勒丁頓抽水蓄能電站

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勒丁頓抽水蓄能電站（Ludington Pumped Storage Plant）是美國的一座抽水蓄能電站，位於密西根州梅森縣，即密西根湖東岸，鄰近勒丁頓。電站利用密西根湖充當下水庫，在湖岸高地修建人工上水庫，由消費者能源與DTE電力分別持有51%和49%的股份，消費者能源公司負責運行。

電站於1969年開工，六台原裝機組在1973年投入商業運行，單機額定容量312兆瓦，總裝機容量1,872兆瓦，建成時為世界規模最大的抽水蓄能電站。經過機組更新後，電站的發電能力增至約2,290兆瓦，儲能量接近16,000兆瓦時。聯邦能源管理委員會於2019年向電站頒發新的50年許可證，有效期至2069年6月30日。

## 歷史

1959年，消費者能源開始在密西根下半島尋找抽水蓄能電站場址，先後了調查六十餘處地點。勒丁頓靠近州內主要用電地區，密西根湖可充當水量充足的天然下水庫，附近港口便於運輸大型設備，場址周圍又有適合修築上水庫堤壩的砂土，因而被視為較理想的候選地點。最初方案擬安裝五台10萬千瓦機組，但1958年至1961年的經濟衰退使電力需求增長放緩，當時的超高壓輸電網尚未形成，抽水蓄能電站也難以在經濟上與燃煤發電競爭，計劃遂遭推遲。而抽水蓄能電站的規模須依據整個電力系統的經濟需要確定，不能只考察電站本身的技術經濟指標。隨著密西根州超高壓輸電網擴展，大型火電站和核電站陸續建設，消費者能源公司與底特律愛迪生公司（即今天的DTE電力）於1967年重新評估工程，將裝機方案擴大為六台31.2萬千瓦機組。大型基荷電站可在夜間保持穩定運行，剩餘電力則用於把湖水抽入上水庫，待白天負荷高峰時放水發電。聯邦電力委員會於1969年7月頒發許可證，工程同月開工。

1970年6月，工程約完成6%，廠房及壓力管道開挖、密西根湖圍堰和上水庫堤壩均在施工，現場有約565名工人。首台機組於1972年10月試運行，次年1月投入商業運行，其餘五台於1973年10月前相繼投運。施工期間共有2,800餘人參與工程，開挖和填築土石方超過5,000萬立方碼，澆築混凝土約30萬立方碼，工程基本按1966年制訂的進度完成。地方報紙報導，工程建設成本約為3.27億美元。

美國土木工程師學會將該工程評為1973年度「傑出土木工程成就獎」。1998年投運25周年時，電站舉辦公眾參觀活動。報導將其比作把用電低谷時將電力儲存起來、在高峰時釋放的「巨型電池」。在重新授與許可過程中開展的歷史資源調查認為，電站在美國工程和技術史上具有重要意義，符合《國家史跡名錄》A、C和D項標準，具備列入名錄的資格。

## 設施與運行

電站主要由上水庫、環形土壩、防滲鋪蓋、進出水口、六條壓力管道、發電廠房、尾水渠和密西根湖岸防護設施組成。上水庫面積842英畝，總庫容82,300英畝英尺，最大水位變幅67英尺。水庫由約6英里長的環形土壩圍成，庫底及迎水坡採用黏土、瀝青混凝土和排水層組成的防滲結構。早期設計資料所列有效庫容約為53,000英畝英尺，而聯邦能源管理委員會在2018年的環境評估中則記為54,000英畝英尺。上水庫進出水口連接六條長1,300英尺的鋼製壓力管道，管徑由上端的28.5英尺逐漸縮至廠房附近的24英尺。管道穿過土壩後通往密西根湖岸邊的六機組廠房。尾水渠兩側各有一條約1,600英尺長的導流堤，湖中另設約1,850英尺長的防波堤，用於抵禦風浪，減少漂浮物和泥沙進入尾水渠。

廠房原裝六台可逆式水泵水輪機和發電電動機，每台額定發電容量312兆瓦，抽水揚程為113.5米。機組既可放水發電，也可反向運轉把湖水抽入上水庫。不抽水或發電時，機組還可作為同步調相機調節電網電壓和無功功率。機組更新後，消費者能源公司將電站容量列為2,292兆瓦，DTE電力公司2025年底的申報資料則列為2,290兆瓦。電站通常在用電高峰期間放水發電，夜間或其他低谷時段再把湖水抽回上水庫。上水庫滿庫後可在最大出力下連續發電約八小時，重新抽滿約需九小時。除調峰外，電站還能承擔頻率調節、旋轉備用、補充備用、應急供電和電壓控制等任務，並具有黑啟動能力。2003年北美大停電期間，電站迅速啟動發電，消費者能源公司稱此舉有助於防止停電範圍繼續擴大。

## 機組改造

消費者能源公司和底特律愛迪生公司於2010年與東芝國際美國公司簽訂工程、採購和施工合同，全面更新六台水泵水輪發電機組。東芝於2011年公布的合同金額約為5億美元，工程包括更換六台312兆瓦水泵水輪機，升級發電電動機及附屬設備，計劃使每台機組的發電能力最多增加50兆瓦。設備原定於2013年6月開始安裝，全部機組計劃在2019年底前投入運營，但工程後來出現延宕。新水泵水輪機的設計工作由東芝在日本承擔，多數設備由東芝水電設備（杭州）有限公司製造。其轉輪直徑8.4米、單重260噸，是當時世界最大的水泵水輪機轉輪。

業主其後認為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問題，遂解除合同並於2022年向美國密西根東區聯邦地區法院起訴東芝美國能源系統公司及東芝公司。2025年12月，陪審團認定承包商違反質保和其他合同義務，判給業主違約及延期損害賠償，並駁回承包商的反訴。截至2026年3月31日，承包商仍在尋求判後救濟和上訴，案件結果尚未最終確定，DTE估計其承擔的修復和更換費用約為3.5億至4億美元。

## 環境影響

電站抽水時，密西根湖中的魚卵、幼魚和其他魚類可能隨水流進入壓力管道和上水庫，並因通過機組、水壓變化或機械撞擊而死亡。早期研究對損失規模的估算並不一致。1988年《Detroit Free Press》報導，業主委託Stone & Webster Michigan開展的一項研究估計，當時每年約有一億尾魚死亡。該研究對比了十三種緩解方案，認為允許水流通過而阻擋大部分魚類的堆石堤最為有效，但造價估計達到1.1億美元，研究公布時尚未算出各方案可減少的全部魚類損失。

魚類死亡問題還引發了《清潔水法》訴訟。1987年，聯邦地區法院裁定，廠房排水中的魚體殘骸屬於從點源排入湖中的污染物，電站須依該法第402條申請排污許可證。美國司法部和環境保護局在上訴中支持電力公司的主張，認為電站沒有從外部向湖水加入污染物。第六巡迴上訴法院於1988年推翻原判，認為把湖水中原有的魚類及殘骸抽入電站後再排回湖中，不構成《清潔水法》所稱的從外部來源「加入」污染物。

經過近十年的訴訟和談判，電站業主於1996年同密西根州政府、聯邦政府、原住民部族及環保組織達成綜合和解，設立五大湖漁業信託基金，補償密西根州居民因電站運行造成魚類損失而失去的漁業資源，並資助五大湖漁業保護與恢復項目。和解內容還要求業主使用季節性攔魚網，減少魚類進入取水口。攔魚網全長約12,850英尺，從湖底延伸至水面，通常於每年4月中旬安裝、10月中旬拆除。1993年至2017年的監測結果顯示，攔網對體長超過5英寸的目標游釣魚類和餌料魚平均保護率分別為83.4%和93.3%，全部魚種的平均保護率為85.7%。由於攔網不能阻止所有個體進入，減緩措施還包括持續監測和漁業補償。2017年的魚類捲入和解協議延續了此類措施，並要求發放有效期50年的許可證。2019年頒發新許可證後，五大湖漁業信託基金及相關和解安排也延續五十年。

## 基本資料

- 全稱：Ludington Pumped Storage Plant
- 國家：美國
- 位置：密西根州梅森縣密西根湖東岸
- 現況：O
- 始建時間：1969年7月
- 啟用時間：1973年
- 持有單位：消費者能源（51%）、DTE電力（49%）
- 運營單位：消費者能源公司
- 上池：人工上水庫
- 上池容量：82,300英畝英尺
- 下池：密西根湖
- 揚程：113.5米（抽水揚程）
- 水泵發電機：6台可逆式機組
- 總額定容量：約2,290兆瓦