第三章 水力发电

1、第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型第二节第二节 水电站主要动力设备水电站主要动力设备水轮机水轮机第三节第三节 水力发电的特点水力发电的特点第三章第三章 水力发电水力发电第三章第三章 水力发电水力发电 水能是蕴藏于河川和海洋水体中的位能和动能，水能是蕴藏于河川和海洋水体中的位能和动能，是洁净的一次能源、用之不竭的再生能源。是洁净的一次能源、用之不竭的再生能源。 我国水力资源丰富，已探明的河川水能资源理我国水力资源丰富，已探明的河川水能资源理论蕴藏量为论蕴藏量为6 67676亿亿KWKW，其中可开发利用的为，其中可开发利用的为3 37878亿亿KWKW居世界首位。居世界首位

2、。 “ “优先开发水电优先开发水电”是我国的能源发展方针，是我国的能源发展方针，20032003年水电装机容量为年水电装机容量为92179217万万KW(KW(世界第世界第2 2位位) )，占，占全国发电装机总容量的全国发电装机总容量的2424。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型第三章第三章 水力发电水力发电 水电站是将水电站是将水能转变成电能水能转变成电能的工厂，其能量的工厂，其能量转换的基本过程转换的基本过程是：水能是：水能机械机械能能电能。电能。以下一些图片表示了典型水电站的外景图以下一些图片表示了典型水电站的外景图丹江口水电站是我国五十年代开工建设的、规模巨大的

3、水利枢纽工程，位丹江口水电站是我国五十年代开工建设的、规模巨大的水利枢纽工程，位于湖北省丹江口市汉江与其支流丹江汇合口下游于湖北省丹江口市汉江与其支流丹江汇合口下游800m处，具有防洪、发处，具有防洪、发电、灌溉、航运及水产养殖等综合效益，电、灌溉、航运及水产养殖等综合效益，凤摊拱坝位于湖南省沅陵县沅水支流酉水河上。枢纽工程属一等工程,以发电为主,兼有防洪、灌溉、航运、过木和养鱼等综合效益。凤滩水电站水能的两大要素水能的两大要素: : 水的流量水的流量(Q(Q，m3/s) m3/s) 水头水头(H(H， m m上下游水位差，也叫落差上下游水位差，也叫落差) )水轮发电机组的输出功率水轮发电机组

4、的输出功率(P(P，kwkw，出力，出力) ) P = 9.81 P = 9.81 Q HQ H 为水轮发电机组的总效率。为水轮发电机组的总效率。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型第三章第三章 水力发电水力发电按利用能源的种类，水电站可分为：按利用能源的种类，水电站可分为： 1. 1. 常规水电站：将河川中水能转换成电能。按集中常规水电站：将河川中水能转换成电能。按集中落差的方法它又有三种基本形式堤坝式、引水式和落差的方法它又有三种基本形式堤坝式、引水式和混合式水电站；混合式水电站； 2. 2. 抽水蓄能式水电站；用于调节电力系统峰谷负荷抽水蓄能式水电站；用于调节电力系

5、统峰谷负荷 3. 3. 潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。利用海洋潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。利用海洋能中的水流的机械能进行发电能中的水流的机械能进行发电第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型一、坝式水电站一、坝式水电站 在河道上拦河筑坝建水库抬高上游水位，集中在河道上拦河筑坝建水库抬高上游水位，集中发电水头，并利用水库调节流量生产电能的水电发电水头，并利用水库调节流量生产电能的水电厂，称为坝式水电站。厂，称为坝式水电站。 按照水电站厂房与坝的相对位置的不同，坝式按照水电站厂房与坝的相对位置的不同，坝式水电站可分为河床式和坝后式两种基本型式。水电站可分为河床式和坝后式

6、两种基本型式。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型 河床式水电站多建在河道宽阔、坡度较平缓的河河床式水电站多建在河道宽阔、坡度较平缓的河段上，修建高度不大的闸段上，修建高度不大的闸( (坝坝) )，集中的水头不高，集中的水头不高，发电厂房作为挡水建筑物的一部分。如葛洲坝水电发电厂房作为挡水建筑物的一部分。如葛洲坝水电站站(2715MW)(2715MW)。 坝后式水电厂在河流的中上游峡谷河段，允许坝后式水电厂在河流的中上游峡谷河段，允许一定程度的淹没，坝可以建得较高，以集中较大水一定程度的淹没，坝可以建得较高，以集中较大水头。由于上游水压力大，将厂房移到坝后的河床上头。由于

7、上游水压力大，将厂房移到坝后的河床上或河流的两岸，使上游水压力完全由大坝来承受。或河流的两岸，使上游水压力完全由大坝来承受。是我国采用最多的一种厂房布置方式，如三峡水电是我国采用最多的一种厂房布置方式，如三峡水电站站(18200MW) (18200MW) 。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型二、引水式水电站二、引水式水电站 在河流中上游，河道多弯曲或河道坡降较陡的在河流中上游，河道多弯曲或河道坡降较陡的河段，修筑较短的引水明渠或隧道集中水头，用引河段，修筑较短的引水明渠或隧道集中水头，用引水管把水引入河段下游的水电站，这称作引水式水水管把水引入河段下游的水电站，这称作引

8、水式水电站。还可以利用相邻两条河流的高程差，进行跨电站。还可以利用相邻两条河流的高程差，进行跨河引水发电。河引水发电。 引水式开发的特点是水电站的挡水建筑物较低，引水式开发的特点是水电站的挡水建筑物较低，淹没少或不存在淹没，而水头集中常可达到很高的淹没少或不存在淹没，而水头集中常可达到很高的数值，但受当地天然径流量或引水建筑物截面尺寸数值，但受当地天然径流量或引水建筑物截面尺寸的限制，其发电引用流量一般不会太大。的限制，其发电引用流量一般不会太大。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型三、混合式水电站三、混合式水电站 如果条件适宜，则可较经济地建坝集如果条件适宜，则可较经济

9、地建坝集中部分水头又用引水系统，共同集中水头，中部分水头又用引水系统，共同集中水头，具有坝式和引水式两方面的特点，称为混具有坝式和引水式两方面的特点，称为混合式水电站。合式水电站。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型四、抽水蓄能式水电站四、抽水蓄能式水电站 特殊形式的水电站特殊形式的水电站 当电力系统内负荷处于低谷时，它利用网内当电力系统内负荷处于低谷时，它利用网内富裕的电能，采用机组为电动机运行方式，将下富裕的电能，采用机组为电动机运行方式，将下游游( (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。 在电力系统高峰负荷时，机

10、组改为发电机运在电力系统高峰负荷时，机组改为发电机运行方式，将高水池蓄存的水能用来发电。行方式，将高水池蓄存的水能用来发电。 在电力系统中抽水蓄能电站既是电源又是负在电力系统中抽水蓄能电站既是电源又是负荷，是系统内为唯一的填谷调峰电源，具有调频、荷，是系统内为唯一的填谷调峰电源，具有调频、调相、负荷备用、事故备用的功能。调相、负荷备用、事故备用的功能。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型五、潮汐电站五、潮汐电站 平均潮差在平均潮差在3m3m以上就有实际应用价值，以上就有实际应用价值， 在潮差大的海湾入口或河口筑堤构成水在潮差大的海湾入口或河口筑堤构成水库，在坝内或坝侧安装

11、水轮发电机组，利用库，在坝内或坝侧安装水轮发电机组，利用堤坝两侧潮汐涨落的水位差驱动水轮发电机堤坝两侧潮汐涨落的水位差驱动水轮发电机组发电。组发电。 潮汐电站有单库单向式、单库双向式、潮汐电站有单库单向式、单库双向式、双库式。双库式。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型五、潮汐电站五、潮汐电站1 1单库单向式潮汐电站单库单向式潮汐电站 只建一个水库，安装单向水轮发电机只建一个水库，安装单向水轮发电机组，常采用落潮发电方式。组，常采用落潮发电方式。 原理：涨潮时打开水库闸门向水库充水，原理：涨潮时打开水库闸门向水库充水，平潮时关闸；落潮后，待水库内外有一定平潮时关闸；落潮后

12、，待水库内外有一定水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。水位差时开闸，驱动水轮发电机组发电。 特点：单库单向式结构简单，投资少；一特点：单库单向式结构简单，投资少；一天中只有天中只有1 13 3左右的时间可以发电。左右的时间可以发电。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型五、潮汐电站五、潮汐电站2 2、单库双向式潮汐电站、单库双向式潮汐电站 只建一个水库，安装双向水轮发电只建一个水库，安装双向水轮发电机组，涨潮和落潮双向发电。机组，涨潮和落潮双向发电。 特点：比单库单向式可增加发电量约特点：比单库单向式可增加发电量约2525，但仍存在间隙性发电的缺点。但仍存在间隙性发电的缺点

13、。 第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型五、潮汐电站五、潮汐电站3 3、双库、双库( (高低库高低库) )式潮汐电站式潮汐电站 建有两个互相邻接的水库，两库之间安建有两个互相邻接的水库，两库之间安装单向水轮发电机组。装单向水轮发电机组。 原理：涨潮时，向高水库充水；落潮时，由低原理：涨潮时，向高水库充水；落潮时，由低水库泄水，高、低水库之间始终保持水位差，水库泄水，高、低水库之间始终保持水位差，水轮发电机组连续发电。水轮发电机组连续发电。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型六、波浪能电站六、波浪能电站 研究得最为广泛的一种海洋能源，波浪能研究得最为广

14、泛的一种海洋能源，波浪能是海洋表面波浪所具有的动能和势能。目前应是海洋表面波浪所具有的动能和势能。目前应用：导航灯浮标、灯桩、灯塔。用：导航灯浮标、灯桩、灯塔。 工作原理：利用波浪的上下振荡、前后摇摆、波工作原理：利用波浪的上下振荡、前后摇摆、波浪压力的变化，通过某种装置将波浪的能量转浪压力的变化，通过某种装置将波浪的能量转换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过换为机械的、气压的或液压的能量，然后通过传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发传动机构、气轮机、水轮机或油压马达驱动发电机发电的电站。电机发电的电站。 按能量中间转换环节分为：机械式、气动式和按能量中间转换环节分为：机械式、气动式和

15、液压式。液压式。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型七、海流能电站七、海流能电站 海流能是海水流动的动能，主要是指海流能是海水流动的动能，主要是指海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由海底水道和海峡中较为稳定的流动以及由于潮汐导致的有规律的海水流动。于潮汐导致的有规律的海水流动。 海流发电装置的基本形式和风力发电海流发电装置的基本形式和风力发电相似，又称为水下风车。但由于海水的密相似，又称为水下风车。但由于海水的密度约为空气的度约为空气的10001000倍，且装置必须放于水倍，且装置必须放于水下，因此海流发电的关键在于海流透平技下，因此海流发电的关键在于海流透平技术的开发。

16、术的开发。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型海流发电按转换方式可分为以下几种：海流发电按转换方式可分为以下几种：(1) (1) 螺旋桨式：螺旋桨或敞开或被罩在集流导管中，螺旋桨式：螺旋桨或敞开或被罩在集流导管中，转轴与海流方向平行。转轴与海流方向平行。(2) (2) 对称翼型立轴式转轮对称翼型立轴式转轮( (达里厄转子达里厄转子) )：由对称翼型：由对称翼型直叶片构成的转轮的转轴垂直于海流方向，在正反直叶片构成的转轮的转轴垂直于海流方向，在正反向水流作用下总是朝一个方向旋转。向水流作用下总是朝一个方向旋转。(3) (3) 降落伞式：串联在链绳上的一组降落伞漂浮在海降落伞

17、式：串联在链绳上的一组降落伞漂浮在海流中，顺着海流的伞张开接收水流推力，逆着海流流中，顺着海流的伞张开接收水流推力，逆着海流的伞收拢以减小阻力。的伞收拢以减小阻力。(4) (4) 磁流式：海水中有大量的电离子，海流通过磁场磁流式：海水中有大量的电离子，海流通过磁场产生感应电动势。产生感应电动势。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型 目前正在研究中的多为小型海流和潮流目前正在研究中的多为小型海流和潮流发电装置，大多采用螺旋桨式和对称翼型立发电装置，大多采用螺旋桨式和对称翼型立轴式转轮海流发电机组，并已建成示范性电轴式转轮海流发电机组，并已建成示范性电站。中国是世界上海流资源

18、密度最高的国家站。中国是世界上海流资源密度最高的国家之一，发展海流能发电有良好的资源优势。之一，发展海流能发电有良好的资源优势。第一节第一节 水电站的生产过程及类型水电站的生产过程及类型(1) (1) 水能是可再生能源，并且发过电的天然水流本水能是可再生能源，并且发过电的天然水流本身并没有损耗，一般也不会造成水体污染，仍可为身并没有损耗，一般也不会造成水体污染，仍可为下游用水部门利用。下游用水部门利用。(2) (2) 水力发电是清洁的电力生产，不排放有害气体水力发电是清洁的电力生产，不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料。、烟尘和灰渣，没有核废料。 (3) (3) 水力发电的效率高，常规水电厂

19、的发电效率在水力发电的效率高，常规水电厂的发电效率在8080以上。以上。(4) (4) 水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源水力发电可同时完成一次能源开发和二次能源转换。转换。第第二二节节 水力发电的特点水力发电的特点(5) (5) 水力发电的生产成本低廉。无需购买、运输和水力发电的生产成本低廉。无需购买、运输和贮存燃料；所需运行人员较少、劳动生产率较高；贮存燃料；所需运行人员较少、劳动生产率较高；管理和运行简便，运行可靠性较高。管理和运行简便，运行可靠性较高。(6) (6) 水轮发电机组起停灵活，输出功率增减快、可水轮发电机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是电力系统理想的调峰、调

20、频和事故备变幅度大，是电力系统理想的调峰、调频和事故备用电源。用电源。(7) (7) 水力发电开发投资大，工期长。如在建的三峡水力发电开发投资大，工期长。如在建的三峡工程，工程，19941994年年1212月开工，计划月开工，计划20092009年竣工，按照年竣工，按照19931993年年5 5月不变价格计算，其静态设计总概算约为月不变价格计算，其静态设计总概算约为900900亿人民币。亿人民币。第第二二节节 水力发电的特点水力发电的特点(8) (8) 受河川天然径流丰枯变化的影响，无水库调节受河川天然径流丰枯变化的影响，无水库调节或水库调节能力较差的水电站，其可发电力在年内或水库调节能力较差的水电站，其可发电力在年内和年际间变化较大，与用户用电需要不相适应。因和年际间变化较大，与用户用电需要不相适应。因此，一般水电站需建设水库调节径流，以适应电力此，一般水电站需建设水库调节径流，以适应电力系统负荷的需要。现代电力系统，一般采用水、火系统负荷的需要。现代电力系统，一般采用水、火、核电站联合供电方式，既可弥补水力发电天然径、核电站联合供电方式，既可弥补水力发电天然径流丰枯不均的