第二篇水電站輸水系統(tǒng)第五章

水電站的典型布置及組成建筑物第一節(jié)水電站的典型布置型式

（開發(fā)方式）由N=9.81ηQH可知，要發(fā)電必須有流量和水頭，關(guān)鍵是形成水頭。要充分利用河流的水能資源，首先要使水電站的上、下游形成一定的落差，構(gòu)成發(fā)電水頭。因此就開發(fā)河流水能的水電站而言，按其發(fā)電時其建筑物的特征方式分為壩式、河床式、引水式三種典型布置型式。一、壩式水電站在河流峽谷處攔河筑壩，壩前雍水，在壩址處形成集中落差，這種開發(fā)方式為壩式開發(fā)。在壩址處引取上游水庫中水流，通過設(shè)在水電站廠房內(nèi)的水輪機(jī)，發(fā)電后將尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水電站所獲取的水頭。用壩集中水頭的水電站稱為壩式水電站。(一)壩式水電站特點(1)

壩式水電站的水頭取決于壩高。

(2)

壩式水電站水能利用較充分，綜合利用效益高，可同時滿足防洪、發(fā)電、供水等興利要求。(3)

壩式水電站的投資大，工期長。原因：工程規(guī)模大，水庫造成的淹沒范圍大，遷移人口多。適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。(二)壩式水電站的形式1．壩后式水電站:廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水。壩后式水電站一般修建在河流的中上游。庫容較大，調(diào)節(jié)性能好。如為土壩，可修建河岸式電站。教材工程實例——丹江口水電站漢江丹江口水利樞紐是我國五十年代開工建設(shè)的、規(guī)模巨大的水利樞紐工程，位于湖北省丹江口市漢江與其支流丹江匯合口下游800m處，具有防洪、發(fā)電、灌溉、航運及水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合效益，并為將來引水華北實現(xiàn)南水北調(diào)中線工程提供重要水源，是開發(fā)治理漢江的關(guān)鍵工程。丹江口初期工程由擋水壩、壩后發(fā)電廠、通航建筑物、泄洪建筑物工程四部分組成。壩后布置6臺電站廠房，單機(jī)容量為15萬kw，總裝機(jī)容量為90萬kw

。右岸布置一座一線150t級垂直升船機(jī)。

2．溢流式水電站廠房布置在溢流壩后，洪水通過廠房頂下泄，這類廠房稱為溢流式廠房。壩址河谷狹窄、山體陡峻、洪水流量大時，河谷并排布置溢流壩及廠房較困難，這時可以采用溢流式廠房。

3．壩內(nèi)式水電站二、河床式水電站

廠房本身起擋水作用是河床式水電站的主要特征。廠房建在河床中，共同擋水，故廠房也有抗滑穩(wěn)定問題。引用流量大、水頭低。教材工程實例——廣西西津水電站西津水電站為低水頭電站，主要建筑物有攔河壩、河床式廠房及通航建筑物。樞紐壩型為寬縫重力壩，最大壩高41米，建于花崗巖基礎(chǔ)，壩頂溢流，校核洪水的最大下泄流量30700米3/秒，采用面流消能。廠房為擋水建筑物的一部分，建于河床左側(cè)，最大水頭21．7米，安裝兩臺5．72萬千瓦及兩臺6萬千瓦的轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組。電站總裝機(jī)容量23．44萬千瓦。三、引水式水電站在河流坡降陡的河段上筑一低壩(或無壩)取水，通過人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再經(jīng)壓力管道引水到水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站。特點：(1)

水頭相對較高，目前最大水頭已達(dá)2000米以上。(2)引用流量較小，沒有水庫調(diào)節(jié)徑流，水量利用率較低，綜合利用價值較差。(3)電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價較低。類型：(1)無壓引水式：引水道是無壓的(如明渠)

(2)有壓引水式：引水道是有壓的(壓力隧洞)適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區(qū)性河段。1．無壓引水式電站引水建筑物是無壓的：明渠、無壓隧洞主要建筑物：低壩，進(jìn)水口，沉沙池，引水渠(洞)，日調(diào)節(jié)池，壓力前池，壓力水管，廠房，尾水渠。2．有壓引水式電站引水建筑物是有壓的：壓力隧洞

主要建筑物：低壩，引水隧洞(有壓)，調(diào)壓室，壓力水管，廠房，尾水渠。無壓引水式電站有壓引水式電站四、抽水蓄能電站隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，電力負(fù)荷和電網(wǎng)日益擴(kuò)大，系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差越來越大，21世紀(jì)，東北、華北、華東峰谷差將達(dá)到1萬MW，因此解決調(diào)峰填谷的任務(wù)愈來愈迫切。在電力系統(tǒng)中，核電站和火電站不能適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇變化，且受到技術(shù)最小出力的限制，調(diào)峰能力有限，而且火電機(jī)組調(diào)峰煤耗多，運行維護(hù)費用高。而水電站啟動與停機(jī)迅速、運行靈活，適宜擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用。抽水蓄能電站是以水體為儲能介質(zhì)，起調(diào)節(jié)作用。主要解決電力系統(tǒng)的調(diào)峰問題；建筑物組成包括：上下兩個水庫，用引水建筑物相連，蓄能電站廠房建在下水庫處，

采用雙向機(jī)組；抽水蓄能和放水發(fā)電兩個過程：抽水蓄能：系統(tǒng)負(fù)荷低時，利用系統(tǒng)多余的電能帶動泵站機(jī)組將下庫的水抽到上庫(電動機(jī)+水泵)，以水的勢能形式貯存起來；放水發(fā)電：系統(tǒng)負(fù)荷高時，將上庫的水放下來推動水輪發(fā)電機(jī)組(水輪機(jī)+發(fā)電機(jī))發(fā)電，以補(bǔ)充系統(tǒng)中電能的不足。

隨著電力行業(yè)的改革，實行負(fù)荷高峰高電價、負(fù)荷低峰低電價后，抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)效益將是顯著的。我國已建主要抽水蓄能電站有：(1)廣東抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為2400MW；(2)天荒坪抽水蓄能電站(浙江安吉)，其裝機(jī)容量為1800MW；(3)十三陵抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為800MW；(5)西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為90MW。五、

潮汐電站潮汐：潮汐現(xiàn)象是地球表面之海水因受日、月引力而產(chǎn)生的周期性升降運動。從這次漲潮到下次漲潮(或落潮到落潮)之間相隔的時間約為12小時25分鐘，這段時間稱為潮汐運動的周期(或稱潮期)。每一全潮水位升降的幅度，稱為潮差，其大小因時因地而異。我國海岸線從遼寧的鴨綠江口到廣西的北倫河口，總長度約為18000km。漫長的海岸線上，蘊藏著豐富的潮汐能源。根據(jù)1978年的普查勘測結(jié)果，我國沿海的潮汐資源，主要集中在華東沿海的山東、江蘇、浙江、福建、和上海市，其可開發(fā)的裝機(jī)總?cè)萘繛?5175MW，年發(fā)電量為618億kw.h，其中福建、浙江兩省的潮汐資源最為豐富，可開發(fā)的裝機(jī)容量分別占全國的47.9%和40.8%。潮汐發(fā)電與原理：利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程。潮汐發(fā)電就是在海灣或有潮汐的河口建一攔水堤壩，將海灣或河口與海洋隔開構(gòu)成水庫，再在壩內(nèi)或壩房安裝水輪發(fā)電機(jī)組，然后利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水通過輪機(jī)轉(zhuǎn)動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。六、河流的梯級開發(fā)和梯級水電站一條河流的水力蘊藏量是一定的，如果在下游建一個高壩大庫，則調(diào)節(jié)能力很好，但淹沒損失太大。如果修多個較低的壩形成一系列的較小的水庫，則淹沒小得多。后一種方式為梯級開發(fā)。梯級開發(fā)方案是一條河流的綜合利用規(guī)劃。

梯級水電站開發(fā)的原則是：(1)

在地形地質(zhì)和淹沒限制等條件許可時，盡可能使各樞紐首尾銜接，以充分利用落差；(2)不允許淹沒的河段，盡可能用低壩河床式或引水式開發(fā)；(3)

最上游一級的開發(fā)，最好是有較大的水庫，以提高其調(diào)節(jié)控制性能；(4)

開發(fā)順序是首先建設(shè)比較關(guān)鍵的開發(fā)條件較優(yōu)的工程。河流中上游有修較大水庫的條件時，最好首先建設(shè)，對下游工程施工有利。例一:漢江干流（陜西段）梯級電站漢江發(fā)源于陜西省寧強(qiáng)縣，流經(jīng)漢中、安康兩地區(qū)至白河進(jìn)入湖北省。漢江上游干流長448km，流域面積95200km2，水力資源豐富。漢江上游在陜西省境內(nèi)可開發(fā)水力資源裝機(jī)容量3724MW。其中，干流2085MW，支流1639MW。漢江干流梯級開發(fā)在陜西省境內(nèi)規(guī)劃了7級水電站，自上而下為黃金峽、石泉、喜河、安康、旬陽、蜀河、夾河?？傃b機(jī)容量2085MW，年發(fā)電量67億kW.h各梯級電站主要指標(biāo)見下表1例二:黃河上游梯級電站（15座）第二節(jié)水電站的組成建筑物

(1)擋水建筑物：壩閘等，攔截河流，集中落差，形成水庫。（2）泄水建筑物：溢洪道，泄洪洞，放水底孔等。渲泄洪水，下游供水。（3）水電站進(jìn)水建筑物：進(jìn)水口，按水電站發(fā)電的要求將水引入引水道。（4）水電站引水建筑物：渠道，隧洞，