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1、第一章 水能资源的开发利用,主要内容: 1-1 水能资源的综合利用 1-2 水力发电 1-3 水能资源的开发方式 重点内容: 水能资源的开发方式,第一章 水能资源的开发利用,1-1 水能资源的综合利用,水资源综合利用原则是按照国家对环境保护、社会经济可持续发展战略方针，充分合理地开发利用国家的水资源，来满足社会各部门对水的需求，又不能对未来的开发利用能力构成危害，在环境、生态保护符合国家规定的条件下，获取最大社会经济和环境综合效益。 力求做到”一库多用”、“一水多用”、一物多能“等。 综合利用不是简单地相加，而是有机的结合，综合地满足多方面的需要。,一、水资源综合利用的原则,防洪与兴利库容结合
2、使用,发电、航运、灌溉等,如：泄水底孔兼有泄洪、下游供水、放空水库和施工导流等,例：,二、各水利部门的用水要求及相互关系,水,水,不耗水部门,耗水部门,三峡工程实例,三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江的关键性骨干工程。三峡工程水库正常蓄水位175米，总库容393亿立方米；水库全长600余公里，平均宽度1.1公里；水库面积1084平方公里。它具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。,兴建三峡工程的首要目标是防洪。三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干工程。其地理位置优越，可有效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪标准由现在的约十年一遇提高到百年一
3、遇。遇千年一遇或类似于1870年曾发生过的特大洪水，可配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。,防 洪,枢纽布置,枢纽主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物等3大部分组成。主要建筑物的型式及总体布置，经对各种可行性方案的多年比较和研究，并通过水力学、结构材料和泥沙等模型试验研究验证，均已确定。选定的枢纽总体布置方案为下图。,三峡水电站总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿千瓦时。它将为经济发达、能源不足的华东、华中和华南等地区提供可靠、廉价、清洁的可再生能源，对经济发展和减少环境污
4、染起到重大的作用。,发 电,航 运,一、水力发电的基本原理及基本方程,水轮机+水轮发电机水轮发电机组（机组）,1-2 水力发电,1、水力发电的原理,1-2 水力发电,一、水力发电的基本原理及基本方程,1-2 水力发电,水力发电的原理,利用河川、湖泊等位於高處，具有位能的水流至低處， 將其中所含之位能轉換成水輪機之動能， 再藉水輪機為原動機，推動發電機產生電能。,以水的流動力量推動水輪機為原動機，進而推動發電機產生電能。,2-1 河段的潜在水能,1-2 水力发电,2、水力发电的基本方程式,水电站的发电量E是指水电站在一定时段内发出的电能总量，单位为kWh。,水电站的发电量,构成江河水能的基本要素
5、-流量、落差,N水=9.8QH（千瓦）,落差（米）,流量（米3/秒）,筑坝-抬高水位-集中水能,水能-机械能-电能,转化,转化,1-3 水能资源的开发方式,前言 一、坝式开发 二、引水式开发 三、混合式开发 四、梯级开发 五、潮汐式开发 六、抽水蓄能式开发 结束语,E=WH (N.m) 1. 集中落差 2. 引用流量 3. 基本开发方式 (1) 坝式 (2) 引水式 (3) 混合式 4. 特殊型式水电站 (1) 潮汐式 (2) 抽水蓄能式,图2-1 水电站的水头和利用水量,一,前 言,一、坝式开发,一,图2-2 坝式水电站示意图,在河流狭窄处，拦河筑坝或闸，坝前壅水，在坝址处形成集中落差，这种
6、水能开发方式称为坝式开发。,用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。,坝式开发,1、坝后式 2、河床式 3、溢流式 4、坝内式,按大坝和水电站相对位置不同可分为：,1、坝后式,图2-3 坝后式水电站示意图,特点: 水头较高,厂房本身 不承受上游水压， 与挡水坝分开。,一,一,一,2、河床式,图2-4 河床式水电站示意图,特点：水头不高, 厂房本身能承受游水压力，起挡水作用。,一,在平原河段上，或因地形、地址及淹没损失等条件不允许建高坝，则建低坝或闸的坝式水电站。,一,一,辽宁太平湾水电站,P=19.1万KW,一,3、 溢流式,图2-5 溢流式水电站剖面图,厂房高度相对来说很小时往往采取溢流式厂房布
7、置形式。,一,浙江新安江水电站,P=66.25万KW,一,贵州乌江渡水电站,P=63万KW,一,4、坝内式,图2-6 坝内式水电站示意图,优点：可以节约投 资和缩短引水管道。,当坝的高度和宽度都较大或河谷狭窄洪水又很大时，往往将厂房布置在坝内。,一,湖南风滩水电站,P=40万KW,小 结 1 1. 坝式开发的显著优点是由于形成蓄水库,可用以调节流量。 2. 坝式水电站因有蓄水库，综合利用效益高。 3. 坝式水电站一般投资大，工期长，单价高。 4. 坝式开发适合于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条 件的河段。,一,二、引水式开发,（1）无压引水式电站（free flow diversion t
8、ype power station）,引水建筑物是无压的：明渠(open channel)、无压隧洞(free flow tunnel) 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。,（2）有压引水式电站（ pressure flow diversion type power station）,引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)。 主要建筑物：低坝，引水隧洞(有压)，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。,图2-9 有压引水式水电站 1-高河（或河湾上游）；2-低河（或河 湾下游）；3-进水口；4-有压隧洞；5- 调压室；6
9、-压力钢管；7-水电站厂房,图2-8 无压引水式水电站 1-原河道；2-明渠；3-取水口； 4-进水口；5-前池；6-压力水管； 7-水电站厂房；8-尾水渠,一,四川小白塔水电站,一,广西天湖水电站,最大水头：H=1074m,一,北京京密二级无压引水式水电站,一,小 结 2 1. 引水式水电站的水头较高，引用流量较小。（Hmax=2030m，意大利劳累斯水电站） 2. 水量利用率差，综合利用价值较低，电站规模较小。 3. 无水库淹没损失，工程量较小，单位造价也较低。 4. 适用于河道坡降较陡，流量较小的山区性河段，是山 区水电站常用的开发方式。,一,三、混合式开发,图2-10-1 混合式水电站
10、,一,在一个河段上，同时用坝和有压引水道结合起来共同集中落差的开发方式。这种开发方式的水电站称为混合式水电站。,图2-10-2 混合式水电站 1-坝；2-进水口；3-隧洞；4-调压井；5-斜井； 6-钢管；7-地下厂房；8-尾水洞；9-蓄水库,一,吉林云峰水电站,P=40万KW,一,广东流溪河水电站,一,小 结 3 混合式开发因有蓄水库，可调节流量，它兼有坝式 开发和引水式开发的优点，但必须具备合适的条件。一 般说，河段上部有筑坝建库的条件，下部坡降大（如有 急滩或大河湾），易用混合式开发。,一,四、梯级开发方式(Cascaded type),我国水电资源非常丰富，对河流进行梯级开发，是充分利
11、用水力资源的一个有效的方法。现阶段，在我国已经进行梯级开发的河流很多，如北部有浑江、牡丹江梯级等，东部有乌溪江、新安江、富春江梯级等，南部有以礼河、西洱河、猫跳河、红水河梯级，西部有映秀湾、大渡河梯级等，此外还有长江及其支流清江与黄河等大容量梯级水电厂。,梯级开发,对全河流由上而下拟定一个河段接一个河段的水利枢纽系列，呈阶梯状的分布形式。,图2-11 河流梯级开发示意图 1-坝；2-引水道；3-水电站厂房,一,一条河流上一连串的水电站系列称为梯级水电站。,黄河梯级开发,一,进行梯级开发时应注意： 1. 尽可能充分地利用水能资源。 2. 作好第一期工程的选择。 3. 对河流梯级开发方案进行技术、
12、经济、施工条件、 效益、淹没损失等方面的比较时，要求对各梯开发方案的每一级单独进行分析评价外，还应将个梯级作为一个整体，进行总结评价。,一,小 结 4,五、潮汐式(tidal energy type),潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水 的潮涨潮落。 潮汐发电与原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的， 也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为 电能(发电)的过程。,潮汐水能发电示意图,潮汐式水电站,1.布置情况 由坝、水闸及厂房组成 2.工作原理 （1）等候工况 （2）发电工况 （3）充水工况,图2-12 单库双向发电示意图 （a) 布置图
13、；(b) 工作过程示意图,一,中国最大的潮汐电站：中国江夏电站，装机容量3000千瓦。,中国第一座双向潮汐电站。位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。1980年5月第一台机组投产发电。电站设计安装6台500千瓦双向灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量3000千瓦，可昼夜发电1415小时，每年可向电网提供1000多万千瓦时电能。,浙江江厦水电站,一,世界最大的潮汐电站：法国朗斯电站，装机容量24万千瓦。,小结5 电站内装有可逆式机组，大都是可逆贯流式机组。涨潮、 落潮两个方向均可发电，减少了停机时间。但是，这种潮汐 电站的发电过程仍然是断续的，要其它电站与之配合，才能 保证用户经常用电要求。 潮汐式水
14、电站水头很低，一般不过3-5米，但引用流量可以很大。,一,六、抽水蓄能式(tidal energy type),抽水蓄能式是水能开发利用的一种特殊形式，其目的不是为了开发水能资源向电力 系统提供更多电量，而是以水体为蓄能介质，充分发挥水力发电运行灵活等优势，起调节电能，改善电力系统运行条件的作用。,抽水蓄能式水电站,1. 抽水蓄能过程 2. 放水发电,图2-13 抽水蓄能式水电站 (a)在日负荷图上的工作状态; (b)建筑物布置示意图,一,组成：它的工作包括抽水蓄能和放水发电两个过程。其建筑物组成中必须有高、低两个水池，以有压引水建筑物相连。蓄能电站厂房位于下水池处。,电能 水能 电能,广州蓄
15、能水电站,P=4*30万KW,一,十三陵蓄能水电站,P=4*20万kw,一,河北潘家口水电站,一,1. 抽水蓄能电站的总效率在60%-70% 2. 消耗的是系统的多余电能,提供的是系统急需的峰荷电能。 3. 调节电能,使火电站机组工作均匀 ,提高效率,节省燃料消耗，并改善系统的供电质量。 4. 调峰填谷,经济合理。,一,小 结 6,1、水能资源的基本开发方式有几种？其主要区别是什么？ 2、抽水蓄能式水电站的作用是什么？ 3、潮汐式水电站的特点是什么？,作业一 请查找和搜集你家所在省或市某座水电站的详细资料。,思考题,1. 水能资源蕴藏量: 理论蕴藏量: 68000 万KW 年发电量: 59000亿KWh 可开发容量: 38000万KW 年发电量: 19000亿KWh 2. 水电建设成就: 旧中国建小水电站: 如石龙坝水电站(480 KW 1912年) 日伪时期建中型水电站: 如丰满水电站(56万KW) 新中国建大型水电站: 如二滩水电站(330万KW) 葛洲坝水电站(271.5万KW) 正在建巨型水电站: 如三峡水电站(1820万KW) 龙滩水电站(420万KW),一,结束语,同学们 为水电事业努力奋斗！,一,
