天荒坪水電站位于浙江省安吉縣西苕溪的支流大溪上，處在長江三角洲的西南端，接近華東電網有限公司的負荷中心，是華東地區第一座大型抽水蓄能電站。水電站總裝機容量1800兆瓦，水泵工況最大毛揚程610.2米，水輪機工況額定水頭526米。水電站年發電量31.6億千瓦時，年抽水用電量（填谷電量）42.86億千瓦時。
1991年8月，國家計委批準了在浙江省安吉縣興建天荒坪抽水蓄能電站的項目建議書。1992年6月，水電站前期準備工程啟動。1994年3月1日，水電站正式動工。1998年1月，第一臺機組投產。2000年12月底，全部工程竣工投產。天荒坪水電站在華東電網有限公司中，承擔系統峰谷差360萬千瓦任務，緩解了華東電網日益加劇的峰谷差矛盾。
截至2024年9月，天荒坪水電站已完成發電量548億千瓦時，抽水電量684億千瓦時。電站綜合效率達80%，處于世界領先的水平，每年可節約標準煤17萬噸，減少二氧化硫排放2800噸。天荒坪水電站曾獲得第十一屆優秀工程設計金獎、第九屆優秀工程勘察金獎、水力發電科學技術獎特等獎等。
歷史沿革
建設背景
1974年，華東電網著手開展抽水蓄能電站的規劃選點工作；上世紀80年代中后期，隨著改革開放和社會經濟快速發展，中國國內電網規模不斷擴大，華東、華北和廣東省等以火電為主的電網，缺少調峰手段，調峰矛盾日益突出，缺電局面由電量缺乏轉變為調峰容量也缺乏，修建抽水蓄能電站以解決以火電為主的電網的調峰問題逐步形成共識。
前期籌備
天荒坪水電站的選址始于1979年，從蘇南、皖東南和浙北等華東電網有限公司的負荷中心地帶，共普查選點50處，經過反復技術經濟比較，于1984年確定天荒坪為華東地區第一個抽水蓄能電站站址。1991年8月，國家計委批準了在浙江省安吉縣興建天荒坪抽水蓄能電站的項目建議書。同年11月，華東電力集團公司天荒坪抽水蓄能電站工程建設公司在安吉掛牌辦公并正式組建。在設計階段，側重理念和技術層面協調工程建設與環境之間的關系，如公路及建筑物開挖邊坡的綠化、土石壩后壩坡的綠化，功能性建筑物造型與環境的協調等。1992年6月，水電站前期準備工程啟動，場內公路、供水系統、施工通訊系統等相繼開工。
施工建設
1994年3月1日，水電站正式動工。施工建設階段，大壩采用當地材料壩，取材于上下水庫內，根據庫內開挖料選擇壩型，棄渣場利用庫內死庫容或壩后，減少占地。水電站上水庫利用庫盆全風化開挖料填筑于瀝青面板堆石壩后部，形成土石混合壩，可減少料場石料開挖，也減少棄渣，利用全強風化開挖料回填庫底，減少對資源的占用，降低工程對環境的影響。
竣工投產
1998年1月，第一臺機組投產，總工期8年。2000年12月底，全部工程竣工投產。
地理環境
地質環境
天荒坪地區屬侏羅系上統火山巖，巖石主要為凝灰巖、流紋巖、花崗斑巖等，巖性堅硬，地質構造相對穩定。地震基本烈度小于6度，地表復蓋層較薄。下水庫位于一條山區小溪流，壩址以上集水面積為25.5平方公里，多年平均年徑流量為2590萬立方米，最枯年份的年徑流量為900萬立方米。上水庫蓄水滿后，在正常運行期內只需補充少量的蒸發和滲漏損失，同下游用水無太大矛盾。
區域環境
水電站的地理位置近華東電網有限公司負荷中心，距上海市直線距離175公里，距杭州市直線距離57公里，距華東電網500千伏瓶窯樞紐變電所只有34公里，便于電站接入電力系統。上水庫位于山河港左岸支溝的溝源洼地，其東西兩側分別為擱天嶺（頂高程 973.48米）和天荒坪（頂高程930.19米）。上下水庫庫區內無居民，上庫只有15畝梯田和少量茶園，下庫只淹沒一段簡易公路，可結合施工道路改線。整個電站工程除上、下水庫外，其余都埋沒在地下巖層之中。
工程結構
總體布局
水電站主要建筑物包括上、下水庫、輸水系統、地下廠房洞室群、開關站等，均位于大溪左岸。左岸山體雄厚，地形高差700米左右。上下水庫庫底的天然高差約590米，筑壩形成水庫后平均水頭570米，最大發電毛水頭610米，上下兩個水庫的水平距離約1公里，輸水道長度與平均發電水頭之比為2.5。
硬件設施
機電設備
水電站主要機電設備有6臺（30萬kW）立軸可逆混流式水泵水輪機/發電電動機組和6臺（340MVA）三相繞組強迫油循環水冷式主變壓器。
上水庫
上水庫利用天然洼地挖填而成，集水面積很小，徑流、洪水均可忽略。設計最高蓄水位905.2米，總庫容885萬立方米；設計最低蓄水位863米，死庫容50萬立方米。水庫由在洼地南端布置的主壩和在洼地東、北、西、西南4個埡口處修建的4座副壩圍筑而成。
下水庫
水電站下水庫位于太湖流域西苕溪支流大溪上，壩址集水面積25.5平方公里，多年平均年徑流量2450萬立方米，枯水年也能保證抽水蓄能電站用水。設計最高蓄水位344.5米，相應庫容877萬立方米；最低蓄水位295米，死庫容72萬立方米。
輸水系統
輸水系統設在大溪左岸的山體內，其組成部分主要有上庫進出水口和閘門井、斜井式高壓管道、鋼筋混凝土岔管、壓力支管、尾水隧道和下庫進出口等。
地下廠房洞室群
地下廠房洞室群主要有主副廠房及安裝場、主變室、母線廊道、尾水閘門洞以及其它一些用于交通、通風、排水的洞室和豎井。
開關站
開關站（500kV）布置在下庫左岸尾水隧洞出口上方的地面上，高程350.2米，面積3850平方米，采用GIS設備（氣體絕緣金屬封閉開關設備）。開關站左側有降壓站（35kV），右側布置中控樓。
設計參數
參考資料
功能價值
發電原理
天荒坪抽水蓄能電站發電的原理是電能轉化成水的勢能，水的勢能再轉化為電能的過程，廠房里的六臺機組既是水泵又是用來發電的水輪機組。當電網用電量處于低谷時，利用余電將下水庫的水，通過山體里的輸水管道抽到上水庫將水儲存。到了用電高峰時，再將上水庫的水放下來，利用上下水庫之間的落差，沖擊水輪機，帶動機組發電。尾水再流入下水庫重復利用。
整體價值
天荒坪抽水蓄能電站位于長江三角洲腹地，臨近華東電網有限公司負荷中心。承擔華東電網調峰、調頻、調相和緊急事故備用等多項任務。天荒坪水電站為日調節抽水蓄能電站，裝機1800兆瓦為電網必需容量，可向華東電網提供1800兆瓦尖峰出力，緩解用電高峰時電力供需矛盾，同時可吸收電網低谷剩余電力抽水填谷。天荒坪電站投入運行后可承擔華東電網3600兆瓦峰谷差，改善網內火電機組和核電機組的運行條件，提高電網供電質量和供電可靠性，產生一定的經濟效益。
經濟效益
由于天荒坪水電站特有的運行靈活性，在滿足調頻、調相、負荷調整、事故旋轉備用等系統需要方面，具有特別有利的條件，并由此給系統帶來經濟效益。天荒坪水電站的地形地質條件優越，上下水庫成庫條件好，水頭高，容量大，水庫淹沒損失甚微，輸水道相對較短，工程投資可節省約18億元，低于同等規模的火電站。
天荒坪電站在電網負荷低谷時抽水填谷，在系統負荷高峰時發電頂峰，承擔電網峰谷差3600兆瓦，改善網內火電機組的運行狀況，使得網內火電能平緩高效運行，從而減少網內火電燃料消耗、降低電網運行費用，給電網帶來經濟上的效益。每年可節約標準煤17萬噸，減少二氧化硫排放2800噸。
社會效益
天荒坪水電站建成后，利用低價電能抽水，為系統提供峰荷電能，為推行峰谷分時電價創造了現實條件。天荒坪水電站既調峰又填谷，大大減輕火電的調峰負擔，提高電網的供電質量，保證了火電和核電的安全穩定運行。天荒坪水電站的建設，促進了地方基礎設施建設，改善了地區交通、通信及招商條件，活躍了當地物資市場和勞動力市場，創造了數量可觀的社會就業機會。形成了“安吉天荒坪風景名勝區”，帶動了地區建材工業、第三產業及旅游業的發展，天荒坪的建設對于拉動地區經濟和社會發展起了很大作用。
重點工程
工程難點
上水庫工程地質條件復雜，各處的巖石風化程度不一，呈現出物理力學性質上顯著的不均勻性，水庫蓄水后沉降和不均勻沉降難以避免。庫岸全線除了進出水口及其臨近區域相對隔水層頂板高程高于上水庫設計最高蓄水位外，其余均低于最高蓄水位，需要進行庫盆防滲處理。
技術特點
瀝青混凝土面板防滲
在充分比較了鋼筋混凝土面板防滲、瀝青混凝土面板防滲、庫底黏土防滲，以及幾種防滲型式的組合后，選擇了主副壩的迎水面、庫底和庫岸均鋪設的全庫盆瀝青混凝土面板防滲結構。其優點是可以最大限度適應庫底風化巖土的不均勻沉降、不設結構縫、庫底與岸坡和壩坡護面連成一體避免接頭滲漏，防滲效果可靠。天荒坪上水庫為國內第一個大面積采用瀝青混凝土防滲面板的工程，瀝青混凝土防滲面板總面積達28.5萬平方米，運行效果良好。
自流排水洞
結合地形條件，在國內外大型抽水蓄能電站中首次采用自流排水洞方式排出地下廠房洞群的滲漏水，與傳統的水泵抽排方式相比，大大節約了電站運行費用，更主要的是為防止水淹廠房、保證電廠安全提供了全新的手段。
L/H比值最小的輸水系統
上下水庫位置確定后，連接上下水庫的引水發電系統的布置對抽水蓄能電站的經濟性影響顯著，輸水系統的平、立面布置直接關系到L/H比值的大小。經過技術上和經濟上綜合比較，最終選擇了在平面上以直線連接上下水庫，在立面上設置尾部地下廠房，高壓管道為58°轉軸傾角的斜井，在平面上主管2根（即一洞三機）的方案。最終布置的天荒坪的L/H比值為2.5，是國際上已建或在建大型純抽水蓄能電站中比值最小的一座。
混凝土襯砌壓力管道
天荒坪水電站水道系統承受的最大凈水壓力為680米，最大動水壓力840米，為混凝土襯砌壓力管道世界之最。針對天荒坪的具體情況，岔管位置選擇綜合考慮了上覆巖體厚度、地應力水平、圍巖滲透性和地質條件等因素，結合大量的試驗研究分析，使得鋼筋混凝土岔管在天荒坪工程得以成功應用，其所承受的水頭是當時世界上最高的。
9兆帕高壓灌漿技術
對混凝土襯砌的岔管而言，圍巖的抗滲性能好壞至關重要，關系到滲透的穩定性和結構的安全。為了改善高壓隧洞圍巖的抗滲性，在輸水道下平段和高壓岔管區域均進行了高壓灌漿，以便構筑高壓隧洞的環型帷幕，盡可能減小輸水系統內水外滲所帶來的危害。灌漿孔間排距3米，孔深6~8米，分序加壓，最大灌漿壓力9兆帕，在國內創造了灌漿壓力新紀錄。
地下廠房結構抗振技術
水電站存在激振頻率高、結構層高、上部受力且基礎薄弱等特征，這種“頭重腳輕”的局面對結構抗振十分不利，廠房結構抗振設計難度居國內之首。為此，采取了一系列廠房結構減振措施：蝸殼機墩結構與下游巖壁緊貼，各層板梁斷面及大開孔處梁斷面尺寸適當加大，提高關鍵部位結構的混凝土強度等級，通過利用圍巖抗力并加強樓板結構，有效提高結構的自振頻率。發電機風罩厚度加厚，上機架極座板塊加大加厚，使作用力分散，減小變位，增加剛度。天荒坪抽水蓄能電站在國內第一個有效解決了高水頭大容量蓄能機組基礎振動問題。
文旅信息
隨著水電站建成蓄水，上下水庫成為環境優美秀麗的風景區。下水庫形成了一片集幽谷、青山、瀑布、小溪一體的風景區——“長谷洞天”。從下水庫到上水庫有一條長12公里的盤山公路，這條路以高山美景和彎道出名。2019年上映的電影《飛馳人生》就在這條盤山公路和下水庫取景。沿著電影里的這條公路，從下水庫驅車前往上水庫。上水庫風景區名叫“江南天池”，是國家4A級景區。水電站所在的大溪村，已有200多家農家樂、民宿，被譽為“杭嘉湖平原農家樂第一村”。
所獲榮譽
參考資料
參考資料 >
天荒坪抽水蓄能電站.黃河水利職業技術學院.2024-09-22
特別關注 | “兩山”轉換天地寬:天荒坪抽水蓄能電站綠色發展之路.澎湃新聞.2024-09-22