01__水力发电的原理和水电站的类型

《水电站》2009年9月重庆电力高等专科学校/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。水力发电的原理和水电站的类型新安江水电站重庆电力高等专科学校1.1水力发电的基本原理及特点我国水能资源的特点总量丰富，分布不均匀时间空间开发率低，发展迅速前景宏远，任重道远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175m，总库容393亿m3，其中防洪库容221.5亿m3。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；单线一级垂直升船机，可快速通过3000t级客货轮。三峡工程已基本竣工，已发挥防洪、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！三峡工程装机容量是多少？三峡水利枢纽三峡工程初步设计报告为安装26台单机容量70万千瓦的发电机组。有关方面根据三峡汛期来水丰富，26台机组全部满发时仍有大量来水泄洪空放的实际，决定在大坝右岸山体中开挖建设一座地下电站，在汛期增加发电、减少弃水。地下电站静态总投资73.75亿元，设计安装6台单机容量70万千瓦的发电机组，年发电量35.11亿千瓦时，计划于2011年至2012年建成投产。三峡电源电站，是保证三峡电站和大坝各种建筑物安全运行的主供电源和备用保安电源，安装2台单机容量5万千瓦发电机组，年发电量7.3亿千瓦时，总投资3.7亿元。地下电站和电源电站的建设，将使三峡电站总装机容量由原设计的1820万千瓦扩大到2250万千瓦，相当于增加一个半葛洲坝。重庆电力高等专科学校一、水力发电的基本原理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，通过一定的流量将“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1.1水力发电的基本原理及特点重庆电力高等专科学校水轮发电机组装置原理图建坝蓄水发电电站重庆电力高等专科学校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建筑物和设备水轮机发电机水利系统机电系统重庆电力高等专科学校二、水电站的出力和发电量的计算1.1水力发电的基本原理及特点重庆电力高等专科学校二、水电站的出力和发电量的计算gtQHP81.9理论出力KQHQHP81.9实际出力能量损失：1.Hg→H：损失水头△h，据经验，一般为Hg的3%~10%，输水道短取小值。2.η：k=9.81η水电站出力系数。大中型水电站k=8.0~8.5；中小型水电站k=6.5~8.0。出力：（功率）1.1水力发电的基本原理及特点重庆电力高等专科学校二、水电站的出力和发电量的计算发电量：一定时段内水电站发出的电能总量，单位为kW·hTPE1.1水力发电的基本原理及特点重庆电力高等专科学校优点：(1)不耗燃料，成本低廉(2)水火互济，调峰灵活(3)综合利用，多方得益(4)取之不尽可，用之不竭(5)环境优美，能源洁净三、水力发电特点1.1水力发电的基本原理及特点重庆电力高等专科学校缺点：(1)受自然条件限制(2)一次性投资大，工期长(3)事故后果严重(4)大型工程对环境、生态影响较大三、水力发电特点1.1水力发电的基本原理及特点重庆电力高等专科学校1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校水电站的基本类型由P=9.81ηQH可知，发电必须有流量和水头。形成水头方式——水电站的开发方式。按其集中水头的方式不同分为：坝式、引水式和混合式三种基本方式。抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。按调节能力分成：无调节水电站、有调节水电站一般坝后式水电站和混合式水电站都是有调节的；河床式和引水式水电站常是无调节的，或者只有较小的调节能力。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校一、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：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。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校1．河床式电站1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校1．河床式电站特点：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：8~10米以下。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水电站的主要特征。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校河床厂房富春江河床式电站泄洪闸重庆电力高等专科学校葛州坝水电站河床厂房河床厂房开关站船闸泄洪闸重庆电力高等专科学校2.坝后式水电站1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校2.坝后式水电站特点：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。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校坝后厂房万家寨坝后式水电站（山西、黄河）重庆电力高等专科学校向家坝水电站重庆电力高等专科学校三峡水电站坝后厂房坝后厂房泄洪坝段重庆电力高等专科学校二、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。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校二、引水式水电站一般修建于：河道有弯道；两条相近河流有较大水位差；有急滩或瀑布处。类型无压引水式(freeflow)：引水道是无压的有压引水式(pressureflow)：引水道是有压的1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校1.无压引水电站引水建筑物是无压的:渠道或无压隧洞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。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校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-泄水道重庆电力高等专科学校2.有压引水式电站引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressuretunnel)主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校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。重庆电力高等专科学校三、混合式水电站由坝和引水道分别集中一部分水头，电站的总水头等于这两部分之和。适用于上游有优良坝址，适宜建库，而紧接水库以下河道突然变陡或河流有较大的转弯。同时兼有坝式和引水式水电站的优点。在工程中多称为引水式水电站1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校四、抽水蓄能电站抽水蓄能电站是以水体为储能介质，起调节作用。主要解决电力系统的调峰问题；建筑物组成包括：上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建在下水库处，采用双向机组抽水蓄能和放水发电两个过程低谷期：电能→水能；高峰期：水能→电能1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校黑麋峰抽水蓄能电站（湖南）下水库上水库发电系统重庆电力高等专科学校五、潮汐水电站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→机械能→电能(发电)的过程。流量大，水头低的水电站。1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型重庆电力高等专科学校潮汐发电原理重庆电力高等专科学校法国朗斯潮汐电站1966年投入运行，是第一个商业化电站。该电站装机24台，每台1万千瓦，共24万千瓦。设计年平均发电量5.44亿度。机组为灯泡贯流式，转轮直径5.3米。重庆电力高等专科学校最大的潮汐电站——法国朗斯电站重庆电力高等专科学校浙江省江厦双向潮汐试验电站重庆电力高等专科学校沙溪河流域梯级电站布置示意图1.2水能资源的开发方式及水电站的基本类型湖南闽江重庆电力高等专科学校一、枢纽建筑物挡水建筑物：坝、闸泄水建筑物：溢洪道、泄水洞、溢流坝过坝建筑物：过船、过木、过鱼二、发电建筑物进水建筑物：进水口、沉沙池引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道平水建筑物：前池、调压室厂区枢纽：主厂房、副厂房、变电站、开关站等1.3水电站的组成建筑物重庆电力高等专科学校本课程的内容概况第一部分水轮机水流能量转换为机械能的设备主要内容：基本类型、构造、工作原理、合理选型。重庆电力高等专科学校布置设计:建筑物位置、线路、型式选择、配套设备设计。水力计算:恒定流：确定水头损失及建筑物尺寸；非恒定流：引水系统的调节保证计算、调压室水位波动计算。结构计算：引水管道的强度、稳定计算。第二部分引水建筑物重庆电力高等专科学校第三部分厂房枢纽布置设计厂区枢纽的布置：主厂房、副厂房、变压器、开关站及交通道路相互位置的按排。厂房布置：主、副厂房的尺寸确定、主要机电设备的布置。其他类型的厂房地下厂房。河床厂房等。重庆电力高等专科学校本章小结1．水电站的基本类型有坝式、引水式及混合式。坝式水电站分为河床式、坝后式；引水式水电站分有压引水式和无压引水式电站；混合式开发多为有压引水式电站。这部分是水电站建筑物最基本的概念，也是本章的重点，应牢固掌握。重庆电力高等专科学校本章小结2．抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。抽水蓄能电站主要解决电力系统的调峰问题，尤其在我国东北、华北、华东等水能资源相对短缺的地区，加快抽水蓄能电站的建设速度很有必要；潮汐电站是开发海水能源的主要型式，应有所了解。重庆电力高等专科学校本章小结3．水电站建筑物由引水系统和厂区枢纽两大部分组成。水电站的类型不同，建筑物的组成有所不同；厂区枢纽包括厂房建筑物和变电站。这部分也是本章的重点。重庆电力高等专科学校思考题1.试阐述水能利用原理。2.什么是水电站的出力?3.按照集中落差方式的不同，水电站的开发可分为几种基本方式?何为坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站?4.坝式水电站水利枢纽和引水式水电站水利枢纽各有哪些主要特点?5.坝后式和河床式水电站枢纽的特点是什么?其组成建筑物有哪些?6.无压引水式和有压引水式水电站枢纽的特点是什么?其组成建筑物有哪些?7.水电站有哪些组成建筑物?