可再生能源发电技术2-水力发电

可再生能源发电技术第二讲水力发电要点水能资源概述水力发电基本原理水电站的基本类型水电站的组成建筑物水电站厂房的分类和组成水电站动力设备水能利用历史悠久，运用广泛（动力）地球上有14亿km3水，97.4%为盐水（海洋），2.6%为淡水其中淡水中有3/4以冰的形式存在，余下的大部分为地下水和土壤水。仅有0.02%存在河流和湖泊中。1水能资源太阳辐射能的22%为水循环提供动力80%降雨回到海洋，20%到陆地水从陆地上流回海洋具有能量（机械能）水循环世界1/6的水资源在中国，其理论蕴藏量为6.94亿kW其中技术可开发装机容量5.42亿kW，经济可开发装机容量4.02亿kW,占全世界可开发水能资源总量的17.8%，居世界第一位2004年底发电总装机容量突破4亿kW。2004年9月26日，水电开发总装机容量已突破1亿kW，跃居世界第一。2009年水电总装机达1.9亿kW，2010年电力总装机9亿kW。2012年水电总装机2.49亿kW，电力总装机11.4亿kW。水电比重维持在22%左右而以技术可开发水电装机容量5.42亿kW为基数，中国目前水电资源开发程度不足50%（42.4%）中国水能资源资源总量丰富，但人均资源量较低；大电站装机容量比重大，中小电站数量多，分布广泛以电量计，人均资源量只有世界平均值的70%左右水电资源分布不均，与经济发展不匹配，需要西电东送水电资源量的78%集中在经济发展相对滞后的西部地区，而经济发达、人口集中的东部沿海11省市，仅占6%，用电量却占全国的51%江河来水量年内年际变化大，水电开发利用的难度较大，需要建设水库进行调节年径流最大与最小量的比值，长江、珠江、松花江为2～3倍，淮河达15倍，海河更达20倍之多集中在大江大河，便于战略性集中开发，但开发利用不足截至2012年底，全国水电开发量占可开发量的45.9%，低于国际上发达国家平均60~80%以上的开发程度我国水资源4大特点水系名称水能蕴藏量（亿千瓦）比例全国6.94100%长江2.7840%黄河0.436%珠江0.325%雅鲁藏布江及西藏其它河流1.6024%我国水能资源分布地区水能蕴藏量（亿千瓦）可开发容量（亿千瓦）比例华北0.120.0691.2%东北0.120.1202.0%华东0.300.1793.6%中南0.640.67415.5%西南4.732.32367.8%西北0.840.4199.9%全国6.763.79100%水电是清洁、廉价、可再生的绿色能源，当前唯一具备大规模开发条件的可再生能源。对水资源丰富的国家，开发水电是首选，发达国家的水电开发程度都很高24个国家依靠水电提供90%以上的电力，如巴西、挪威55个国家依靠水电提供50%以上的电力，如加拿大、瑞士、瑞典62个国家依靠水电提供40%以上的电力，如南美大部分国家发达国家的经济可开发水电资源已经基本开发完毕，平均开发程度在60%以上，如美国82%，日本84%，法国100%，意大利95%，加拿大65%目前的重点是更新改造，加大泄洪保安全、运行调度，生态保护和修复世界水电开发情况水电大国水电消费变化截断巫山云雨，高峡出平湖☆三峡水利枢纽☆三峡水利枢纽的位置：三峡水利枢纽是建立在三峡地区（西陵峡中部）的综合利用水利枢纽。坝址距离宜昌市区40km，距离葛洲坝水利枢纽38km。☆三峡水利枢纽☆☆三峡水利枢纽☆1、工程规模大:三大主体建筑物（拦河坝、水力发电厂、航运建筑物）都有世界规模。被公认为世界超级工程。2、效益显著：三峡工程具有综合效益（防洪、发电、航运、南水北调等）；效益显著，是治理长江和开发长江的主体工程。3、技术复杂：如长江截流、高边坡稳定、砼温度控制、高强度砼生产、大型水轮发电机组的制造安装等都是世界水平。☆三峡水利枢纽☆主要任务长江防洪☆三峡水利枢纽☆大坝泄洪☆三峡水利枢纽☆世界规模的船闸☆三峡水利枢纽☆最大效益水力发电三峡水电站大坝顶部高程185m，蓄水高程175m，水库长600余km，总投资954.6亿元，装机32台单机容量70万kW机组（其中左岸14台，右岸12台，右岸地下6台），另有厂备小水电站2台单机容量5万kW机组。总装机容量2250万kW，年发电量980亿kWh。三峡电厂内部☆三峡水利枢纽☆---长江流域规划及三峡工程经济效益三峡左岸电厂内部三峡电厂夜景☆三峡水利枢纽☆---长江流域规划及三峡工程经济效益三峡电厂中央控制室☆三峡水利枢纽☆----存在的问题1、水库搬迁问题，工程成败的关键，提出开发性移民新思路“建设一座电站，带动一方经济，改善一片环境，造福一批移民”2、生态环境问题，稀有动植物保护，清洁水源的保护3、对自然景观和人文景观的影响4、泥沙问题，蓄清排浑5、人防问题6、诱发地震问题7、水库岸坡稳定问题☆三峡水利枢纽☆----存在的问题光叶水青罔黄桷树及其树种化石稀有植物保护☆三峡水利枢纽☆----存在的问题库区清理漂浮物☆三峡水利枢纽☆----存在的问题文物保护挖掘☆三峡水利枢纽☆----存在的问题新滩滑坡水头H:上下游水位差流量Q:水轮机引用流量出力N=9.81QHη(kW),η是水轮机的效率2水力发电基本原理两个基本要素水电站建筑物：Q,H水轮机：N=9.81QHη，水能-旋转机械能发电机:旋转机械能-电能1－水库；2－进水建筑物；3－引水隧洞；4－调压室；5－压力钢管；6－发电机；7－水轮机；8－主阀；9－尾水渠水轮发电机组水电站系统系统图水力发电的生产过程☆水力发电的优点☆Hydropowerisfuelledbywater,soitisacleanandrenewablefuelsource.Hydropowerisgenerallyavailableasneeded;theflowofwaterthroughtheturbinescanbecontrolledtoproduceelectricityondemand,bestforthepeakdemand.Hydroelectricprojectshavealongusefullifeextendingover50years.Andthecostofgeneration,operationandmaintenanceoverlifetimeislow,andefficiencyishigh.Storagebasedhydroschemesoftenprovideattendantbenefitsofirrigation,floodcontrol,drinkingwatersupply,navigation,recreation,tourism,piscicultureetc.Thelocationinremoteregionsleadstothedevelopmentofbackwardareainland.按集中落差形成水头的措施分为坝式水电站：用坝集中落差河床式：厂房也起挡水作用引水式水电站：用引水道集中水头混合式水电站：同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差另外特殊水电站抽水蓄能电站：大规模储蓄能量，抽水-发电潮汐电站：利用潮汐能发电3水电站基本类型水电站的基本类型-坝式坝后式水电站厂坝分缝,厂房不起挡水作用坝后式水电站1－水轮机；2－导流墙；3－主阀；4－厂房；5－闸门；6－拦河坝；7－溢流坝；8－拦污栅；9－压力管道三峡水电站剖面图总装机2250万kW重力坝潘家口水电厂，1台15万kW常规机组，3台9万kW抽水蓄能机组。位于河北省迁西县滦河干流伊泰普水电站是目前世界第二大水电站，由巴西与巴拉圭共建，发电机组和发电量由两国均分。装有20台70万kW的水轮机发电机组，总装机1400万kW。伊泰普水电站位于巴西与巴拉圭之间的界河——巴拉那河（世界第五大河，年径流量7250亿立方米）上，伊瓜苏市北12公里处。水电站的基本类型-河床式河床式水电站1－桥式吊车；2－主厂房；3－发电机；4－水轮机；5－蜗壳；6－尾水管；7－水电站厂房；8－尾水导墙；9－闸门；10－工作桥；11－溢流坝；12－拦河坝；13－闸墩河床式水电站厂房是挡水建筑物一部分河床式水电站坝后式水电站葛洲坝水电站最大水头27m，最小水头8.3m，设计水头18.6m,2×17万kW和19×12.5万kW,共装机21台，总271.5万千瓦，年平均发电量为141亿度位于湖北宜昌市浙江桐庐富春江水电站，装有4台6万kW和1台5.72万kW的水轮发电机，总装机29.72万kW。上游是新安江水电站广西横县郁江上的西津水电站，总装机23.44万kW，其中2台单机容量为6万kW，2台单机容量为5.72kW。电站保证出力4.65万kW，多年平均发电量为109.91kWh，兼有灌溉和航运功能。湖北宜都清江高坝洲水电站，装有3台8.4万kW的轴流式机组，总装机25.2万kW，年发电量8.98亿kWh。水电站的基本类型-引水式无压引水式水电站1－拦河坝；2－溢流坝；3－进水闸；4－引水渠道；5－压力前池；6－日调节池；7－压力钢管；8－厂房；9－泄水道；10－开关站；11－尾水渠无压引水式水电站无压引水式水电站有压引水式水电站水电站的基本类型-引水式有压引水道式西南地区大型水电站大多是引水式水电站水电站的基本类型-混合式同时采用筑坝和有压引水道共同集中落差的开发方式称为混合式开发。坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一部分落差，形成了电站的总水头混合式水电站和引水式水电站之间没有明确的分界线，在工程实际中常将具有一定长度引水建筑物的混合式水电站统称为引水式水电站，而较少采用混合式水电站这个名称混合式水电站示意图1－水库；2－引水隧洞；3－压力管道；4－厂房拱坝土石坝水电站的基本类型-抽水蓄能电站以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能的一种特殊形式的水力发电站。抽水蓄能电站兼备抽水和发电两类设施。电力系统负荷低谷或丰水期，吸收低谷电能，将电能以位能型式储存起来；电力系统负荷高峰或枯水期，将位能转化为电能，向系统提供峰荷电能。作用：保证系统稳定安全；调峰、调频、事故备用等；特点：水头高、容量大、多为地下式、双向水流；在负荷中心附近。抽水蓄能电站示意图广州抽水蓄能电站8×30万KW广州抽水蓄能电站8×30万KW天荒坪抽水蓄能电站6×30万KW羊卓雍湖抽水蓄能电站4×2.25万KW,840m水头水电站的基本类型-潮汐电站利用潮汐能发电多修建于海湾其工作原理是修建海堤，将海湾与海洋隔开，并设泄水闸和电站厂房，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水流经水轮机，通过水轮机的转动带动发电机组发电。涨潮时外海水位高于内库水位，形成水头，这时引海水入湾发电；退潮时外海水位下降，低于内库水位，可放库中的水入海发电。海潮每昼夜涨落两次，因此海湾每昼夜充水和放水也是两次。潮汐水电站可利用的水头为潮差的一部分，水头较小，但引用的海水流量可以很大，是一种低水头大流量的水电站潮汐水电站布置示意图1－挡水坝；2－电站厂房法国朗斯电站波浪能发电洋流发电挡水建筑物用以拦截河流，集中落差，形成水库的拦河坝、闸或河床式水电站的厂房等水工建筑物。如混凝土重力坝、拱坝、土石坝、堆石坝及拦河闸等。泄水建筑物用以宣泄洪水，供下游用水，放空水库的建筑物。如开敞式河岸溢洪道、溢流坝、泄洪洞及放水底孔等。4水电站的组成建筑物进水建筑物用以从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。如有压、无压进水口等。引水建筑物用以集中水头，输送流量到水轮发电机组或将发电后的水排往下游河道的建筑物。如渠道、隧洞、压力管道、尾水渠等。平水建筑物用以平稳由于水电站负荷变化在引水或尾水系统中引起的流量及压力的变化，保证水电站调节稳定的建筑物。如有压引水式水电站的调压塔或调压井，无压引水式水电站渠道末端的压力前池。厂区枢纽建筑物水电站厂区枢纽建筑物主要是指水电站的主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、交通道路及尾水渠