3.3 技术经济比较分析
（1）水泵水轮机效率。对相同容量和水头（扬程）的水泵水轮机来说，其同步转速与比转速成正比关系；比转速不同，其转轮形状也有所差别。随着比转速的降低，转轮的特征形状将变得更扁平，水泵水轮机转轮高压侧进口高度变小，转轮外缘和叶片流道的摩擦损失增加，同时转轮止漏环损失也将加大，从而使水泵水轮机总效率有下降的趋势。
根据近代水泵水轮机的设计制造经验以及水力试验，统计出可逆式水泵水轮机比转速和最高效率的变化趋势见图3，图中可以看出水泵水轮机比转速nsp在35～50m·m3/s时效率最高，大于或小于此范围时效率都将降低。当溧阳电站同步转速选择300r/min时，水泵工况比转速nsp=36.3～50.0m·m3/s；当选择333.3r/min时，水泵工况比转速nsp=40.4～55.5m·m3/s。可以看出，选择300r/min或333.3r/min方案，整个运行区域均处于最高效率范围。
图3 水泵水轮机水泵工况最高效率随比转速变化情况
（2）设计制造难度有以下两方面：
1）水泵水轮机设计制造难度。提高水泵水轮机比转速可以降低机组造价、节约成本，但应建立在合理的水力设计和制造工艺水平基础之上。随着计算机技术的不断发展，材料、加工工艺和加工手段的不断进步，以及CFD等技术在水泵水轮机设计方面的成熟应用，反映水泵水轮机综合技术水平的比转速值有提高的趋势，尤其是在20世纪80年代前后提高的幅度较为明显。但从目前来看，水泵水轮机的设计手段、材料和加工工艺基本上已达到较优状态。因此，基于本电站单机容量较大，且工作水头不高而水头变幅较大，在能量指标达到较高技术水平的同时，更应该把机组的运行稳定性、可靠性和良好的空化性能摆在首位。
根据表3可以看出，选用333.3r/min方案时，水泵水轮机转轮高压侧直径约4.438m，相应水泵最低扬程处比速系数Kp为3359，制造难度系数TD=HD12/1000=5.1；而选用300r/min方案时，水泵水轮机转轮高压侧直径约4.770m，相应水泵最低扬程处比速系数Kp为3023，制造难度系数TD=HD12/1000=5.9。与200～300m水头段已运行同类规模电站参数相比，已有部分电站TD值超过了10.0，如美国的巴斯康蒂（TD=13.3）、日本的吉原（TD=10.4）电站等。因此，纵观两方案水泵水轮机的设计制造水平，基本上处在同一档次，设计制造难度不大。
2）发电电动机设计制造难度。发电电动机设计制造难度主要与额定容量、额定转速有关，同时应考虑发电电动机额定电压、额定功率因数、定子绕组的并联支路数、槽电流以及发电电动机的冷却方式等设计、制造的合理性和可行性。结合水泵水轮机比转速的选择，对可供选择的额定转速300r/min和333.3r/min方案，结合额定电压、并联支路数、合理的槽电流、冷却方式等因素，对发电电动机设计制造难度进行综合分析比较，具体参数见表4。
表4 发电电动机在不同转速方案下的相关参数表
分析表中数据可知：对于333r/min转速方案磁极个数为18，实际可选的并联支路数为3或6，其中选3支路时槽电流为6789A，采用空冷方式是可行的，而选6支路时槽电流为3395A，槽电流偏低，则不经济。对于300r/min转速方案磁极个数为20，定子绕组可采用4或5支路，其槽电流分别为5092A和4074A，均在空冷机组允许范围（5000～7000A）内。综合以上比较分析，从发电电动机设计制造难度方面来看，333.3 r/min和300r/min两方案均是可行的，但333.3 r/min方案的制造难度略大。
（3）空化特性。水泵水轮机空化系数、淹没深度均与水泵比转速有着直接的关系，随着比转速的提高，在保证机组空化性能、安全稳定的条件下，空化系数将随之加大，需要有更大的淹没深度。根据用统计公式计算、参考类似电站及制造厂技术咨询方案初步判断，两方案机组所需的淹没深度相差10m左右。淹没深度的增加，将带来地下洞群室施工难度及工程量一定程度的增大，包括进厂交通洞、施工支洞、输水系统等；但是，随着额定转速的提高，机组尺寸也随之减小，从一定程度上可以减小地下厂房的跨度，增强地下厂房围岩的稳定性，从这方面来看又有其有利的一面。
（4）稳定性。压力脉动是衡量水泵水轮机性能的一个重要指标。根据已建电站的水泵水轮机运行情况和模型试验资料，水泵水轮机容易产生的压力脉动主要表现为水轮机工况部分负荷时尾水管涡带引起的压力脉动，水泵工况的转轮出口和导叶进口之间因水流撞击产生的压力脉动等。一般在水轮机工况的小负荷和超负荷区域，由于导叶开度减小和增大，转轮出口水流方向发生改变，易形成较大的旋涡，在尾水管产生涡带，导致压力脉动值增大；在水泵工况的高扬程小流量和低扬程大流量区域，转轮出口水流对导叶的撞击加剧，易产生脱流，导致压力脉动值增大。
经初步分析，水泵水轮机选择高比转速时，压力脉动值相对加大，尤其是水轮机工况时尾水管压力脉动特性。电站水头变幅范围较大，在水轮机工况低水头部分负荷、水泵工况高扬程和低扬程运行工况，易导致压力脉动值增大。因此，适当降低水泵水轮机比转速，对其运行稳定性是有利的。
（5）经济比较。各同步转速方案综合特性比较见表5。
表5 溧阳抽水蓄能电站机组转速方案综合特性比较表
水泵水轮机比转速与转轮直径，同步转速与发电电动机尺寸均存在着反比关系。较高的比转速和同步转速有利于减轻机组重量，降低机组造价，节约工程投资。从这方面来看，提高机组同步转速对减少工程投资是有利的。但是，节约工程投资应建立在技术可行、安全稳定的基础之上。从表5可以看出，两方案的工程投资差值主要体现机电设备及安装工程，而在机电设备及安装工程中主要体现在主机设备的造价上，通过统计分析对两方案机组重量、重量单价进行了估算，进而体现出两方案设备投资的差值。但实际上，机组价格是一个集设计、科研、试验、设备材料、加工手段于一体的综合性指标，单从设备材料方面来衡量其价格是不够的。在技术水平基本相当的情况下，不能单纯追求过高的参数水平，而应该把良好的空化性能、运行稳定性和可靠性摆在首位，对于水头（扬程）变幅范围较大的电站，尤其如此。因此，表5中两方案机电设备及安装工程投资差值只能作为定性分析两方案投资差别的参考数据，作为衡量两方案的综合经济指标应包括工程投资和将来电站运行的经济效益、社会效益等多方面。