第6讲 水力发电.

水力发电原理水力发电是一种利用水流动能转换成电能的发电方式。

它利用自然界的水资源，通过水流的动力驱动涡轮机转动，进而驱动发电机发电。

水力发电具有清洁、可再生、经济高效等优点，被广泛应用于世界各国的能源供应中。

水力发电的原理基于水力能和机械能的转换。

根据物理学原理，水在重力作用下从高处流向低处，利用这种水势能的转化过程，可以将水的能量转换为机械能，再通过发电机转换成电能。

下面将详细介绍水力发电的原理及其工作过程。

首先，水力发电需要有一定的水源，如水库、河流、湖泊等。

这些水源通过水闸或引水渠道将水引导到水轮机或涡轮机的水轮叶片上。

水轮叶片是水力发电装置的核心部分，它是由多个叶片组成的，类似于风力发电中的风轮。

当水通过水轮叶片时，叶片会对水的流动产生影响，从而使得水流受到水轮叶片的推动，使水轮机转动。

水轮机可以分为两种类型：压力式水轮机和流量式水轮机。

压力式水轮机是利用水流的压力能推动叶片转动，水流射到叶片上造成压力，使叶片受力产生转动。

而流量式水轮机则是利用水流的流量能推动叶片转动，水流冲击叶片后产生反作用力使叶片受力，从而转动水轮机。

水流进入水轮机后，通过水轮机的转动带动发电机发电。

发电机是水力发电装置中的核心部件，它是将水轮机的机械能转换成电能的装置。

发电机内部由磁场和线圈组成，当水轮机转动时，磁场与线圈之间产生相对运动，导致电磁感应现象的发生。

这样，机械能转化为电能，并通过电缆输送到变电站，最终投入到电网供电。

水力发电原理的关键是利用水流的能量转换为机械能，然后再通过发电机转换为电能。

水力发电的效率与水轮机和发电机的设计有关。

水轮机的设计应考虑水流的流速、水轮机叶片的形状和角度，以及水轮机的材料等因素。

发电机的设计则需要考虑转速和功率等参数。

这些设计原则将直接影响水力发电的效率和发电量。

总之，水力发电是一种利用水流动能转换成电能的发电方式。

它通过水力能和机械能的转换，将自然界的水资源转化为可再生的电能。

水力发电的介绍课件水力发电是通过水流驱动涡轮机来传递能量，进而产生电能的一种发电方式。

水力发电具有环保、可再生、安全性高等优点，同时还具有储能能力。

以下是水力发电的详细介绍。

一、水力发电的原理水力发电的核心是水轮机，当水进入水轮机的叶轮时，叶轮转动带动连接在轴上的发电机旋转，从而产生电流。

根据水轮机的类型和运转情况，水力发电可以分为以下几种类型：1.水轮机发电：利用自然水力落差带动水轮机进行发电，适用于山区和陡峭地区。

2.淹没式水轮机发电：在水库或河流上建造水轮机水口，利用水库或河流的水位差带动水轮进行发电，适用于中低海拔地区。

1.环保：水力发电不会产生污染物，对环境无害，有助于维护生态平衡。

同时水力发电不会产生废弃物和工业尘埃，减少了工业废物的排放量。

2.可再生：水力发电源源不断，是可再生的能源，不受气候和季节的影响。

在适当的条件下，水力发电可以持续供电。

3.储能能力：水库可以储存水力发电所需的水，需要时可立即放水发电，也可以通过泄洪发电，对电力系统的稳定性有很大作用。

4.安全性高：水力发电站在运行中没有火灾、爆炸、漏电等安全风险，且运行维护时的安全措施都较完善，利用水力发电的构筑物也比较稳定。

1.发电成本低：水力发电的设备比较稳定，不需要很高的运行和维护成本，加之水力发电可以长时间供电，所以单位成本比较低。

2.可调范围大：水库可以储存大量的水，放水发电时可以快速调节发电机负载，实现发电量的快速调整，适应不同负荷需求。

3.发电效率高：水力发电的效率比其它能源要高，高达80%。

传统化石燃料发电的效率只有30%-50%。

四、我国水力发电的现状我国水力发电的发展历程已有100多年，目前我国的水力发电已经发展到了一个较高的水平。

据2019年统计数据，我国的水力发电占总装机容量的31.8%，是我国电力行业中占比最高的能源，也是我国能源中最为清洁的一种。

未来，我国水力发电的发展方向是在提高水力发电效率和规模方面做文章，并将水电火电、风电、光电等多种能源组合在一起，形成一个功能更加完备、更加高效的电力体系。

水力发电的原理和优势水力发电的原理与流程高山上的雨水受重力作用而向下奔流，滔滔不绝，力量巨大，如果我们能想办法加以利用，这个巨大不息的力量，就可以为人类做许多工作。

水力发电的原理水力发电是利用河川、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，就是利用流水量及落差来转动水涡轮。

再藉水轮机为原动机，推动发电机产生电能。

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。

因水力发电厂所发出的电力其电压低，要输送到远距离的用户，必须将电压经过变压器提高后，再由架空输电路输送到用户集中区的变电所，再次降低为适合于家庭用户、工厂之用电设备之电压，并由配电线输电到各工厂及家庭用户。

水力发电依其开发功能及运转型式可分为惯常水力发电与抽蓄水力发电两种1.惯常水力发电流程惯常水力发电的流程为：河川的水经由拦水设施攫取后，经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂，当机组须运转发电时，打开主阀(类似家中水龙头之功能)，后开启导翼(实际控制输出力量的小水门)使水冲击水轮机，水轮机转动后带动发电机旋转，于发电机加入励磁后，发电机建立电压，并于断路器投入后开始将电力送至电力系统。

如果要调整发电机组的出力，可以调整导翼的开度增减水量来达成，发电后的水经由尾水路回到河道，供给下游的用水使用。

1.抽蓄式水力电厂抽蓄式水力电厂与惯常水力电厂不同，它的水流是双方向，设有上池及下池。

白天发电流程与惯常水力电厂相同，于夜间电力系统离峰时段，利用原有的发电机当作马达运转，带动水轮机将下池的水抽到上池。

如此循环利用，原则上发电后的水并不排掉。

1.1自然资源优势全球水电资源的蕴藏量十分可观，据有关最新资料统计，目前世界上已估算出的水电资源的理论蕴藏大约为40000~50000TWh/年，其中大约13000~14000TWh/年技术上具有开发的可行性。

水力发电基本概念知识1．大中小型小电站是如何划分的?按现行部标,装机容量小于50000kW的为小型;装机容量50000~250000kW的为中型;装机容量大于250000kW为大型.2．水力发电的基本原理是什么?水力发电就是利用水力(具有水头)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势能变成机械能,又变成电能的转"换过程.3．水力资源的开发方式和水电站的基本类型有哪几种?水力资源的开发方式是按照集中落差而选定,大致有三种基本方式:即堤坝式、引水式和混合式等.但这三种开发方式还要各适用一定的河段自然条件.按不同的开发方式修建起来的水电站,其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同,故水电站也随之而分为堤坝式、引水式和混合式三种基本类型.4．水利水电枢纽工程及相应农工住筑物按什么标准划分等级?应严格按照原水利电力部颁发的《水利水电枢纽工程等级划分及设计标准》SDJ12-78执行,按工程规模(水库总容积、电站装机容量)大小来划分等级.5、什么是流量、径流总量、多年平均流量?流量是指性单位时间内水流通过河流(或水工建筑物)过水断面的体积,以立方米/秒表示;径流总量是指在一个水文年内通过河流该断面水流总量之和,以104m3或108m3表示;多年平均流量是指河流断面按已有水文系列计算的多年流量平均值.6．小型水电站枢纽工程主要由哪几部分组成?主要由挡水建筑物(坝)、泄洪建筑物(溢洪道或闸)、引水建筑物(引水渠或隧洞,包括调压井)及电站厂房(包括尾水渠、升压站)四大部分组成.7．什么是径流式水电站?其特点是什么?无调节水库的电站称为径流式水电站.此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择.全年不能满负荷运行,在保证率为 80%.,一般仅达到180天左右的正常运行;枯水期发电量急剧下降,小于50%,有时甚至发不出电.即受河道天然流量的制约,而丰水期又有大量的弃水.8．何谓出力?怎样估算水电站的出力和计算水电站的发电量?在水电站(厂)中,水轮发电机组发出的电力功率称为出力,河川中某断面水流的出力则表示该段水能资源.所谓水流的出力就是单位时间内的水能.N=9．81ηQH式中,Q为流量(m3/S);H为水头(m);N为水电站出力(W);η为水轮发电机的效率系数.对于小型水电站出力近似公式为 N=(6．0~8．0)QH年发电量公式为E=N• F式中,N为平均出力;T为年利用小时数.9．什么是保证出力?有什么作用?水电站在较长时段工作中,该供水期所能发出的相应于设计保证率的平均出力,称作该水电站的保证出力.水电站的保证出力是一项重要指标,在轨幡巍怼啤笑桅痞兀?设计阶段是确定水电站装机的重要依据.10．什么是装机年利用小时?指水轮发电机组在年内平均满负荷运行的时间.它是衡量水电站经济效益的重要指标,小水电站年利用小时要求达到3000 小时以上. 11．什么是日调节、周调节、年调节和多年调节?日调节:是指一昼夜内进行的径流重新分配,即调节周期为24小时. 周调节:调节周期为一周(7天)的.年调节:对径流在一年内重新分配,当汛期洪水到来发生弃水,仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节,称不完全年调节(或季调节);能将年内来水完全按用水要求重新分配,又不需要弃水的径流调节称完全年调节.多年调节:当水库容积足够大的可把多年期间的多余水量存在水库中,然后以丰补欠,分配在若干枯水年才用的年调节,称多年调节. 12．什么是河流的落差和比降?所被利用河流段的两个断面水面的高程差称为落差;河源与河口两个断面水面的高程差称为总落差.单位长度的落差称为比降.13．什么是水电站设计保证率?年保证率?水电站的设计保证率是指在多年运行期间正常工作的时段数与总运行时段之比的百分率;年保证率指多年期间正常发电工作年数占运行总年数的百分比.14.什么是降水量、降水历时、降水强度、降水渺幡巍怼啤笑桅痞兀?、暴雨中心?降水量是为一定时段内降落在某一点或某一集而渺幡巍怼啤笑桅痞兀?上的总水量,以mm表示.降水历时是指降水的持续时间.降水强度是指单位渺幡巍怼啤笑桅痞兀?的降水量:以mm/h此表示. 降水渺幡巍怼啤笑桅痞兀?是指降水所笼罩的水平渺幡巍怼啤笑桅痞兀?,以 km2表示.暴雨中心是指暴雨集中的较小的局部区域.15．编制设计任务书的目的是什么?编制小型水电站设计任务书的目的是为了能够确定基本建设项目,并作为编制初步设计文件的依据.它是基本建设程序之一,也是主管部门进行宏观调控的手段之一.16．设计任务书的主要内容是什么?设计任务书的主要内容有八个方面:1)应包括流域轨幡巍怼啤笑桅痞兀?、可行性研究报告的全部内容.与初步设计也是一致的,仅在研究问题的深度上有所区别.(2)针对流域内建筑地段的工程地质及水文地质条件进行分析描述,可进行1/50万(1/20万或1/10万)地图的收集,只进行少量地勘工作.对划定设计方案区的地质条件,基岩可利用深度,河床覆盖层深度,及主要地质问题要弄清.(3)收集水文资料,并分析计算,选定主要水文参数.(4)测量工作.收集建筑区1/5万、l/1万地形图;施测坝址厂房区1/1000~l/500地形图.(5)进行水文、径流调节计算.各种水位、水头的选择与计算;近远期电力、电量平衡计算;装机容量,机组机型及电气主结线初步选择. (6)比较选定水工建筑物型式和枢纽布置,进行水力学、结构和稳定计算、工程量的计算.(7)经济评价分析、论证工程建设的必要性及经济合理性评价.(8)工程对环境影响评价、工程投资估算和工程实施计划.17、什么是工程投资概算?工程投资估算及工程预行?工程概算是以货币形式编制工程所需全部建设资金的技术经济文件.初步设计总概算则是初步设计文件的重要组成部分,是考核经济合理性的主要依据.经批准的总概算是国家承认基本建设投资重要指标,也是编制基本建设计划和招投标设计的依据.工程投资估算是在可研阶段做出的投资数.工程预算是在施工阶段做出的投资数.18．为什么要编制施工组织设计?施工组织设计是编制工程概算的主要依据之一,要按照所确定的施工方法、运输距离、施工方案等多种条件,对号查编单位工程估算表计算单价,是概算最基本的工作.19、施工组织设计的主要内容是什么?施工组织设计的主要内容是施工总平面布置、施工总进度、施工导流、截流方案、对外交通、建材来源、施工方案及施工方法等.20．现行水利水电基本建设工程有几个设计阶段?按水利部的要求,应该有流域轨幡巍怼啤笑桅痞兀?;项目建议书;可行性研究;初步设计;招标设计;施工图设计等六个阶段.21．水电站主要经济指标有哪些?(l)单位千瓦投资,是每千瓦装机需要的投资.(2)单位电能投资,是每千瓦时电量需要的投资.(3)电能成本,是每千瓦时电量支付的费用.(4)装机年利用小时数,是衡量水电站设备利用程度.(5)电能售价,是每千瓦时电量售给电网的价格.22．水电站主要经济指标如何计算?水电站主要经济指标按下列公式计算:单位千瓦投资=水电站建设总投资/水电站总装机容量单位电能投资=水电站建设总投资/水电站多年平均发电量装机年利用小时数=多年平均发电量/总装机容量。

水力发电水力发电(hydroelectric power) 是指利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含的位能转换成水轮机的动能，然后再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。

利用水力(具有水头)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。

因此，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。

科学家们依据水位落差的天然条件，有效地利用流体力学工程及机械物理等，使发电量达到最高，供人们使用既经济又无污染的电力。

水力发电的整个流程如下：1 水力发电特点水力发电主要有以下几个特点：(1) 发电成本低。

水力发电是利用河流所携带的水能，不需要再消耗其他的动力资源。

而且上一级水电站使用过的水流仍可为下一级水电站所利用，梯级电站的发即是这个道理。

另外，水电站的设备也比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低很多。

如果把消耗的燃料费用计算在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10至15倍。

因此，水力发电的成本较低，可以提供较经济的电能。

(2) 高效而灵活。

水力发电主要动力设备的水轮发电机组，不仅效率较高而且启动、操作比较灵活。

它可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行；在几秒钟内完成增减负荷的任务，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成能源损失。

因此，利用水电承担电力系统的调峰、调频、负荷备用和事故备用等任务，可以提高整个系统的经济效益。

(3) 工程效益的综合性。

水电工程是一项复杂的综合性工程，具有防洪、灌概、航运、给水以及旅游等多种功能。

水电站建设后，可能会出现泥沙齡积、良田、森林和文化古迹等被掩没，鱼类生活和繁衍被打乱等各种不利现象。

库区周围地下水位的大幅度提高会对周边的果树、作物的生长产生不良影响，建设大型水电站还可能影响流域的气候，导致干旱或洪错，甚至诱发地震、泥石流、滑坡等地质灾害。

水力发电的基本过程
水力发电是一种利用水的动能转化为电能的发电方式。

其基本过程如下：
水库水位调节：水力发电的第一步是通过水库调节水位，以确保水库中水位的稳定和水流的充足。

水流引导：将水从水库引导到水轮发电机组。

这通常是通过水坝和沟渠实现的。

水坝可以调节水流量和水流速度，以确保水流顺畅。

水轮发电机：水流经过水轮发电机，使水轮旋转，驱动发电机发电。

水轮发电机是将水的动能转化为电能的关键设备。

发电机：发电机是将机械能转化为电能的设备。

它将水轮发电机转动的机械能转化为电能。

输电系统：输电系统将发电机输出的电能输送到电网中。

电能可以通过变压器进行调整和传输，以满足不同地区的用电需求。

总之，水力发电是一种利用水的动能转化为电能的发电方式，其基本过程包括水库水位调节、水流引导、水轮发电机、发电机和输电系统。