水力发电概述

水力发电概述

刘德川 王明浩 王圣源

华北理工大学 电气工程学院 063210

摘 要 由于煤炭、火油、天然气等传统可燃能源的日益耗尽,水力资源的发展逐渐得到了人类的关注。水力发电原理是利用下行河川、湖泊等水流的势能转换成水轮机组的动能,然后使发电机产出电能。水力发电在某种意义上是水的势能变成机械能,又变成电能的过程。经过调整适合于人民百姓、工场之用电设备用电,利用配电线输电到工场及个人。

关键词 水力发电 ；水力 ；能量转换 ；电能 ；设备

Abstract

Due to the depletion of traditional combustible energy sources such as coal, kerosene and natural gas, the development of hydraulic resources has gradually attracted human attention. The principle of hydroelectric power generation is to use the potential energy of downstream rivers and lakes to convert into the kinetic energy of hydro-generator, and then make the generator produce electric energy. In a sense, hydropower is a process in which the potential energy of water turns into mechanical energy and electrical energy. After adjustment, it is suitable for people and workshops to use electricity, which is transmitted to workshops and inpiduals through distribution lines.

Keywords waterpower；hydrauilic power；energy transformation；electrical energy；equipment

1.1 水力

1.1.1 定义

水力,地球中的水体在流动过程中产生的能量,又指水体动能、势能和压力能等资源。人类可以直接利用水,还能将其作为能量的载体。太阳可以引导地球上水循环,使之不断进行。这其中地表水的流动对循环很重要,在高度差、水流量大的地方,水能充足。因为矿物燃料的减少,水力变得更重要。川流、潮汐、波涛以及涌浪等河流海洋活动都可以用来产能。有些还能用于浇灌。

1.1.2 分类

水(water resources)可以定义为一定量的人类长期存在、生活和发展所需的水量,分为广义和狭义。广义是指地球水体；狭义的水指母星上的淡水资源，关乎人类生存发展。本文中的水仅限于狭义。

2.1水力发电

2.1.1定义

水力发电是指通过水流高处向下流动所转化势能而产生的动能传递给水轮机组,再以水轮机组带动发电机产生电能。因发电厂所输出的电力电压较低,要进行远距离搬运,须通过变压器增幅电压,再由空中的输电线到用户聚集地的变电所,之后降幅电压并输电到各工场及个人。基本任务:水力发电的目的就是要汇聚利用这种被无意义使用的水力,以转变成生产生活中的电能。

2.2 水力发电站的组成

(1)水工建筑物:一般俗称大坝,由挡水制造物、引水制造物、输水制造物、泄水制造物等组成。

(2)厂房:支撑和维持机电设备正常运行的主要制造物。

(3)发电系统:它是指水力发电电站内生产电能的设备,并完成能量转化和传递的任务。这些机器在水力发电电站生产传输电能过程中的作用划分,又可分为下述四大系统:

①主机设备体系。包括水轮机组及相应的出入水设备组成。

②辅助设备体系。包括水力发电站的油、水、气系统,主阀或快速闸门及其操作设备等。

③电气一次体系。由发电机、发电机引出线、发电机电压配电器、主变压器、厂用变压器、高低压电气设施及各种母线、电力电缆等线缆组成。

④电气二次体系。有发电机同期装置、励磁体系、调速体系(电气部分)、维持体系、直流体系、监控、监测系统、自动及远动装置等。

2.3 水力发电电站的工作原理

2.3.1 能量的转化

能量在发电过程的变化为:水机械能→轮机组机械能→电能。能量转换图如图2.1所示:

图2.1 能量转换图

2.3.2 基本原理

水力发电的基本原理就是利用水的重量与水流的冲击力推动水轮机组,然后水轮机组带动发电机发电,最后通过变电和输配电设备,将电能输送到电网或直接供用户使用。如图2.2所示:

图2.2 发电原理图

2.4 水力发电电站的开发方式

2.4.1 堤坝式水力发电电站

坝式水力发电电站水库的综合效益高,可同时满足防洪、发电、供水等各种各样的要求。缺点:经费开销大,作成时间长,工程影响范围大。堤坝式水力发电电站分为两种:

(1)河床式水力发电电站:①一般营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。②适用水头:大中型:24米以下,小型:7~9米以下。适用于低水头的水力发电电站。③厂房和挡水坝挨着建在河床中,一起挡水,为挡水制造物的一部分,故厂房也会产生摩擦力不足不够稳固的问题;④厂房高度跟水头高度有一定关系。⑤引用流量大、水头低。其中代表水为葛洲坝水力发电电站。如图2.3所示图2.3河床式水力发电电站平面图

图2.3 河床式水力发电电站平面图

(2)坝后式水力发电电站:①通过将厂房建造在坝后来防止被破坏，由大坝来承受压力。厂坝之间设置凹槽,使厂房不受到水头。坝后式水力发电电站一般修建在河流的中上游,库容较充足,易调节。②三峡水力发电站就是典型的坝后式水力发电电站,它的装机容量已经达到了18200MW。如图2.4所示:

图2.4 坝后式水力发电电站平面图

2.4.2 引水式水力发电电站(persion type power station)

首先在高海拔的河坡上造坝取水,当人工引水到河段下游时,汇聚落差,再经压力管道引水到水轮机组进行发电。用引水道集结水头的电站称为引水式水力发电电站。优点:(1)水头相对较高,目前最大水头已达1900多米。(2)电站存储很小,基本无水库淹没损失,工程量较小,单位经费开销较低。缺点: 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。类型:无压引水式(free flow);有压引水式(pressure flow)。

(1)有压引水式电站:①引水建筑物是有压力的:压力隧洞(pressure tunnel)②主要建筑物:低坝,引水隧洞(有压),调压室,压力水管,厂房,尾水渠。如图2.5所示:

图2.5 有压引水式水力发电电站

(2)无压引水式电站:①引水建筑物是无压力的:明渠(open channel)、无压隧洞(free flow tunnel)②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。如图2.6所示:

图2.6 无压引水式电站

参考文献

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