水力发电原理及水电站类型

1、水力发电原理及水电站类型水水 电电 站站v在水力发电的过程中，为了实现电能的连续产生在水力发电的过程中，为了实现电能的连续产生需要修建需要修建一系列水工建筑物。一系列水工建筑物。v包括：进水、引水、厂房、排水等，安装水轮发包括：进水、引水、厂房、排水等，安装水轮发电机组及其附属设备的厂房和变电站，总体称为电机组及其附属设备的厂房和变电站，总体称为水电站。水电站。水电站是水、机、电的综合体水电站是水、机、电的综合体。一、水力发电的概念一、水力发电的概念v水力发电水力发电: :利用河流中蕴藏的水能来生产电能。利用河流中蕴藏的水能来生产电能。v在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通在天然河流上，

2、修建水工建筑物，集中水头，通过一定方式将过一定方式将“载能水载能水”输送到水轮机中，使：输送到水轮机中，使：水能水能旋转机械能旋转机械能带动发电机组发电带动发电机组发电输电线输电线路路用户。用户。水轮发电机组装置原理图水轮发电机组装置原理图建坝建坝蓄水蓄水发电发电电站电站1.1.水力发电的转换过程水力发电的转换过程天然水能天然水能可利用水能可利用水能旋转机械能旋转机械能电能电能建筑物和设备建筑物和设备水轮机水轮机发电机发电机水利系统水利系统机电系统机电系统2. 2. 水力发电的几个要素水力发电的几个要素vN 水电站装机容量或水轮机的功率水电站装机容量或水轮机的功率vQ 通过水轮机的流量通过水轮

3、机的流量vH 水轮机的水头水轮机的水头 v水轮机的效率水轮机的效率QHN81. 9二、水力发电特点二、水力发电特点优点：优点： 不耗燃料，成本低廉不耗燃料，成本低廉 水火互济，调峰灵活水火互济，调峰灵活 综合利用，多方得益综合利用，多方得益 取之不尽，用之不竭取之不尽，用之不竭 环境优美，能源洁净环境优美，能源洁净二、水力发电特点二、水力发电特点缺点：缺点： 受自然条件限制；受自然条件限制； 一次性投资大，移民多，工期长；一次性投资大，移民多，工期长； 事故后果严重；事故后果严重； 大型工程对环境、生态影响较大。大型工程对环境、生态影响较大。三、我国水电事业的发展三、我国水电事业的发展1. 我

4、国的水能资源状况我国的水能资源状况v 水能资源是河川径流所具有的天然资源、是能源水能资源是河川径流所具有的天然资源、是能源的重要组成部分。的重要组成部分。v 国家发展改革委国家发展改革委2005年发布的全国水力资源复查年发布的全国水力资源复查结果，我国水电资源理论蕴藏量年电量结果，我国水电资源理论蕴藏量年电量6.08万亿万亿千瓦时，理论蕴藏量装机千瓦时，理论蕴藏量装机6.94亿千瓦；技术可开亿千瓦；技术可开发装机发装机5.42亿千瓦，技术可开发年电量亿千瓦，技术可开发年电量2.47万亿万亿千瓦时；经济可开发装机千瓦时；经济可开发装机4.02亿千瓦，经济可开亿千瓦，经济可开发年电量发年电量1.7

5、5万亿千瓦时。万亿千瓦时。2. 我国水能资源的特点我国水能资源的特点雅鲁藏布江雅鲁藏布江地地 区区水能蕴藏量水能蕴藏量可能开发的水能资源可能开发的水能资源装机容装机容量量(MW)年发电年发电量亿量亿(kW.h/a)占全国占全国比重比重(%)装机容量装机容量(MW)年发电年发电量量(亿亿kW.h/a)占全国占全国比重比重(%)华北华北12299.31077.41.8691.98232.251.2东北东北12126.61062.31.81199.45383.912.0华东华东30048.82632.34.41790.22687.943.6中南中南64083.75613.89.56743.49297

6、3.6515.5西南西南47331241462.170.023234.3313050.3667.8西北西北841777373.912.54193.771904.939.9全全 国国67604759221.8100.037853.2419233.04100.0汛期70% 非汛期 v 三峡三峡(长江长江) 1820万万kW，溪落渡溪落渡(金沙江金沙江) 超过超过1000万万kW。雅鲁藏布江下游的墨脱电站，计划开凿雅鲁藏布江下游的墨脱电站，计划开凿35km长的隧洞，引水长的隧洞，引水2000m3/s以上，落差可超过以上，落差可超过2000m，电站装机可达电站装机可达4500万万kW。v大型电站，水头

7、高、单机容量大，带来很多技术大型电站，水头高、单机容量大，带来很多技术难题，且淹没损失大，移民数量多。难题，且淹没损失大，移民数量多。3. 我国水电开发状况我国水电开发状况 我国水电开发有三大特点：我国水电开发有三大特点： 1 1、成绩很大。、成绩很大。突出表现在以下三方面：突出表现在以下三方面：v水电装机容量跃居世界第一水电装机容量跃居世界第一。v水电建设技术已具世界水平。水电建设技术已具世界水平。v初步建立了适应市场经济的、有中国特色的水初步建立了适应市场经济的、有中国特色的水电开发和建设机制。电开发和建设机制。2. 困难不少困难不少v制约水电发展的五个问题制约水电发展的五个问题 生态环境

8、问题生态环境问题 上网电价上网电价 法律法规还不健全法律法规还不健全 移民问题移民问题 地震问题地震问题3. 机遇难得机遇难得: 2006年底全国水电总装机容量达年底全国水电总装机容量达1.29亿亿kWv截止到截止到2006年底，我国已建和在建的大中型水电年底，我国已建和在建的大中型水电站工程有站工程有220多座，其中装机多座，其中装机100万万kW以上的以上的25座；座；50万万kW以上的以上的40座，坝高在座，坝高在100m以上的大以上的大坝坝55座，建成总长度超过座，建成总长度超过500km的水工隧洞，装的水工隧洞，装机机10万万kW以上的地下厂房水电站以上的地下厂房水电站25座。座。v

9、在建与准备开工的水电工程包括：三峡、龙滩、在建与准备开工的水电工程包括：三峡、龙滩、小湾、公伯峡、泰安、桐柏、溪洛渡、向家坝、小湾、公伯峡、泰安、桐柏、溪洛渡、向家坝、瀑布沟、糯扎渡、锦屏一级、虎跳峡、白鹤滩、瀑布沟、糯扎渡、锦屏一级、虎跳峡、白鹤滩、锦屏二级、仙游、水布垭等。锦屏二级、仙游、水布垭等。v到到2006年底全国已建成小水电站年底全国已建成小水电站4万多座，装机容万多座，装机容量达到量达到5000万万kW，年发电量，年发电量1500亿亿kW.h（技术（技术可开发总小水电水能资源可开发总小水电水能资源8700万万kW，分布在全国，分布在全国1600多个山区县）多个山区县）v1984年

10、建设了一百个农村电气化县；年建设了一百个农村电气化县；1991年又建年又建设了二百个农村电气化县；设了二百个农村电气化县；“十五十五”期间再建设期间再建设三百个农村电气化县。三百个农村电气化县。v小水电主要建设省份包括：浙江、福建、云南、小水电主要建设省份包括：浙江、福建、云南、贵州、四川、广东等。贵州、四川、广东等。我国的能源概况与水电建设我国的能源概况与水电建设q能源结构能源结构：“煤为基础、多元发展煤为基础、多元发展”； 煤炭为主体、电力为中心，油气、新能源全面展；煤炭为主体、电力为中心，油气、新能源全面展；提高煤炭利用效率和清洁性。提高煤炭利用效率和清洁性。q需求预测需求预测：全面建设

11、小康社会：全面建设小康社会：2020年年GDP翻两番，翻两番，预测电力需求预测电力需求9.2亿亿kW，估计水电达，估计水电达2.3亿亿kW，每年需，每年需新增近千万新增近千万kW。q发展战略发展战略：“大力开发水电，优化发展煤电，积极推大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电进核电，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电”（电（电力工业中长期发展规划）。力工业中长期发展规划）。4. 我国水电事业发展设想我国水电事业发展设想v第一步：第一步：20012010年。年。 这期间，三峡、龙滩、小湾、公伯峡、水布垭等这期间，三峡、龙滩、小湾、公伯峡、水布垭等一大批水电站将

12、建成发电。到一大批水电站将建成发电。到2010年，也就是中年，也就是中国开始水电建设国开始水电建设100年时，年时，水电装机容量达到水电装机容量达到1.4亿千瓦亿千瓦-1.5亿千瓦，超过美国居世界第一，实现亿千瓦，超过美国居世界第一，实现从资源第一大国到生产第一大国的转变；从资源第一大国到生产第一大国的转变；水电的水电的比例从比例从2000年的年的23%提高到提高到30%左右；左右； 第二步第二步 2011-2050年年v基本完成水电的开发、开发率达到基本完成水电的开发、开发率达到90%左右。这时左右。这时装机约装机约4.3亿千瓦；以亿千瓦；以3800万万kW的墨脱电站为代表的墨脱电站为代表的

13、十几座的十几座500万万kW以上的巨型电站基本开发完毕。以上的巨型电站基本开发完毕。v西电东送的规模超过西电东送的规模超过1.5亿亿kW；东中部受电区的抽；东中部受电区的抽水蓄能电站将得到大规模发展，大库容的蓄能电站水蓄能电站将得到大规模发展，大库容的蓄能电站建设、也为沿海风电的大量开发，创造有利条件。建设、也为沿海风电的大量开发，创造有利条件。v中国水电技术随着建设达到世界领先水平。进一步中国水电技术随着建设达到世界领先水平。进一步由生产数量上的水电第一大国变为真正的、全面的由生产数量上的水电第一大国变为真正的、全面的(包括数量、质量、科技、管理、效益各方面包括数量、质量、科技、管理、效益各

14、方面)水电水电第一大国。第一大国。三峡水利枢纽三峡水利枢纽三峡水利枢纽三峡水利枢纽 三峡工程采用三峡工程采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”方案。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长方案。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035m，坝顶高程坝顶高程185m，正常蓄水位正常蓄水位175 m，总库容总库容393 亿亿m3，其中防洪库容，其中防洪库容221.5亿亿m3。装机容量装机容量1820万万kW，2670万万kW，年均发电量年均发电量849亿度。泄亿度。泄洪坝段每秒泄洪能力为洪坝段每秒泄洪能力为11万万m3/s，左岸通航建筑物，年单向通过左岸通航建筑物，年单

15、向通过能力能力500万万t。双线五级船闸，可通过万吨级船队；单线一级垂直双线五级船闸，可通过万吨级船队；单线一级垂直升船机，可快速通过升船机，可快速通过3000t级客货轮。级客货轮。 三峡工程竣工后，将发挥防洪、发电、航运、养殖、旅游、三峡工程竣工后，将发挥防洪、发电、航运、养殖、旅游、保护生态、净化环境、开发性移民、南水北调、供水灌溉等十大保护生态、净化环境、开发性移民、南水北调、供水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型电站都无法比拟的！效益，是世界上任何巨型电站都无法比拟的！ 三峡水利枢纽三峡水利枢纽v世界施工难度最大的水利工程。世界施工难度最大的水利工程。2000年砼浇筑量为年砼浇筑量为54

16、8.17万立方米，月浇筑量最高达万立方米，月浇筑量最高达55万立方米。万立方米。v施工期流量最大的水利工程。施工期流量最大的水利工程。三峡工程截流流量三峡工程截流流量9010立方米立方米/秒，施工导流最大洪峰流量秒，施工导流最大洪峰流量7.9万立方米万立方米/秒秒v世界泄洪能力最大的泄洪闸。世界泄洪能力最大的泄洪闸。最大泄洪能力最大泄洪能力10.25万立万立方米方米/秒。秒。v世界规模最大、难度最高的升船机。世界规模最大、难度最高的升船机。v世界水库移民最多、世界水库移民最多、工作量最为艰巨的移民建设工程工作量最为艰巨的移民建设工程三峡工程水库动态移民最终可达三峡工程水库动态移民最终可达113

17、万万。小浪底水利枢纽小浪底水利枢纽小浪底水利枢纽小浪底水利枢纽 小浪底水利枢纽位于河南省洛阳市以北小浪底水利枢纽位于河南省洛阳市以北40km的黄的黄河干流上，是以防洪为主，兼顾防凌、减淤、灌溉和河干流上，是以防洪为主，兼顾防凌、减淤、灌溉和发电综合利用的一座特大型工程。工程由大坝、泄洪发电综合利用的一座特大型工程。工程由大坝、泄洪建筑物及发电系统组成。大坝为粘土斜心墙堆石坝，建筑物及发电系统组成。大坝为粘土斜心墙堆石坝，坝顶长坝顶长1667m，最大坝高最大坝高154m，库容库容126.5亿亿m3，泄泄水建筑物包括集中布置的水建筑物包括集中布置的10座进水塔，座进水塔，9条泄洪排沙条泄洪排沙隧洞

18、、一个正常溢洪道和三个消力塘组成；发电系统隧洞、一个正常溢洪道和三个消力塘组成；发电系统由由6条引水隧洞和一座地下厂房、主变室、尾闸室及条引水隧洞和一座地下厂房、主变室、尾闸室及三条尾水洞组成。总装机容量三条尾水洞组成。总装机容量630万千瓦，多年平万千瓦，多年平均发电量均发电量51亿度。亿度。新安江水电站新安江水电站新安江水电站新安江水电站 新安江水电站位于钱塘江支流新安江上，浙新安江水电站位于钱塘江支流新安江上，浙江省建德县境内，由中国自己设计、施工，自制江省建德县境内，由中国自己设计、施工，自制设备，自行安装的第一座大型水电工程。电站以设备，自行安装的第一座大型水电工程。电站以发电为主，

19、兼有防洪、灌溉、航运等综合利用效发电为主，兼有防洪、灌溉、航运等综合利用效益，电站装机容量益，电站装机容量662.5MW，保证出力保证出力178MW，多年平均年发电量多年平均年发电量18.6亿亿KWh，以以220KV和和110KV高压输电线路各高压输电线路各4回接入华东电力系统。大回接入华东电力系统。大坝为混凝土宽缝隙重力坝，最大坝高坝为混凝土宽缝隙重力坝，最大坝高105米。工程米。工程于于1957年年4月开工，月开工，1960年年4月第一台机组发电，月第一台机组发电，1978年最后一台机组投运。年最后一台机组投运。二滩水电站二滩水电站二滩水电站二滩水电站v 二滩工程是二十世纪建成的中国最大的

20、水电站。总装机容量二滩工程是二十世纪建成的中国最大的水电站。总装机容量330万万kW，单机容量单机容量55万万kW，这在这在21世纪初三峡电站建成世纪初三峡电站建成之前，均列全之前，均列全 国第一，单机容量排世界前国第一，单机容量排世界前10位。位。 v 二滩拱坝坝高二滩拱坝坝高240m为中国第一高坝。在双曲拱坝排行中，为中国第一高坝。在双曲拱坝排行中，高度居亚洲第一、世界第三；承受总荷载高度居亚洲第一、世界第三；承受总荷载980万万t，列世界第列世界第一。总泄水量一。总泄水量22480m3/s，在高坝中为世界第一。在高坝中为世界第一。v 进水口高度为进水口高度为80m，调压室高度调压室高度7

21、0m，均居全国第一。均居全国第一。v 亚洲最大的地下厂房洞室群。由厂房、主变压器室、尾水亚洲最大的地下厂房洞室群。由厂房、主变压器室、尾水调压室三大洞室及压力管道、尾水管、尾水洞、母线洞、交调压室三大洞室及压力管道、尾水管、尾水洞、母线洞、交通洞、通风洞、排水洞（廊道）、进风竖井、排风竖井、电通洞、通风洞、排水洞（廊道）、进风竖井、排风竖井、电梯竖井、电缆斜井等组成庞大洞室群。地下洞室开挖量梯竖井、电缆斜井等组成庞大洞室群。地下洞室开挖量370万万m3。其中，厂房长其中，厂房长280m、宽宽25.5m、高高65m。四、水电站的基本类型四、水电站的基本类型 按调节能力分成： 无调节水电站、有调节

22、水电站 按水电站的组成建筑物及特征分为： 坝式、河床式、引水式电站(一)、坝式水电站 用坝集中水头的水电站称为坝式水电站， 其特点有：水头取决于坝高。水头取决于坝高。引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。充分，综合利用效益高。投资大，工期长。投资大，工期长。适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。库的条件。 2.坝后式水电站坝后式水电站当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。坝后式水电站一般修建在河流的中上游。库容较大，调节性能好。如为土坝，可修建河岸式

23、电站。举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18 200MW。 坝后式水电站坝后式水电站坝后厂房坝后厂房 万家寨坝后式水电站万家寨坝后式水电站向家坝水电站向家坝水电站三峡水电站三峡水电站坝后厂房坝后厂房坝后厂房坝后厂房泄洪坝段泄洪坝段(二二)、河床式电站、河床式电站一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。适用水头：大中型：25米以下，小型：810米以下。厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；厂房高度取决于水头的高低。引用流量大、水头低。注：厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征。河床式电站河床式电站河床式电站河床式电站河 床

24、厂 房河 床 厂 房富春江河床式电站富春江河床式电站泄 洪 闸泄 洪 闸葛州坝水电站葛州坝水电站河床厂房河床厂房河床厂房河床厂房开 关 站开 关 站船 闸船 闸泄 洪 闸泄 洪 闸( (三三) )、引水式水电站、引水式水电站用引水道集中水头的电站称为引水式水电站特点：水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。类型：1.无压引水电站无压引水电站 引水建筑物是无压的: 渠道或无压隧洞 主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引

25、水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。无压引水式水电站无压引水式水电站 1-坝坝;2-进水口进水口;3-沉沙池沉沙池;4-引水渠道引水渠道;5日调节池日调节池;6-压力前池压力前池;7-压力管道压力管道;8-厂房厂房; 9-尾水渠尾水渠;10-配电所配电所;10-泄水道泄水道2. 有压引水式电站有压引水式电站v引水建筑物是有压的： 压力隧洞(pressure tunnel) v主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。有压引水式水电站石龙坝水电站石龙坝水电站云南昆明石龙坝云南昆明石龙坝水电站是我国大水电站是我国大陆的第一座水电陆的第一座水电站，其装机容量站，

26、其装机容量仅为仅为1440kW，1910年年7月开工月开工建设，建设，1912年年4月发电。月发电。(四四)、抽水蓄能电站、抽水蓄能电站v抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)， 以水的势能形式贮存起来；v放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。 抽水蓄能电站示意图抽水蓄能电站示意图黑麋峰抽水蓄能电站黑麋峰抽水蓄能电站下水库下水库上水库上水库发电发电系统系统( (五五) )、潮汐电站、潮汐电站 v潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。 v潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。潮汐发电原理法国朗斯潮汐电站法国朗斯潮汐电站1966年投入运行，是第一个商业化