第三章 水力發(fā)電

1、第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型第二節(jié)第二節(jié) 水電站主要?jiǎng)恿υO(shè)備水電站主要?jiǎng)恿υO(shè)備水輪機(jī)水輪機(jī)第三節(jié)第三節(jié) 水力發(fā)電的特點(diǎn)水力發(fā)電的特點(diǎn)第三章第三章 水力發(fā)電水力發(fā)電第三章第三章 水力發(fā)電水力發(fā)電 水能是蘊(yùn)藏于河川和海洋水體中的位能和動(dòng)能，水能是蘊(yùn)藏于河川和海洋水體中的位能和動(dòng)能，是潔凈的一次能源、用之不竭的再生能源。是潔凈的一次能源、用之不竭的再生能源。 我國(guó)水力資源豐富，已探明的河川水能資源理我國(guó)水力資源豐富，已探明的河川水能資源理論蘊(yùn)藏量為論蘊(yùn)藏量為6 67676億億KWKW，其中可開發(fā)利用的為，其中可開發(fā)利用的為3 37878億億KWKW居世界首位。居世界首位

2、。 “ “優(yōu)先開發(fā)水電優(yōu)先開發(fā)水電”是我國(guó)的能源發(fā)展方針，是我國(guó)的能源發(fā)展方針，20032003年水電裝機(jī)容量為年水電裝機(jī)容量為92179217萬萬KW(KW(世界第世界第2 2位位) )，占，占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康娜珖?guó)發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?424。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型第三章第三章 水力發(fā)電水力發(fā)電 水電站是將水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，其能量的工廠，其能量轉(zhuǎn)換的基本過程轉(zhuǎn)換的基本過程是：水能是：水能機(jī)械機(jī)械能能電能。電能。以下一些圖片表示了典型水電站的外景圖以下一些圖片表示了典型水電站的外景圖丹江口水電站是我國(guó)五十年代開工建設(shè)的、規(guī)模巨大的

3、水利樞紐工程，位丹江口水電站是我國(guó)五十年代開工建設(shè)的、規(guī)模巨大的水利樞紐工程，位于湖北省丹江口市漢江與其支流丹江匯合口下游于湖北省丹江口市漢江與其支流丹江匯合口下游800m處，具有防洪、發(fā)處，具有防洪、發(fā)電、灌溉、航運(yùn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益，電、灌溉、航運(yùn)及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益，鳳攤拱壩位于湖南省沅陵縣沅水支流酉水河上。樞紐工程屬一等工程,以發(fā)電為主,兼有防洪、灌溉、航運(yùn)、過木和養(yǎng)魚等綜合效益。鳳灘水電站水能的兩大要素水能的兩大要素: : 水的流量水的流量(Q(Q，m3/s) m3/s) 水頭水頭(H(H， m m上下游水位差，也叫落差上下游水位差，也叫落差) )水輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率水輪發(fā)電機(jī)組

4、的輸出功率(P(P，kwkw，出力，出力) ) P = 9.81 P = 9.81 Q HQ H 為水輪發(fā)電機(jī)組的總效率。為水輪發(fā)電機(jī)組的總效率。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型第三章第三章 水力發(fā)電水力發(fā)電按利用能源的種類，水電站可分為：按利用能源的種類，水電站可分為： 1. 1. 常規(guī)水電站：將河川中水能轉(zhuǎn)換成電能。按集中常規(guī)水電站：將河川中水能轉(zhuǎn)換成電能。按集中落差的方法它又有三種基本形式堤壩式、引水式和落差的方法它又有三種基本形式堤壩式、引水式和混合式水電站；混合式水電站； 2. 2. 抽水蓄能式水電站；用于調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)峰谷負(fù)荷抽水蓄能式水電站；用于調(diào)節(jié)電力系

5、統(tǒng)峰谷負(fù)荷 3. 3. 潮汐電站、波浪能電站、海流能電站。利用海洋潮汐電站、波浪能電站、海流能電站。利用海洋能中的水流的機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電能中的水流的機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型一、壩式水電站一、壩式水電站 在河道上攔河筑壩建水庫(kù)抬高上游水位，集中在河道上攔河筑壩建水庫(kù)抬高上游水位，集中發(fā)電水頭，并利用水庫(kù)調(diào)節(jié)流量生產(chǎn)電能的水電發(fā)電水頭，并利用水庫(kù)調(diào)節(jié)流量生產(chǎn)電能的水電廠，稱為壩式水電站。廠，稱為壩式水電站。 按照水電站廠房與壩的相對(duì)位置的不同，壩式按照水電站廠房與壩的相對(duì)位置的不同，壩式水電站可分為河床式和壩后式兩種基本型式。水電站可分為河床式和壩后式

6、兩種基本型式。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型 河床式水電站多建在河道寬闊、坡度較平緩的河河床式水電站多建在河道寬闊、坡度較平緩的河段上，修建高度不大的閘段上，修建高度不大的閘( (壩壩) )，集中的水頭不高，集中的水頭不高，發(fā)電廠房作為擋水建筑物的一部分。如葛洲壩水電發(fā)電廠房作為擋水建筑物的一部分。如葛洲壩水電站站(2715MW)(2715MW)。 壩后式水電廠在河流的中上游峽谷河段，允許壩后式水電廠在河流的中上游峽谷河段，允許一定程度的淹沒，壩可以建得較高，以集中較大水一定程度的淹沒，壩可以建得較高，以集中較大水頭。由于上游水壓力大，將廠房移到壩后的河床上頭。由于

7、上游水壓力大，將廠房移到壩后的河床上或河流的兩岸，使上游水壓力完全由大壩來承受?；蚝恿鞯膬砂?，使上游水壓力完全由大壩來承受。是我國(guó)采用最多的一種廠房布置方式，如三峽水電是我國(guó)采用最多的一種廠房布置方式，如三峽水電站站(18200MW) (18200MW) 。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型二、引水式水電站二、引水式水電站 在河流中上游，河道多彎曲或河道坡降較陡的在河流中上游，河道多彎曲或河道坡降較陡的河段，修筑較短的引水明渠或隧道集中水頭，用引河段，修筑較短的引水明渠或隧道集中水頭，用引水管把水引入河段下游的水電站，這稱作引水式水水管把水引入河段下游的水電站，這稱作引

8、水式水電站。還可以利用相鄰兩條河流的高程差，進(jìn)行跨電站。還可以利用相鄰兩條河流的高程差，進(jìn)行跨河引水發(fā)電。河引水發(fā)電。 引水式開發(fā)的特點(diǎn)是水電站的擋水建筑物較低，引水式開發(fā)的特點(diǎn)是水電站的擋水建筑物較低，淹沒少或不存在淹沒，而水頭集中?？蛇_(dá)到很高的淹沒少或不存在淹沒，而水頭集中?？蛇_(dá)到很高的數(shù)值，但受當(dāng)?shù)靥烊粡搅髁炕蛞ㄖ锝孛娉叽鐢?shù)值，但受當(dāng)?shù)靥烊粡搅髁炕蛞ㄖ锝孛娉叽绲南拗?，其發(fā)電引用流量一般不會(huì)太大。的限制，其發(fā)電引用流量一般不會(huì)太大。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型三、混合式水電站三、混合式水電站 如果條件適宜，則可較經(jīng)濟(jì)地建壩集如果條件適宜，則可較經(jīng)濟(jì)

9、地建壩集中部分水頭又用引水系統(tǒng)，共同集中水頭，中部分水頭又用引水系統(tǒng)，共同集中水頭，具有壩式和引水式兩方面的特點(diǎn)，稱為混具有壩式和引水式兩方面的特點(diǎn)，稱為混合式水電站。合式水電站。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型四、抽水蓄能式水電站四、抽水蓄能式水電站 特殊形式的水電站特殊形式的水電站 當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷處于低谷時(shí)，它利用網(wǎng)內(nèi)當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷處于低谷時(shí)，它利用網(wǎng)內(nèi)富裕的電能，采用機(jī)組為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，將下富裕的電能，采用機(jī)組為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式，將下游游( (低水池低水池) )水抽送到高水池，能量蓄存在高水池水抽送到高水池，能量蓄存在高水池中。中。 在電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)，機(jī)

10、組改為發(fā)電機(jī)運(yùn)在電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)，機(jī)組改為發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式，將高水池蓄存的水能用來發(fā)電。行方式，將高水池蓄存的水能用來發(fā)電。 在電力系統(tǒng)中抽水蓄能電站既是電源又是負(fù)在電力系統(tǒng)中抽水蓄能電站既是電源又是負(fù)荷，是系統(tǒng)內(nèi)為唯一的填谷調(diào)峰電源，具有調(diào)頻、荷，是系統(tǒng)內(nèi)為唯一的填谷調(diào)峰電源，具有調(diào)頻、調(diào)相、負(fù)荷備用、事故備用的功能。調(diào)相、負(fù)荷備用、事故備用的功能。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型五、潮汐電站五、潮汐電站 平均潮差在平均潮差在3m3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，以上就有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值， 在潮差大的海灣入口或河口筑堤構(gòu)成水在潮差大的海灣入口或河口筑堤構(gòu)成水庫(kù)，在壩內(nèi)或壩側(cè)安裝

11、水輪發(fā)電機(jī)組，利用庫(kù)，在壩內(nèi)或壩側(cè)安裝水輪發(fā)電機(jī)組，利用堤壩兩側(cè)潮汐漲落的水位差驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)堤壩兩側(cè)潮汐漲落的水位差驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。組發(fā)電。 潮汐電站有單庫(kù)單向式、單庫(kù)雙向式、潮汐電站有單庫(kù)單向式、單庫(kù)雙向式、雙庫(kù)式。雙庫(kù)式。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型五、潮汐電站五、潮汐電站1 1單庫(kù)單向式潮汐電站單庫(kù)單向式潮汐電站 只建一個(gè)水庫(kù)，安裝單向水輪發(fā)電機(jī)只建一個(gè)水庫(kù)，安裝單向水輪發(fā)電機(jī)組，常采用落潮發(fā)電方式。組，常采用落潮發(fā)電方式。 原理：漲潮時(shí)打開水庫(kù)閘門向水庫(kù)充水，原理：漲潮時(shí)打開水庫(kù)閘門向水庫(kù)充水，平潮時(shí)關(guān)閘；落潮后，待水庫(kù)內(nèi)外有一定平潮時(shí)關(guān)閘；落潮后

12、，待水庫(kù)內(nèi)外有一定水位差時(shí)開閘，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。水位差時(shí)開閘，驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。 特點(diǎn)：?jiǎn)螏?kù)單向式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少；一特點(diǎn)：?jiǎn)螏?kù)單向式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少；一天中只有天中只有1 13 3左右的時(shí)間可以發(fā)電。左右的時(shí)間可以發(fā)電。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型五、潮汐電站五、潮汐電站2 2、單庫(kù)雙向式潮汐電站、單庫(kù)雙向式潮汐電站 只建一個(gè)水庫(kù)，安裝雙向水輪發(fā)電只建一個(gè)水庫(kù)，安裝雙向水輪發(fā)電機(jī)組，漲潮和落潮雙向發(fā)電。機(jī)組，漲潮和落潮雙向發(fā)電。 特點(diǎn)：比單庫(kù)單向式可增加發(fā)電量約特點(diǎn)：比單庫(kù)單向式可增加發(fā)電量約2525，但仍存在間隙性發(fā)電的缺點(diǎn)。但仍存在間隙性發(fā)電的缺點(diǎn)

13、。 第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型五、潮汐電站五、潮汐電站3 3、雙庫(kù)、雙庫(kù)( (高低庫(kù)高低庫(kù)) )式潮汐電站式潮汐電站 建有兩個(gè)互相鄰接的水庫(kù)，兩庫(kù)之間安建有兩個(gè)互相鄰接的水庫(kù)，兩庫(kù)之間安裝單向水輪發(fā)電機(jī)組。裝單向水輪發(fā)電機(jī)組。 原理：漲潮時(shí)，向高水庫(kù)充水；落潮時(shí)，由低原理：漲潮時(shí)，向高水庫(kù)充水；落潮時(shí)，由低水庫(kù)泄水，高、低水庫(kù)之間始終保持水位差，水庫(kù)泄水，高、低水庫(kù)之間始終保持水位差，水輪發(fā)電機(jī)組連續(xù)發(fā)電。水輪發(fā)電機(jī)組連續(xù)發(fā)電。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型六、波浪能電站六、波浪能電站 研究得最為廣泛的一種海洋能源，波浪能研究得最為廣

14、泛的一種海洋能源，波浪能是海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。目前應(yīng)是海洋表面波浪所具有的動(dòng)能和勢(shì)能。目前應(yīng)用：導(dǎo)航燈浮標(biāo)、燈樁、燈塔。用：導(dǎo)航燈浮標(biāo)、燈樁、燈塔。 工作原理：利用波浪的上下振蕩、前后搖擺、波工作原理：利用波浪的上下振蕩、前后搖擺、波浪壓力的變化，通過某種裝置將波浪的能量轉(zhuǎn)浪壓力的變化，通過某種裝置將波浪的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過換為機(jī)械的、氣壓的或液壓的能量，然后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣輪機(jī)、水輪機(jī)或油壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣輪機(jī)、水輪機(jī)或油壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的電站。電機(jī)發(fā)電的電站。 按能量中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)分為：機(jī)械式、氣動(dòng)式和按能量中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)分為：機(jī)械式、氣動(dòng)式和

15、液壓式。液壓式。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型七、海流能電站七、海流能電站 海流能是海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要是指海流能是海水流動(dòng)的動(dòng)能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動(dòng)以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)。于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動(dòng)。 海流發(fā)電裝置的基本形式和風(fēng)力發(fā)電海流發(fā)電裝置的基本形式和風(fēng)力發(fā)電相似，又稱為水下風(fēng)車。但由于海水的密相似，又稱為水下風(fēng)車。但由于海水的密度約為空氣的度約為空氣的10001000倍，且裝置必須放于水倍，且裝置必須放于水下，因此海流發(fā)電的關(guān)鍵在于海流透平技下，因此海流發(fā)電的關(guān)鍵在于海流透平技術(shù)的開發(fā)。

16、術(shù)的開發(fā)。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型海流發(fā)電按轉(zhuǎn)換方式可分為以下幾種：海流發(fā)電按轉(zhuǎn)換方式可分為以下幾種：(1) (1) 螺旋槳式：螺旋槳或敞開或被罩在集流導(dǎo)管中，螺旋槳式：螺旋槳或敞開或被罩在集流導(dǎo)管中，轉(zhuǎn)軸與海流方向平行。轉(zhuǎn)軸與海流方向平行。(2) (2) 對(duì)稱翼型立軸式轉(zhuǎn)輪對(duì)稱翼型立軸式轉(zhuǎn)輪( (達(dá)里厄轉(zhuǎn)子達(dá)里厄轉(zhuǎn)子) )：由對(duì)稱翼型：由對(duì)稱翼型直葉片構(gòu)成的轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)軸垂直于海流方向，在正反直葉片構(gòu)成的轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)軸垂直于海流方向，在正反向水流作用下總是朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。向水流作用下總是朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。(3) (3) 降落傘式：串聯(lián)在鏈繩上的一組降落傘漂浮在海降落傘

17、式：串聯(lián)在鏈繩上的一組降落傘漂浮在海流中，順著海流的傘張開接收水流推力，逆著海流流中，順著海流的傘張開接收水流推力，逆著海流的傘收攏以減小阻力。的傘收攏以減小阻力。(4) (4) 磁流式：海水中有大量的電離子，海流通過磁場(chǎng)磁流式：海水中有大量的電離子，海流通過磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型 目前正在研究中的多為小型海流和潮流目前正在研究中的多為小型海流和潮流發(fā)電裝置，大多采用螺旋槳式和對(duì)稱翼型立發(fā)電裝置，大多采用螺旋槳式和對(duì)稱翼型立軸式轉(zhuǎn)輪海流發(fā)電機(jī)組，并已建成示范性電軸式轉(zhuǎn)輪海流發(fā)電機(jī)組，并已建成示范性電站。中國(guó)是世界上海流資源

18、密度最高的國(guó)家站。中國(guó)是世界上海流資源密度最高的國(guó)家之一，發(fā)展海流能發(fā)電有良好的資源優(yōu)勢(shì)。之一，發(fā)展海流能發(fā)電有良好的資源優(yōu)勢(shì)。第一節(jié)第一節(jié) 水電站的生產(chǎn)過程及類型水電站的生產(chǎn)過程及類型(1) (1) 水能是可再生能源，并且發(fā)過電的天然水流本水能是可再生能源，并且發(fā)過電的天然水流本身并沒有損耗，一般也不會(huì)造成水體污染，仍可為身并沒有損耗，一般也不會(huì)造成水體污染，仍可為下游用水部門利用。下游用水部門利用。(2) (2) 水力發(fā)電是清潔的電力生產(chǎn)，不排放有害氣體水力發(fā)電是清潔的電力生產(chǎn)，不排放有害氣體、煙塵和灰渣，沒有核廢料。、煙塵和灰渣，沒有核廢料。 (3) (3) 水力發(fā)電的效率高，常規(guī)水電廠

19、的發(fā)電效率在水力發(fā)電的效率高，常規(guī)水電廠的發(fā)電效率在8080以上。以上。(4) (4) 水力發(fā)電可同時(shí)完成一次能源開發(fā)和二次能源水力發(fā)電可同時(shí)完成一次能源開發(fā)和二次能源轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。第第二二節(jié)節(jié) 水力發(fā)電的特點(diǎn)水力發(fā)電的特點(diǎn)(5) (5) 水力發(fā)電的生產(chǎn)成本低廉。無需購(gòu)買、運(yùn)輸和水力發(fā)電的生產(chǎn)成本低廉。無需購(gòu)買、運(yùn)輸和貯存燃料；所需運(yùn)行人員較少、勞動(dòng)生產(chǎn)率較高；貯存燃料；所需運(yùn)行人員較少、勞動(dòng)生產(chǎn)率較高；管理和運(yùn)行簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠性較高。管理和運(yùn)行簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠性較高。(6) (6) 水輪發(fā)電機(jī)組起停靈活，輸出功率增減快、可水輪發(fā)電機(jī)組起停靈活，輸出功率增減快、可變幅度大，是電力系統(tǒng)理想的調(diào)峰、調(diào)

20、頻和事故備變幅度大，是電力系統(tǒng)理想的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用電源。用電源。(7) (7) 水力發(fā)電開發(fā)投資大，工期長(zhǎng)。如在建的三峽水力發(fā)電開發(fā)投資大，工期長(zhǎng)。如在建的三峽工程，工程，19941994年年1212月開工，計(jì)劃月開工，計(jì)劃20092009年竣工，按照年竣工，按照19931993年年5 5月不變價(jià)格計(jì)算，其靜態(tài)設(shè)計(jì)總概算約為月不變價(jià)格計(jì)算，其靜態(tài)設(shè)計(jì)總概算約為900900億人民幣。億人民幣。第第二二節(jié)節(jié) 水力發(fā)電的特點(diǎn)水力發(fā)電的特點(diǎn)(8) (8) 受河川天然徑流豐枯變化的影響，無水庫(kù)調(diào)節(jié)受河川天然徑流豐枯變化的影響，無水庫(kù)調(diào)節(jié)或水庫(kù)調(diào)節(jié)能力較差的水電站，其可發(fā)電力在年內(nèi)或水庫(kù)調(diào)節(jié)能力較差的水電站，其可發(fā)電力在年內(nèi)和年際間變化較大，與用戶用電需要不相適應(yīng)。因和年際間變化較大，與用戶用電需要不相適應(yīng)。因此，一般水電站需建設(shè)水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流，以適應(yīng)電力此，一般水電站需建設(shè)水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流，以適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷的需要?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)，一般采用水、火系統(tǒng)負(fù)荷的需要?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)，一般采用水、火、核電站聯(lián)合供電方式，既可彌補(bǔ)水力發(fā)電天然徑、核電站聯(lián)合供電方式，既可彌補(bǔ)水力發(fā)電天然徑流豐枯不均的