水力發電的原理及分類

2024年2月22日發(作者：幼兒園學期工作總結)

水力發電的原理及分類

水力發電

水力發電(hydroelectric power)是指利用河流、湖泊等位于高處具有位能的水流至低處，將其中所含的位能轉換成水輪機的動能，然后再以水輪機為原動力，推動發電機產生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉動，將水能轉變為機械能，如果在水輪機上接上發電機，隨著水輪機轉動便可發出電來，這時機械能又轉變為電能。因此，水力發電在某種意義上講是水的位能轉變成機械能，再轉變成電能的過程。科學家們依據水位落差的天然條件，有效地利用流體力學工程及機械物理等，使發電量達到最高，供人們使用既經濟又無污染的電力。水力發電的整個流程如下:

1水力發電特點

水力發電主要有以下幾個特點:

(1)發電成本低。水力發電是利用河流所攜帶的水能，不需要再消耗其他的動力資源。而且上一級水電站使用過的水流仍可為下一級水電站所利用，梯級電站的

發即是這個道理。另外，水電站的設備也比較簡單，其檢修、維護費用也較同容量的火電廠低很多。如果把消耗的燃料費用計算在內，火電廠的年運行費用約為同容量水電站的10至15倍。因此，水力發電的成本較低，可以提供較經濟的電能。

(2)高效而靈活。水力發電主要動力設備的水輪發電機組，不僅效率較高而且啟動、操作比較靈活。它可以在幾分鐘內從靜止狀態迅速啟動投入運行;在幾秒鐘內完成增減負荷的任務，適應電力負荷變化的需要，而且不會造成能源損失。因

此，利用水電承擔電力系統的調峰、調頻、負荷備用和事故備用等任務，可以提高整個系統的經濟效益。

(3)工程效益的綜合性。水電工程是一項復雜的綜合性工程，具有防洪、灌概、航運、給水以及旅游等多種功能。水電站建設后，可能會出現泥沙齡積、良田、森林和文化古跡等被掩沒，魚類生活和繁衍被打亂等各種不利現象。庫區周圍地下水位的大幅度提高會對周邊的果樹、作物的生長產生不良影響，建設大型水電站還可能影響流域的氣候，導致干旱或洪錯，甚至誘發地震、泥石流、滑坡等地質災害。因此興建大型水電站必須對現體、瑣肩及兩岸巖石的抗震能力進行研究和模擬試驗，予以充分論證。這些都是水電開發所要研究的問題。

(4) 一次性投資大。興建水電站 支較大，除了購買大量的土石方和混凝土外，而且會造成相當大的淹沒損失，須支付巨額的移民安置費用。工期也較火電廠建設長，影響建設資金周轉。即使由各受益部門分攤水利工程的部分投資，水電的單位千瓦投資也比火電高出很多。但在以后運行中，年運行費的節省逐年抵

償。最大允許抵償年限與國家的發展水平和能源政策有關。抵償年限小于允許值則認為增加水電站的裝機容量是合理的。

2水電站的分類

水電站是一項綜合性工程，修建方式多樣，具有發電、防洪、調峰等多種功能，因此水電站的分類方式也有很多，主要有以下幾種分類方法。根據水電站利用水源的性質，可以分為三類:?常規水電站，即利用天然的河流、湖泊等水能發電;?抽水蓄能電站，利用電網中負荷低估時多余的電力，將地勢低處的水抽到高處的水庫中儲存起來，等遇到電網負荷高峰時放水發電，從而滿足電網調峰等電力負荷的需要;?潮汝電站，即利用海潮漲落所形成的潮沙能發電。按照水電站對天然水流的利用方式和調節能力，可以分為徑流式水電站和蓄水式水電站。前者沒有水庫或庫容很小，對天然水量沒有調節能力或調節能力很小;后者設有一定庫容的水庫，對

天然水流具有不同的調節能力。在水電站工程建設中，水電站的分類還經常釆用以下方法。按照水電站的 發方式，即按集中水頭的手段和水電站的工程布置，可以分為現式水電站、引水式水電站和項一弓I水混合式水電站三種基本類型。這是工程建設中最通用的分類方法。按水電站利用水頭的大小，可以分為高水頭、中水頭和低水頭水電站。世界上對水頭的具體劃分沒有統一的規定。有的國家將水頭低于15m作為低水頭水電站，15-70m作為中水頭水電站，71-250m作為高水頭水電站，大于250m作為特高水頭水電站。我國通常定義為大于70m為高水頭水電站，低于30rn為低水頭水電站，30?70rn為中水頭水電站。這一分類標準與水電站主要建筑物的等級劃分和水輪發電機組的分類適用范圍，均較適應。按照水電站裝機容量的大小，水電站可以分為大型、中型和小型水電站。這也是評價水電站發電能力大小最常使用的依據。各國一般把裝機容量5000kW以下的水電站定為小水電站，5000?10萬kW為中型水電站，10萬?100萬kW為大型水電站，超過100萬kW的為巨型水電站。根據DL5180-2003《水電樞紐工程等級劃分及設計安全標準》的規定，水電站工程等別根據其在國民經濟建設中的重要性，中國按照庫容和裝機容量劃分為五等。按裝機容量劃分標準為:大(1)型水電站:>120萬kW;大(2)型水電站:120萬kW-30萬kW;中型水電站:30萬kW-5萬kW;小(1)型水電站:5萬kW-1萬kW;小(2)型水電站:<1 萬 kW。

3水力發電的優缺點

水力發電的優點很多，主要有以下幾個方面。水能資源方面，水能是一種取之不盡、用之不竭的可再生的清潔能源。水能資源的利用不需要其他任何動力資源，利用水能的天然位差，水能從高處流至低處就可以將位能轉換為動能，進而轉換為電能，完成水能的一次發電。流入江海的水資源通過蒸發、降雨等重新匯入河流，使得水能可以年復一年地循環使用。而且水電能源在生產運行中，不消耗燃料，不排泄有害物質，其對環境的影響遠比火力發電低得多，是綠色能源。在發電方面，

水力發電運行成本較低，發電效率較高，而且調控能力較強，可以根據市場需要進行發電。水力發電需要的操作、管理人員少，大大節約了人力資本。水電工程是一項綜合性的工程，同時具有控制洪水泛濫、提供灌溉用水、改善河流航運等多種功能，有些相關工程還可以改善當地的交通、促進經濟發展，特別是可以發展旅游業和水產養殖。水力發電也有缺點:(1)生態破壞。水電站的修建，會占用大量的土地，破壞動植物的生存環境，迫使動物遷移;大瑣建成后，水流對河道的侵燭加劇;特大型水電站的建立還會影響局部小氣候。(2)移民安置困難。水電站建設會俺沒大量的土地、村莊，產生一大批移民，他們的安

置及恢復生產比較困難。解決移民住房問題需要建設大量的基礎設施，還要保證移民的基本生活，并幫助恢復他們生產，這都給水電建設帶來一定的困難;(3)用電需求不能保證。在降水季節變化大的地區，多雨季節發電量多，多余的電力輸送不出去就會造成浪費，而少雨季節發電量較少，甚至無法發電，又無法保證人們基本的用電需求。