪，减少漂浮物和泥沙进入尾水渠。 厂房原装六台可逆式水泵水轮机和发电电动机，每台额定发电容量312兆瓦，抽水扬程为113.5米。机组既可放水发电，也可反向运转把湖水抽入上水库。不抽水或发电时，机组还可作为同步调相机调节电网电压和无功功率。机组更新后，消费者能源公司将电站容量列为2,292兆瓦，DTE电力公司2025年底的申报资料则列为2,290兆瓦。电站通常在用电高峰期间放水发电，夜间或其他低谷时段再把湖水抽回上水库。上水库满库后可在最大出力下连续发电约八小时，重新抽满约需九小时。除调峰外，电站还能承担频率调节、旋转备用、补充备用、应急供电和电压控制等任务，并具有黑启动能力。2003年北美大停电期间，电站迅速启动发电，消费者能源公司称此举有助于防止停电范围继续扩大。 机组改造 消费者能源公司和底特律爱迪生公司于2010年与东芝国际美国公司签订工程、采购和施工合同，全面更新六台水泵水轮发电机组。东芝于2011年公布的合同金额约为5亿美元，工程包括更换六台312兆瓦水泵水轮机，升级发电电动机及附属设备，计划使每台机组的发电能力最多增加50兆瓦。设备原定于2013年6月开始安装，全部机组计划在2019年底前投入运营，但工程后来出现延宕。新水泵水轮机的设计工作由东芝在日本承担，多数设备由东芝水电设备（杭州）有限公司制造。其转轮直径8.4米、单重260吨，是当时世界最大的水泵水轮机转轮。 业主其后认为承包商完成的部分工程存在未完工、缺陷或不符合合同要求等问题，遂解除合同并于2022年向美国密歇根东区联邦地区法院起诉东芝美国能源系统公司及东芝公司。2025年12月，陪审团认定承包商违反质保和其他合同义务，判给业主违约及延期损害赔偿，并驳回承包商的反诉。截至2026年3月31日，承包商仍在寻求判后救济和上诉，案件结果尚未最终确定，DTE估计其承担的修复和更换费用约为3.5亿至4亿美元。 环境影响 电站抽水时，密歇根湖中的鱼卵、幼鱼和其他鱼类可能随水流进入压力管道和上水库，并因通过机组、水压变化或机械撞击而死亡。早期研究对损失规模的估算并不一致。1988年《Detroit Free Press》报道，业主委托Stone & Webster Michigan开展的一项研究估计，当时每年约有一亿尾鱼死亡。该研究对比了十三种缓解方案，认为允许水流通过而阻挡大部分鱼类的堆石堤最为有效，但造价估计达到1.1亿美元，研究公布时尚未算出各方案可减少的全部鱼类损失。 鱼类死亡问题还引发了《清洁水法》诉讼。1987年，联邦地区法院裁定，厂房排水中的鱼体残骸属于从点源排入湖中的污染物，电站须依该法第402条申请排污许可证。美国司法部和环境保护局在上诉中支持电力公司的主张，认为电站没有从外部向湖水加入污染物。第六巡回上诉法院于1988年推翻原判，认为把湖水中原有的鱼类及残骸抽入电站后再排回湖中，不构成《清洁水法》所称的从外部来源“加入”污染物。 经过近十年的诉讼和谈判，电站业主于1996年同密歇根州政府、联邦政府、原住民部族及环保组织达成综合和解，设立五大湖渔业信托基金，补偿密歇根州居民因电站运行造成鱼类损失而失去的渔业资源，并资助五大湖渔业保护与恢复项目。和解内容还要求业主使用季节性拦鱼网，减少鱼类进入取水口。拦鱼网全长约12,850英尺，从湖底延伸至水面，通常于每年4月中旬安装、10月中旬拆除。1993年至2017年的监测结果显示，拦网对体长超过5英寸的目标游钓鱼类和饵料鱼平均保护率分别为83.4%和93.3%，全部鱼种的平均保护率为85.7%。由于拦网不能阻止所有个体进入，减缓措施还包括持续监测和渔业补偿。2017年的鱼类卷入和解协议延续了此类措施，并要求发放有效期50年的许可证。2019年颁发新许可证后，五大湖渔业信托基金及相关和解安排也延续五十年。 参考文献 外部链接 消费者能源公司：勒丁顿抽水蓄能电站