水力发电原理及水电站类型

水力力发发电电原原理理及及水水电电站站类类型型水电电站站在水水力力发发电电的的过过程程中中，，为为了了实实现现电电能能的的连连续续产产生生需需要要修修建建一系系列列水水工工建建筑筑物物。。包括括：：进进水水、、引引水水、、厂厂房房、、排排水水等等，，安安装装水水轮轮发发电电机机组组及及其其附附属属设设备备的的厂厂房房和和变变电电站站，，总总体体称称为为水水电电站站。。水电电站站是是水水、、机机、、电电的的综综合合体体。一、、水水力力发发电电的的概概念念水力力发发电电:利用用河河流流中中蕴蕴藏藏的的水水能能来来生生产产电电能能。。在天天然然河河流流上上，，修修建建水水工工建建筑筑物物，，集集中中水水头头，，通通过过一一定定方方式式将将““载载能能水水””输输送送到到水水轮轮机机中中，，使使：：水能能→→旋旋转转机机械械能能→→带带动动发发电电机机组组发发电电→→输输电电线线路路→→用用户户。。水轮轮发发电电机机组组装装置置原原理理图图建坝蓄水发电电站1.水水力力发发电电的的转转换换过过程程天然然水水能能可利利用用水水能能旋转转机机械械能能电能能建筑物和设备水轮机发电机水利系统机电系统2.水水力力发发电电的的几几个个要要素素N———水电电站站装装机机容容量量或或水水轮轮机机的的功功率率Q———通过过水水轮轮机机的的流流量量H———水轮轮机机的的水水头头η———水轮轮机机的的效效率率二、、水水力力发发电电特特点点优点点：：不耗耗燃燃料料，，成成本本低低廉廉水火火互互济济，，调调峰峰灵灵活活综合合利利用用，，多多方方得得益益取之之不不尽尽，，用用之之不不竭竭环境境优优美美，，能能源源洁洁净净二、、水水力力发发电电特特点点缺点点：：受自自然然条条件件限限制制；；一次性投投资大，，移民多多，工期期长；事故后果果严重；；大型工程程对环境境、生态态影响较较大。三、我国国水电事事业的发发展我国的水水能资源源状况水能资源源是河川川径流所所具有的的天然资资源、是是能源的的重要组组成部分分。国家发展展改革委委2005年发布的的全国水水力资源源复查结结果，我我国水电电资源理理论蕴藏藏量年电电量6.08万亿千瓦瓦时，理理论蕴藏藏量装机机6.94亿千瓦；；技术可可开发装装机5.42亿千瓦，，技术可可开发年年电量2.47万亿千瓦瓦时；经经济可开开发装机机4.02亿千瓦，，经济可可开发年年电量1.75万亿千瓦瓦时。特点一：：总量丰丰富，开开发不足足可开发总总量世界界第一，，占世界界总量16.7％。到2008年底，水水电装机机容量达达到了1.65亿千瓦，，按技术术可开发发量计算算占可开开发量30%，低于发发达国家家60％的平均均水平。。东部，已已开发70%以以上(可开发发的大型型水电站站只剩下下3座，，共1610MW，，即浙江摊摊坑电站站(600MW，目前在在建)、大均电站站(46万kW)和福建街街面电站站(30万kW)；；西部，开开发率仅仅7.5%大有可为为！2.我国水能能资源的的特点特点二：：地区分分布不均均，与经经济发展展不匹配配东部地区区(13个省市市)水电电资源占占全国总总量的8%，中中部地区区(6个个省)占占11%，而西西部地区区(12个省、、市、自自治区)高达81％；但51％用电量量在东部部。雅鲁藏布江西电东送送地

区水能蕴藏量可能开发的水能资源装机容量(MW)年发电量亿(kW.h/a)占全国比重(%)装机容量(MW)年发电量(亿kW.h/a)占全国比重(%)华北12299.31077.41.8691.98232.251.2东北12126.61062.31.81199.45383.912.0华东30048.82632.34.41790.22687.943.6中南64083.75613.89.56743.492973.6515.5西南47331241462.170.023234.3313050.3667.8西北841777373.912.54193.771904.939.9全国67604759221.8100.037853.2419233.04100.0年内降雨雨集中在在汛期；；年际间江江河来水水量变化化大。特点三：：江河来来水量时时间分布布不均汛期70%30%非汛期须建设（（年调节节、多年年调节））大型水水库。特点四：：我国水水电资源源相对集集中在一一些高山山大河地地区，不不少水电电站的装装机容量量超过1000MW。三峡(长长江)1820万kW，溪落渡(金沙江江)超超过1000万万kW。雅鲁藏布布江下游游的墨脱脱电站，，计划开开凿35km长的隧洞洞，引水水2000m3/s以上，落落差可超超过2000m，电站装机机可达4500万kW。大型电站站，水头头高、单单机容量量大，带带来很多多技术难难题，且且淹没损损失大，，移民数数量多。。3.我国水电电开发状状况我国水电电开发有有三大特特点：1、成绩绩很大。。突出表现现在以下下三方面面：水电装机机容量跃跃居世界界第一。水电建设设技术已已具世界界水平。。初步建立立了适应应市场经经济的、、有中国国特色的的水电开开发和建建设机制制。2.困困难不少少制约水电电发展的的五个问问题①生态态环境问问题②上网网电价③法律律法规还还不健全全④移民民问题⑤地震震问题3.机机遇难得得:今后15－20年是水电电建设的的良好机机遇期西部大开开发战略略的机遇遇东部：水水能资源源占6％，开发发率大于于70％；西西部：：水能资资源占78%，开发率率仅8％。实施“西西电东送送”，变变资源优优势为经经济优势势。全面建设设小康社社会对电电力的要要求；符合电力力工业中中长期发发展规划划，提供供清洁、、优质电电能；《可再生能能源法》确认水能能为可再再生能源源；《京都议定定书》：温室室气体减减排；当前我国国经济发发展迅速速，投资资环境良良好。2006年底全国国水电总总装机容容量达1.29亿kW截止到2006年底，我我国已建建和在建建的大中中型水电电站工程程有220多座，其其中装机机100万kW以上的25座；50万kW以上的40座，坝高高在100m以上的大大坝55座，建成成总长度度超过500km的水工隧隧洞，装装机10万kW以上的地地下厂房房水电站站25座。在建与准准备开工工的水电电工程包包括：三三峡、龙龙滩、小小湾、公公伯峡、、泰安、、桐柏、、溪洛渡渡、向家家坝、瀑瀑布沟、、糯扎渡渡、锦屏屏一级、、虎跳峡峡、白鹤鹤滩、锦锦屏二级级、仙游游、水布布垭等。。到2006年底全国国已建成成小水电电站4万多座，，装机容容量达到到5000万kW，年发电电量1500亿kW.h（技术可可开发总总小水电电水能资资源8700万kW，分布在在全国1600多个山区区县）1984年建设了了一百个个农村电电气化县县；1991年又建设设了二百百个农村村电气化化县；““十五””期间再再建设三三百个农农村电气气化县。。小水电主主要建设设省份包包括：浙浙江、福福建、云云南、贵贵州、四四川、广广东等。。我国的能能源概况况与水电电建设能源结构构：“煤为为基础、、多元发发展”；；煤炭为主主体、电电力为中中心，油油气、新新能源全全面展；；提高煤煤炭利用用效率和和清洁性性。需求预测：全面建设小小康社会：2020年GDP翻两番，预测测电力需求9.2亿kW，估计水电达达2.3亿kW，每年需新增增近千万kW。发展战略：“大力开发发水电，优化化发展煤电，，积极推进核核电，适度发发展天然气发发电，鼓励新新能源发电””（电力工业业中长期发展展规划）。4.我国水电事业业发展设想第一步：2001—2010年。。这期间，三峡峡、龙滩、小小湾、公伯峡峡、水布垭等等一大批水电电站将建成发发电。到2010年，也也就是中国开开始水电建设设100年时时，水电装机容量量达到1.4亿千瓦-1.5亿千瓦瓦，超过美国国居世界第一一，实现从资资源第一大国国到生产第一一大国的转变变；水电的比例从从2000年的23%提提高到30%左右；第二步2011-2050年基本完成水电电的开发、开开发率达到90%左右。。这时装机约约4.3亿千千瓦；以3800万kW的墨脱电站为为代表的十几几座500万万kW以上的巨型电电站基本开发发完毕。西电东送的规规模超过1.5亿kW；东中部受电电区的抽水蓄蓄能电站将得得到大规模发发展，大库容容的蓄能电站站建设、也为为沿海风电的的大量开发，，创造有利条条件。中国水电技术术随着建设达达到世界领先先水平。进一一步由生产数数量上的水电电第一大国变变为真正的、、全面的(包包括数量、质质量、科技、、管理、效益益各方面)水水电第一大国国。三峡水利枢纽纽三峡水利枢纽纽三峡工程采用用“一级开发发，一次建成成，分期蓄水水，连续移民民”方案。大大坝为混凝土土重力坝，坝坝顶总长3035m，坝顶高程185m，正常蓄水位175m，总库容393亿m3，其中防洪库库容221.5亿m3。装机容量1820万kW，26×70万kW，年均发电量849亿度。。泄洪坝段每每秒泄洪能力力为11万m3/s，左岸通航建筑筑物，年单向向通过能力500万t。双线五级船闸闸，可通过万万吨级船队；；单线一级垂垂直升船机，，可快速通过过3000t级客货轮。三峡工程竣工工后，将发挥挥防洪、发电电、航运、养养殖、旅游、、保护生态、、净化环境、、开发性移民民、南水北调调、供水灌溉溉等十大效益益，是世界上上任何巨型电电站都无法比比拟的！三峡水利枢纽纽世界施工难度度最大的水利利工程。2000年砼浇筑量为为548.17万立方米，月月浇筑量最高高达55万立方米。施工期流量最最大的水利工工程。三峡工程截流流流量9010立方米/秒，施工导流流最大洪峰流流量7.9万立方米/秒世界泄洪能力力最大的泄洪洪闸。最大泄洪能力力10.25万立方米/秒。世界规模最大大、难度最高高的升船机。。世界水库移民民最多、工作量最为艰艰巨的移民建建设工程三峡峡工程水库动动态移民最终终可达113万。小浪底水利枢枢纽小浪底水利枢枢纽小浪底水利枢枢纽位于河南南省洛阳市以以北40km的黄河干流上上，是以防洪洪为主，兼顾顾防凌、减淤淤、灌溉和发发电综合利用用的一座特大大型工程。工工程由大坝、、泄洪建筑物物及发电系统统组成。大坝坝为粘土斜心心墙堆石坝，，坝顶长1667m，最大坝高154m，库容126.5亿m3，泄水建筑物包包括集中布置置的10座进进水塔，9条条泄洪排沙隧隧洞、一个正正常溢洪道和和三个消力塘塘组成；发电电系统由6条条引水隧洞和和一座地下厂厂房、主变室室、尾闸室及及三条尾水洞洞组成。总装装机容量6××30万千瓦瓦，多年平均均发电量51亿度。新安江水电站站新安江水电站站新安江水电站站位于钱塘江江支流新安江江上，浙江省省建德县境内内，由中国自自己设计、施施工，自制设设备，自行安安装的第一座座大型水电工工程。电站以以发电为主，，兼有防洪、、灌溉、航运运等综合利用用效益，电站站装机容量662.5MW，保证出力178MW，多年平均年发发电量18.6亿KW·h，以220KV和110KV高压输电线路路各4回接入入华东电力系系统。大坝为为混凝土宽缝缝隙重力坝，，最大坝高105米。工工程于1957年4月开开工，1960年4月第第一台机组发发电，1978年最后一一台机组投运运。二滩水电站二滩水电站二滩工程是二二十世纪建成成的中国最大大的水电站。。总装机容量量330万kW，单机容量55万kW，这在21世纪纪初三峡电站站建成之前，，均列全国国第一，单机机容量排世界界前10位。。二滩拱坝坝高高240m为中国第一高高坝。在双曲曲拱坝排行中中，高度居亚亚洲第一、世世界第三；承承受总荷载980万t，列世界第一。。总泄水量22480m3/s，在高坝中为世世界第一。进水口高度为为80m，调压室高度70m，均居全国第一一。亚洲最大的地地下厂房洞室室群。由厂房房、主变压器器室、尾水调调压室三大洞洞室及压力管管道、尾水管管、尾水洞、、母线洞、交交通洞、通风风洞、排水洞洞（廊道）、、进风竖井、、排风竖井、、电梯竖井、、电缆斜井等等组成庞大洞洞室群。地下下洞室开挖量量370万m3。其中，厂房长长280m、宽25.5m、高65m。四、水电站的的基本类型按调节能力分分成：无调节水电站站、有调节水水电站按水电站的组组成建筑物及及特征分为：：坝式、河床式式、引水式电电站(一)、坝式水电站站用坝集中水头头的水电站称称为坝式水电电站，其特点有：水头取决于坝坝高。引用流量较大大，电站的规规模也大，水水能利用较充充分，综合利利用效益高。。投资大，工期期长。适用：河道坡坡降较缓，流流量较大，并并有筑坝建库库的条件。2.坝后式水电站站当水头较大时时，厂房本身身抵抗不了水水的推力，将将厂房移到坝坝后，由大坝坝挡水。坝后式水电站站一般修建在在河流的中上上游。库容较大，调调节性能好。。如为土坝，可可修建河岸式式电站。举世瞩目的三三峡水电站就就是坝后式水水电站，其装装机容量为18200MW。坝后式水电站站坝后厂房万家寨坝后式式水电站向家坝水电站站三峡水电站坝后厂房坝后厂房泄洪坝段(二)、河床式电站站一般修建在河河道中下游河河道纵坡平缓缓的河段上，，为避免大量量淹没，建低低坝或闸。适用水头：大大中型：25米以下，小型型：8~10米以下。厂房和挡水坝坝并排建在河河床中，共同同挡水，故厂厂房也有抗滑滑稳定问题；；厂房高度取决决于水头的高高低。引用流量大、、水头低。注：厂房本身起挡挡水作用是河河床式电站的的主要特征。。河床式电站河床式电站河床厂房富春江河床式式电站泄洪闸葛州坝水电站站河床厂房河床厂房开关站船闸泄洪闸(三)、引水式水电电站用引水道集中中水头的电站站称为引水式式水电站特点：水头相对较高高，目前最大大水头已达2000米以上。引用流量较小小，没有水库库调节径流，，水量利用率率较低，综合合利用价值较较差。电站库容很小小，基本无水水库淹没损失失，工程量较较小，单位造造价较低。适用条件：适适合河道坡降降较陡，流量量较小的山区区性河段。类型：1.无压引水电站站引水建筑物是是无压的:渠道或无压隧隧洞主要建筑物：：低坝，进水口口，沉沙池，，引水渠(洞)，日调节池，，压力前池，，压力水管，，厂房，尾水水渠。无压引水式水水电站1-坝;2-进水口;3-沉沙池;4-引水渠道;5日调节池;6-压力前池;

7-压力管道;8-厂房;9-尾水渠;10-配电所;10-泄水道2.有压引水式电电站引水建筑物是是有压的：压力隧洞(pressuretunnel)主要建筑物：：低坝，有压压隧洞，调压压室，压力水水管，厂房，，尾水渠。有压引水式水水电站石龙坝水电站站云南昆明石龙龙坝水电站是是我国大陆的的第一座水电电站，其装机机容量仅为1440kW，1910年7月开工建设，，1912年4月发电。(四)、抽水蓄能电电站抽水蓄能：系统负荷低低时，利用系系统多余的电电能带动泵站站机组将下库库的水抽到上上库(电动机+水泵)，以水的势势能形式贮存存起来；放水发电：系统负荷高高时，将上库库的水放下来来推动水轮发发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充充系统中电能能的不足。抽水蓄能电站站示意图黑麋峰抽水蓄蓄能电站下水库上水库发电系统(五)、潮汐电站潮汐：潮汐现象是海海水因受日月月引力而产生生的周期性升升降运动，即即海水的潮涨涨潮落。潮汐发电原理理：利用潮水涨、、落产生的水水位差