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1、,可再生能源应用,水能资源,组员：桑秀卓 孙丽莎,水能资源概述 中国水能资源 世界水电开发 潮汐能 波浪能,概述,水能资源指水体的动能、势能和压力能等能量资源。是自由流动的天然河流的出力和能量，称河流潜在的水能资源，或称水力资源。广义的水能资源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源；狭义的水能资源指河流的水能资源。到20世纪90年代初，河流水能是人类大规模利用的水能资源；潮汐水能也得到了较成功的利用；波浪能和海流能资源则正在进行开发研究。 水能是一种可再生能源。水能资源是否丰富的判断标准：落差，径流量。,广义的水能资源,水能的定义是：风和太阳的热引起水的蒸发，水蒸气形成了雨和雪，雨和
2、雪的降落形成了河流和小溪，水的流动产生了能量，称为水能。 构成水能资源的最基本条件是水流和落差（水从高处降落到低处时的水位差），流量大，落差大，所包含的能量就大，即蕴藏的水能资源大。 广义水能资源包括水热能资源，水力能资源，水电能资源。,水热能资源 在古代，人们就已经开始直接利用天然温泉的水热能资源，建造浴池，沐浴治病健身。现代人们也利用水热能资源进行发电、取暖。如冰岛，该国2003年水电发电量为70.8亿千瓦时，其中利用地热（即水热能资源）发电就达14.1亿千瓦时，全国86%的居民已利用地热（水热能资源）取暖。 我国西藏地区已建成装机2.5万千瓦的羊八井电站，也是利用地热（水热能资源）目前我
3、国地热发电装机3.53万千瓦。,水力能资源 水力能包括水的动能和势能，中国古代已广泛利用湍急的河流、跌水、瀑布的水力能资源，建造水车、水磨和水碓等机械，进行提水灌溉、粮食加工、舂稻去壳。 18世纪30年代，欧洲出现了集中开发利用水力资源的水力站，为面粉厂、棉纺厂和矿山开采等大型工业提供动力。现代出现的用水轮机直接驱动离心水泵，产生离心力提水，进行灌溉的水轮泵站，以及用水流产生水锤压力，形成高水压直接进行提水灌溉的水锤泵站等，都是直接开发利用水的力能资源。,水电能资源 现在我们所说的水电能资源通常称为水能资源。在水能资源中，除河川水能资源外，海洋中还蕴藏着巨大的潮汐、波浪、盐差和温差能量。 据估
4、计，全球海水能资源360多亿千瓦，是陆地河川水能理论蕴藏量的15倍多，其中潮汐能为30亿千瓦，波浪能为30亿千瓦，温差能为400亿千瓦，盐差能为300亿千瓦。当然由于技术水平等内容都有待于提高，还需要进一步的研究，以达到实用的开发利用程度。我们通常所提到的开发利用海洋能，最主要是开发利用潮汐能。 下图为利用潮汐能发电的装置,中国水能资源分布,中国河川水能资 源按水系分布图 (技术可开发资 源,亿kWh/a),中国河川水能资源的特点,资源量大，占世界首位。 分布很不均匀，大部集中在西南地区，其次在中南地区，经济发达的东部沿海地区的水能资源较少。而中国煤炭资源多分布在北部，形成北煤南水的格局。 大
5、型水电站的比重很大，单站规模大于200万千瓦的水电站资源量占50%。 1994年12月开工的长江三峡工程的装机容量为1820万千瓦，多年平均年发电量840亿千瓦时。 位于雅鲁藏布江的墨脱水电站，经查勘研究，其装机容量可达4380万千瓦，多年平均年发电量2630亿千瓦时。,我国水电能资源,我国是世界上水电能资源 最丰富的国家之一。我国江河水能理论蕴藏量居世界第一位；我国水能资源的技术可开发量、年发电量、经济可开发量、年发电量，均名列世界第一。 1905年7月中国第一座水电站台湾省龟山水电站建，装机500千伏安。 1912年，中国大陆第一座水力发电站云南昆明石龙坝水电站建成发电。 2010年8月，
6、随着华能小湾水电站四号机组日前投产发电，我国电力装机继续稳居世界第一。华能小湾水电站作为国家西电东送战略的标志性工程之一。,世界水电开发,美国的水电开发已有100多年的历史。 美国水电开发最集中的为哥伦比亚河，其干流上游在加拿大，中下游在美国境内。在美国境内的干流上已建成11座大型水电站，如哥伦比亚河的大古力水电站。 俄罗斯水电装机容量与水电年发电量分别居世界第6位和第5位。俄罗斯在欧洲部分主要开发伏尔加河及其支流卡马河，已建梯极水电站11座，装机容量共11320兆瓦；在亚洲部分主要开发叶尼塞河及其支流安加拉河、汉泰河，已建大水电站7座，装机容量共22970兆瓦。 加拿大的水电开发，早期主要在
7、人口较多和经济发达的南部地区，近期转向北部边远地区，20世纪70年代起，在詹姆斯湾地区集中开发拉格郎德河。 巴西、挪威、日本等等,潮汐能,因月球引力的变化引起潮汐现象，潮汐导致海水平面周期性地升降，因海水涨落及潮水流动所产生的能量称为潮汐能。 这种能量是永恒的、无污染的能量。潮汐能的能量与潮量和潮差成正比，或者说，与潮差的平方和水库的面积成正比。和水力发电相比，潮汐能的能量密度很低，相当于微水头发电的水平。 潮汐能的利用方式主要是发电。潮汐发电是利用海湾、河口等有利地形，建筑水堤，形成水库，以便于大量蓄积海水，并在坝中或坝旁建造水利发电厂房，通过水轮发电机组进行发电。,中国潮汐能资源特点 一）
8、蕴藏量十分可观。 二）中国潮汐能资源的地理分布十分不均匀。沿海潮差以东海为最大，黄海次之，渤海南部和南海最小。河口潮汐能资源以钱塘江口为最丰富，其次为长江口，以下依次为珠江、晋江、闽江和瓯江等河口。以地区而言，主要集中在华东沿海。 三）地形地质方面，中国沿海主要为平原型和港湾型两类，以杭州湾为界，杭州湾以北，大部分归平原海岸，杭州湾以南，港湾海岸较多，地势险峻，岸线岬湾曲折，坡陡水深，海湾、海岸潮差较大，且有较优越的发电坝址。但渐、闽两省沿岸为淤泥质港湾，虽有丰富的潮汐能资源，但开发存在较大的困难，需着重研究解决水库的泥沙淤积问题。,利用潮汐发电两个物理条件,第一，潮汐的幅度必须大，至少要有几
9、米。 第二，海岸的地形必须能储蓄大量海水，并 可进行土建工程。,实例,中国长江三峡水电站 朗斯潮汐电站,中国长江三峡水电站,更立西江石壁 截断巫山云雨 高峡出平湖。,http:/ 三峡水电站1992年获得中国全国人民代表大会批准建设，1994年正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，于2009年全部完工。三峡水电站大坝高程185米，蓄水高程175米，水库长600多公里，总投资954.6亿元人民币，安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组。现为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。,规模,三峡大坝为混凝土重力坝，大坝长2335米，底部宽115米，顶部宽40米，高程185米，正常蓄水位175米。
10、大坝坝体可抵御万年一遇的特大洪水，最大下泄流量可达每秒钟10万立方米。 整个工程的土石方挖填量约1.34亿立方米，混凝土浇筑量约2800万立方米，耗用钢材59.3万吨。水库全长600余千米，水面平均宽度1.1千米，总面积1084平方千米，总库容393亿立方米，其中防洪库容221.5亿立方米，调节能力为季调节型。,船闸为何分为五级?,三峡船闸学名是双线五级连续船闸，位于大坝左侧的坛子岭外侧，世人称之为“长江第四峡”，每个闸室长280米，宽34米，连续5级船闸编号从上游开始，上游是第一级船闸，下游是第五级闸室。 船闸为何分为五级?三峡船闸为五级船闸，这样船只通过最快也要大约2小时35分钟，为什么要
11、这样设计呢? 大坝蓄水到达175米后，上下游的落差达113米，这就是船闸的工作水头。113米的设计总水头，远远超过了目前世界上单级船闸已达到的安全工作水头。三峡船闸的规模和规划运量大，不适合采用带有节水设施的特高水头单级船闸的方案。因此，必须对船闸进行分级。连续多级船闸的水级划分方式，与枢纽上、下游水位变化的条件，坝址的地形、地质条件，工程的技术难度，船闸运行分期、船闸工程量、造价、船闸运行和管理的条件等因素有关。经过研究比较，采用将总设计水头分为5级。,大坝发电,三峡大坝水电站的厂房紧靠挡水大坝下游，发电引水压力钢管通过坝体进入水电站厂房内的水轮机室，这样布置的电站叫坝后式水电站。 大约有十
12、层楼那么高的厂房里，有两层吊车，下层是半门式起重机，上层为桥式起重机。桥机巨臂舒展，1600多吨重的发电机转子和厂房内各种庞大设备，都是靠这个“超级巨人“准确地放到指定位置。 主厂房下面两层，分别是将水能转化成机械能的水车室，将机械能转化成电能的发电机室。 世界上最大的电机转动之后，将发出如雷鸣般的巨响。,主要影响,工程效益：三峡工程主要有三大效益，即防洪、发电和航运，其中防洪被认为是三峡工程最核心的效益。 防洪：历史上，长江上游河段及其多条支流频繁发生洪水，每次特大洪水时，宜昌以下的长江荆州河段(荆江)都要采取分洪措施，淹没乡村和农田，以保障武汉的安全。在三峡工程建成后，其巨大库容所提供的调
13、蓄能力将能使下游荆江地区抵御百年一遇的特大洪水，也有助于洞庭湖的治理和荆江堤防的全面修补。 发电：三峡工程的经济效益主要体现在发电。该工程是中国西电东送工程中线的巨型电源点，所发的电力将主要售予华中电网的湖北省、河南省、湖南省、江西省、重庆市，华东电网的上海市、江苏省、浙江省、安徽省，以及南方电网的广东省，可缓解我国的电力供应紧张局面。,朗斯潮汐电站,世界最大的潮汐电站。位于法国圣玛珞湾朗斯河口。站址平均潮差8.5米，最大潮差13.5米，地基良好。 枢纽建筑物总长750米。发电厂房现安装24台能涨落潮双向发电、双向抽水、双向泄水的灯泡贯流式水轮发电机组，总容量24万千瓦，设计年发电量5.4亿千
14、瓦时。枢纽建筑物还有堤坝、泄水闸和船闸。工程于1959年开工，1966年全部机组投产。属世界上著名大潮差地点之一。 站址处基岩良好，无漏水之虞，采用混凝土拦河建筑物。 灯泡式水轮机采用卡普兰转轮，转轮直径5.5m，为水泵水轮机，且能停机双向泄水。 朗斯潮汐电站的机组和厂房机电设计是成功的，并取得了开发大型潮汐能源的经验。,波浪能,波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能。波浪的能量与波高的平方、波浪的运动周期以及迎波面的宽度成正比。波浪能是海洋能源中能量最不稳定的一种能源。波浪能是由风把能量传递给海洋而产生的，它实质上是吸收了风能而形成的。能量传递速率和风速有关，也和风与水相互作用的距离有关。
15、波浪可以用波高、波长和波周期等特征来描述。,在海洋上，波浪中再大的巨轮也只能像一个小木片那样上下漂荡。大浪可 以倾覆巨轮，也可以把巨轮折断或扭曲。假如波浪的波长正好等于船的长度，当波峰在船中间时，船首船尾正好是波谷，此时船就会发生“中拱”。当波峰在船头、船尾时，中间是波谷，此时船就会发生“中垂”。一拱一垂就像折铁条那样，几下子便把巨轮拦腰折断。 20世纪50年代就发生过一艘美国巨轮在意大利海域被大浪折为两半的海难。此时，有经验的船长只要改变航行方向，就能避免厄运，因为航向改变即改变了波浪的“相对波长”，就不会发生轮船的中拱和中垂了。,波浪能发电,波浪能发电是通过波浪能装置将波浪能首先转换为机械能(液压能)，然后通过传动机构等驱动发电机发电。全球有经济价值的波浪能开采量为1-10亿kw，中国波浪能理论上储值为7000万kw左右。 早期海洋波浪能发电付诸实用的是气动式波力装置。道理很简单，就是利用波浪上下起伏的力量，通过压缩空气，推动汲筒中的活塞往复运动而做功。 中国波力发电研究成绩也很显著。70年代以来，上海、青岛、广州和北京的五六家研究单位开展了此项研究。用于航标灯的波力发电装置也已投入批量生产。向海岛供电的岸式波力电站也在试验之中。,按照能源的来源方式可以分为机械式，气动式，液压式、机械式。 通过某种传动机构实现波浪能从往复运动到单向旋转运动的传递来驱动发
