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1、水力发电原理与案例,概述1.火力发电在人类社会的发展中起着举足轻重的地位，但火力发电依赖于煤炭的储量，由于煤炭资源的有限，开发新能源对今后人类社会的发展是十分重要的。2.水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁能源。水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。水力发电往往是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系。3.中国是世界上水能资源最丰富的国家之一，水能资源技术可开发装机容量为5.42亿千瓦，经济可开发装机容量4.02亿千瓦，开发潜力还很大。当今许多国家都十分重视水力发电。,我国水电的发展,1949年之前：全国建成和部分建成水电站共4
2、2座，共装机36万kW,该年发电量12亿kWh（不包括台湾）。1950年以后：水电建设有了较大发展，以单座水电站装机25万kW以上为大型，2.5万25万kW之间为中型，2.5万kW以下为小型，大、中、小并举，建设了一批大型骨干水电站。其中最大的为在长江上的三峡大坝。在一些河流上建设了一大批中型水电站，其中有一些还串联为梯级，此外在一些中小河流和溪沟上修建了一大批小型水电站。1987年底，全国水电装机容量共3019万kW（不含500kW以下小水电站），小水电站总装机1110万kW（含500kW以下小水电站，见小水电）。2010年8月25日，云南省有史以来单项投资最大的工程项目华能小湾水电站四号机
3、组(装机70万千瓦)正式投产发电，成为中国水电装机突破2亿千瓦标志性机组，我国水力发电总装机容量由此跃居世界第一。,水力发电的原理,水力发电系(Hydroelectric power)利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(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。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.以具有位能或动能的水冲水轮机，水轮机即开始转动，若我们将发电机连接到水轮机，则发电
4、机即可开始发电。如果我们将水位提高来冲水轮机，可发现水轮机转速增加。因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大，可转换之电能愈高。这就是水力发电的基本原理。,水力发电的原理,水力发电系(Hydroelectric power)利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(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。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.以具有位能或动能的水冲水轮机，水轮机即开始转
5、动，若我们将发电机连接到水轮机，则发电机即可开始发电。如果我们将水位提高来冲水轮机，可发现水轮机转速增加。因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大，可转换之电能愈高。这就是水力发电的基本原理。,水力发电示意图,1,水力发电的主要设备,引水设备：包括水坝、取水口、沉砂池，输水管路、隧道、渡槽、前池、压力钢管、后池及尾水路等。制水设备：包括溢洪道、坝顶闸门、制水闸门及平压塔。发电机：发电机是将机械能藉由磁能转变成电能的机器，水力电厂所使用之发电机与火力及核能电厂使用之发电机最大差异在于转子之结构，水力发电机组有竖轴及横轴两种方式，其转速较低。火力及核能所使用之发电机组仅有横轴式，转速多为每分钟360
6、0 转。,设备,水轮机：水轮机是一种转变水力位能能量成为有用的机械能量的原动机。水轮机可分为冲击型及反击型两大类。尽管水轮机的种类繁多，而利用水力的步骤可以说是完全相同的。就是利用相当高度的落差和相当多流量的水流，使它经过一定的水路，从高处向下冲击产生力量；利用这种力量作用于水轮机的转动部份，使水轮机转动。如果这部水轮的转动轴与一台发电机连接，发电机也就会随着转动而发出电来。由于各水力运用地点的落差高低及水量的多寡都不相同，为求水力的经济利用，水轮机的种类也各不相同。一般而言，厂房附近的地势、洪水位、水量变化情形、水质等因素与水轮机的运转、以及维护也有密切关係，都必须经过充分研讨，权衡比较各方
7、得失，才能选择最适当的水轮机。水轮机的种类：依作用力方式之不同，水轮机可分为冲击型及反击型两大类。冲击水轮机的转动全赖高速度水流的冲击力，所以多用在落差较高的场所。其中，佩尔吞水轮机(Peltons Turbine)在负载较轻的时候效率很好。所以适合用在水量或负载有较多变化的发电厂；又因为修理较方便，所以也可用于水质不甚良好的地方。反击水轮机是运用水的压力和流速来推动，是现代最常用的水轮机，所利用的落差和水量的范围广阔，而与最大多数可以开发的水力资源相吻合。,广西岩滩水电站,岩滩水电站的基本概况,岩滩水电站为广西境内已建成的最大的水电站，是广西第一座超百万千瓦的大型水电站，也是大唐集团公司在役
8、的最大水力发电厂，电站位于红水河中游的广西大化瑶族自治县岩滩镇，是红水河综合利用规划的第五个梯级电站。电站以发电为主,兼有航运效益，正常蓄水位223米，相应库容26亿m3，调节库容15.6亿m3，为年调节水库。岩滩水电站工程同主要负荷中心南宁、柳州、广州的直线距离分别为170km、220km、500km。从1992年起通过岩滩至平果500kV线路、天生桥至广州500kV线路、岩滩至柳州500kV线路接入广西、华南电网联网运行。岩滩水电站是红水河梯级开发中的控制性骨干工程之一；是华南和广西电力系统中的主力电站之一，是系统中容量最大、调节性能较好的水电站。,概况,枢纽主要建筑物由拦河坝、坝后发电厂
9、房、开关站和垂直升船机组成。坝顶总长525m，最大坝高110m,是国内首项坝高超过百米的碾压混凝土高坝；4条直径10.8m的引水压钢管埋在坝内，是国内水电站首项最大直径钢管；通航建筑物为250t垂直升船机，最大提升高度69.5m.电站装机容量1210MW，年发电量56.6亿kW.h。1992年第一台机组提前发电,1995年6月4台机组全部并网发电。电站在设计、施工、管理中有多项指标创国内之最，为国内外水电建设提供了宝贵经验。该工程于1998年获中国第八届优秀工程设计金奖,工程勘察分项于1994年获广西优秀工程勘察一等奖。,主要特性,装机容量为430.25万kW（机组为4台混流式水轮发电机组），
10、保证出力24.5万kW，年发电量56.6亿kWh，年利用小时4680h。水库总库容33.5亿m3，调节库容为15.6亿m3。岩滩电站水库渠化航道166km，能增加下游大化、岩滩电站保证出力5.7万kW，淹没耕地47139亩，迁移人口36435人。该工程于1985年3月开工，1987年11月提前一年截流成功，1992年9月首台机组投产发电，1995年6月4台机组全部投产运行,主要建筑,岩滩水电站的枢纽布置方式为重力坝坝后式地面主厂房。主要建筑物有：发电厂房 位于右岸坝后与轴平行布置，为半封闭结构。安装4台单机为30.25万kW的混流式水轮发电机组。厂房总长200m，宽60m，高72.36m，副厂
11、房布置的主机间上、下游中间侧。电站最大水头665.5m，最小水头37m，设计水头59.4m。采用一机一管单元供水方式，压力钢管直径为10.8m。拦河大坝 坝顶总长525m，坝顶高程233m，最大坝高110m，坝型为混凝土实体重力坝，是国内首项坝高超过百米的碾压混凝土高坝；4条直径10.8m的引水压钢管埋在坝内，是国内水电站首项最大直径钢管 大坝分为厂前挡水、溢流、升船机挡水、左岸挡水4个坝段。泄洪有7个表孔和1个底孔，最大泄洪量为32164m3/s。开关站 设在厂坝之间180.5m高程上，长147m，宽15.5m，高22m。共有3回550kV、2回220kV出线。采用全封闭式户内SF6断路器和
12、一机一变单元接线，共有4台550kV等级变压器，每台容量为36万kVA。通航建筑物 位于溢流坝左侧，包括上、下引航道在内的建筑物总长830m，可一次通过最大单船250t，设计过坝能力为180万t/a，开预留有远景500t通航能力的位置。过坝设施为均衡重式垂直升船机。,岩滩水电站,1,岩滩水电站,2,岩滩水电站,3,岩滩水电站,4,水电站发展的重要意义,优点：水力发电是再生能源，对环境冲击较小。除可提供廉价电力外，其还能控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。大力发展农村小型水电站对我国减少二氧化碳排放和山区水利建设有着重大意义。缺点：（1）因地形上之限制无法建造太大之容量，单机容量为300MW左右；（2）建厂期间长，建造费用高；（3）因设于天然河川或湖沼地带易受风水之灾害，影响其他水利事业。电力输出易受天候旱雨之影响（4）需筑坝移民等，基础建设投资大，下游肥沃的冲积土因冲刷而减少（5）生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。,
