水力发电主要特点

水力发电原理及特点把天然水流蕴藏的力学能转换成电能的发电方式。是水能利用的主要形式。天然水流所蕴藏的力学能称为水力资源，是人类 可以利用的重要能源之一。在自然状态下，河川水流的这种潜在能量以克服摩擦、冲刷河床、挟 带泥沙等形式消耗掉。兴建水电站可利用这部分能量。1878年在德国建成世界 上第一座水电站。此后，1880年制成了冲击式水轮机，1918年制成了轴流式转桨水轮机， 1957年制成了斜流式水轮机，并开始出现可逆式抽水蓄能机组。尤其是在第二 次世界大战以后，随着机械制造业和超高压输电技术的发展，世界各国的水力 资源得到大力开发。80年代最大的水轮发电机的单机容量已超过了 70万千瓦， 最大的水电站装机容量已达1050万千瓦。由于天然水流有着明显的季节性，而大量的电能又是无法贮存的，因此， 开发河川水电一般都必须首先把天然河川水流的潜在能量蓄集起来，然后再根 据用电需要对其进行时间上的再分配。另外，也只有把河川水流的能量蓄集起 来，才便于完成水能到电能的集中转换，如图所示。河面上A、B两点的水位差H称为河段IU的落差。如在U断面附近筑坝拦水并 兴建电站，则IU河段的落差就被集中到电站附近。这一集中的落差称为水电站的水头，其物理意义为电站上、下游单位质量 水体的势能差。它由河川水流的动能转换而来。通过压力水管向水轮发电机组 供水，水轮机接收水流的能量并将其转变成自身旋转的机械能，然后再带动发电 机旋转，完成力学能到电能的转换。当供水量为Q米3/秒），水的密度为p=1000千克/米3,考虑到102千克 力米/秒=1千瓦，则水轮发电机组的输入功率为：Nh=9.81QH （千瓦）。由于在整个能量转换过程中不可避免地存在着各种能量 损失，因此水电站的输出功率N最后可按下式估算：N=9.81QHn （千瓦）attachment=14313上式称为水力发电或水能利用基本方程式。式中n为水力发电的效率。大 型水电站n高达90%以上。b水力发电有如下特点：/b 能源的再生性。由于水流按照一定的水文周期不断循环，从不间断，因 此水力资源是一种再生能源。所以水力发电的能源供应只有丰水年份和枯水年份的差别，而不会出现能 源枯竭问题。但当遇到特别的枯水年份，水电站的正常供电可能会因能源供应不 足而遭到破坏，出力大为降低。 发电成本低。水力发电只是利用水流所携带的能量，无需再消耗其他动 力资源。而且上一级电站使用过的水流仍可为下一级电站利用。另外，由于水 电站的设备比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低得多。如计及 燃料消耗在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10倍至15倍。因此 水力发电的成本较低，可以提供廉价的电能。 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。 工程效益的综合性。由于筑坝拦水形成了水面辽阔的人工湖泊，控制了 水流，因此兴建水电站一般都兼有防洪、灌溉、航运、给水以及旅游等多种效益，。另一方面，建设水电站后，也可能出现泥沙淤积，淹没良田、森林和古迹 等文化设施,库区附近可能造成疾病传染，建设大坝还可能影响鱼类的生活和繁 衍，库区周围地下水位大大提高会对其边缘的果树、作物生长产生不良影响。 大型水电站建设还可能影响流域的气候，导致干旱或洪水。特别是大型水库有 诱发地震的可能。因此在地震活动地区兴建大型水电站必须对坝体、坝肩及两 岸岩石的抗震能力进行研究和模拟试验，予以充分论证。这些都是水电开发所 要研究的问题。 一次性投资大。兴建水电站土石方和混凝土工程巨大；而且会造成相当 大的淹没损失，须支付巨额移民安置费用;工期也较火电厂建设为长，影响建设资 金周转。即使由各受益部门分摊水利工程的部分投资，水电的单位千瓦投资也 比火电高出很多。但在以后运行中，年运行费的节省逐年抵偿。最大允许抵偿 年限与国家的发展水平和能源政策有关。抵偿年限小于允许值则认为增加水电 站的装机容量是合理的。