第十章 水力学基础和水力发电开发利用方式

1、第十章第十章 水力学基础和水力水力学基础和水力发电开发利用方式发电开发利用方式第一节第一节 我国水利水电开发现状和水电开发方针我国水利水电开发现状和水电开发方针一、我国水力资源、可开发水能蕴藏量和水力资源开发现状一、我国水力资源、可开发水能蕴藏量和水力资源开发现状水能储量：水能储量：5.4164亿亿KW，年发电量：，年发电量：2.474亿万亿万KW.h 2010：水电装机容量：水电装机容量1.9亿亿KW；5万万KW以上：以上：230座座 100万万KW以上：以上：25座座小型水电厂：小型水电厂：4万余座万余座目前最大的水电站：三峡水电厂：目前最大的水电站：三峡水电厂：32700（）（）、我国水

2、能资源丰富的六大水系、我国水能资源丰富的六大水系（）黄河上流水系（李家峡、刘家峡、小浪底）（）黄河上流水系（李家峡、刘家峡、小浪底）（）澜沧江水系（漫湾、小湾、大朝山）（）澜沧江水系（漫湾、小湾、大朝山）（）雅砻江水系（二滩、锦屏）（）雅砻江水系（二滩、锦屏）（）大渡河水系：（）大渡河水系：（龚嘴、瀑布沟）龚嘴、瀑布沟）（）红水河水系：（）红水河水系：（鲁布革、天生桥一级、二级）（鲁布革、天生桥一级、二级）（）金沙江水系：（在建：白鹤滩、溪落渡、向家坝）（）金沙江水系：（在建：白鹤滩、溪落渡、向家坝）、三峡水利工程、三峡水利工程左岸：左岸：14台；右岸：台；右岸：12台；地下：台；单机台；地下

3、：台；单机700第二节水能资源特性和水力发电基本原理第二节水能资源特性和水力发电基本原理 一、水系特性及其一般概念一、水系特性及其一般概念、干流、支流和水系、干流、支流和水系干流：水直接流入海洋或内陆湖泊的河流；干流：水直接流入海洋或内陆湖泊的河流；支流：汇入干流的河流。支流：汇入干流的河流。水系：干流和文流构成了脉络相通、经常有水的河流系水系：干流和文流构成了脉络相通、经常有水的河流系统，称为水系通常用干流的河名来命名，如长江水系、黄统，称为水系通常用干流的河名来命名，如长江水系、黄河水系等。在研究某一支流或某一地区的水文问题时，往河水系等。在研究某一支流或某一地区的水文问题时，往往也用支流

4、河名来称呼，如金沙江水系，雅砻江水系等。往也用支流河名来称呼，如金沙江水系，雅砻江水系等。、河流的分段、河流的分段河源（源头）、河床、上游、中游、下游、河口河源（源头）、河床、上游、中游、下游、河口、河流的基本特性、河流的基本特性豀线、水位、过水断面、流量、流速、水力坡度豀线、水位、过水断面、流量、流速、水力坡度、河流的径流和流域、河流的径流和流域径流：径流：水在循环过程中，从地表和地下向着河段出水在循环过程中，从地表和地下向着河段出口断面汇集的全部水流；口断面汇集的全部水流；流域：流域：河段的集水区域。流域的边界称为分水线河段的集水区域。流域的边界称为分水线( (分水岭或分水界分水岭或分水界

5、) )。分水线通常是流域四周的山脊线，。分水线通常是流域四周的山脊线，如秦岭是黄河与长江的分水线，如秦岭是黄河与长江的分水线，、水流的泥沙携带、水流的泥沙携带含沙量、输沙率、输沙量含沙量、输沙率、输沙量二、水力资源的综合利用二、水力资源的综合利用水资源：使地面和地下水源成为一种自然资源，水资源：使地面和地下水源成为一种自然资源，水利开发：就是充分合理地利用江河水域的地上地下水源。水利开发：就是充分合理地利用江河水域的地上地下水源。发电、灌溉、防洪、航运、养殖、给水发电、灌溉、防洪、航运、养殖、给水三、水利发电的基本原理三、水利发电的基本原理水力发电的基本过程：水力发电的基本过程：水能水能机械能

6、机械能电能。电能。水力发电厂：水力发电厂：为实现上述连续地能量转换而修建的水工建为实现上述连续地能量转换而修建的水工建筑物和水轮机发电设备的总体。筑物和水轮机发电设备的总体。水力发电的主要生产过程大体可分为四个阶段：水力发电的主要生产过程大体可分为四个阶段：集中能量阶段：建坝集中河流径流和分散的河段落差，集中能量阶段：建坝集中河流径流和分散的河段落差，形成水电厂集中的水体和发电用的水头；形成水电厂集中的水体和发电用的水头；输人能量阶段：利用渠道或管道，把水以尽可能小的损输人能量阶段：利用渠道或管道，把水以尽可能小的损失输送至水电厂；失输送至水电厂；转换能量阶段：调整水轮发电机组的运行，将水能高

7、效转换能量阶段：调整水轮发电机组的运行，将水能高效率地转换成电能；率地转换成电能；输出能量阶段：将发电机生产的电能，经变压、输电、输出能量阶段：将发电机生产的电能，经变压、输电、配电环节供给用户。配电环节供给用户。第三节水力学基础知识和水流的水能计算第三节水力学基础知识和水流的水能计算一、水的主要物理性质一、水的主要物理性质密度、黏滞性、压缩性、惯性密度、黏滞性、压缩性、惯性三、水流运动基本方程式三、水流运动基本方程式、水流运动的一般概念、水流运动的一般概念过水断面：垂直于水流方向的水体横断面；过水断面：垂直于水流方向的水体横断面；断面平均流速：断面平均流速：流量：指单位时间内，通过过水断面的

8、水体体积流量：指单位时间内，通过过水断面的水体体积Q = f c 恒定流与非恒定流。恒定流与非恒定流。、恒定流流量方程、恒定流流量方程 Q1=Q2=.=Q (f1c1=f2c2=.=fc)3、恒定流的伯努利方程、恒定流的伯努利方程、水头损失和水力坡度、水头损失和水力坡度 水头损失：水头损失：河道或管路中，单位重量水流的能量损失，分河道或管路中，单位重量水流的能量损失，分为沿程水头损失和局部水头损失。为沿程水头损失和局部水头损失。水力坡度：水力坡度：总水头总水头H1和和H之差与两过水断面之间流程长之差与两过水断面之间流程长度之比度之比四、水流的水能计算四、水流的水能计算、天然水流的理论能量、天然

9、水流的理论能量 p1=p2、 c1=c2： E1-E2=H E=HWg、汇集水流的功率、汇集水流的功率 水流的理论出力（功率）：水流的理论出力（功率）：汇集水量在单位时间内，汇集水量在单位时间内，由坝前通过引水设施引泄到坝后下游河道时，所做的功由坝前通过引水设施引泄到坝后下游河道时，所做的功第四节水资源开发方式和水电厂基本类型第四节水资源开发方式和水电厂基本类型一、堤坝式开发和堤坝式水电厂一、堤坝式开发和堤坝式水电厂坝式开发：在河道上拦河建坝、治高上游水位，造成坝上下坝式开发：在河道上拦河建坝、治高上游水位，造成坝上下游水位差。游水位差。坝式水电厂：采用坝式开发修建起来的水电厂。坝式水电厂：采

10、用坝式开发修建起来的水电厂。坝和水电厂厂房相对布置位置的不同，分为河床式和坝后式坝和水电厂厂房相对布置位置的不同，分为河床式和坝后式、河床式、河床式厂房直接和大厂房直接和大坝并建造在河坝并建造在河床中。床中。自右岸到左岸依次为大江冲沙闸、大江自右岸到左岸依次为大江冲沙闸、大江 1 号船闸、大江电厂、二江泄号船闸、大江电厂、二江泄水闸、二江电厂和三江水闸、二江电厂和三江 2 号、号、 3 号船闸及三江冲沙闸等号船闸及三江冲沙闸等 2、坝后式水电厂：、坝后式水电厂：厂房建在大坝的后面厂房建在大坝的后面安康水电站安康水电站三峡水电站三峡水电站二、引水式开发和引水式电厂二、引水式开发和引水式电厂无压引

11、水式水电厂：无压引水式水电厂：地势险峻、水流湍急的河流中上地势险峻、水流湍急的河流中上游，或河道坡度较陡的河段上，可修筑纵向坡度远小游，或河道坡度较陡的河段上，可修筑纵向坡度远小于天然河段的引水明渠于天然河段的引水明渠(或无压隧道或无压隧道)集中水头，然后用集中水头，然后用压力水管把水引入置于河段下游的水电厂。压力水管把水引入置于河段下游的水电厂。 豁线深度大的上游河段或水体，可采用有压引水方式。豁线深度大的上游河段或水体，可采用有压引水方式。三、混合式开发和混合式水电厂三、混合式开发和混合式水电厂开发利用具有堤坝式和引水式两方面的特点，这便是混合式开发利用具有堤坝式和引水式两方面的特点，这便是混合式开发，建立混合式水电厂。开发，建立混合式水电厂。当一条河流可开发的全长超当一条河流可开发的全长超过了一级开发所能达到的技过了一级开发所能达到的技术、经济允许长度时，就要术、经济允许长度时，就要合理地分段开发利用，在河合理地分段开发利用，在河段上开发工程自上而下，一段上开发工程自上而下，一个接一个，犹如一级级的阶个接一个，犹如一级级的阶梯，称为梯级开发。梯级开梯，称为梯级开发。梯级开发布置的水电厂又称作梯级发布置的水电厂又称作梯级电厂。电厂。四、抽水蓄能式水电厂四、抽水蓄能式水电厂它