第2章水力發(fā)電

1、第第2章章 水力發(fā)電水力發(fā)電 水能資源最顯著的特點是可再生、無污水能資源最顯著的特點是可再生、無污 染。開發(fā)水能對江河的綜合治理和綜合利用具染。開發(fā)水能對江河的綜合治理和綜合利用具 有積極作用，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展，改善能源有積極作用，對促進國民經(jīng)濟發(fā)展，改善能源 消費結(jié)構(gòu)，緩和由于消耗煤炭、石油資源所帶消費結(jié)構(gòu)，緩和由于消耗煤炭、石油資源所帶 來的環(huán)境污染具有重要意義，因此世界各國都來的環(huán)境污染具有重要意義，因此世界各國都 把開發(fā)水能放在能源發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)先地位。把開發(fā)水能放在能源發(fā)展戰(zhàn)略的優(yōu)先地位。 一、我國水能資源的特點一、我國水能資源的特點 n資源豐富，但分布不均。資源豐富，但分布不均。中

2、國水能資源西多東中國水能資源西多東 少，大部分集中于西部和中部。在全國可能開少，大部分集中于西部和中部。在全國可能開 發(fā)水能資源中，東部的華東、東北、華北三大發(fā)水能資源中，東部的華東、東北、華北三大 區(qū)共僅占區(qū)共僅占6.86.8，中南地區(qū)占，中南地區(qū)占15.515.5，西北地，西北地 區(qū)占區(qū)占9.99.9，西南地區(qū)占，西南地區(qū)占67.8%67.8%，其中，除西，其中，除西 藏，四川、云、貴三省占全國的藏，四川、云、貴三省占全國的50.7%50.7%。 水能資源蘊藏量水能資源蘊藏量 我國水資源分布我國水資源分布 n大型電站比重大，且分布集中大型電站比重大，且分布集中。7070以上的以上的 大型電

3、站集中分布在西南四省。大型電站集中分布在西南四省。 n我國水電在一次能源生產(chǎn)消費中的比例較低我國水電在一次能源生產(chǎn)消費中的比例較低， 到到20052005年底年底 按水電年發(fā)電量計算，我國尚不按水電年發(fā)電量計算，我國尚不 足總量的足總量的7 7，遠低于發(fā)達國家的水平（加拿，遠低于發(fā)達國家的水平（加拿 大大于大大于2525，挪威，挪威5050，日本，日本4040）。）。 n中國氣候受季風(fēng)影響，降水和徑流在年內(nèi)分配中國氣候受季風(fēng)影響，降水和徑流在年內(nèi)分配 不均，夏秋季不均，夏秋季4 45 5個月的徑流量占全年的個月的徑流量占全年的6060 7070，冬季徑流量很少，因而水電站的季，冬季徑流量很少，

4、因而水電站的季 節(jié)性電能較多。節(jié)性電能較多。為了有效利用水能資源和較好為了有效利用水能資源和較好 地滿足用電要求，最好建水庫調(diào)節(jié)徑流。地滿足用電要求，最好建水庫調(diào)節(jié)徑流。 n中國地少人多，建水庫往往受淹沒損失的限制中國地少人多，建水庫往往受淹沒損失的限制 ，而在深山峽谷河流中建水庫，雖可減少淹沒，而在深山峽谷河流中建水庫，雖可減少淹沒 損失，但需建高壩，工程較艱巨。損失，但需建高壩，工程較艱巨。 n中國大部分河流，特別是中下游，往往有防洪中國大部分河流，特別是中下游，往往有防洪 、灌溉、航運、供水、水產(chǎn)、旅游等綜合利用、灌溉、航運、供水、水產(chǎn)、旅游等綜合利用 要求要求。在水能開發(fā)時需要全部規(guī)劃

5、，使整個國在水能開發(fā)時需要全部規(guī)劃，使整個國 民經(jīng)濟得到最大的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。民經(jīng)濟得到最大的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。 可能開發(fā)的水能資源可能開發(fā)的水能資源 我國水能資源我國水能資源 我國按地區(qū)可能開發(fā)的水能資源我國按地區(qū)可能開發(fā)的水能資源 可能開發(fā)的可能開發(fā)的 水電年發(fā)電量水電年發(fā)電量 MWMW1 08kw h 1 08kw h 華北華北700070002302301.21.2 東北東北12000120003803802 2 華東華東18000180006906903.63.6 中南中南67000670002970297015.515.5 西南西南232,000232,0001305

6、0130507.87.8 西北西北4200042000191019109.99.9 合計合計378,000378,0001923019230100100 地區(qū)地區(qū) 可開發(fā)的水電容量可開發(fā)的水電容量占全國的比重占全國的比重 我國水能利用的潛力很大，在水能資源富集地我國水能利用的潛力很大，在水能資源富集地 區(qū)，已規(guī)劃建設(shè)若干個大水電基地。由于水電工程區(qū)，已規(guī)劃建設(shè)若干個大水電基地。由于水電工程 一般是綜合開發(fā)利用項目，除發(fā)電外，兼有防洪、一般是綜合開發(fā)利用項目，除發(fā)電外，兼有防洪、 灌溉、供水、航運、養(yǎng)殖、旅游等社會效益，灌溉、供水、航運、養(yǎng)殖、旅游等社會效益，因此因此 優(yōu)先開發(fā)水能資源仍是我國，

7、乃至世界能源政策的優(yōu)先開發(fā)水能資源仍是我國，乃至世界能源政策的 主要目標。主要目標。 二、水能利用概述二、水能利用概述 n水能利用是一項巨大的系統(tǒng)工程，是和水資源水能利用是一項巨大的系統(tǒng)工程，是和水資源 的綜合利用聯(lián)系在一起的。的綜合利用聯(lián)系在一起的。 n河流的開發(fā)除可建設(shè)水電站外，還有多種水利河流的開發(fā)除可建設(shè)水電站外，還有多種水利 經(jīng)濟效益，如防洪、灌溉、航運、供水、旅游經(jīng)濟效益，如防洪、灌溉、航運、供水、旅游 、水產(chǎn)等。、水產(chǎn)等。 n水資源的利用就是要充分合理地利用江河水域水資源的利用就是要充分合理地利用江河水域 的地上和地下水源，以獲得最高的綜合效益。的地上和地下水源，以獲得最高的綜合

8、效益。 三、水力發(fā)電三、水力發(fā)電 1、水力發(fā)電基本原理、水力發(fā)電基本原理 n水力發(fā)電就是利用水力水力發(fā)電就是利用水力(具有水頭具有水頭)推動水力機械推動水力機械(水輪機水輪機 )轉(zhuǎn)動，將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，如果在水輪機上接上另轉(zhuǎn)動，將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，如果在水輪機上接上另 一種機械一種機械(發(fā)電機發(fā)電機)隨著水輪機轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來，這時隨著水輪機轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來，這時 機械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。機械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?n水力發(fā)電在某種意義上講是水的勢能變成機械能，又變水力發(fā)電在某種意義上講是水的勢能變成機械能，又變 成電能的轉(zhuǎn)換過程。成電能的轉(zhuǎn)換過程。 2、水能發(fā)電機組、水能發(fā)電機組 n水能發(fā)電機組包括

9、將水能轉(zhuǎn)換為機械能的水能發(fā)電機組包括將水能轉(zhuǎn)換為機械能的水輪水輪 機機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能的，將機械能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機發(fā)電機，控制機組，控制機組 操作（開機、停機、變速、增減負荷）的操作（開機、停機、變速、增減負荷）的調(diào)速調(diào)速 器和油壓裝置器和油壓裝置，為保證機組運行的，為保證機組運行的其他輔助設(shè)其他輔助設(shè) 備備。 3 3、水輪機、水輪機 n水輪機是水輪發(fā)電機組的核心。水輪機是水輪發(fā)電機組的核心。 n按水流作用原理可將水輪機分為按水流作用原理可將水輪機分為沖擊式和反擊式?jīng)_擊式和反擊式。沖。沖 擊式以動能的形態(tài)將水能傳給轉(zhuǎn)輪；反擊式以勢能形擊式以動能的形態(tài)將水能傳給轉(zhuǎn)輪；反擊式以勢能形 態(tài)為主

10、、動能形態(tài)為輔將水能傳給轉(zhuǎn)輪。態(tài)為主、動能形態(tài)為輔將水能傳給轉(zhuǎn)輪。 n按轉(zhuǎn)輪區(qū)水流相對于水輪機軸的流動方向，水輪機可按轉(zhuǎn)輪區(qū)水流相對于水輪機軸的流動方向，水輪機可 分為：分為：貫流式、軸流式、斜流式、切擊式、斜擊式、貫流式、軸流式、斜流式、切擊式、斜擊式、 雙擊式雙擊式等。等。 水輪機 混流式水輪機 混流式水輪機 斜擊式水輪機 n水輪發(fā)電機有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)。 n大、中型水輪發(fā)電機多為大、中型水輪發(fā)電機多為立式結(jié)構(gòu)立式結(jié)構(gòu)；小型水輪發(fā)電機；小型水輪發(fā)電機 多為多為臥式結(jié)構(gòu)。臥式結(jié)構(gòu)。 n水輪發(fā)電機的冷卻方式分為水輪發(fā)電機的冷卻方式分為空氣冷卻、半水冷和全水空氣

11、冷卻、半水冷和全水 冷冷等。中小型機組普遍采用密閉自然循環(huán)空氣冷卻，等。中小型機組普遍采用密閉自然循環(huán)空氣冷卻， 大型機組采用水內(nèi)冷方式。大型機組采用水內(nèi)冷方式。 三、水力資源的開發(fā)方式和水電站的基本類型三、水力資源的開發(fā)方式和水電站的基本類型 n水力資源的開發(fā)方式是按照集中落差而選定，大致有水力資源的開發(fā)方式是按照集中落差而選定，大致有 五種基本方式：即五種基本方式：即、 和和潮汐式潮汐式等。但這三種開發(fā)方式還要各適用一定等。但這三種開發(fā)方式還要各適用一定 的河段自然條件。的河段自然條件。 n按不同的開發(fā)方式修建起來的水電站，其樞紐布置、按不同的開發(fā)方式修建起來的水電站，其樞紐布置、 建筑物

12、組成等也截然不同，故水電站也隨之而分為建筑物組成等也截然不同，故水電站也隨之而分為 、和和潮汐式五潮汐式五種基種基 本類型。本類型。 1、堤壩式水電站、堤壩式水電站 n在河道上修筑攔河大壩，抬高上游水位，以集中落差在河道上修筑攔河大壩，抬高上游水位，以集中落差 ，并形成水庫調(diào)節(jié)流量，然后建電廠。，并形成水庫調(diào)節(jié)流量，然后建電廠。 n分為河床式和壩后式兩種基本類型。分為河床式和壩后式兩種基本類型。 n壩后式淹沒相對較小，壩可以建得較高，以獲得較高壩后式淹沒相對較小，壩可以建得較高，以獲得較高 的水頭，同時能在壩前形成可調(diào)節(jié)的天然水庫，有利的水頭，同時能在壩前形成可調(diào)節(jié)的天然水庫，有利 于發(fā)揮防洪

13、、灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)等幾方面的效益，是于發(fā)揮防洪、灌溉、發(fā)電、水產(chǎn)等幾方面的效益，是 我國目前采用最多的一種廠房布置方式。我國目前采用最多的一種廠房布置方式。 The Hoover Dam in the United States is a large conventional dammed-hydro facility, with an installed capacity of 2,080 MW 2、引水式水電站、引水式水電站 n在地勢險峻、水流湍急的河流中上流，或坡在地勢險峻、水流湍急的河流中上流，或坡 度較陡峭的河段上，采用人工修建引水建筑度較陡峭的河段上，采用人工修建引水建筑 物，引水

14、以集中落差發(fā)電物，引水以集中落差發(fā)電 n多建在山區(qū)河道上，受天然徑流的影響，發(fā)多建在山區(qū)河道上，受天然徑流的影響，發(fā) 電引用流量不會太大，故多為中、小型水電電引用流量不會太大，故多為中、小型水電 站。站。 引水式水電站引水式水電站 3、混合式水電站、混合式水電站 n其水頭是由筑壩和引水道共同形成。其水頭是由筑壩和引水道共同形成。 n多建在上游地勢平坦宜于筑壩，形成水多建在上游地勢平坦宜于筑壩，形成水 庫，而下游坡度又較陡峭或有較大河灣庫，而下游坡度又較陡峭或有較大河灣 的地方。的地方。 Pumped-storage hydroelectricity (PSH) is a type of hyd

15、roelectric power generation used by some power plants for load balancing. The method stores energy in the form of potential energy of water, pumped from a lower elevation reservoir to a higher elevation. Low-cost off-peak electric power is used to run the pumps. During periods of high electrical dem

16、and, the stored water is released through turbines to produce electric power. Although the losses of the pumping process makes the plant a net consumer of energy overall, the system increases revenue by selling more electricity during periods of peak demand, when electricity prices are highest. 4、 抽

17、水蓄能式水電站抽水蓄能式水電站 The upper reservoir (Llyn Stwlan) and dam of the Ffestiniog Pumped Storage Scheme in north Wales. 四、水力發(fā)電的特點四、水力發(fā)電的特點 n發(fā)電量易受河流的天然徑流量的影響。在豐水發(fā)電量易受河流的天然徑流量的影響。在豐水 年發(fā)電多，枯水年發(fā)電少。為了克服水力發(fā)電年發(fā)電多，枯水年發(fā)電少。為了克服水力發(fā)電 出力的變化，電網(wǎng)中必須有一定數(shù)量的火電廠出力的變化，電網(wǎng)中必須有一定數(shù)量的火電廠 與之配套。與之配套。 n不消耗燃料，天然徑流量多時，發(fā)電量大，但不消耗燃料，天然徑流量

18、多時，發(fā)電量大，但 運行費用并不因此增加。廠用電少。運行費用并不因此增加。廠用電少。 n水電機組啟停方便，宜在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)水電機組啟停方便，宜在電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào) 頻、調(diào)相任務(wù)，并作為事故備用電源。頻、調(diào)相任務(wù)，并作為事故備用電源。 n主要動力設(shè)備簡單，輔機數(shù)量少，易于實現(xiàn)自主要動力設(shè)備簡單，輔機數(shù)量少，易于實現(xiàn)自 動化。運行管理人員少，運行成本低。動化。運行管理人員少，運行成本低。 n沒有有害氣體、粉塵、和廢渣排放。沒有有害氣體、粉塵、和廢渣排放。 五、水庫的調(diào)節(jié)五、水庫的調(diào)節(jié) n一般習(xí)慣，將為了削減洪峰而進行的調(diào)節(jié)，稱為一般習(xí)慣，將為了削減洪峰而進行的調(diào)節(jié)，稱為洪水調(diào)節(jié)洪水調(diào)節(jié)。為。

19、為 發(fā)電、灌溉、供水等目的而進行的調(diào)節(jié)，稱為發(fā)電、灌溉、供水等目的而進行的調(diào)節(jié)，稱為徑流調(diào)節(jié)徑流調(diào)節(jié)。 n洪水調(diào)節(jié)是在水電站上游發(fā)生洪水時，通過一定的泄洪設(shè)施將洪水調(diào)節(jié)是在水電站上游發(fā)生洪水時，通過一定的泄洪設(shè)施將 洪水宣泄到下游，既保證了水庫和水電站的安全，又使泄洪量洪水宣泄到下游，既保證了水庫和水電站的安全，又使泄洪量 不超水過下游河道的安全流量，保護下游城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)和農(nóng)不超水過下游河道的安全流量，保護下游城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)和農(nóng) 田的安全。為此，賦有調(diào)洪任務(wù)的水電站必須具備足夠的調(diào)洪田的安全。為此，賦有調(diào)洪任務(wù)的水電站必須具備足夠的調(diào)洪 庫容和與之配套的泄洪設(shè)備。庫容和與之配套的泄洪設(shè)備。

20、n徑流調(diào)節(jié)則可按調(diào)節(jié)的周期長短分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)和年調(diào)節(jié)徑流調(diào)節(jié)則可按調(diào)節(jié)的周期長短分為日調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)和年調(diào)節(jié) ；或按庫與庫之間的關(guān)系分為補償調(diào)節(jié)和緩沖調(diào)節(jié)等。；或按庫與庫之間的關(guān)系分為補償調(diào)節(jié)和緩沖調(diào)節(jié)等。 流量、徑流總量、多年平均流量流量、徑流總量、多年平均流量 是指單位時間內(nèi)水流通過河流（或水工建筑物）是指單位時間內(nèi)水流通過河流（或水工建筑物） 過水斷面的體積，以過水斷面的體積，以m3/秒表示；秒表示； 是指在一個水文年內(nèi)通過河流該斷面水流總是指在一個水文年內(nèi)通過河流該斷面水流總 量之和，以量之和，以104m3或或108m3表示；表示； 是指河流斷面按已有水文系列計算的多是指河流斷面按已

21、有水文系列計算的多 年流量平均值。年流量平均值。 1、水庫徑流調(diào)節(jié)、水庫徑流調(diào)節(jié) n利用水庫控制和調(diào)節(jié)徑流，在時間上進利用水庫控制和調(diào)節(jié)徑流，在時間上進 行重新分配，借以滿足各用水部門的需行重新分配，借以滿足各用水部門的需 要，提高水量的利用率。要，提高水量的利用率。 ：是指一晝夜內(nèi)進行的徑流重新分配：是指一晝夜內(nèi)進行的徑流重新分配 ，即調(diào)節(jié)周期為，即調(diào)節(jié)周期為24小時小時 ：調(diào)節(jié)周期為一周：調(diào)節(jié)周期為一周(7天天)的的 ：對徑流在一年內(nèi)重新分配，當汛期：對徑流在一年內(nèi)重新分配，當汛期 洪水到來發(fā)生棄水，僅能存蓄洪水期部分多洪水到來發(fā)生棄水，僅能存蓄洪水期部分多 余水量的徑流調(diào)節(jié)，稱余水量的徑

22、流調(diào)節(jié)，稱(或季調(diào)或季調(diào) 節(jié)節(jié))；能將年內(nèi)來水完全按用水要求重新分配；能將年內(nèi)來水完全按用水要求重新分配 ，又不需要棄水的徑流調(diào)節(jié)稱，又不需要棄水的徑流調(diào)節(jié)稱。 ：當水庫容積足夠大的可把多：當水庫容積足夠大的可把多 年期間的多余水量存在水庫中，然后以年期間的多余水量存在水庫中，然后以 豐補欠，分配在若干枯水年才用的年調(diào)豐補欠，分配在若干枯水年才用的年調(diào) 節(jié)，稱多年調(diào)節(jié)。節(jié)，稱多年調(diào)節(jié)。 2、水工建筑物、水工建筑物 (壩壩) (溢洪道或閘溢洪道或閘) (引水渠或隧洞，包括調(diào)壓井引水渠或隧洞，包括調(diào)壓井 ) (包括尾水渠、升壓站包括尾水渠、升壓站) 。 3、水電站運行與水庫調(diào)度、水電站運行與水庫調(diào)

23、度 n水電站運行以安全經(jīng)濟為前提，水庫調(diào)水電站運行以安全經(jīng)濟為前提，水庫調(diào) 度則要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航度則要綜合考慮防洪、發(fā)電、灌溉、航 運、供水等方面的要求。運、供水等方面的要求。 n水庫調(diào)度包括水庫調(diào)度包括和和，水，水 電站的運行則是依據(jù)水庫調(diào)度圖以及電電站的運行則是依據(jù)水庫調(diào)度圖以及電 力系統(tǒng)運行調(diào)度命令進行。力系統(tǒng)運行調(diào)度命令進行。 （1）發(fā)電調(diào)度）發(fā)電調(diào)度 n電力法電力法明確電力生產(chǎn)和電網(wǎng)運行應(yīng)當遵明確電力生產(chǎn)和電網(wǎng)運行應(yīng)當遵 循安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的原則。循安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟的原則。 n電網(wǎng)調(diào)度的首要任務(wù)是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定電網(wǎng)調(diào)度的首要任務(wù)是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定 、正常運行和對電

24、力用戶安全可靠供電。、正常運行和對電力用戶安全可靠供電。 n調(diào)度的另一重要任務(wù)是，保證電能質(zhì)量，保調(diào)度的另一重要任務(wù)是，保證電能質(zhì)量，保 持頻率、電壓、波形合格。持頻率、電壓、波形合格。 （2）洪水調(diào)度）洪水調(diào)度 n汛期的洪水調(diào)度是根據(jù)洪水調(diào)度計劃和短期汛期的洪水調(diào)度是根據(jù)洪水調(diào)度計劃和短期 預(yù)報對每次實際洪水進行具體調(diào)度。預(yù)報對每次實際洪水進行具體調(diào)度。 n其原則是在確保大壩安全和滿足上、下游防其原則是在確保大壩安全和滿足上、下游防 洪標準的前提下，最大限度地減少放泄流量洪標準的前提下，最大限度地減少放泄流量 ，充分利用水庫，保障上、下游安全。，充分利用水庫，保障上、下游安全。 調(diào)度大樓調(diào)度

25、大樓 調(diào)度室 華中華中 六、小水電六、小水電 n小水電是指容量為小水電是指容量為的小水電的小水電 站，容量小于站，容量小于0.5MW的水電站又稱農(nóng)村的水電站又稱農(nóng)村 小水電。小水電。 1、小水電特點 1.運行壽命長，堅固耐用，價格穩(wěn)定，并且水資源是運行壽命長，堅固耐用，價格穩(wěn)定，并且水資源是 可再生的。對于用電規(guī)模較小的邊遠地區(qū)來說，所可再生的。對于用電規(guī)模較小的邊遠地區(qū)來說，所 有這些優(yōu)點使有這些優(yōu)點使 水力電站成為最具有吸引力的選擇對水力電站成為最具有吸引力的選擇對 象；象； 2.擁有連接電廠和用電中心的輸電網(wǎng)的地區(qū)并不多。擁有連接電廠和用電中心的輸電網(wǎng)的地區(qū)并不多。 許多地區(qū)，特別是在發(fā)展中國家，還必須依賴