水力發(fā)電原理及水電站類型

水力發(fā)電原理及水電站類型水電站在水力發(fā)電的過程中，為了實現(xiàn)電能的連續(xù)產生需要修建一系列水工建筑物。包括：進水、引水、廠房、排水等，安裝水輪發(fā)電機組及其附屬設備的廠房和變電站，總體稱為水電站。水電站是水、機、電的綜合體。一、水力發(fā)電的概念水力發(fā)電:利用河流中蘊藏的水能來生產電能。在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通過一定方式將“載能水”輸送到水輪機中，使：

水能→旋轉機械能→帶動發(fā)電機組發(fā)電→輸電線路→用戶。水輪發(fā)電機組裝置原理圖建壩蓄水發(fā)電電站1.水力發(fā)電的轉換過程天然水能可利用水能旋轉機械能電能建筑物和設備水輪機發(fā)電機水利系統(tǒng)機電系統(tǒng)2.水力發(fā)電的幾個要素N——水電站裝機容量或水輪機的功率Q——通過水輪機的流量H——水輪機的水頭η——水輪機的效率二、水力發(fā)電特點優(yōu)點：不耗燃料，成本低廉水火互濟，調峰靈活綜合利用，多方得益取之不盡，用之不竭環(huán)境優(yōu)美，能源潔凈二、水力發(fā)電特點缺點：受自然條件限制；一次性投資大，移民多，工期長；事故后果嚴重；大型工程對環(huán)境、生態(tài)影響較大。三、我國水電事業(yè)的發(fā)展我國的水能資源狀況水能資源是河川徑流所具有的天然資源、是能源的重要組成部分。國家發(fā)展改革委2005年發(fā)布的全國水力資源復查結果，我國水電資源理論蘊藏量年電量6.08萬億千瓦時，理論蘊藏量裝機6.94億千瓦；技術可開發(fā)裝機5.42億千瓦，技術可開發(fā)年電量2.47萬億千瓦時；經濟可開發(fā)裝機4.02億千瓦，經濟可開發(fā)年電量1.75萬億千瓦時。特點一：總量豐富，開發(fā)不足可開發(fā)總量世界第一，占世界總量16.7％。到2008年底，水電裝機容量達到了1.65億千瓦，按技術可開發(fā)量計算占可開發(fā)量30%，低于發(fā)達國家60％的平均水平。東部，已開發(fā)70%以上(可開發(fā)的大型水電站只剩下3座，共1610MW，即浙江攤坑電站(600MW，目前在建)、大均電站(46萬kW)和福建街面電站(30萬kW)；西部，開發(fā)率僅7.5%

大有可為！2.我國水能資源的特點特點二：地區(qū)區(qū)分布不均，，與經濟發(fā)展展不匹配東部地區(qū)(13個省市)水電資源占占全國總量的的8%，中部部地區(qū)(6個個省)占11%，而西部部地區(qū)(12個省、市、、自治區(qū))高高達81％；但51％用電量在東東部。雅魯藏布江西電東送地

區(qū)水能蘊藏量可能開發(fā)的水能資源裝機容量(MW)年發(fā)電量億(kW.h/a)占全國比重(%)裝機容量(MW)年發(fā)電量(億kW.h/a)占全國比重(%)華北12299.31077.41.8691.98232.251.2東北12126.61062.31.81199.45383.912.0華東30048.82632.34.41790.22687.943.6中南64083.75613.89.56743.492973.6515.5西南47331241462.170.023234.3313050.3667.8西北841777373.912.54193.771904.939.9全國67604759221.8100.037853.2419233.04100.0年內降雨集中中在汛期；年際間江河來來水量變化大大。特點三：江河河來水量時間間分布不均汛期70%30%非汛期須建設（年調調節(jié)、多年調調節(jié)）大型水水庫。特點四：我國國水電資源相相對集中在一一些高山大河河地區(qū)，不少少水電站的裝裝機容量超過過1000MW。三峽(長江)1820萬kW，溪落渡(金沙沙江)超過過1000萬萬kW。雅魯藏布江下下游的墨脫電電站，計劃開開鑿35km長的隧洞，引引水2000m3/s以上，落差可可超過2000m，電站裝機可達達4500萬萬kW。大型電站，水水頭高、單機機容量大，帶帶來很多技術術難題，且淹淹沒損失大，，移民數(shù)量多多。3.我國水電開發(fā)發(fā)狀況我國水電開發(fā)發(fā)有三大特點點：1、成績很大大。突出表現(xiàn)在以以下三方面：：水電裝機容量量躍居世界第第一。水電建設技術術已具世界水水平。初步建立了適適應市場經濟濟的、有中國國特色的水電電開發(fā)和建設設機制。2.困難不不少制約水電發(fā)展展的五個問題題①生態(tài)環(huán)境境問題②上網電價價③法律法規(guī)規(guī)還不健全④移民問題題⑤地震問題題3.機遇難難得:今后15－20年是水電建設設的良好機遇遇期西部大開發(fā)戰(zhàn)戰(zhàn)略的機遇東部：水能資資源占6％，開發(fā)率大大于70％；

西部部：水能資源源占78%，開發(fā)率僅8％。實施“西電東東送”，變資資源優(yōu)勢為經經濟優(yōu)勢。全面建設小康康社會對電力力的要求；符合電力工業(yè)業(yè)中長期發(fā)展展規(guī)劃，提供供清潔、優(yōu)質質電能；《可再生能源法法》確認水能為可可再生能源；；《京都議定書》：溫室氣體體減排；當前我國經濟濟發(fā)展迅速，，投資環(huán)境良良好。2006年底全國水電電總裝機容量量達1.29億kW截止到2006年底，我國已已建和在建的的大中型水電電站工程有220多座，其中裝裝機100萬kW以上的25座；50萬kW以上的40座，壩高在100m以上的大壩55座，建成總長長度超過500km的水工隧洞，，裝機10萬kW以上的地下廠廠房水電站25座。在建與準備開開工的水電工工程包括：三三峽、龍灘、、小灣、公伯伯峽、泰安、、桐柏、溪洛洛渡、向家壩壩、瀑布溝、、糯扎渡、錦錦屏一級、虎虎跳峽、白鶴鶴灘、錦屏二二級、仙游、、水布埡等。。到2006年底全國已建建成小水電站站4萬多座，裝機機容量達到5000萬kW，年發(fā)電量1500億kW.h（技術可開發(fā)發(fā)總小水電水水能資源8700萬kW，分布在全國國1600多個山區(qū)縣））1984年建設了一百百個農村電氣氣化縣；1991年又建設了二二百個農村電電氣化縣；““十五”期間間再建設三百百個農村電氣氣化縣。小水電主要建建設省份包括括：浙江、福福建、云南、、貴州、四川川、廣東等。。我國的能源概概況與水電建建設能源結構：“煤為基礎礎、多元發(fā)展展”；煤炭為主體、、電力為中心心，油氣、新新能源全面展展；提高煤炭炭利用效率和和清潔性。需求預測：全面建設小小康社會：2020年GDP翻兩番，預測測電力需求9.2億kW，估計水電達達2.3億kW，每年需新增增近千萬kW。發(fā)展戰(zhàn)略：“大力開發(fā)發(fā)水電，優(yōu)化化發(fā)展煤電，，積極推進核核電，適度發(fā)發(fā)展天然氣發(fā)發(fā)電，鼓勵新新能源發(fā)電””（電力工業(yè)業(yè)中長期發(fā)展展規(guī)劃）。4.我國水電事業(yè)業(yè)發(fā)展設想第一步：2001—2010年。。這期間，三峽峽、龍灘、小小灣、公伯峽峽、水布埡等等一大批水電電站將建成發(fā)發(fā)電。到2010年，也也就是中國開開始水電建設設100年時時，水電裝機容量量達到1.4億千瓦-1.5億千瓦瓦，超過美國國居世界第一一，實現(xiàn)從資資源第一大國國到生產第一一大國的轉變變；水電的的比例例從2000年的23%提高高到30%左右右；第二步步2011-2050年基本完完成水水電的的開發(fā)發(fā)、開開發(fā)率率達到到90%左左右。。這時時裝機機約4.3億千千瓦；；以3800萬萬kW的墨脫脫電站站為代代表的的十幾幾座500萬kW以上的的巨型型電站站基本本開發(fā)發(fā)完畢畢。西電東東送的的規(guī)模模超過過1.5億億kW；東中中部受受電區(qū)區(qū)的抽抽水蓄蓄能電電站將將得到到大規(guī)規(guī)模發(fā)發(fā)展，，大庫庫容的的蓄能能電站站建設設、也也為沿沿海風風電的的大量量開發(fā)發(fā)，創(chuàng)創(chuàng)造有有利條條件。。中國水水電技技術隨隨著建建設達達到世世界領領先水水平。。進一一步由由生產產數(shù)量量上的的水電電第一一大國國變?yōu)闉檎嬲?、、全面面?包括括數(shù)量量、質質量、、科技技、管管理、、效益益各方方面)水電電第一一大國國。三峽水水利樞樞紐三峽水水利樞樞紐三峽工工程采采用““一級級開發(fā)發(fā)，一一次建建成，，分期期蓄水水，連連續(xù)移移民””方案案。大大壩為為混凝凝土重重力壩壩，壩壩頂總總長3035m，壩頂高高程185m，正常蓄蓄水位位175m，總庫容容393億億m3，其中中防洪洪庫容容221.5億億m3。裝機容容量1820萬萬kW，，26×70萬kW，，年均發(fā)發(fā)電量量849億億度。。泄洪洪壩段段每秒秒泄洪洪能力力為11萬萬m3/s，，左岸通通航建建筑物物，年年單向向通過過能力力500萬萬t。雙線五五級船船閘，，可通通過萬萬噸級級船隊隊；單單線一一級垂垂直升升船機機，可可快速速通過過3000t級客貨貨輪。。三峽工工程竣竣工后后，將將發(fā)揮揮防洪洪、發(fā)發(fā)電、、航運運、養(yǎng)養(yǎng)殖、、旅游游、保保護生生態(tài)、、凈化化環(huán)境境、開開發(fā)性性移民民、南南水北北調、、供水水灌溉溉等十十大效效益，，是世世界上上任何何巨型型電站站都無無法比比擬的的！三峽水水利樞樞紐世界施施工難難度最最大的的水利利工程程。2000年砼澆澆筑量量為548.17萬立方方米，，月澆澆筑量量最高高達55萬立方方米。。施工期期流量量最大大的水水利工工程。。三峽工工程截截流流流量9010立方米米/秒，施施工導導流最最大洪洪峰流流量7.9萬立方方米/秒世界泄泄洪能能力最最大的的泄洪洪閘。。最大泄泄洪能能力10.25萬立方方米/秒。世界規(guī)規(guī)模最最大、、難度度最高高的升升船機機。世界水水庫移移民最最多、、工作量量最為為艱巨巨的移移民建建設工工程三三峽工工程水水庫動動態(tài)移移民最最終可可達113萬。小浪底底水利利樞紐紐小浪底底水利利樞紐紐小浪底底水利利樞紐紐位于于河南南省洛洛陽市市以北北40km的黃河河干流流上，，是以以防洪洪為主主，兼兼顧防防凌、、減淤淤、灌灌溉和和發(fā)電電綜合合利用用的一一座特特大型型工程程。工工程由由大壩壩、泄泄洪建建筑物物及發(fā)發(fā)電系系統(tǒng)組組成。。大壩壩為粘粘土斜斜心墻墻堆石石壩，，壩頂頂長1667m，最大壩壩高154m，庫容126.5億m3，泄水建建筑物物包括括集中中布置置的10座座進水水塔，，9條條泄洪洪排沙沙隧洞洞、一一個正正常溢溢洪道道和三三個消消力塘塘組成成；發(fā)發(fā)電系系統(tǒng)由由6條條引水水隧洞洞和一一座地地下廠廠房、、主變變室、、尾閘閘室及及三條條尾水水洞組組成。?？傃b裝機容容量6×30萬萬千瓦瓦，多多年平平均發(fā)發(fā)電量量51億度度。新安江江水電電站新安江江水電電站新安江江水電電站位位于錢錢塘江江支流流新安安江上上，浙浙江省省建德德縣境境內，，由中中國自自己設設計、、施工工，自自制設設備，，自行行安裝裝的第第一座座大型型水電電工程程。電電站以以發(fā)電電為主主，兼兼有防防洪、、灌溉溉、航航運等等綜合合利用用效益益，電電站裝裝機容容量662.5MW，，保證出出力178MW，，多年平平均年年發(fā)電電量18.6億億KW··h，，以220KV和110KV高壓輸輸電線線路各各4回回接入入華東東電力力系統(tǒng)統(tǒng)。大大壩為為混凝凝土寬寬縫隙隙重力力壩，，最大大壩高高105米米。工工程于于1957年4月開開工，，1960年4月第第一臺臺機組組發(fā)電電，1978年年最后后一臺臺機組組投運運。二灘水水電站站二灘水水電站站二灘工工程是是二十十世紀紀建成成的中中國最最大的的水電電站。?？傃b裝機容容量330萬kW，，單機容容量55萬萬kW，，這在21世世紀初初三峽峽電站站建成成之前前，均均列全全國國第一一，單單機容容量排排世界界前10位位。二灘拱拱壩壩壩高240m為中國國第一一高壩壩。在在雙曲曲拱壩壩排行行中，，高度度居亞亞洲第第一、、世界界第三三；承承受總總荷載載980萬萬t，列世界界第一一。總總泄水水量22480m3/s，，在高壩壩中為為世界界第一一。進水口口高度度為80m，調壓室室高度度70m，均居全全國第第一。。亞洲最最大的的地下下廠房房洞室室群。。由廠廠房、、主變變壓器器室、、尾水水調壓壓室三三大洞洞室及及壓力力管道道、尾尾水管管、尾尾水洞洞、母母線洞洞、交交通洞洞、通通風洞洞、排排水洞洞（廊廊道））、進進風豎豎井、、排風風豎井井、電電梯豎豎井、、電纜纜斜井井等組組成龐龐大洞洞室群群。地地下洞洞室開開挖量量370萬萬m3。其中，，廠房房長280m、寬25.5m、高65m。四、水水電站站的基基本類類型按調節(jié)節(jié)能力力分成成：無調節(jié)節(jié)水電電站、、有調調節(jié)水水電站站按水電電站的的組成成建筑筑物及及特征征分為為：壩式、、河床床式、、引水水式電電站(一)、壩式式水電電站用壩集集中水水頭的的水電電站稱稱為壩壩式水水電站站，其特點點有：：水頭取取決于于壩高高。引用流流量較較大，，電站站的規(guī)規(guī)模也也大，，水能能利用用較充充分，，綜合合利用用效益益高。。投資大大，工工期長長。適用：：河道道坡降降較緩緩，流流量較較大，，并有有筑壩壩建庫庫的條條件。。2.壩后式式水電電站當水頭頭較大大時，，廠房房本身身抵抗抗不了了水的的推力力，將將廠房房移到到壩后后，由由大壩壩擋水水。壩后式式水電電站一一般修修建在在河流流的中中上游游。庫容較較大，，調節(jié)節(jié)性能能好。。如為土土壩，，可修修建河河岸式式電站站。舉世矚矚目的的三峽峽水電電站就就是壩壩后式式水電電站，，其裝裝機容容量為為18200MW。壩后式式水電電站壩后廠房萬家寨寨壩后后式水水電站站向家壩壩水電電站三峽水水電站站壩后廠房壩后廠房泄洪壩段(二)、河床床式電電站一般修修建在在河道道中下下游河河道縱縱坡平平緩的的河段段上，，為避避免大大量淹淹沒，，建低低壩或或閘。。適用水水頭：：大中中型：：25米以下下，小小型：：8~10米以下下。廠房和和擋水水壩并并排建建在河河床中中，共共同擋擋水，，故廠廠房也也有抗抗滑穩(wěn)穩(wěn)定問問題；；廠房高高度取取決于于水頭頭的高高低。。引用流流量大大、水水頭低低。注：廠房本本身起起擋水水作用用是河河床式式電站站的主主要特特征。。河床式式電站站河床式式電站站河床廠廠房富春江江河床床式電電站泄洪閘閘葛州壩壩水電電站河床廠房河床廠房開關站船閘泄洪閘(三)、引水水式水水電站站用引水水道集集中水水頭的的電站站稱為為引水水式水水電站站特點：：水頭相相對較較高，，目前前最大大水頭頭已達達2000米以上上。引用流流量較較小，，沒有有水庫庫調節(jié)節(jié)徑流流，水水量利利用率率較低低，綜綜合利利用價價值較較差。。電站庫庫容很很小，，基本本無水水庫淹淹沒損損失，，工程程量較較小，，單位位造價價較低低。適用條條件：：適合合河道道坡降降較陡陡，流流量較較小的的山區(qū)區(qū)性河河段。。類型：：1.無壓引引水電電站引水建建筑物物是無無壓的的:渠道道或或無無壓壓隧隧洞洞主要要建建筑筑物物：：低壩壩，，進進水水口口，，沉沉沙沙池池，，引引水水渠渠(洞)，日日調調節(jié)節(jié)池池，，壓壓力力前前池池，，壓壓力力水水管管，，廠廠房房，，尾尾水水渠渠。。無壓壓引引水水式式水水電電站站1-壩;2-進水水口口;3-沉沙沙池池;4-引水水渠渠道道;5日調調節(jié)節(jié)池池;6-壓力力前前池池;7-壓力力管管道道;8-廠房房;9-尾水水渠渠;10-配電電所所;10-泄水水道道2.有壓壓引引水水式式電電站站引水水建建筑筑物物是是有有壓壓的的：：壓力力隧隧洞洞(pressuretunnel)主要要建建筑筑物物：：低低壩壩，，有有壓壓隧隧洞洞，，調調壓壓室室，，壓壓力力水水管管，，廠廠房房，，尾尾水水渠渠。。有壓壓引引水水式式水水電電站站石龍龍壩壩水水電電站站云南南昆昆明明石石龍龍壩壩水水電電站站是是我我國國大大陸陸的的第第一一座座水水電電站站，，其其裝裝機機容容量量僅僅為為1440kW，1910年7月開開工工建建設設，，1912年4月發(fā)發(fā)電電。。(四)、抽抽水水蓄蓄能能電電站站抽水水蓄蓄能能：系系統(tǒng)統(tǒng)負負荷荷低低時時，，利利用用系系統(tǒng)統(tǒng)多多余余的的電電能能帶帶動動泵泵站站機機組組將將下下庫庫的的水水抽抽到到上上庫庫(電動動機機+水泵泵)，以以水水的的勢勢能能形形式式貯貯存存起起來來；；放水水發(fā)發(fā)電電：系系統(tǒng)統(tǒng)負負荷荷高高時時，，將將上上庫庫的的水水放放下下來來推推動動水水輪輪發(fā)發(fā)電電機機組組(水輪輪機機+發(fā)電電機機)發(fā)電電，，以以補補充充系系統(tǒng)統(tǒng)中中電電能能的的不不足足。。抽水水蓄蓄能能電電站站示示意意圖圖黑麋麋峰峰抽抽水水蓄蓄能能電電站站下水水庫庫上水水庫庫發(fā)電電系系統(tǒng)統(tǒng)(五)、潮潮汐汐電電站站潮汐汐：：潮汐汐現(xiàn)現(xiàn)象象是是海海水水因因受受日日月月引引力力而而產產生生的的周周期期性性升升降降運運動動，，即即海海水水的的潮潮漲漲潮潮落落。。潮汐汐發(fā)發(fā)電電原原理理：：利用用潮潮水水漲漲、、落落產產生生的的水水位位差差所所具具有有勢勢能能來來發(fā)發(fā)電電的的，，也也就就是是把把海海水水漲漲、、落落潮潮的的能能量量變變?yōu)闉闄C機械械能能，，再再把把機機械械能能轉轉變變?yōu)闉殡婋娔苣埽ǎòl(fā)發(fā)電電））的的過過程程。。潮汐汐發(fā)發(fā)電電原原理理法國國朗朗斯斯潮潮汐汐電電站站1966年投投入入運運行行，，是是第第一一個個商商業(yè)業(yè)化化電電站站。。該該電電站站裝裝機機24臺，，每每臺臺1萬千千瓦瓦，，共共24萬千千瓦瓦。。設設計計年年平平均均發(fā)發(fā)電電量量5.44億度度。。機機組組為為燈燈泡泡貫貫流流式式，，轉轉輪輪直直徑徑5.3米。。法國國朗朗斯斯潮潮汐汐電電站站江夏夏潮潮汐汐電電站站總結結一、、樞樞紐紐建建筑筑物物擋水水建建筑筑物物：：壩、、閘閘泄水水建建筑筑物物：：溢洪洪道道、、泄泄水水洞洞、、溢溢流流壩壩過壩壩建建筑筑物物：：過船船、、過過木木、、過過魚魚二、、發(fā)發(fā)電電建建筑筑物物進水水建建筑筑物物：：進水水口口、、沉沉沙沙池池引水水建建筑筑物物：：引水水道道、、壓壓力力管管道道、、尾尾水水道道平水水建建筑筑物物：：前池池、、調調壓壓室室廠區(qū)區(qū)樞樞紐紐：：主廠廠房房、、副副廠廠房房、、變變電電站站、、開開關關站站等等總結結三、、水水電電站站的的基基本本類類型型有有壩壩式式、、引引水水式式及及混混合合式式。。壩式式水水電電站站分分為為河河床床式式、、壩壩后后式式；；引水