1、水力發電原理及水電站類型水水 電電 站站v在水力發電的過程中，為了實現電能的連續產生在水力發電的過程中，為了實現電能的連續產生需要修建需要修建一系列水工建筑物。一系列水工建筑物。v包括：進水、引水、廠房、排水等，安裝水輪發包括：進水、引水、廠房、排水等，安裝水輪發電機組及其附屬設備的廠房和變電站，總體稱為電機組及其附屬設備的廠房和變電站，總體稱為水電站。水電站。水電站是水、機、電的綜合體水電站是水、機、電的綜合體。一、水力發電的概念一、水力發電的概念v水力發電水力發電: :利用河流中蘊藏的水能來生產電能。利用河流中蘊藏的水能來生產電能。v在天然河流上，修建水工建筑物，集中水頭，通在天然河流上，

2、修建水工建筑物，集中水頭，通過一定方式將過一定方式將“載能水載能水”輸送到水輪機中，使：輸送到水輪機中，使：水能水能旋轉機械能旋轉機械能帶動發電機組發電帶動發電機組發電輸電線輸電線路路用戶。用戶。水輪發電機組裝置原理圖水輪發電機組裝置原理圖建壩建壩蓄水蓄水發電發電電站電站1.1.水力發電的轉換過程水力發電的轉換過程天然水能天然水能可利用水能可利用水能旋轉機械能旋轉機械能電能電能建筑物和設備建筑物和設備水輪機水輪機發電機發電機水利系統水利系統機電系統機電系統2. 2. 水力發電的幾個要素水力發電的幾個要素vN 水電站裝機容量或水輪機的功率水電站裝機容量或水輪機的功率vQ 通過水輪機的流量通過水輪

3、機的流量vH 水輪機的水頭水輪機的水頭 v水輪機的效率水輪機的效率QHN81. 9二、水力發電特點二、水力發電特點優點：優點： 不耗燃料，成本低廉不耗燃料，成本低廉 水火互濟，調峰靈活水火互濟，調峰靈活 綜合利用，多方得益綜合利用，多方得益 取之不盡，用之不竭取之不盡，用之不竭 環境優美，能源潔凈環境優美，能源潔凈二、水力發電特點二、水力發電特點缺點：缺點： 受自然條件限制；受自然條件限制； 一次性投資大，移民多，工期長；一次性投資大，移民多，工期長； 事故后果嚴重；事故后果嚴重； 大型工程對環境、生態影響較大。大型工程對環境、生態影響較大。三、我國水電事業的發展三、我國水電事業的發展1. 我

4、國的水能資源狀況我國的水能資源狀況v 水能資源是河川徑流所具有的天然資源、是能源水能資源是河川徑流所具有的天然資源、是能源的重要組成部分。的重要組成部分。v 國家發展改革委國家發展改革委2005年發布的全國水力資源復查年發布的全國水力資源復查結果，我國水電資源理論蘊藏量年電量結果，我國水電資源理論蘊藏量年電量6.08萬億萬億千瓦時，理論蘊藏量裝機千瓦時，理論蘊藏量裝機6.94億千瓦；技術可開億千瓦；技術可開發裝機發裝機5.42億千瓦，技術可開發年電量億千瓦，技術可開發年電量2.47萬億萬億千瓦時；經濟可開發裝機千瓦時；經濟可開發裝機4.02億千瓦，經濟可開億千瓦，經濟可開發年電量發年電量1.7

5、5萬億千瓦時。萬億千瓦時。2. 我國水能資源的特點我國水能資源的特點雅魯藏布江雅魯藏布江地地 區區水能蘊藏量水能蘊藏量可能開發的水能資源可能開發的水能資源裝機容裝機容量量(MW)年發電年發電量億量億(kW.h/a)占全國占全國比重比重(%)裝機容量裝機容量(MW)年發電年發電量量(億億kW.h/a)占全國占全國比重比重(%)華北華北12299.31077.41.8691.98232.251.2東北東北12126.61062.31.81199.45383.912.0華東華東30048.82632.34.41790.22687.943.6中南中南64083.75613.89.56743.49297

6、3.6515.5西南西南47331241462.170.023234.3313050.3667.8西北西北841777373.912.54193.771904.939.9全全 國國67604759221.8100.037853.2419233.04100.0汛期70% 非汛期 v 三峽三峽(長江長江) 1820萬萬kW，溪落渡溪落渡(金沙江金沙江) 超過超過1000萬萬kW。雅魯藏布江下游的墨脫電站，計劃開鑿雅魯藏布江下游的墨脫電站，計劃開鑿35km長的隧洞，引水長的隧洞，引水2000m3/s以上，落差可超過以上，落差可超過2000m，電站裝機可達電站裝機可達4500萬萬kW。v大型電站，水頭

7、高、單機容量大，帶來很多技術大型電站，水頭高、單機容量大，帶來很多技術難題，且淹沒損失大，移民數量多。難題，且淹沒損失大，移民數量多。3. 我國水電開發狀況我國水電開發狀況 我國水電開發有三大特點：我國水電開發有三大特點： 1 1、成績很大。、成績很大。突出表現在以下三方面：突出表現在以下三方面：v水電裝機容量躍居世界第一水電裝機容量躍居世界第一。v水電建設技術已具世界水平。水電建設技術已具世界水平。v初步建立了適應市場經濟的、有中國特色的水初步建立了適應市場經濟的、有中國特色的水電開發和建設機制。電開發和建設機制。2. 困難不少困難不少v制約水電發展的五個問題制約水電發展的五個問題 生態環境

8、問題生態環境問題 上網電價上網電價 法律法規還不健全法律法規還不健全 移民問題移民問題 地震問題地震問題3. 機遇難得機遇難得: 2006年底全國水電總裝機容量達年底全國水電總裝機容量達1.29億億kWv截止到截止到2006年底，我國已建和在建的大中型水電年底，我國已建和在建的大中型水電站工程有站工程有220多座，其中裝機多座，其中裝機100萬萬kW以上的以上的25座；座；50萬萬kW以上的以上的40座，壩高在座，壩高在100m以上的大以上的大壩壩55座，建成總長度超過座，建成總長度超過500km的水工隧洞，裝的水工隧洞，裝機機10萬萬kW以上的地下廠房水電站以上的地下廠房水電站25座。座。v

9、在建與準備開工的水電工程包括：三峽、龍灘、在建與準備開工的水電工程包括：三峽、龍灘、小灣、公伯峽、泰安、桐柏、溪洛渡、向家壩、小灣、公伯峽、泰安、桐柏、溪洛渡、向家壩、瀑布溝、糯扎渡、錦屏一級、虎跳峽、白鶴灘、瀑布溝、糯扎渡、錦屏一級、虎跳峽、白鶴灘、錦屏二級、仙游、水布埡等。錦屏二級、仙游、水布埡等。v到到2006年底全國已建成小水電站年底全國已建成小水電站4萬多座，裝機容萬多座，裝機容量達到量達到5000萬萬kW，年發電量，年發電量1500億億kW.h（技術（技術可開發總小水電水能資源可開發總小水電水能資源8700萬萬kW，分布在全國，分布在全國1600多個山區縣）多個山區縣）v1984年

10、建設了一百個農村電氣化縣；年建設了一百個農村電氣化縣；1991年又建年又建設了二百個農村電氣化縣；設了二百個農村電氣化縣；“十五十五”期間再建設期間再建設三百個農村電氣化縣。三百個農村電氣化縣。v小水電主要建設省份包括：浙江、福建、云南、小水電主要建設省份包括：浙江、福建、云南、貴州、四川、廣東等。貴州、四川、廣東等。我國的能源概況與水電建設我國的能源概況與水電建設q能源結構能源結構：“煤為基礎、多元發展煤為基礎、多元發展”； 煤炭為主體、電力為中心，油氣、新能源全面展；煤炭為主體、電力為中心，油氣、新能源全面展；提高煤炭利用效率和清潔性。提高煤炭利用效率和清潔性。q需求預測需求預測：全面建設

11、小康社會：全面建設小康社會：2020年年GDP翻兩番，翻兩番，預測電力需求預測電力需求9.2億億kW，估計水電達，估計水電達2.3億億kW，每年需，每年需新增近千萬新增近千萬kW。q發展戰略發展戰略：“大力開發水電，優化發展煤電，積極推大力開發水電，優化發展煤電，積極推進核電，適度發展天然氣發電，鼓勵新能源發電進核電，適度發展天然氣發電，鼓勵新能源發電”（電（電力工業中長期發展規劃）。力工業中長期發展規劃）。4. 我國水電事業發展設想我國水電事業發展設想v第一步：第一步：20012010年。年。 這期間，三峽、龍灘、小灣、公伯峽、水布埡等這期間，三峽、龍灘、小灣、公伯峽、水布埡等一大批水電站將

12、建成發電。到一大批水電站將建成發電。到2010年，也就是中年，也就是中國開始水電建設國開始水電建設100年時，年時，水電裝機容量達到水電裝機容量達到1.4億千瓦億千瓦-1.5億千瓦，超過美國居世界第一，實現億千瓦，超過美國居世界第一，實現從資源第一大國到生產第一大國的轉變；從資源第一大國到生產第一大國的轉變；水電的水電的比例從比例從2000年的年的23%提高到提高到30%左右；左右； 第二步第二步 2011-2050年年v基本完成水電的開發、開發率達到基本完成水電的開發、開發率達到90%左右。這時左右。這時裝機約裝機約4.3億千瓦；以億千瓦；以3800萬萬kW的墨脫電站為代表的墨脫電站為代表的

13、十幾座的十幾座500萬萬kW以上的巨型電站基本開發完畢。以上的巨型電站基本開發完畢。v西電東送的規模超過西電東送的規模超過1.5億億kW；東中部受電區的抽；東中部受電區的抽水蓄能電站將得到大規模發展，大庫容的蓄能電站水蓄能電站將得到大規模發展，大庫容的蓄能電站建設、也為沿海風電的大量開發，創造有利條件。建設、也為沿海風電的大量開發，創造有利條件。v中國水電技術隨著建設達到世界領先水平。進一步中國水電技術隨著建設達到世界領先水平。進一步由生產數量上的水電第一大國變為真正的、全面的由生產數量上的水電第一大國變為真正的、全面的(包括數量、質量、科技、管理、效益各方面包括數量、質量、科技、管理、效益各

14、方面)水電水電第一大國。第一大國。三峽水利樞紐三峽水利樞紐三峽水利樞紐三峽水利樞紐 三峽工程采用三峽工程采用“一級開發，一次建成，分期蓄水，連續移民一級開發，一次建成，分期蓄水，連續移民”方案。大壩為混凝土重力壩，壩頂總長方案。大壩為混凝土重力壩，壩頂總長3035m，壩頂高程壩頂高程185m，正常蓄水位正常蓄水位175 m，總庫容總庫容393 億億m3，其中防洪庫容，其中防洪庫容221.5億億m3。裝機容量裝機容量1820萬萬kW，2670萬萬kW，年均發電量年均發電量849億度。泄億度。泄洪壩段每秒泄洪能力為洪壩段每秒泄洪能力為11萬萬m3/s，左岸通航建筑物，年單向通過左岸通航建筑物，年單

15、向通過能力能力500萬萬t。雙線五級船閘，可通過萬噸級船隊；單線一級垂直雙線五級船閘，可通過萬噸級船隊；單線一級垂直升船機，可快速通過升船機，可快速通過3000t級客貨輪。級客貨輪。 三峽工程竣工后，將發揮防洪、發電、航運、養殖、旅游、三峽工程竣工后，將發揮防洪、發電、航運、養殖、旅游、保護生態、凈化環境、開發性移民、南水北調、供水灌溉等十大保護生態、凈化環境、開發性移民、南水北調、供水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型電站都無法比擬的！效益，是世界上任何巨型電站都無法比擬的！ 三峽水利樞紐三峽水利樞紐v世界施工難度最大的水利工程。世界施工難度最大的水利工程。2000年砼澆筑量為年砼澆筑量為54

16、8.17萬立方米，月澆筑量最高達萬立方米，月澆筑量最高達55萬立方米。萬立方米。v施工期流量最大的水利工程。施工期流量最大的水利工程。三峽工程截流流量三峽工程截流流量9010立方米立方米/秒，施工導流最大洪峰流量秒，施工導流最大洪峰流量7.9萬立方米萬立方米/秒秒v世界泄洪能力最大的泄洪閘。世界泄洪能力最大的泄洪閘。最大泄洪能力最大泄洪能力10.25萬立萬立方米方米/秒。秒。v世界規模最大、難度最高的升船機。世界規模最大、難度最高的升船機。v世界水庫移民最多、世界水庫移民最多、工作量最為艱巨的移民建設工程工作量最為艱巨的移民建設工程三峽工程水庫動態移民最終可達三峽工程水庫動態移民最終可達113

17、萬萬。小浪底水利樞紐小浪底水利樞紐小浪底水利樞紐小浪底水利樞紐 小浪底水利樞紐位于河南省洛陽市以北小浪底水利樞紐位于河南省洛陽市以北40km的黃的黃河干流上，是以防洪為主，兼顧防凌、減淤、灌溉和河干流上，是以防洪為主，兼顧防凌、減淤、灌溉和發電綜合利用的一座特大型工程。工程由大壩、泄洪發電綜合利用的一座特大型工程。工程由大壩、泄洪建筑物及發電系統組成。大壩為粘土斜心墻堆石壩，建筑物及發電系統組成。大壩為粘土斜心墻堆石壩，壩頂長壩頂長1667m，最大壩高最大壩高154m，庫容庫容126.5億億m3，泄泄水建筑物包括集中布置的水建筑物包括集中布置的10座進水塔，座進水塔，9條泄洪排沙條泄洪排沙隧洞

18、、一個正常溢洪道和三個消力塘組成；發電系統隧洞、一個正常溢洪道和三個消力塘組成；發電系統由由6條引水隧洞和一座地下廠房、主變室、尾閘室及條引水隧洞和一座地下廠房、主變室、尾閘室及三條尾水洞組成?？傃b機容量三條尾水洞組成。總裝機容量630萬千瓦，多年平萬千瓦，多年平均發電量均發電量51億度。億度。新安江水電站新安江水電站新安江水電站新安江水電站 新安江水電站位于錢塘江支流新安江上，浙新安江水電站位于錢塘江支流新安江上，浙江省建德縣境內，由中國自己設計、施工，自制江省建德縣境內，由中國自己設計、施工，自制設備，自行安裝的第一座大型水電工程。電站以設備，自行安裝的第一座大型水電工程。電站以發電為主，

19、兼有防洪、灌溉、航運等綜合利用效發電為主，兼有防洪、灌溉、航運等綜合利用效益，電站裝機容量益，電站裝機容量662.5MW，保證出力保證出力178MW，多年平均年發電量多年平均年發電量18.6億億KWh，以以220KV和和110KV高壓輸電線路各高壓輸電線路各4回接入華東電力系統。大回接入華東電力系統。大壩為混凝土寬縫隙重力壩，最大壩高壩為混凝土寬縫隙重力壩，最大壩高105米。工程米。工程于于1957年年4月開工，月開工，1960年年4月第一臺機組發電，月第一臺機組發電，1978年最后一臺機組投運。年最后一臺機組投運。二灘水電站二灘水電站二灘水電站二灘水電站v 二灘工程是二十世紀建成的中國最大的

20、水電站?？傃b機容量二灘工程是二十世紀建成的中國最大的水電站。總裝機容量330萬萬kW，單機容量單機容量55萬萬kW，這在這在21世紀初三峽電站建成世紀初三峽電站建成之前，均列全之前，均列全 國第一，單機容量排世界前國第一，單機容量排世界前10位。位。 v 二灘拱壩壩高二灘拱壩壩高240m為中國第一高壩。在雙曲拱壩排行中，為中國第一高壩。在雙曲拱壩排行中，高度居亞洲第一、世界第三；承受總荷載高度居亞洲第一、世界第三；承受總荷載980萬萬t，列世界第列世界第一?？傂顾恳??？傂顾?2480m3/s，在高壩中為世界第一。在高壩中為世界第一。v 進水口高度為進水口高度為80m，調壓室高度調壓室高度7

21、0m，均居全國第一。均居全國第一。v 亞洲最大的地下廠房洞室群。由廠房、主變壓器室、尾水亞洲最大的地下廠房洞室群。由廠房、主變壓器室、尾水調壓室三大洞室及壓力管道、尾水管、尾水洞、母線洞、交調壓室三大洞室及壓力管道、尾水管、尾水洞、母線洞、交通洞、通風洞、排水洞（廊道）、進風豎井、排風豎井、電通洞、通風洞、排水洞（廊道）、進風豎井、排風豎井、電梯豎井、電纜斜井等組成龐大洞室群。地下洞室開挖量梯豎井、電纜斜井等組成龐大洞室群。地下洞室開挖量370萬萬m3。其中，廠房長其中，廠房長280m、寬寬25.5m、高高65m。四、水電站的基本類型四、水電站的基本類型 按調節能力分成： 無調節水電站、有調節

22、水電站 按水電站的組成建筑物及特征分為： 壩式、河床式、引水式電站(一)、壩式水電站 用壩集中水頭的水電站稱為壩式水電站， 其特點有：水頭取決于壩高。水頭取決于壩高。引用流量較大，電站的規模也大，水能利用較引用流量較大，電站的規模也大，水能利用較充分，綜合利用效益高。充分，綜合利用效益高。投資大，工期長。投資大，工期長。適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。庫的條件。 2.壩后式水電站壩后式水電站當水頭較大時，廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水。壩后式水電站一般修建在河流的中上游。庫容較大，調節性能好。如為土壩，可修建河岸式

23、電站。舉世矚目的三峽水電站就是壩后式水電站，其裝機容量為18 200MW。 壩后式水電站壩后式水電站壩后廠房壩后廠房 萬家寨壩后式水電站萬家寨壩后式水電站向家壩水電站向家壩水電站三峽水電站三峽水電站壩后廠房壩后廠房壩后廠房壩后廠房泄洪壩段泄洪壩段(二二)、河床式電站、河床式電站一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上，為避免大量淹沒，建低壩或閘。適用水頭：大中型：25米以下，小型：810米以下。廠房和擋水壩并排建在河床中，共同擋水，故廠房也有抗滑穩定問題；廠房高度取決于水頭的高低。引用流量大、水頭低。注：廠房本身起擋水作用是河床式電站的主要特征。河床式電站河床式電站河床式電站河床式電站河 床

24、廠 房河 床 廠 房富春江河床式電站富春江河床式電站泄 洪 閘泄 洪 閘葛州壩水電站葛州壩水電站河床廠房河床廠房河床廠房河床廠房開 關 站開 關 站船 閘船 閘泄 洪 閘泄 洪 閘( (三三) )、引水式水電站、引水式水電站用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站特點：水頭相對較高，目前最大水頭已達2000米以上。引用流量較小，沒有水庫調節徑流，水量利用率較低，綜合利用價值較差。電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價較低。適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區性河段。類型：1.無壓引水電站無壓引水電站 引水建筑物是無壓的: 渠道或無壓隧洞 主要建筑物：低壩，進水口，沉沙池，引

25、水渠(洞)，日調節池，壓力前池，壓力水管，廠房，尾水渠。無壓引水式水電站無壓引水式水電站 1-壩壩;2-進水口進水口;3-沉沙池沉沙池;4-引水渠道引水渠道;5日調節池日調節池;6-壓力前池壓力前池;7-壓力管道壓力管道;8-廠房廠房; 9-尾水渠尾水渠;10-配電所配電所;10-泄水道泄水道2. 有壓引水式電站有壓引水式電站v引水建筑物是有壓的： 壓力隧洞(pressure tunnel) v主要建筑物：低壩，有壓隧洞，調壓室，壓力水管，廠房，尾水渠。有壓引水式水電站石龍壩水電站石龍壩水電站云南昆明石龍壩云南昆明石龍壩水電站是我國大水電站是我國大陸的第一座水電陸的第一座水電站，其裝機容量站，

26、其裝機容量僅為僅為1440kW，1910年年7月開工月開工建設，建設，1912年年4月發電。月發電。(四四)、抽水蓄能電站、抽水蓄能電站v抽水蓄能：系統負荷低時，利用系統多余的電能帶動泵站機組將下庫的水抽到上庫(電動機+水泵)， 以水的勢能形式貯存起來；v放水發電：系統負荷高時，將上庫的水放下來推動水輪發電機組(水輪機+發電機)發電，以補充系統中電能的不足。 抽水蓄能電站示意圖抽水蓄能電站示意圖黑麋峰抽水蓄能電站黑麋峰抽水蓄能電站下水庫下水庫上水庫上水庫發電發電系統系統( (五五) )、潮汐電站、潮汐電站 v潮汐：潮汐現象是海水因受日月引力而產生的周期性升降運動，即海水的潮漲潮落。 v潮汐發電原理：利用潮水漲、落產生的水位差所具有勢能來發電的，也就是把海水漲、落潮的能量變為機械能，再把機械能轉變為電能（發電）的過程。潮汐發電原理法國朗斯潮汐電站法國朗斯潮汐電站1966年投入運行，是第一個商業化