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1、水力发电站基本原理与类型,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，也就是水电站。包括：进水、引水、厂房、排水等。水电站是水、机、电的综合体。,一、水力发电的概念,水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。,水力发电的基本原理是利用水位落差，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水,水力发电的能量转换过程,天然水能,可利用水能,旋转机械能,电能,坝后式水电
2、站,水力发电站按组成建筑物特征的主要类型,坝式、河床式、引水式电站,坝后式水电站,水力发电站按组成建筑物特征的主要类型,引水式水电站,水力发电站按组成建筑物特征的主要类型,引水式水电站,水力发电站按组成建筑物特征的主要类型,混合式水电站,水力发电站按组成建筑物特征的主要类型,水轮发电机组,水轮发电机组,水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械。水轮机与发电机联接成的整体称为水轮发电机组。,水轮发电机组,水 轮 机,水轮机的主要分类,利用水流的势能和动能进行工作；转轮完全淹没在密闭的水体中。,利用水流的动能进行工作；转轮露在空气中。,水轮机的主要分类,反击式：水流方向和流
3、速大小受叶片约束而改变,从而对叶片一个反作用力,反击式水轮机,混流式水轮机 水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。应用水头范围较广，约为20700m，结构简单、运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。,1主轴；2叶片；3导叶,反击式水轮机,混流式：幅向进流，轴向出流,1主轴；2叶片；3导叶；4蜗壳；5尾水管,1,2,3,4,5,反击式水轮机,轴流式水轮机 水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动。应用水头约为380m，在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。,1导叶；2叶片；3轮毂,反击式水轮机,轴流式：轴向进流，轴向出流,1导叶；2叶片；3
4、轮毂4蜗壳；5尾水管,1,2,3,4,4,5,反击式水轮机,斜流式水轮机 水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其转轮叶片大多做成可转的形式。适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40200m。,1蜗壳；2导叶；3转轮叶片；4尾水管,反击式水轮机,斜流式：斜向进流，斜向出流,1,2,3,4,1蜗壳；2导叶；3叶片；4尾水管,可转动叶片,反击式水轮机,贯流式水轮机 一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设引水蜗壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。贯流式水轮机的适用水头为125m，适用于低水头、大流量的水电站。根据其发电装置形式的不同，分为全贯流式和半贯流式两类。,反击式水轮机,1转轮
5、叶片；2转轮轮缘；3发电机转子轮辋；4发电机定子；5、6支柱；7轴颈；8轮毂；9锥形插入物；10拉紧杆；11导叶；12推力轴承；13导轴承,反击式水轮机,全贯流式水轮机 全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶片的外缘，它的优点是流道平直、过流量大、效率高。但由于转轮叶片外缘的线速度大、周线长，因而旋转密封困难，目前已很少使用。,半贯流式水轮机 半贯流式水轮机有轴伸式、竖井式和灯泡式等装置形式。轴伸式和竖井式结构简单、维护方便，但效率较低，一般只用于小型水电站。灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效率较高，使用广泛。,反击式水轮机,轴伸贯流式水轮发电机组,1转轮；2水轮机主轴；3尾水管；
6、4齿轮转动机构；5发电机,反击式水轮机,竖井贯流式水轮发电机组,反击式水轮机,发电机组安装在密闭的灯泡体,1导叶；2转轮；3发电机；4灯泡,1,2,3,4,1,2,反击式水轮机,灯泡贯流式水轮发电机组,冲击式水轮机,水斗式水轮机,水流由喷嘴喷射出来沿着转轮圆周的切线方向冲击在斗叶上做功,冲击式水轮机,斜击式水轮机,水流由喷嘴喷射出来沿着与转轮旋转平面成某一角度进入叶片，适用于高水头，中小型的水电站,冲击式水轮机,双击式水轮机,水流从喷嘴流出后，从转轮外周通过径向叶片进入转轮中心，进行第一次能量交换，再从转轮中心通过径向叶片流出转轮，完成第二次能量交换。适用水头范围10150m，结构简单、效率低
7、，出力较小，应用不多。,小结：水轮机类型及应用水头范围,水 轮 发 电 机,推力轴承位于转子上方的发电机，它适用于转速在100r/min以上。其优点是推力轴承损耗小，装配方便，运转较稳定；缺点是机组高度较大，耗费钢材多。,水轮发电机按布置方式主要有立式与卧式两大类，其中立式水轮发电机又分为悬挂式与伞式发电机。,1、悬挂式发电机:,悬挂式发电机,2、伞式发电机,推力轴承位于转子下方，设在下机架上传力方式：机组转动部分重量推力头镜板推力轴瓦下机架机座基础 上机架：只支撑上导轴承和励磁机定子。类型：1.普通伞式：有上、下导轴承 2.半伞式:有上导轴承，无下导轴承 3.全伞式:无上导轴承，有下导轴承,
8、(1)普通伞式,有上、下导轴承,(2)半伞式,有上导，无下导。发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。,(3)全伞式,无上导，有下导。转动部分重量推力轴承支撑结构顶盖座环,二、水电站的基本类型,按调节能力分成：无调节水电站、有调节水电站 按水电站的组成建筑物及特征分为：坝式、河床式、引水式电站,(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。,二、水电站的基本类型,万家寨坝后式水电站,向家坝水电站,三峡水电站,(二)、河床式电站,一般
9、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：810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。,二、水电站的基本类型,河床式电站,河床式电站,河床厂房,富春江河床式电站,泄洪闸,葛州坝水电站,(三)、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
10、区性河段。,二、水电站的基本类型,类型：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。,(三)、引水式水电站,二、水电站的基本类型,无压引水式水电站,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,2.有压引水式电站,引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。,(三)、引水式水电站,二、水电站的基本类型,有压引水式水电站,石龙坝有
11、压引水式水电站,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。,抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)，以水的势能形式贮存起来；放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。,(四)、抽水蓄能电站,二、水电站的基本类型,抽水蓄能电站示意图,抽水蓄能电站,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、落潮的能量变为机
12、械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。,(五)、潮汐电站,二、水电站的基本类型,潮汐发电原理,潮汐电站,三、水力发电特点,水能的自然资源优势（水量储备丰富）水资源可综合利用（防洪、灌溉、养殖、旅游等）水能的调节作用（调峰、调频）水力发电对环境的影响小，几乎没有污染排放机组工作的灵活性（启动快、操作灵活）水力发电生产成本低、效率高,优点：,三、水力发电特点,一次性投资大，移民多，工期长因地形、水力资源的影响，无法建造过大装机容量建厂后不易增加扩容 对环境的负面影响（如生物多样性、泥沙、次生灾害等）,缺点：,四、我国水电事业的发展,1.我国的水能资源状况水电为中国最早发展，亦是最成熟的可再生能源，对国家要完成2020年非化石能源消费比重达到15%的国际减排目标，有着举足轻重的作用，我国水能资源十分丰富，总量居世界第一，主要分布在西部地区，约70%在西南地区。,水电在中国经历了多个发展阶段，总装机容量从1980年代的约1000万千瓦，到2012年的2.49亿千瓦跃增至2018年的3.8亿千瓦。,四、我国水电事业的发展,2.我国水电能源的发展情况,完毕，谢谢大家,
