神流川抽水蓄能電站裝機容量 2820MW，建成後將是世界最大的抽水蓄能電站，一期廠房內安裝1880MW（4*470MW）抽水蓄能機組，也是世界最大規模的地下廠房。
神流川抽水蓄能電站機組代表了當今世界最高水平。單級可逆水泵水輪機最大出力482MW為世界之最；最大揚程728m，僅次於葛野川電站，居世界第二；水泵水輪機和發電支動機制造難度係數均為世界之最。世界上首次在高壓鋼管使用HT-100級的高強度鋼材，從1975年大平抽水蓄能電站開始，HT-80高強度鋼材開始應用於抽水蓄能電站，用了整整30年時間，到神流川抽水蓄能電站才邁上新臺階。
神流川上庫為土心牆堆石壩，壩高136m，壩頂長444m。輸水系統高壓管道為鋼管，上庫進出水口為側進式。神流川輸水系統壓力鋼管若使用HT-80級鋼材，鋼管最大厚度達到78mm，岔管厚度達94mm，給鋼管制作和焊接帶來很大困難。神流川電站在抽水蓄能電站首先應用HT-100高強度鋼管，使鋼管厚度最大減至62mm，岔管厚度減至75mm，更有利工程安全和經濟。
水泵水輪機由東芝 公司供貨，發電電動機由日立供貨。東京電力公司與東芝公司聯合研究水泵水輪機水力特性，並用1/9比例模型進行性能試驗。水泵水輪機轉輪最終採用10個葉片方案，其中5個長葉片，5個短葉片。10個葉片方案比原來6個葉片方案性能有明顯的提高：轉輪直徑減少3%-5%,導葉與轉輪間壓力脈動減少；水輪機工況最大出力點效率增加4%，出力由原方案的450MW增加到470MW；穩定運行範圍下限由50%出力擴大到40%出力；水泵工況在663-728m揚程範圍內提高3.6%，最高效率達92.5%。
水泵水輪機轉輪直徑（D1/D2）為4385/2170mm
額定轉速/飛逸轉速為500/755 r/min
額定電壓 18kV
高水頭水泵水輪機的淹沒深度，不僅要滿足防空蝕要求，還要保證各種過渡過程中尾水管不發生水柱分離現象。超高水頭水泵水輪機均採用了較大的淹沒深度，如葛野川抽水蓄能電站最小淹沒深度為-98m，神流川抽水蓄能電站最小淹沒深度為-104m。
座環設16個固定導葉，分4瓣運輸，蝸殼在工地組焊，不做水壓試驗。
主變採用1000MVA分裂變壓器。一期廠房仍用日本地下廠房的典型佈置形式，將兩臺主變佈置廠房兩端，不設主變洞，安裝場設在廠房中部，安裝場下部不設副廠房。設自流排水洞。
廠房結構和機組結構都採用高剛度設計，這可能是高水頭抽水蓄能機組抗的需要。
一期4臺機發電日期為：1號機組2005年7月投入運行，2號機組2010年7月投入運行，3號、4號2014年以後投入運行。
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