水力发电的原理及分类

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1、水力发电水力发电(hydroelectric power)是指利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水 流至低处，将其中所含的位能转换成水轮机的动能，然后再以水轮机为原动力， 推动发电机产生电能。利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能 转变为机械能，如果在水轮机上接上发电机，随着水轮机转动便可发出电来，这 时机械能又转变为电能。因此，水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械 能，再转变成电能的过程。科学家们依据水位落差的天然条件，有效地利用流体 力学工程及机械物理等，使发电量达到最高，供人们使用既经济又无污染的电力。 水力发电的整个流程如下：1 水力发电特点水力发电主要有以下几个

2、特点：(1) 发电成本低。水力发电是利用河流所携带的水能，不需要再消耗其他的 动力资源。而且上一级水电站使用过的水流仍可为下一级水电站所利用，梯级电 站的 发即是这个道理。另外，水电站的设备也比较简单，其检修、维护费用也 较同容量的火电厂低很多。如果把消耗的燃料费用计算在内，火电厂的年运行费 用约为同容量水电站的 10至 15 倍。因此，水力发电的成本较低，可以提供较经 济的电能。(2) 高效而灵活。水力发电主要动力设备的水轮发电机组，不仅效率较高而 且启动、操作比较灵活。它可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行；在几 秒钟内完成增减负荷的任务，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成能源损失。

3、 因此，利用水电承担电力系统的调峰、调频、负荷备用和事故备用等任务，可以 提高整个系统的经济效益。(3) 工程效益的综合性。水电工程是一项复杂的综合性工程，具有防洪、灌 概、航运、给水以及旅游等多种功能。水电站建设后，可能会出现泥沙齡积、良 田、森林和文化古迹等被掩没，鱼类生活和繁衍被打乱等各种不利现象。库区周 围地下水位的大幅度提高会对周边的果树、作物的生长产生不良影响，建设大型 水电站还可能影响流域的气候，导致干旱或洪错，甚至诱发地震、泥石流、滑坡 等地质灾害。因此兴建大型水电站必须对现体、琐肩及两岸岩石的抗震能力进行 研究和模拟试验，予以充分论证。这些都是水电开发所要研究的问题。(4)

4、一次性投资大。兴建水电站 支较大，除了购买大量的土石方和混凝土 外，而且会造成相当大的淹没损失，须支付巨额的移民安置费用。工期也较火电 厂建设长，影响建设资金周转。即使由各受益部门分摊水利工程的部分投资，水 电的单位千瓦投资也比火电高出很多。但在以后运行中，年运行费的节省逐年抵 偿。最大允许抵偿年限与国家的发展水平和能源政策有关。抵偿年限小于允许值 则认为增加水电站的装机容量是合理的。2 水电站的分类 水电站是一项综合性工程，修建方式多样，具有发电、防洪、调峰等多种功 能，因此水电站的分类方式也有很多，主要有以下几种分类方法。根据水电站利 用水源的性质，可以分为三类：常规水电站，即利用天然的河

5、流、湖泊等水能 发电；抽水蓄能电站，利用电网中负荷低估时多余的电力，将地势低处的水抽 到高处的水库中储存起来，等遇到电网负荷高峰时放水发电，从而满足电网调峰 等电力负荷的需要；潮汝电站，即利用海潮涨落所形成的潮沙能发电。按照水 电站对天然水流的利用方式和调节能力，可以分为径流式水电站和蓄水式水电 站。前者没有水库或库容很小，对天然水量没有调节能力或调节能力很小；后者 设有一定库容的水库，对天然水流具有不同的调节能力。在水电站工程建设中， 水电站的分类还经常釆用以下方法。按照水电站的 发方式，即按集中水头的手 段和水电站的工程布置，可以分为现式水电站、引水式水电站和项一弓I水混合 式水电站三种基

6、本类型。这是工程建设中最通用的分类方法。按水电站利用水头 的大小，可以分为高水头、中水头和低水头水电站。世界上对水头的具体划分没 有统一的规定。有的国家将水头低于15m作为低水头水电站，15-70m作为中水 头水电站，71-250m作为高水头水电站，大于250m作为特高水头水电站。我国 通常定义为大于70m为高水头水电站，低于30rn为低水头水电站，30?70rn为 中水头水电站。这一分类标准与水电站主要建筑物的等级划分和水轮发电机组的 分类适用范围，均较适应。按照水电站装机容量的大小，水电站可以分为大型、 中型和小型水电站。这也是评价水电站发电能力大小最常使用的依据。各国一般 把装机容量50

7、00kW以下的水电站定为小水电站,5000?10万kW为中型水电站， 10 万?100 万 kW 为大型水电站，超过 100 万 kW 的为巨型水电站。根据 DL5180-2003水电枢纽工程等级划分及设计安全标准的规定，水电站工程等 别根据其在国民经济建设中的重要性，中国按照库容和装机容量划分为五等。按 装机容量划分标准为：大(1)型水电站：120万kW；大(2)型水电站：120万kW-30 万kW；中型水电站：30万kW-5万kW；小(1)型水电站：5万kW-1万kW；小 (2)型水电站： 1 万 kW。3 水力发电的优缺点水力发电的优点很多，主要有以下几个方面。水能资源方面，水能是一种取

8、 之不尽、用之不竭的可再生的清洁能源。水能资源的利用不需要其他任何动力资 源，利用水能的天然位差，水能从高处流至低处就可以将位能转换为动能，进而 转换为电能，完成水能的一次发电。流入江海的水资源通过蒸发、降雨等重新汇 入河流，使得水能可以年复一年地循环使用。而且水电能源在生产运行中，不消 耗燃料，不排泄有害物质，其对环境的影响远比火力发电低得多，是绿色能源。 在发电方面，水力发电运行成本较低，发电效率较高，而且调控能力较强，可以 根据市场需要进行发电。水力发电需要的操作、管理人员少，大大节约了人力资 本。水电工程是一项综合性的工程，同时具有控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改 善河流航运等多种功能，

9、有些相关工程还可以改善当地的交通、促进经济发展， 特别是可以发展旅游业和水产养殖。水力发电也有缺点： (1)生态破坏。水电站 的修建，会占用大量的土地，破坏动植物的生存环境，迫使动物迁移；大琐建成 后，水流对河道的侵烛加剧；特大型水电站的建立还会影响局部小气候。 (2)移 民安置困难。水电站建设会俺没大量的土地、村庄，产生一大批移民，他们的安 置及恢复生产比较困难。解决移民住房问题需要建设大量的基础设施，还要保证 移民的基本生活，并帮助恢复他们生产，这都给水电建设带来一定的困难； (3) 用电需求不能保证。在降水季节变化大的地区，多雨季节发电量多，多余的电力 输送不出去就会造成浪费，而少雨季节发电量较少，甚至无法发电，又无法保证 人们基本的用电需求。