在负荷低谷时，吸收电力系统的有功功率抽水，这时它是用户；在负荷高峰时，向电力系统送电，这时它是发电厂。

图1所示为抽水蓄能电站日、周运行过程。常规水电机组和燃气轮机组也是调峰性能较好的电源，但都没有填谷作用。抽水蓄能电站抽水是把电能转换为水能的过程，发电是把水能转换为电能的过程。在每一次抽水发电的能量转换循环中，都有能量损失，使发电量小于抽水的耗电量，两者之比是抽水蓄能电站循环效率，或称抽水蓄能电站综合效率，一般为0.7～0.8。抽水蓄能电站与火电、核电、风电等配合运行，因其调峰、填谷和承担旋转备用的作用，可节省火电机组因降低出力运行造成的高燃料消耗和机组启停的额外燃料消耗，减少火电机组开停机次数，使核电站平稳运行，从而延长火电和核电机组运行寿命。抽水蓄能电站有启停灵活、增减工作出力快的优点，从空载到满载只需30～35秒，从静止到满载发电需2～3分钟，从静止到满载抽水需5～6分钟，从满载发电或满载抽水到与电网解列约1分钟。因其具有快速反应能力，适宜承担电力系统紧急事故备用，成为电力系统的保安电源。此外，抽水蓄能电站还可承担电力系统的调频、调相、黑启动等任务。抽水蓄能电站造价不高，根据电力系统负荷、电源的分布情况，合理布置抽水蓄能电站，可减小电网潮流，在节省电网建设费用的同时减少网损，在降低系统事故率、提高供电可靠性的同时，节省电力系统总费用。在以火电、核电为主，风电等新能源比重较高，缺乏常规水电的电力系统中，修建适当比例的抽水蓄能电站作为电力系统的保安电源是必需的。

图1　抽水蓄能电站运行过程图

可按开发方式、水库调节周期分类。

①纯抽水蓄能电站。发电量绝大部分来自抽水蓄存的水能。发电的水量基本上等于抽水蓄存的水量，重复循环使用。仅需少量天然径流，补充蒸发和渗漏损失。补充水量既可来自上水库的天然径流来源，也可来自下水库的天然径流来源。如美国的勒丁顿抽水蓄能电站，装机容量1872兆瓦，其上水库在密歇根湖东岸不远处的山顶上，用高52米、长9.6千米的土堤围成，下水库为密歇根湖。纯抽水蓄能电站原理见图2（a）。

图2　抽水蓄能电站类型图

②混合式抽水蓄能电站。厂内既设有抽水蓄能机组，也设有常规水轮发电机组。上水库有天然径流来源，既可利用天然径流发电，也可从下水库抽水蓄能发电。其上水库一般建于河流上，下水库按抽水蓄能需要的容积觅址另建。如中国的潘家口抽水蓄能电站，装机容量420兆瓦，装有1台单机容量为150兆瓦的常规机组和3台单机容量为90兆瓦的抽水蓄能机组，多年平均年发电量6.2亿千瓦·时，其中3.89亿千瓦·时为天然径流发电量，2.31亿千瓦·时为抽水蓄能发电量。混合式抽水蓄能电站原理见图2（b）。

③调水式抽水蓄能电站。上水库建于分水岭高程较高的地方。在分水岭某一侧拦截河流建下水库，并设水泵站抽水到上水库。在分水岭另一侧的河流设常规水电站从上水库引水发电，尾水流入水面高程最低的河流。调水式抽水蓄能电站原理见图2（c）。这种抽水蓄能电站的特点是：下水库有天然径流来源，上水库没有天然径流来源；调峰发电量往往大于填谷的耗电量。如中国湖南省慈利县慈利跨流域抽水蓄能工程（图3）。在沅江支流白洋河上源渠溶溪设水泵站引水至赵家垭水库，年抽水1670万立方米。赵家垭水库后设3级水电站共12300千瓦，尾水流入澧水支流零溪河。该项工程多年平均年抽水用电量340万千瓦时，多年平均年发电量1390万千瓦时。

图3　慈利跨流域抽水蓄能工程剖面示意图

可分为日调节、周调节和年调节3类。日、周调节抽水蓄能电站的运行方式见图1，这类电站大多为纯抽水蓄能电站。年调节抽水蓄能电站的运行方式为：在汛期多抽水、少发电，在枯水期多发电、少抽水。

抽水蓄能电站主要由上水库、下水库、输水系统、厂房、开关站等部分组成。

上水库的高程高于下水库，其作用在于把提高了高程的水体蓄存起来，达到蓄能的目的。上水库可以利用已建水库或天然湖泊，也可新建。下水库的作用在于蓄存发电下放的水量，不使其流失，以便再度将其泵入上水库进行蓄能。下水库除可利用已建水库、天然湖泊或新建外，也有利用海洋或河道作下水库的情况。中国台湾地区的明湖抽水蓄能电站和明潭抽水蓄能电站都是利用天然湖泊日月潭作为上水库。英国狄诺维克抽水蓄能电站的上、下水库都是筑坝壅高天然湖泊水位形成的。

上、下水库间的高程差越大，电站水头越高，对同等规模的电站而言，所需水库库容越小，流量越小，水工建筑物的工程量相应减小，造价降低，机组设备的投资也有所降低。上、下水库间的输水道（包括上游引水道和下游原水道）越短，则输水系统工程量和水头损失越小，工程造价和运行费用都会降低。可用输水道长度（L）与水头（H）之比来粗略衡量其经济性，许多抽水蓄能电站的L/H都小于10。对于新建的上水库或下水库，防渗漏是一个重要问题，需妥善处理。

包括两部分：在上水库和厂房之间的为引水部分，在厂房和下水库之间的为尾水部分。引水部分包括进（出）水口、引水道，引水道长度较长时，须设引水调压室。引水道和调压室的构造均与常规水电站相同。进（出）水口在发电时为进水口，抽水时为出水口，应按双向水流设计，既要防止出流时流速过大，分布不匀，引起拦污栅振动破坏，又要防止进流时产生吸气漩涡。压力管道的岔管也要考虑双向水流，使水头损失最小。尾水部分如果较长，须设尾水调压室，其进（出）水口也应按双向水流设计。

抽水蓄能电站的厂房有地面厂房和地下厂房。由于水泵和可逆式机组的吸出高度为较大的负值，一般可达-70～-25米，因而多数大中型纯抽水蓄能电站都是地下厂房。混合式抽水蓄能电站装有两种机组，抽水蓄能机组的安装高程低于常规机组很多，故布置上较为复杂。也有把抽水蓄能机组和常规机组分别布置在两个厂房里的，如法国的大屋抽水蓄能电站把4台常规机组布置在地面厂房内，把8台可逆式机组布置在地下厂房内。

抽水蓄能电站机组分为四机式、三机式、二机式。四机式机组分设两套机组，一套由水泵和电动机组成，供抽水用；另一套由水轮机和发电机组成，供发电用。早期抽水蓄能电站多用这种机组。在常规水电站加装水泵抽水蓄能也属于这种方式。三机式机组，由同轴水泵、水轮机和发电电动机安装组成的机组。二机式机组，安装的机组由水泵水轮机和发电电动机同轴组成，也称可逆式机组，正向运行发电，反向运行抽水。纯抽水蓄能电站多用二机式或三机式机组。

抽水蓄能电站一般具有距负荷中心近的特点。俄罗斯扎戈尔斯克抽水蓄能电站总装机容量1200兆瓦，用500千伏超高压输电线路接入莫斯科地区电力系统，所需线路长度只有15千米。中国广州抽水蓄能电站，一期装机1200兆瓦，距广州90千米，用2回500千伏输电线路接入系统。超高压开关站一般为屋外式或气体绝缘金属封闭电器。