1、水力發(fā)電原理及水電站類型,水 電 站,在水力發(fā)電的過程中，為了實(shí)現(xiàn)電能的連續(xù)產(chǎn)生需要修建一系列水工建筑物。 包括：進(jìn)水、引水、廠房、排水等，安裝水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備的廠房和變電站，總體稱為水電站。 水電站是水、機(jī)、電的綜合體。,一、水力發(fā)電的概念,水力發(fā)電:利用河流中蘊(yùn)藏的水能來生產(chǎn)電能。 在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通過一定方式將“載能水”輸送到水輪機(jī)中，使： 水能旋轉(zhuǎn)機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電輸電線路用戶。,水輪發(fā)電機(jī)組裝置原理圖,1.水力發(fā)電的轉(zhuǎn)換過程,天然水能,可利用水能,旋轉(zhuǎn)機(jī)械能,電能,2. 水力發(fā)電的幾個(gè)要素,N 水電站裝機(jī)容量或水輪機(jī)的功率 Q 通過水輪機(jī)的流量 H

2、 水輪機(jī)的水頭 水輪機(jī)的效率,二、水力發(fā)電特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)： 不耗燃料，成本低廉 水火互濟(jì)，調(diào)峰靈活 綜合利用，多方得益 取之不盡，用之不竭 環(huán)境優(yōu)美，能源潔凈,二、水力發(fā)電特點(diǎn),缺點(diǎn)： 受自然條件限制； 一次性投資大，移民多，工期長(zhǎng)； 事故后果嚴(yán)重； 大型工程對(duì)環(huán)境、生態(tài)影響較大。,三、我國(guó)水電事業(yè)的發(fā)展,我國(guó)的水能資源狀況 水能資源是河川徑流所具有的天然資源、是能源的重要組成部分。 國(guó)家發(fā)展改革委2005年發(fā)布的全國(guó)水力資源復(fù)查結(jié)果，我國(guó)水電資源理論蘊(yùn)藏量年電量6.08萬億千瓦時(shí)，理論蘊(yùn)藏量裝機(jī)6.94億千瓦；技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)5.42億千瓦，技術(shù)可開發(fā)年電量2.47萬億千瓦時(shí)；經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)4.0

3、2億千瓦，經(jīng)濟(jì)可開發(fā)年電量1.75萬億千瓦時(shí)。,特點(diǎn)一：總量豐富，開發(fā)不足,可開發(fā)總量世界第一，占世界總量16.7。 到2008年底，水電裝機(jī)容量達(dá)到了1.65億千瓦，按技術(shù)可開發(fā)量計(jì)算占可開發(fā)量30%，低于發(fā)達(dá)國(guó)家60的平均水平。 東部，已開發(fā)70%以上 (可開發(fā)的大型水電站只剩下3座，共1610MW，即浙江攤坑電站(600MW，目前在建)、大均電站(46萬kW)和福建街面電站(30萬kW)；西部，開發(fā)率僅7.5%,大有可為！,2. 我國(guó)水能資源的特點(diǎn),特點(diǎn)二：地區(qū)分布不均，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展不匹配,東部地區(qū)(13個(gè)省市)水電資源占全國(guó)總量的8%，中部地區(qū)(6個(gè)省)占11%，而西部地區(qū)(12個(gè)省、市

4、、自治區(qū))高達(dá)81； 但51用電量在東部。,雅魯藏布江,西電東送,年內(nèi)降雨集中在汛期； 年際間江河來水量變化大。,特點(diǎn)三：江河來水量時(shí)間分布不均,須建設(shè)（年調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)）大型水庫。,特點(diǎn)四：我國(guó)水電資源相對(duì)集中在一些高山大河地區(qū)，不少水電站的裝機(jī)容量超過1000MW。 三峽(長(zhǎng)江) 1820萬kW，溪落渡(金沙江) 超過1000萬kW。雅魯藏布江下游的墨脫電站，計(jì)劃開鑿35km長(zhǎng)的隧洞，引水2000m3/s以上，落差可超過2000m，電站裝機(jī)可達(dá)4500萬kW。 大型電站，水頭高、單機(jī)容量大，帶來很多技術(shù)難題，且淹沒損失大，移民數(shù)量多。,3. 我國(guó)水電開發(fā)狀況,我國(guó)水電開發(fā)有三大特點(diǎn)： 1、

5、成績(jī)很大。突出表現(xiàn)在以下三方面： 水電裝機(jī)容量躍居世界第一。 水電建設(shè)技術(shù)已具世界水平。 初步建立了適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的、有中國(guó)特色的水電開發(fā)和建設(shè)機(jī)制。,2. 困難不少 制約水電發(fā)展的五個(gè)問題 生態(tài)環(huán)境問題 上網(wǎng)電價(jià) 法律法規(guī)還不健全 移民問題 地震問題,3. 機(jī)遇難得: 今后1520年是水電建設(shè)的良好機(jī)遇期 西部大開發(fā)戰(zhàn)略的機(jī)遇 東部：水能資源占6，開發(fā)率大于70； 西部：水能資源占78%，開發(fā)率僅8。 實(shí)施“西電東送”，變資源優(yōu)勢(shì)為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。 全面建設(shè)小康社會(huì)對(duì)電力的要求； 符合電力工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，提供清潔、優(yōu)質(zhì)電能； 可再生能源法確認(rèn)水能為可再生能源； 京都議定書： 溫室氣體減排； 當(dāng)前

6、我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，投資環(huán)境良好。,2006年底全國(guó)水電總裝機(jī)容量達(dá)1.29億kW,截止到2006年底，我國(guó)已建和在建的大中型水電站工程有220多座，其中裝機(jī)100萬kW以上的25座；50萬kW以上的40座，壩高在100m以上的大壩55座，建成總長(zhǎng)度超過500km的水工隧洞，裝機(jī)10萬kW以上的地下廠房水電站25座。 在建與準(zhǔn)備開工的水電工程包括：三峽、龍灘、小灣、公伯峽、泰安、桐柏、溪洛渡、向家壩、瀑布溝、糯扎渡、錦屏一級(jí)、虎跳峽、白鶴灘、錦屏二級(jí)、仙游、水布埡等。,到2006年底全國(guó)已建成小水電站4萬多座，裝機(jī)容量達(dá)到5000萬kW，年發(fā)電量1500億kW.h（技術(shù)可開發(fā)總小水電水能資源87

7、00萬kW，分布在全國(guó)1600多個(gè)山區(qū)縣） 1984年建設(shè)了一百個(gè)農(nóng)村電氣化縣；1991年又建設(shè)了二百個(gè)農(nóng)村電氣化縣；“十五”期間再建設(shè)三百個(gè)農(nóng)村電氣化縣。 小水電主要建設(shè)省份包括：浙江、福建、云南、貴州、四川、廣東等。,我國(guó)的能源概況與水電建設(shè) 能源結(jié)構(gòu)：“煤為基礎(chǔ)、多元發(fā)展”； 煤炭為主體、電力為中心，油氣、新能源全面展；提高煤炭利用效率和清潔性。 需求預(yù)測(cè)：全面建設(shè)小康社會(huì)：2020年GDP翻兩番，預(yù)測(cè)電力需求9.2億kW，估計(jì)水電達(dá)2.3億kW，每年需新增近千萬kW。 發(fā)展戰(zhàn)略：“大力開發(fā)水電，優(yōu)化發(fā)展煤電，積極推進(jìn)核電，適度發(fā)展天然氣發(fā)電，鼓勵(lì)新能源發(fā)電”（電力工業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃）。

8、,4. 我國(guó)水電事業(yè)發(fā)展設(shè)想,第一步：20012010年。 這期間，三峽、龍灘、小灣、公伯峽、水布埡等一大批水電站將建成發(fā)電。到2010年，也就是中國(guó)開始水電建設(shè)100年時(shí)，水電裝機(jī)容量達(dá)到1.4億千瓦-1.5億千瓦，超過美國(guó)居世界第一，實(shí)現(xiàn)從資源第一大國(guó)到生產(chǎn)第一大國(guó)的轉(zhuǎn)變；水電的比例從2000年的23%提高到30%左右；,第二步 2011-2050年 基本完成水電的開發(fā)、開發(fā)率達(dá)到90%左右。這時(shí)裝機(jī)約4.3億千瓦；以3800萬kW的墨脫電站為代表的十幾座500萬kW以上的巨型電站基本開發(fā)完畢。 西電東送的規(guī)模超過1.5億kW；東中部受電區(qū)的抽水蓄能電站將得到大規(guī)模發(fā)展，大庫容的蓄能電站建

9、設(shè)、也為沿海風(fēng)電的大量開發(fā)，創(chuàng)造有利條件。 中國(guó)水電技術(shù)隨著建設(shè)達(dá)到世界領(lǐng)先水平。進(jìn)一步由生產(chǎn)數(shù)量上的水電第一大國(guó)變?yōu)檎嬲?、全面?包括數(shù)量、質(zhì)量、科技、管理、效益各方面)水電第一大國(guó)。,三峽水利樞紐,三峽水利樞紐,三峽工程采用“一級(jí)開發(fā)，一次建成，分期蓄水，連續(xù)移民”方案。大壩為混凝土重力壩，壩頂總長(zhǎng)3035m，壩頂高程185m，正常蓄水位175 m，總庫容393 億m3，其中防洪庫容221.5億m3。裝機(jī)容量1820萬kW，2670萬kW，年均發(fā)電量849億度。泄洪壩段每秒泄洪能力為11萬m3/s，左岸通航建筑物，年單向通過能力500萬t。雙線五級(jí)船閘，可通過萬噸級(jí)船隊(duì)；單線一級(jí)垂直升船

10、機(jī)，可快速通過3000t級(jí)客貨輪。 三峽工程竣工后，將發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、旅游、保護(hù)生態(tài)、凈化環(huán)境、開發(fā)性移民、南水北調(diào)、供水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型電站都無法比擬的！,三峽水利樞紐,世界施工難度最大的水利工程。2000年砼澆筑量為548.17萬立方米，月澆筑量最高達(dá)55萬立方米。 施工期流量最大的水利工程。三峽工程截流流量9010立方米/秒，施工導(dǎo)流最大洪峰流量7.9萬立方米/秒 世界泄洪能力最大的泄洪閘。最大泄洪能力10.25萬立方米/秒。 世界規(guī)模最大、難度最高的升船機(jī)。 世界水庫移民最多、工作量最為艱巨的移民建設(shè)工程三峽工程水庫動(dòng)態(tài)移民最終可達(dá)113萬。,小浪底水利樞紐

11、,小浪底水利樞紐,小浪底水利樞紐位于河南省洛陽市以北40km的黃河干流上，是以防洪為主，兼顧防凌、減淤、灌溉和發(fā)電綜合利用的一座特大型工程。工程由大壩、泄洪建筑物及發(fā)電系統(tǒng)組成。大壩為粘土斜心墻堆石壩，壩頂長(zhǎng)1667m，最大壩高154m，庫容126.5億m3，泄水建筑物包括集中布置的10座進(jìn)水塔，9條泄洪排沙隧洞、一個(gè)正常溢洪道和三個(gè)消力塘組成；發(fā)電系統(tǒng)由6條引水隧洞和一座地下廠房、主變室、尾閘室及三條尾水洞組成?？傃b機(jī)容量630萬千瓦，多年平均發(fā)電量51億度。,新安江水電站,新安江水電站,新安江水電站位于錢塘江支流新安江上，浙江省建德縣境內(nèi)，由中國(guó)自己設(shè)計(jì)、施工，自制設(shè)備，自行安裝的第一座大

12、型水電工程。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用效益，電站裝機(jī)容量662.5MW，保證出力178MW，多年平均年發(fā)電量18.6億KWh，以220KV和110KV高壓輸電線路各4回接入華東電力系統(tǒng)。大壩為混凝土寬縫隙重力壩，最大壩高105米。工程于1957年4月開工，1960年4月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1978年最后一臺(tái)機(jī)組投運(yùn)。,二灘水電站,二灘水電站,二灘工程是二十世紀(jì)建成的中國(guó)最大的水電站?？傃b機(jī)容量330萬kW，單機(jī)容量55萬kW，這在21世紀(jì)初三峽電站建成之前，均列全 國(guó)第一，單機(jī)容量排世界前10位。 二灘拱壩壩高240m為中國(guó)第一高壩。在雙曲拱壩排行中，高度居亞洲第一、世界第三；

13、承受總荷載980萬t，列世界第一?？傂顾?2480m3/s，在高壩中為世界第一。 進(jìn)水口高度為80m，調(diào)壓室高度70m，均居全國(guó)第一。 亞洲最大的地下廠房洞室群。由廠房、主變壓器室、尾水調(diào)壓室三大洞室及壓力管道、尾水管、尾水洞、母線洞、交通洞、通風(fēng)洞、排水洞（廊道）、進(jìn)風(fēng)豎井、排風(fēng)豎井、電梯豎井、電纜斜井等組成龐大洞室群。地下洞室開挖量370萬m3。其中，廠房長(zhǎng)280m、寬25.5m、高65m。,四、水電站的基本類型,按調(diào)節(jié)能力分成： 無調(diào)節(jié)水電站、有調(diào)節(jié)水電站 按水電站的組成建筑物及特征分為： 壩式、河床式、引水式電站,(一)、壩式水電站,用壩集中水頭的水電站稱為壩式水電站， 其特點(diǎn)有：

14、水頭取決于壩高。 引用流量較大，電站的規(guī)模也大，水能利用較充分，綜合利用效益高。 投資大，工期長(zhǎng)。 適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。,2.壩后式水電站,當(dāng)水頭較大時(shí)，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。 舉世矚目的三峽水電站就是壩后式水電站，其裝機(jī)容量為18 200MW。,壩后式水電站,萬家寨壩后式水電站,向家壩水電站,三峽水電站,(二)、河床式電站,一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上，為避免大量淹沒，建低壩或閘。 適用水頭：大中型：25米以下，小型：810米以

15、下。 廠房和擋水壩并排建在河床中，共同擋水，故廠房也有抗滑穩(wěn)定問題； 廠房高度取決于水頭的高低。 引用流量大、水頭低。 注：廠房本身起擋水作用是河床式電站的主要特征。,河床式電站,河床式電站,河床廠房,富春江河床式電站,泄洪閘,葛州壩水電站,(三)、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 特點(diǎn)： 水頭相對(duì)較高，目前最大水頭已達(dá)2000米以上。 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(jià)值較差。 電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價(jià)較低。 適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區(qū)性河段。,類型： 1.無壓引水電站 引水建筑物是無壓的: 渠道或無壓

16、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。,無壓引水式水電站,1-壩;2-進(jìn)水口;3-沉沙池;4-引水渠道;5日調(diào)節(jié)池;6-壓力前池; 7-壓力管道;8-廠房; 9-尾水渠;10-配電所;10-泄水道,2. 有壓引水式電站,引水建筑物是有壓的： 壓力隧洞(pressure tunnel) 主要建筑物：低壩，有壓隧洞，調(diào)壓室，壓力水管，廠房，尾水渠。,有壓引水式水電站,石龍壩水電站,云南昆明石龍壩水電站是我國(guó)大陸的第一座水電站，其裝機(jī)容量?jī)H為1440kW，1910年7月開工建設(shè)，1912年4月發(fā)電。,(四)、抽水蓄能電站,抽水蓄能：系統(tǒng)負(fù)荷

17、低時(shí)，利用系統(tǒng)多余的電能帶動(dòng)泵站機(jī)組將下庫的水抽到上庫(電動(dòng)機(jī)+水泵)， 以水的勢(shì)能形式貯存起來； 放水發(fā)電：系統(tǒng)負(fù)荷高時(shí)，將上庫的水放下來推動(dòng)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。,抽水蓄能電站示意圖,黑麋峰抽水蓄能電站,下水庫,上水庫,發(fā)電系統(tǒng),(五)、潮汐電站,潮汐：潮汐現(xiàn)象是海水因受日月引力而產(chǎn)生的周期性升降運(yùn)動(dòng)，即海水的潮漲潮落。 潮汐發(fā)電原理：利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢(shì)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)電原理,法國(guó)朗斯潮汐電站,1966年投入運(yùn)行，是第一個(gè)商業(yè)化電站。該電站裝機(jī)24臺(tái)，每臺(tái)1萬

18、千瓦，共24萬千瓦。設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量5.44億度。機(jī)組為燈泡貫流式，轉(zhuǎn)輪直徑5.3米。,法國(guó)朗斯潮汐電站,江夏潮汐電站,總 結(jié),一、樞紐建筑物 擋水建筑物：壩、閘 泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、溢 流壩 過壩建筑物：過船、過木、過魚 二、發(fā)電建筑物 進(jìn)水建筑物：進(jìn)水口、沉沙池 引水建筑物：引水道、壓力管道、尾水道 平水建筑物：前池、調(diào)壓室 廠區(qū)樞紐：主廠房、副廠房、變電站、開關(guān)站等,總 結(jié),三、水電站的基本類型有壩式、引水式及混合式。 壩式水電站分為河床式、壩后式； 引水式水電站分有壓引水式和無壓引水式電站； 混合式開發(fā)多為有壓引水式電站。,總 結(jié),四、抽水蓄能電站和潮汐電站是水能利用的重要型式