20五月2025第五章水力能與海洋能20五月2025第一節(jié)水力能概述

水力能是一種可再生能源，是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。一、水力能利用進(jìn)展1．水力能的形成

水的落差在重力作用下形成動能，從河流或水庫等高位水源處向低位處引水，利用水的壓力或者流速沖擊水輪機(jī)，使之旋轉(zhuǎn)，從而將水能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后再由水輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，切割磁力線產(chǎn)生交流電。20五月20253．我國水力資源的特點(diǎn)

由于氣候和地形地勢等因素的影響，我國的水能資源在不同地區(qū)和不同流域的分布很不均勻，我國水能資源的突出特點(diǎn)是河流的河道陡峻，落差巨大（1）數(shù)量特點(diǎn)我國水力資源總量居世界首位，但人均占有量較低。（2）分布特點(diǎn)總的說來，我國水力資源東南多，西北少；沿海多，內(nèi)陸少；山區(qū)多，平原少。在同一地區(qū)中，不同時間分布差異性很大，一般夏多冬少。（3）質(zhì)量特點(diǎn)我國大多數(shù)河流年內(nèi)、年際徑流分布不均，豐、枯季節(jié)流量相差懸殊，調(diào)節(jié)困難，水電的總體電能質(zhì)量較差20五月2025二、水力發(fā)電的特點(diǎn)1．水力發(fā)電優(yōu)勢1）清潔電能。2）發(fā)電成本低。3）高效而靈活。4）發(fā)揮綜合效益。20五月20252．水力發(fā)電所帶來的環(huán)境影響1）自然方面。巨大的水庫可能引起地表的活動，甚至誘發(fā)地震2）生物方面。對陸生動物而言，水庫建成后，可能會造成大量的野生動植物被淹沒死亡，甚至全部滅絕。3）物理化學(xué)性質(zhì)方面。流入和流出水庫的水在顏色和氣味等物理化學(xué)性質(zhì)方面發(fā)生改變，而且水庫中各層水的密度、溫度、甚至溶解度等有所不同。20五月2025三、水力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀和展望

1．水利發(fā)展現(xiàn)狀

全世界水電發(fā)電理論蘊(yùn)藏量約為4×107GW·h、技術(shù)可開發(fā)約為1.5×107GW?h、經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量約為0.88×107GW?h。我國大陸部分水電的理論蘊(yùn)藏裝機(jī)容量為594.4GW，其中技術(shù)可開發(fā)容量為541.6GW，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)量容量為448GW，發(fā)電量為1.753×106GW?h，列世界各國之冠。20五月2025

建國以來，我國的水電建設(shè)從小到大，從弱到強(qiáng)不斷發(fā)展壯大。2004年，以公伯峽1號機(jī)組投產(chǎn)為標(biāo)志，我國水電裝機(jī)容量突破1億kW，超過美國成為世界水電第一大國。溪洛渡、向家壩、小灣、拉西瓦等一大批巨型水電站相繼開工建設(shè)。

2010年，以小灣4號機(jī)組投產(chǎn)為標(biāo)志，我國水電裝機(jī)已突破2億kW。2012年7月4日，隨著最后一臺機(jī)組正式投入運(yùn)行，世界上最大的水電站三峽電站32臺70萬千瓦機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，另加兩臺5萬千瓦地下電源電站機(jī)組，三峽電站總裝機(jī)容量達(dá)到2250萬千瓦。目前，我國不但是世界水電裝機(jī)第一大國，也是世界上在建規(guī)模最大、發(fā)展速度最快的國家，已逐步成為世界水電創(chuàng)新的中心。20五月20252．未來我國水電發(fā)展展望

我國是一個水資源大國，水力資源極為豐富，水能源將會成為我國能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展新領(lǐng)域，同時也承擔(dān)著減排重任。

到2020年，我國常規(guī)水電裝機(jī)容量應(yīng)達(dá)到約3.3億kW。根據(jù)目前裝機(jī)和在建情況，考慮水電建設(shè)工期，初步推算，2010~2015

年需要核準(zhǔn)開工水電項(xiàng)目1.2億kW左右，加快水電開發(fā)步伐十分必要，水力發(fā)電是我國減少煤炭消耗，減少溫室氣體排放，積極應(yīng)對全球氣候變化的有效措施。

20五月2025第二節(jié)水力發(fā)電的原理一、水力發(fā)電的原理與流程1．水力發(fā)電的原理

水力發(fā)電是利用河川、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含的勢能轉(zhuǎn)換成水輪機(jī)之動能，即利用流水量及落差來轉(zhuǎn)動水渦輪。再借水輪機(jī)為原動機(jī)，推動發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。20五月2025水力發(fā)電原理示意圖20五月2025二、水能資源的開發(fā)方式及水電站的基本類型1．水能資源開發(fā)方式

（1）壩式開發(fā)壩式開發(fā)即在河流峽谷處，攔河筑壩，壩前壅水，在壩址處集中落差形成水頭。

（2）引水式開發(fā)引水式開發(fā)是在河流坡降較陡的河段上游，通過人工建造的引水道引水到河段下游集中落差，再經(jīng)壓力管道，引水至廠房。

（3）混合式開發(fā)混合式開發(fā)就是同時采用壩和引水道共同集中落差形成水頭的開發(fā)方式。20五月20252．水電站的基本類型按水頭大?。嚎煞譃楦咚^、中水頭和低水頭水電站。我國通常稱水頭大于70m為高水頭水電站，低于30m為低水頭水電站，30～70m為中水頭水電站。

按水電站裝機(jī)容量的大小：可分為大型、中型和小型水電站。按開發(fā)方式：可分為壩式水電站、引水式水電站和混合式水電站以及抽水蓄能電站四種基本類型。20五月2025（1）壩式水電站壩式水電站是用壩集中水頭的水電站?？煞譃閴魏笫胶秃哟彩絻纱箢悺魏笫剿娬?0五月2025河床式水電站20五月2025（2）引水式水電站

用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站。引水式水電站可分為無壓引水式水電站和。無壓引水式水電站有壓引水式水電站20五月2025

（3）混合式水電站

混合式水電站的水頭一部分由壩集中，一部分由引水建筑物集中。

（4）抽水蓄能電站

當(dāng)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，

以水的勢能形式貯存起來；當(dāng)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)組發(fā)電，以補(bǔ)充系統(tǒng)中電能的不足。20五月20254．代表性的電站三峽水電站20五月2025溪洛渡電站20五月2025向家壩電站20五月2025三、水力發(fā)電的主要設(shè)備1．水輪機(jī)水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的水力機(jī)械，按水流能量轉(zhuǎn)換特征，水輪機(jī)可分為：反擊式和沖擊式兩種。（1）反擊式水輪機(jī)

反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在工作過程中全部浸在水中，壓力水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪葉片時，受葉片的作用而改變壓力、流速的大小和方向，同時水流對轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生反作用力，形成旋轉(zhuǎn)力矩使轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動。20五月2025（2）沖擊式水輪機(jī)

沖擊式水輪機(jī)的特征是：有壓水流從噴嘴射出后全部轉(zhuǎn)換為動能沖擊轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)；在同一時間水流只沖擊部分斗葉而不充滿全部流道，轉(zhuǎn)輪在大氣壓下工作。常用的沖擊式水輪機(jī)有切擊式（水斗式）和斜擊式兩種。20五月20252．發(fā)電機(jī)

利用水能機(jī)帶動發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能變?yōu)殡娔艿脑O(shè)備，稱為水能發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)是水電站最重要的兩大主機(jī)設(shè)備之一，它的作用是把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。發(fā)電機(jī)分為汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)。20五月2025第三節(jié)

海洋能及其利用一、海洋能概述1．海洋能的概念

海洋能是指在近代能源分類中是指蘊(yùn)藏在海水里的可再生能源。海洋通過各種物理過程接收、貯存和散發(fā)能量，海洋空間里的風(fēng)力和太陽能、在海洋一定范圍內(nèi)的生物能也屬于廣義的海洋能。20五月2025

海洋能屬于清潔能源，具有可再生性。

海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分。較穩(wěn)定的為溫度差能、鹽度差能和海流能。不穩(wěn)定能源分為變化有規(guī)律與變化無規(guī)律兩種。屬于不穩(wěn)定但變化有規(guī)律的有潮汐能與潮流能。20五月20252.海洋能的種類（1）潮汐能

潮汐現(xiàn)象起因于地球、月亮和太陽相對的天體運(yùn)動。潮汐導(dǎo)致海水平面周期性地升降，因海水漲落及潮水流動所產(chǎn)生的能量稱為潮汐能。潮汐發(fā)電是利用海水潮漲潮落的勢能發(fā)電。潮汐的能量與潮量和潮差成正比。（2）海流能

海流的產(chǎn)生主要是因?yàn)樘柲茌斎氩痪纬珊Ｋ鲃铀?。海流能是指海水流動的動能，主要是指海底水道和海峽中較為穩(wěn)定的流動以及由于潮汐導(dǎo)致的有規(guī)律的海水流動。海流能的能量與流速的平方和流量成正比。20五月2025（3）波浪能

波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。是一種在風(fēng)的作用下產(chǎn)生的，并以位能和動能的形式由短周期波貯存的機(jī)械能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運(yùn)動周期以及迎波面的寬度成正比。（4）海水溫差能

海水溫差能是指表層海水和深層海水之間水溫差的熱能，是海洋能的一種重要形式。海洋的表面把太陽的輻射能的大部分轉(zhuǎn)化成為熱水并貯存在海洋的上層。其能量與溫差的大小和水量成正比。20五月2025（5）海水鹽差能

海水鹽差能是指海水和淡水之間或兩種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能。主要存在于河海交接處。同時，淡水豐富地區(qū)的鹽湖和地下鹽礦也可以利用鹽差能。鹽差能是海洋能中能量密度最大的一種可再生能源。20五月20253．我國海洋能資源儲量與分布

我國沿岸和海島附近的可開發(fā)潮汐能資源理論裝機(jī)容量達(dá)2179萬kW，理論年發(fā)電量約624億kW?h，波浪能理論平均功率約1285萬kW，潮流能理論平均功率1394萬kW，這些資源的90%以上分布在常規(guī)能源嚴(yán)重缺乏的華東滬浙閩沿岸。20五月20254．我國海洋能開發(fā)利用進(jìn)展?fàn)顩r

浙江省溫嶺市江廈潮汐試驗(yàn)電站是我國潮汐發(fā)電的國家級試驗(yàn)基地，也是我國最大的潮汐電站。2010年全年發(fā)電量達(dá)731.74萬千瓦時，總裝機(jī)容量達(dá)3900千瓦。

我國首座波浪獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)汕尾100千瓦岸式波浪電站于1996年12月開工，2001年進(jìn)入試發(fā)電和實(shí)海況試驗(yàn)階段，2005年，第一次實(shí)海況試驗(yàn)獲得成功。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，我國將在山東、海南、廣東各建1座1000千瓦級的岸式波浪發(fā)電站。我國計劃至2020年，在山東、海南、廣東各建1座1000kW級的岸式波浪發(fā)電站。2012年，岱山縣龜山水道150千瓦潮流能電站運(yùn)行發(fā)電。20五月2025二、潮汐能概述

1．潮汐現(xiàn)象與潮汐能古代稱白天的河海涌水為“潮”，晚上的稱為“汐”，合稱為“潮汐”。

所謂潮汐能，是指潮汐漲落所具有的位能和動能，潮汐所含的能量是十分巨大的，潮汐能的大小直接與潮差有關(guān)，潮差越大，能量就越大。由于深海大洋中的潮差一般較小，因此，潮汐能的利用主要集中在潮差較大的淺海、海灣和河口區(qū)。20五月20252．潮汐的類型

半日潮型：一個太陰日內(nèi)出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，前一次高潮和低潮的潮差與后一次高潮和低潮的潮差大致相同，漲潮過程和落潮過程的時間也幾乎相等。

全日潮型：一個太陰日內(nèi)只有一次高潮和一次低潮。

混合潮型：一月內(nèi)有些日子出現(xiàn)兩次高潮和兩次低潮，但兩次高潮和低潮的潮差相差較大，漲潮過程和落潮過程的時間也不等；而另一些日子則出現(xiàn)一次高潮和一次低潮。20五月20253．潮汐的成因

潮汐是月亮、太陽和其他星體對地球的引力（主要指對海水的引力）以及地球的自轉(zhuǎn)所形成的，由于這些力的作用導(dǎo)致了海水的相對運(yùn)動。

月球的引力是形成潮汐的主要成因。潮汐現(xiàn)象主要是隨月球的運(yùn)動而變化的。20五月2025三、潮汐能資源及其發(fā)電技術(shù)世界上潮差的較大值為13～15m，我國的最大值（杭州灣瞰浦）為8.9m。一般說來，平均潮差在3m以上就有實(shí)際應(yīng)用價值。

1．潮汐能發(fā)電站

在海灣或河口修筑攔潮大壩，利用壩內(nèi)外漲、落潮時的水位差來發(fā)電，是潮汐發(fā)電的基本方式。20五月20252．潮汐能發(fā)電站的形式（1)單庫單向式

這種潮汐電站一般只有一個水庫，水輪機(jī)采用單向式。出于落潮時水庫存量和水位差較大，通常都選擇落潮時發(fā)電。20五月2025（2）單庫雙向式

單庫雙向式潮汐能發(fā)電站與單庫單向式潮汐能發(fā)電站一樣，也只有一個水庫，但是此種潮汐電站采用雙向水輪機(jī)，漲潮和落潮都可利用進(jìn)行發(fā)電，但一般以落潮發(fā)電為主，只是在水壩兩側(cè)水位齊平時(即平潮水位)暫時停止發(fā)電。20五月2025（3）雙庫（高、低庫）式潮汐發(fā)電站

這種潮汐發(fā)電方式需要建造毗鄰水庫，一個水庫設(shè)進(jìn)水閘，僅在潮水位比庫內(nèi)水位高時引水進(jìn)庫；另一個水庫設(shè)泄水閘，僅在潮水位比庫內(nèi)水位低時泄出水庫。20五月20253．潮汐能發(fā)電站特點(diǎn)1）潮汐電站的水頭低、流量大、轉(zhuǎn)速小。2）潮汐電站單位功率投資較大。3）發(fā)電的周期性和間歇性。4）電站的防淤問題。漲潮時通過水輪機(jī)和閘門進(jìn)