水力发电原理与水电站类型

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1、水力发电原理及水电站类型,水 电 站,在水力发电的过程中，为了实现电能的连续产生需要修建一系列水工建筑物。 包括：进水、引水、厂房、排水等，安装水轮发电机组及其附属设备的厂房和变电站，总体称为水电站。 水电站是水、机、电的综合体。,一、水力发电的概念,水力发电:利用河流中蕴藏的水能来生产电能。 在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定方式将“载能水”输送到水轮机中，使： 水能旋转机械能带动发电机组发电输电线路用户。,水轮发电机组装置原理图,1.水力发电的转换过程,天然水能,可利用水能,旋转机械能,电能,2. 水力发电的几个要素,N 水电站装机容量或水轮机的功率 Q 通过水轮机的流量 H

2、 水轮机的水头 水轮机的效率,二、水力发电特点,优点： 不耗燃料，成本低廉 水火互济，调峰灵活 综合利用，多方得益 取之不尽，用之不竭 环境优美，能源洁净,二、水力发电特点,缺点： 受自然条件限制； 一次性投资大，移民多，工期长； 事故后果严重； 大型工程对环境、生态影响较大。,三、我国水电事业的发展,我国的水能资源状况 水能资源是河川径流所具有的天然资源、是能源的重要组成部分。 国家发展改革委2005年发布的全国水力资源复查结果，我国水电资源理论蕴藏量年电量6.08万亿千瓦时，理论蕴藏量装机6.94亿千瓦；技术可开发装机5.42亿千瓦，技术可开发年电量2.47万亿千瓦时；经济可开发装机4.0

3、2亿千瓦，经济可开发年电量1.75万亿千瓦时。,特点一：总量丰富，开发不足,可开发总量世界第一，占世界总量16.7。 到2008年底，水电装机容量达到了1.65亿千瓦，按技术可开发量计算占可开发量30%，低于发达国家60的平均水平。 东部，已开发70%以上 (可开发的大型水电站只剩下3座，共1610MW，即浙江摊坑电站(600MW，目前在建)、大均电站(46万kW)和福建街面电站(30万kW)；西部，开发率仅7.5%,大有可为！,2. 我国水能资源的特点,特点二：地区分布不均，与经济发展不匹配,东部地区(13个省市)水电资源占全国总量的8%，中部地区(6个省)占11%，而西部地区(12个省、市

4、、自治区)高达81； 但51用电量在东部。,雅鲁藏布江,西电东送,年内降雨集中在汛期； 年际间江河来水量变化大。,特点三：江河来水量时间分布不均,须建设（年调节、多年调节）大型水库。,特点四：我国水电资源相对集中在一些高山大河地区，不少水电站的装机容量超过1000MW。 三峡(长江) 1820万kW，溪落渡(金沙江) 超过1000万kW。雅鲁藏布江下游的墨脱电站，计划开凿35km长的隧洞，引水2000m3/s以上，落差可超过2000m，电站装机可达4500万kW。 大型电站，水头高、单机容量大，带来很多技术难题，且淹没损失大，移民数量多。,3. 我国水电开发状况,我国水电开发有三大特点： 1、

5、成绩很大。突出表现在以下三方面： 水电装机容量跃居世界第一。 水电建设技术已具世界水平。 初步建立了适应市场经济的、有中国特色的水电开发和建设机制。,2. 困难不少 制约水电发展的五个问题 生态环境问题 上网电价 法律法规还不健全 移民问题 地震问题,3. 机遇难得: 今后1520年是水电建设的良好机遇期 西部大开发战略的机遇 东部：水能资源占6，开发率大于70； 西部：水能资源占78%，开发率仅8。 实施“西电东送”，变资源优势为经济优势。 全面建设小康社会对电力的要求； 符合电力工业中长期发展规划，提供清洁、优质电能； 可再生能源法确认水能为可再生能源； 京都议定书： 温室气体减排； 当前

6、我国经济发展迅速，投资环境良好。,2006年底全国水电总装机容量达1.29亿kW,截止到2006年底，我国已建和在建的大中型水电站工程有220多座，其中装机100万kW以上的25座；50万kW以上的40座，坝高在100m以上的大坝55座，建成总长度超过500km的水工隧洞，装机10万kW以上的地下厂房水电站25座。 在建与准备开工的水电工程包括：三峡、龙滩、小湾、公伯峡、泰安、桐柏、溪洛渡、向家坝、瀑布沟、糯扎渡、锦屏一级、虎跳峡、白鹤滩、锦屏二级、仙游、水布垭等。,到2006年底全国已建成小水电站4万多座，装机容量达到5000万kW，年发电量1500亿kW.h（技术可开发总小水电水能资源87

7、00万kW，分布在全国1600多个山区县） 1984年建设了一百个农村电气化县；1991年又建设了二百个农村电气化县；“十五”期间再建设三百个农村电气化县。 小水电主要建设省份包括：浙江、福建、云南、贵州、四川、广东等。,我国的能源概况与水电建设 能源结构：“煤为基础、多元发展”； 煤炭为主体、电力为中心，油气、新能源全面展；提高煤炭利用效率和清洁性。 需求预测：全面建设小康社会：2020年GDP翻两番，预测电力需求9.2亿kW，估计水电达2.3亿kW，每年需新增近千万kW。 发展战略：“大力开发水电，优化发展煤电，积极推进核电，适度发展天然气发电，鼓励新能源发电”（电力工业中长期发展规划）。

8、,4. 我国水电事业发展设想,第一步：20012010年。 这期间，三峡、龙滩、小湾、公伯峡、水布垭等一大批水电站将建成发电。到2010年，也就是中国开始水电建设100年时，水电装机容量达到1.4亿千瓦-1.5亿千瓦，超过美国居世界第一，实现从资源第一大国到生产第一大国的转变；水电的比例从2000年的23%提高到30%左右；,第二步 2011-2050年 基本完成水电的开发、开发率达到90%左右。这时装机约4.3亿千瓦；以3800万kW的墨脱电站为代表的十几座500万kW以上的巨型电站基本开发完毕。 西电东送的规模超过1.5亿kW；东中部受电区的抽水蓄能电站将得到大规模发展，大库容的蓄能电站建

9、设、也为沿海风电的大量开发，创造有利条件。 中国水电技术随着建设达到世界领先水平。进一步由生产数量上的水电第一大国变为真正的、全面的(包括数量、质量、科技、管理、效益各方面)水电第一大国。,三峡水利枢纽,三峡水利枢纽,三峡工程采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民”方案。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035m，坝顶高程185m，正常蓄水位175 m，总库容393 亿m3，其中防洪库容221.5亿m3。装机容量1820万kW，2670万kW，年均发电量849亿度。泄洪坝段每秒泄洪能力为11万m3/s，左岸通航建筑物，年单向通过能力500万t。双线五级船闸，可通过万吨级船队；单线一级垂直升船

10、机，可快速通过3000t级客货轮。 三峡工程竣工后，将发挥防洪、发电、航运、养殖、旅游、保护生态、净化环境、开发性移民、南水北调、供水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型电站都无法比拟的！,三峡水利枢纽,世界施工难度最大的水利工程。2000年砼浇筑量为548.17万立方米，月浇筑量最高达55万立方米。 施工期流量最大的水利工程。三峡工程截流流量9010立方米/秒，施工导流最大洪峰流量7.9万立方米/秒 世界泄洪能力最大的泄洪闸。最大泄洪能力10.25万立方米/秒。 世界规模最大、难度最高的升船机。 世界水库移民最多、工作量最为艰巨的移民建设工程三峡工程水库动态移民最终可达113万。,小浪底水利枢纽

11、,小浪底水利枢纽,小浪底水利枢纽位于河南省洛阳市以北40km的黄河干流上，是以防洪为主，兼顾防凌、减淤、灌溉和发电综合利用的一座特大型工程。工程由大坝、泄洪建筑物及发电系统组成。大坝为粘土斜心墙堆石坝，坝顶长1667m，最大坝高154m，库容126.5亿m3，泄水建筑物包括集中布置的10座进水塔，9条泄洪排沙隧洞、一个正常溢洪道和三个消力塘组成；发电系统由6条引水隧洞和一座地下厂房、主变室、尾闸室及三条尾水洞组成。总装机容量630万千瓦，多年平均发电量51亿度。,新安江水电站,新安江水电站,新安江水电站位于钱塘江支流新安江上，浙江省建德县境内，由中国自己设计、施工，自制设备，自行安装的第一座大

12、型水电工程。电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运等综合利用效益，电站装机容量662.5MW，保证出力178MW，多年平均年发电量18.6亿KWh，以220KV和110KV高压输电线路各4回接入华东电力系统。大坝为混凝土宽缝隙重力坝，最大坝高105米。工程于1957年4月开工，1960年4月第一台机组发电，1978年最后一台机组投运。,二滩水电站,二滩水电站,二滩工程是二十世纪建成的中国最大的水电站。总装机容量330万kW，单机容量55万kW，这在21世纪初三峡电站建成之前，均列全 国第一，单机容量排世界前10位。 二滩拱坝坝高240m为中国第一高坝。在双曲拱坝排行中，高度居亚洲第一、世界第三；

13、承受总荷载980万t，列世界第一。总泄水量22480m3/s，在高坝中为世界第一。 进水口高度为80m，调压室高度70m，均居全国第一。 亚洲最大的地下厂房洞室群。由厂房、主变压器室、尾水调压室三大洞室及压力管道、尾水管、尾水洞、母线洞、交通洞、通风洞、排水洞（廊道）、进风竖井、排风竖井、电梯竖井、电缆斜井等组成庞大洞室群。地下洞室开挖量370万m3。其中，厂房长280m、宽25.5m、高65m。,四、水电站的基本类型,按调节能力分成： 无调节水电站、有调节水电站 按水电站的组成建筑物及特征分为： 坝式、河床式、引水式电站,(一)、坝式水电站,用坝集中水头的水电站称为坝式水电站， 其特点有：

14、水头取决于坝高。 引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综合利用效益高。 投资大，工期长。 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。,2.坝后式水电站,当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。 坝后式水电站一般修建在河流的中上游。 库容较大，调节性能好。 如为土坝，可修建河岸式电站。 举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18 200MW。,坝后式水电站,万家寨坝后式水电站,向家坝水电站,三峡水电站,(二)、河床式电站,一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。 适用水头：大中型：25米以下，小型：810米以

15、下。 厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题； 厂房高度取决于水头的高低。 引用流量大、水头低。 注：厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征。,河床式电站,河床式电站,河床厂房,富春江河床式电站,泄洪闸,葛州坝水电站,(三)、引水式水电站,用引水道集中水头的电站称为引水式水电站 特点： 水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。 引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合利用价值较差。 电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。 适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。,类型： 1.无压引水电站 引水建筑物是无压的: 渠道或无压

16、隧洞 主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。,无压引水式水电站,1-坝;2-进水口;3-沉沙池;4-引水渠道;5日调节池;6-压力前池; 7-压力管道;8-厂房; 9-尾水渠;10-配电所;10-泄水道,2. 有压引水式电站,引水建筑物是有压的： 压力隧洞(pressure tunnel) 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。,有压引水式水电站,石龙坝水电站,云南昆明石龙坝水电站是我国大陆的第一座水电站，其装机容量仅为1440kW，1910年7月开工建设，1912年4月发电。,(四)、抽水蓄能电站,抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)， 以水的势能形式贮存起来； 放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。,抽水蓄能电站示意图,黑麋峰抽水蓄能电站,下水库,上水库,发电系统,(五)、潮汐电站,潮汐