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我國(guó)水電站分類(lèi)作者;學(xué)號(hào):壩式水電站

筑壩抬高水頭,集中調(diào)節(jié)天然水流,用以生產(chǎn)電力的水電站。其主要特點(diǎn)是攔河壩和水電站廠房集中布置于很短的同一河段中,電站的水頭基本上全部由壩抬高水位獲得。

分類(lèi)按照水電站主要建筑物攔河壩與水電站廠房的相對(duì)位置,可分為壩后式和河床式兩大類(lèi)。①壩后式水電站:廠房布置在壩體下游側(cè),并通過(guò)壩體引水發(fā)電,廠房本身不承受上游水壓力的水電站。壩后式水電站廠房在樞紐總體布置中的位置,可以根據(jù)壩址區(qū)的地形、地質(zhì)、壩的形式等條件選定。其中,壩型對(duì)廠房的布置常起決定性的作用。一般的壩后式水電站廠房建在混凝土壩的壩趾附近;如混凝土的壩體足夠大,可以將廠房布置在壩內(nèi)空腔中,稱(chēng)為壩內(nèi)式水電站;當(dāng)擋水壩為支墩壩或連拱壩時(shí),還可將廠房布置在支墩間;如河谷較窄而水電站的機(jī)組較多,溢流建筑物與廠房的布置有矛盾時(shí),將廠房布置在溢流壩的下游,溢流水舌流經(jīng)廠房頂或從廠房上空挑越至下游河床,稱(chēng)溢流式水電站。②河床式水電站:水電站廠房和壩、溢洪道等建筑物均建造在河床中,廠房本身承受上游水壓力,起擋水作用,成為水庫(kù)擋水建筑物的一部分,從而節(jié)省水電站擋水建筑物的總造價(jià),適用于水頭低于30~40m,用低壩開(kāi)發(fā)的壩式水電站。有時(shí),為了泄洪、排沙的需要,將廠房的機(jī)組布置在溢洪道中加寬了的閘墩內(nèi);有時(shí),在機(jī)組蝸殼的上部或下部設(shè)排沙、泄洪的泄水底孔,并利用泄水底孔的射流降低尾水位、增加電站水頭和機(jī)組出力。

上述壩式水電站各類(lèi)形式的名稱(chēng)常與相應(yīng)的廠房分類(lèi)名稱(chēng)相似,例如壩后式水電站(壩后式廠房)、壩內(nèi)式水電站(壩內(nèi)式廠房)、溢流式水電站(溢流式廠房)、河床式水電站(河床式廠房)等(見(jiàn)水電站廠房)。

適用條件壩式水電站適于河道坡度較緩、有筑壩建庫(kù)條件的河段。其中,壩后式水電站的壩上游有較大容量的蓄水庫(kù)可以調(diào)節(jié)流量,有利于加大電站的裝機(jī)容量,能適應(yīng)電力系統(tǒng)的調(diào)峰要求,水能的利用較充分,綜合利用的效益也高,??杉劝l(fā)揮防洪作用,又滿足其他興利要求。其缺點(diǎn)是水庫(kù)有淹沒(méi)損失和城鄉(xiāng)居民搬遷安置的困難,故高壩大庫(kù)的壩后式水電站僅適于建造在高山峽谷、淹沒(méi)較小的地區(qū)。河床式水電站只建有低壩,水庫(kù)容量和調(diào)節(jié)能力均較小,主要依靠河流的天然流量發(fā)電,所以又稱(chēng)徑流式水電站。由于棄水較多,水能利用受到較大限制,綜合效益相對(duì)較小,但淹沒(méi)損失和移民安置的困難也較小,適于建造在平原或丘陵地區(qū),河道坡度較緩,而抬高水位會(huì)顯著增加兩岸城鄉(xiāng)淹沒(méi)損失的河段上。

現(xiàn)狀與展望世界上已建的大型壩后式水電站,如巴西與巴拉圭的伊泰普水電站,裝機(jī)容量達(dá)1260萬(wàn)kW;美國(guó)的大古力水電站、蘇聯(lián)的薩揚(yáng)舒申斯克水電站,裝機(jī)容量都在600萬(wàn)kW以上。已建的大型河床式水電站,如蘇聯(lián)的伏爾加格勒水電站,裝機(jī)容量230萬(wàn)kW。

中國(guó)已建成有多種壩型、各種布置形式的壩式水電站。其中,常規(guī)的壩后式水電站如豐滿水電站、東江水電站、龍羊峽水電站;壩內(nèi)式水電站如上猶江、鳳灘等水電站;溢流式水電站如新安江水電站、烏江渡水電站(廠房頂挑流式)。已建成的河床式水電站如葛洲壩水利樞紐、富春江、西津、青銅峽等水電站。

中國(guó)在開(kāi)發(fā)豐富的水力資源時(shí),壩式水電站的前景將有以下三方面:①盡先在長(zhǎng)江、黃河、紅水河等河流的干支流上游、人口稀少、淹沒(méi)損失較小的高山峽谷河段上興建高壩大庫(kù)的壩式水電站和壩—引水混合式水電站;②在江河中、下游及沿海人口稠密的河口附近,在適當(dāng)條件下興建低水頭、大流量的壩式水電站;③對(duì)20世紀(jì)50年代前后修建的壩式水電站進(jìn)行改建、擴(kuò)建,以增大其發(fā)電能力。

圖三門(mén)峽水利樞紐壩式水電站圖新豐江水電站

圖龍羊峽水電站圖引水式水電站自河流坡降較陡、落差比較集中的河段,以及河灣或相鄰兩河河床高程相差較大的地方,利用坡降平緩的引水道引水而與天然水面形成符合要求的落差(水頭)發(fā)電的水電站。

水電站的裝機(jī)容量主要取決于水頭和流量的大小。山區(qū)河流的特點(diǎn)是流量不大,但天然河道的落差一般較大,這樣,發(fā)電水頭可通過(guò)修造引水明渠或引水隧洞來(lái)取得,適合于修建引水式水電站。

引水式水電站包括大壩、泄洪建筑物和取水口建筑物。前者是為了取得調(diào)節(jié)庫(kù)容,后者使庫(kù)水通過(guò)取水口建筑物送入明渠經(jīng)前池、壓力鋼管到廠房發(fā)電(或送入隧洞經(jīng)調(diào)壓井、壓力鋼管到廠房發(fā)電)。引水明渠或隧洞的線路需根據(jù)具體工程地形和地質(zhì)條件確定。對(duì)天然河道落差較大的河道,明渠或隧洞常常沿河道岸邊布置,如河道存有天然彎道時(shí)則可采用截彎取直的形式布置,以便充分取得這部分的集中落差。中國(guó)四川映秀灣一級(jí)水電站是具有相當(dāng)規(guī)模的引水式水電站,裝機(jī)13.5萬(wàn)千瓦,為地下式廠房。引水式水電站圖抽水蓄能電站

裝有可以兼做水泵和水輪機(jī)的抽蓄機(jī)組,在電力系統(tǒng)低谷負(fù)荷時(shí)利用系統(tǒng)多余電能由機(jī)組把下水庫(kù)的水抽到上水庫(kù)儲(chǔ)存,在電力系統(tǒng)尖峰負(fù)荷時(shí)將上水庫(kù)的水放下由機(jī)組發(fā)電的。一般抽水蓄能電站的基本組成為上、下水庫(kù),壓力管道,電站廠房,交通洞,尾水洞等抽水蓄能電站分純抽水蓄能電站和混合式蓄能電站兩種。若裝設(shè)的蓄能機(jī)組專(zhuān)為電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)用,與徑流發(fā)電無(wú)關(guān),則為純抽水蓄能電站。若把蓄能機(jī)組和常規(guī)水電機(jī)組安裝在同一座電站內(nèi),既起調(diào)節(jié)作用,又有徑流發(fā)電作用,則為混合式蓄能電站。抽水蓄能電站能承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等職能。

發(fā)展與概況抽水蓄能技術(shù)已有近百年歷史,但具有近代工程意義的設(shè)施,則是近三、四十年才出現(xiàn)。

抽水蓄能電站的發(fā)展大體經(jīng)歷了兩個(gè)階段。早期的發(fā)展是以蓄水為目的。西歐山區(qū)國(guó)家,利用工業(yè)多余的電能把汛期河中的水抽到山上水庫(kù)中貯存起來(lái),到枯季再放下來(lái)發(fā)電,這稱(chēng)為季調(diào)節(jié)型抽水蓄能電站。這些電站曾用過(guò)單獨(dú)工作的抽水機(jī)組和發(fā)電機(jī)組,抽水和發(fā)電各自獨(dú)立運(yùn)行。其后出現(xiàn)過(guò)將水泵與水輪機(jī)和一臺(tái)兼做和的聯(lián)接在一起而形成一種組合式機(jī)組,又稱(chēng)為三機(jī)式機(jī)組。隨著機(jī)器制造能力的發(fā)展,蓄能機(jī)組結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了將水泵和水輪機(jī)合并為一體的可逆式水泵水輪機(jī),稱(chēng)為兩機(jī)式機(jī)組。

最早的抽水蓄能電站建于1882年,是瑞士蘇黎世的奈特拉電站,揚(yáng)程153m,功率515kW,是一座季節(jié)型抽水蓄能電站。1908年意大利在烏比昂內(nèi)山建成了第一座抽水蓄能電站。1912年意又建成了維羅尼抽水蓄能電站,利用兩個(gè)天然湖之間的落差156m,裝機(jī)7600kW。到40年代中期,世界上已有50余座抽水蓄能電站在運(yùn)行。60年代末工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都大力發(fā)展抽水蓄能電站。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),世界各國(guó)興建的抽水蓄能電站總裝機(jī)容量:1950年為1600MW,1960年為3500MW,1970年為16000MW,1980年為46000MW,1988年為79000MW。截至1986年底的不完全統(tǒng)計(jì),世界上水頭(H)≥300m,單機(jī)容量(N)≥200MW的蓄能機(jī)組共有119臺(tái)。規(guī)模最大的是美國(guó)的巴斯康蒂電站,裝機(jī)2100MW。大型機(jī)組中水頭最高的是意大利的桑費(fèi)奧拉諾電站,達(dá)1417m。單機(jī)容量最大的是美國(guó)的赫爾姆斯電站,機(jī)組容量414MW(最高水頭為351.6m,水泵最大揚(yáng)程為541m,最大輸水量為73.6m/s)。在水泵水輪機(jī)方面,在一般高水頭下,單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)應(yīng)用廣泛。到80年代為止,最高使用揚(yáng)程為701m,為保加利亞的柴拉蓄能電站,水輪機(jī)最大出力為216MW。單級(jí)高水頭混流式水泵水輪機(jī)的效率以美國(guó)拉孔山蓄能電站為最高,它的水輪機(jī)最大水頭為317m,最大出力為399MW,最高效率為93.5%;水泵最大揚(yáng)程為318m,最大輸入功率為395MW,最高效率為92.5%。

用于蓄能機(jī)組的電機(jī)在發(fā)電時(shí)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行,在抽水時(shí)做電動(dòng)機(jī)運(yùn)行,稱(chēng)為發(fā)電電動(dòng)機(jī)。由于蓄能電站頻繁的特殊運(yùn)行工況要求發(fā)電電動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)中既要考慮水力機(jī)械條件,電力系統(tǒng)條件和電機(jī)設(shè)計(jì)條件,又要考慮很大的變動(dòng)負(fù)荷及軸瓦的熱沖擊變形。

抽水蓄能電站圖抽水蓄能電站圖潮汐電站將海洋潮汐的能量轉(zhuǎn)換成電能的電站。是唯一實(shí)際應(yīng)用的海洋能電站。在海灣或有潮汐的河口筑起水壩,形成水庫(kù)。漲潮時(shí)水庫(kù)蓄水,落潮時(shí)海洋水位降低,水庫(kù)放水,以驅(qū)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。這種機(jī)組的特點(diǎn)是水頭低、流量大。潮汐電站一般有3種類(lèi)型,即單庫(kù)單向型(一個(gè)水庫(kù),落潮時(shí)放水發(fā)電)、單庫(kù)雙向型(一個(gè)水庫(kù),漲潮、落潮時(shí)都能發(fā)電)和雙庫(kù)單向型(利用兩個(gè)始終保

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