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1、高水头电站等电站模式介绍一、发电能源构成 composition of energy for electricity generation在发电能源消耗总量中各类能源消费量所占的比重。目前世界上用于发电的能源主要有煤炭、石油、天然气、核能、水能，还有少量风能、太阳能和地热能等。发电能源的构成随科学技术的发展而变化。如核能作为发电能源，是在核技术被人类掌握，并在发电领域中成熟应用的结果。随着科学技术的发展，可用于发电的新能源和可再生能源将逐步得到应用。由于各个国家的政治、经济、社会、资源、地理环境以及科学技术等方面的情况不同，发电能源构成有很大的差异。加拿大、挪威、瑞士等国以水电为主；俄罗斯、日
2、本等国以燃油、燃天然气电站为主；法国以核电为主；美国、德国、印度和中国以燃煤电站为主。中国的发电能源以煤为主，其次是水能，核电的比重很小，2003 年全国总发电量中，火电占 82.9%，水电占 14.8%，核电只占 2.3。中国各地区的发电能源结构也不尽相同，主要受各地区一次能源的制约，过去水能作为发电能源多为就地利用，所以华北、华东、东北水能资源较少，水电比重较低；西南、中南、西北地区水能资源丰富，水电比重较高。中国近年来实施西部大开发，正在加快西部地区的水电开发，实行“西电东送” ，中国在21 世纪上半叶有可能使发电能源结构中的水电比重有所增加。二、电力弹性系数 electric powe
3、r elasticity factor电力增长速度与国民经济增长速度的比率。是观察一个时期内电力与国民经济发展适应程度的重要指标。计算式为：电力弹性系数=电力增长速度/国民经济增长速度电力弹性系数分为电力生产弹性系数和电力消费弹性系数，前者采用发电量的增长速度，后者采用用电量的增长速度。国民经济增长速度可根据研究的需要，采用国民生产总值，国民收入或工农业总产值的增长速度。电作为优质能源，使各用能部门对电力的需求快于对其他能源品种需求的增长。因此，在国民经济电气化的初期，电力工业的增长速度一般高于工业生产的增长速度，高于能源消费的增长速度，高于国民经济的增长速度，表现为电力弹性系数大于 1；但是
4、到了国民经济电气化后期，由于节能节电技术的发展和工业结构的调整，出现了电力弹性系数小于1 的情况。西电东送 West-East Power Transmission中国为合理利用能源资源、电力工业的合理配置和实现西部大开发所采取的电力开发战略措施。在西部和中部水能资源和煤炭资源丰富的地区建设发电站向东部能源资源缺乏的地区送电。中国能源资源分布不均匀，从河流看，中国水能资源主要集中在长江、黄河中上游、雅鲁藏布江的中下游、珠江、澜沧江、怒江和黑龙江。这七大江河可开发的大、中型水能资源总量占全国大、中型水能资源总量的 90。按行政区划分，中国的水能资源主要集中在经济发展相对滞后的西部地区。西南、西北
5、 11 个省、市、区（包括云、川、藏、黔、桂、渝、陕、甘、宁、青、新）的水能资源约 4.07 亿千瓦，占全国水能资源量的 78%，其中云、川、藏三省区共 29743 万千瓦，约占 57。而经济相对发达，人口相对集中的东部沿省 11省、市（辽、京、津、冀、鲁、苏、浙、沪、粤、闽、琼）仅占 6。改革开放以来，沿海地区经济高速发展，电力负荷增长很快。目前东部沿海 11 省、市的用电量已占全国的51%，这一态势在相当长时间内难以改变。为满足东部经济发展对电力的需求，同时为了加快西部开发，中国决定加大西部电力开发，加快西电东送的步伐。中国根据西部发电资源，结合全国电网发展规划，西部水电、火电资源大体上将
6、从北、南、中三条大通道分别东送或引入东部各电网：北路为黄河上游的水电，结合宁夏、内蒙、陕西、山西的火电东送至华北电网，形成西北、华北联网；中路为长江上中游包括金沙江、雅砻江、大渡河等的水电东送至华中、华东电网，形成西南、华中、华东三大区联网；南路为南盘江、红水河干流梯级电站、澜沧江中下游梯级电站和乌江水电东送至华南，形成云南、贵州、海南、广西、广东五省（区）的南方电网。最大出力 maximum power output在某特定时间内设备可能达到的最大生产能力。对火电厂来说，在燃料正常供应，附属设备正常运行前提下，全厂所发出的最大功率。对水电站来说，在水头和水流量都为最佳值时全厂所发出的最大功率
7、。最小稳定出力 minimum stable power output又称技术最小出力。在满足锅炉稳定燃烧的情况下，发电机组安全运行的最小稳定的发电能力。火力发电机组的最小稳定出力是一项重要的性能指标，具有小的稳定出力机组，出力调整范围大，可以满足电力系统调峰的需要。中国火电机组的最小稳定出力与国外差距很大，国外几乎都按调峰运行设计，启停快，可带小的稳定负荷；燃油汽包炉的最低稳定负荷可达额定值的 2530%，燃煤汽包炉可达额定值的 3035%， 如投辅助油嘴可低到 25左右。国产汽轮机组均按带基本负荷设计，启动慢，负荷变动范围不大，大型燃油机组最低稳定负荷一般只能达到额定值的 6070%，燃煤
8、机组则最低，一般只能达到额定值的 7080。经济出力 economical power output在最高效率、最低费用支出时系统或发电厂的出力。三、水电站类型梯级水电站 step hydro-electric station指一条河流梯级开发中的每一个水电站，也称梯级工程。为了充分利用河流水能资源，一般河流规划中，从河流或河段的上游到下游，修建一系列呈阶梯形的水电站，这是开发利用河流水能资源的一种重要方式。各个梯级水电站组成了河流或河段的梯级水电开发。坝式水电站 dam type hydro-electric station在河流上拦河筑坝壅高水位，形成发电水头的水电站。这种水电站一般修建在
9、比降较缓或流量甚大的河流上，是河流水电开发中最广泛采用的一种形式。坝式水电站除了依靠坝的高度集中水头之外，还可利用大坝形成调节径流的水库。坝式水电站由于具有调节水库，不仅发电质量好，且常具有防洪、航运、灌溉、供水、养殖等综合利用效益。同时，这种水电站的各项建筑物布置很集中，有利于运行管理。引水式水电站 diversion type hydro-power station用明渠、隧洞、管道等引水建筑物集中河流的落差而形成发电水头的水电站。兴建这种水电站的基本条件是河流天然坡降很陡（通常应 10以上）或有天然跌水、瀑布，可以通过水力坡降平缓的引水道取得集中落差；或者河流流向存在 U 形和 S 形大
10、河湾，可以通过裁湾取直引水取得集中落差；或者相邻两条河流，高程相差大，可以通过跨流域引水取得很大的落差。引水式水电站一般布置较分散，不利于运行管理。混合式水电站 dam and diversion mixed type power station由坝和引水道两种建筑物共同形成发电水头的水电站，即发电水头一部分靠拦河坝壅高水位取得，另一部分靠引水道集中落差取得。混合式水电站可以充分利用河流有利的天然条件，在坡降平缓河段上筑坝形成水库，以利径流调节，在其下游坡降很陡或落差集中的河段采用引水方式得到大的水头。这种水电站通常兼有坝式水电站和引水式水电站的优点和工程特点。高水头水电站 high head
11、 hydro-electric station水头大于 200m 的水电站。一般建社河流上游的高山地区，多数为引水式或混合式水电站。这种水电站往往本身无调节水库或只有调节能力很低的水库，因此一般不具有综合利用效益；因上下游水位相对稳定，水头变化幅度相对不大，它的出力和发电量基本取决于来水量。低水头水电站 low head hydro-electric station通常是指水头在 40m 以下的水电站。有时将仅有水头 24m 的水电站称为极低水头水电站。低水头水电站多数建在坡降平缓的中下游河段，常常具有对外交通便利，施工条件良好，距离用电中心近，工程较易实施等有利条件，并且常有渠化河道，发展航
12、运和引水灌溉之利。从发电运行特性来看，存在着水库调节径流能力低，多数属径流式电站，如上游无大型水库调节，其出力过程随天然流量的变化而变化，稳定性差。抽水蓄能电站 pumped storage power station具有上下水库，利用电力系统中多余的电能、把下水库（下池）的水抽到上水库（上池）内，以位能的的方式蓄能；系统需要电力时，再从上水库至下水库进行发电的水电站。在抽水和发电能量转换（由电能变为水能，再由水能变为电能）过程中，输水系统和机电设备都有一定的能量损耗。发电所得电能与抽水所用电能之比，是抽水蓄能电站的综合效率，早期在 65左右，近来已提高至 75左右。抽水蓄能是利用电力系统多余
13、的低价电能，转换成电力系统十分需要的高价峰荷电能，并具有紧急事故备用、调峰、调频、调相的效用，可以提高电力系统的可靠性。抽水蓄能电站按水流情况可分为 3 类：（1）纯抽水蓄能电站，上水库没有天然径流来源，抽水与发电的水量相等，循环使用；（2）混合式抽水蓄能电站，上水库有天然径流来源，既利用天然径流发电，又利用由下水库抽水蓄能发电；（3）调水式抽水蓄能电站，从位于一条河流的下水库抽水至上水库，再由上水库向另一条河流的下水库放水发电。潮汐电站 tidal power station利用海水在涨潮和落潮时出现的落差进行发电的水电站。选择地形优越的海湾或河口修筑堤坝，与外海隔开，形成水库，并建造水闸及
14、发电厂房。涨潮时海水位高于库内水位，形成水头，将海水引入库内发电；退潮时海水位低于库内水位，库内的水泄入外海发电。潮汐电站可利用的水头是潮差的一部分，水头较小，但引用海水流量可以很大，它是一种低水头大流量间歇式水电站。潮汐电站按建筑物布置和不同的发电方式，可分为：（1）单库单向潮汐电站，只建一个水库，涨潮时开闸向水库充水，落潮时启动单向水轮机组发电；（2）单库双向潮汐电站，在涨潮和落潮时都发电。方法有两种：一种是采用双向水轮发电机组，另一种是设置两条引水道，从水工建筑物布置上使涨落潮时海水都依同一方向通过水轮机组；（3）双库连续发电潮汐电站，建造两个相邻的水库，一为高水库，一为低水库；涨潮时海
15、水进入高水库，落潮时海水从低水库流入大海。水轮发电机组安装在两水库之间的坝段内，利用海水在高、低水库间的流动连续发电。太阳能热发电 solar thermal electric power generation太阳能转换成热能再转换成电能进行发电。通常，太阳能热发电站由集热、输热、储热、热交换系统和汽轮发电机组成。一些工业发达国家对太阳能热发电进行了开发研究，建立一批试验电站，其中容量最大的为 10MW。太阳能热发电站投资，技术尚不成熟，目前还未投入商业运行。沼气发电 biogas generation用燃气发动机或双燃料发动机以沼气作为燃料产生动力来驱动发电机产生电能。沼气发电系统主要有沼气
16、发动机、发电机、沼气脱硫器、输配电设备、余热利用设备等部分组成。以沼气为燃料的燃气发动机，一般有 2 种形式：一种是火花点火式燃气发动机；一种是压缩点火式双燃料发动机。中国农村的沼气发电系统一般采用小容量发电设备。风力发电 wind power generation利用风力发电机组将风能转换成电能，提供生活和生产用电需要。生活用电一般使用独立运行的小型风力发电机组配以蓄电池输出直流电或经逆变器输出交流电。生产用电通常使用中、大型风力发电机组直接和公用电网并网运行，并网运行或并联运行，输出交流电。地热发电 geothermal power generation1904 年，意大利在拉德瑞罗地热田建立了世界上第一台地热发电机组。到 2002 年底，世界上已有 21 个国家利用地热发电，总装机容量达 8438MWe，生产电力约 50000GWh，其中以美国、菲律宾、意大利、墨西哥、印度尼西亚、日本、新西兰等国较多。估计全世界尚有地热发电资源潜力 97061MWe。中国于 20 世纪 70 年代后期建
