水力发电站原理

今天这一期我们来讨论有关水力发电站的知识。水力发电是我们国家的主要发电形式之一，在我国的能源结构中占有极其重要的地位。今年的5月31日，我们的白鹤滩水电站工程大坝全线浇筑到顶，该水电站的建设进入了全新的阶段。白鹤滩水电站是属于坝式水电站，也是混流式水电站，它们分别是什么意思，我们这一期就来讲讲，我们来水力发电的原理是什么？主要种类有哪些?再简单说下白鹤滩水电站。

上图是一个典型的坝式反击式水轮机水力发电站示意图（图一）

为了更好的说明这些问题，我们先来看一个河流的简图（图二）：

我们看到，实际的河流的水肯定是从高处往低处流的。那是因为河道有高差，比如上图的abc三点分别依次的高差为100m。如果不加利用，水体的势能就白白的浪费在水的自然流动中了。所以，我们可以在bc处或者其它合适的位置设置水电站来发利用。

一：水力发电站的原理：

水力发电是利用水体的重力势能（位能）转化为电能的一种发电形式。

我们来写一下水力发电的简单的公式：P=9.81QHη

其中:

P=等于水轮机的出力，9.81这个是常数，Q就是水的流量，H就是高差，水力学中叫做水头。η是水轮机的效率。

我们来看，水力发电要有水有高差。有水不是废话，是说水越多越好，水越多发电量越大。还要有高差，高差越大，重力势能越大，发电量越大。

我们来计算一下，假设这个河流水的流量是1m?/s，ab两点水头高度是100米。那么它的年发电量是多少？     P=9.81*100*1*0.95=931.95KW*24=22366.8KWH*365=8163822kwh。

二、水力发电的主要种类：

根据开发 获取水头的方式不同，水力发电可以分为如下几种类型。

1：引水式水电站：引水式电站是利用人工水渠，将水流引到较远的与下游河道有较大落差的地方，在那里修建电站，利用水流落差发电。（示意图图三）

因为自然河道他的坡度陡（或者我们选取坡度陡的河段）。比如他有10%的坡度，河道长度有10000米的时候，自然落差将会有1000米。我们修建一个坡度只有千分之三的水渠过去，损失的落差只有30米，将会提供970米的水头可以加以利用。

这种电站往是流量较少，高差较大，经常采用冲击式水轮机发电。（示意图四）

这种电站包括有拦水设施，有引流渠道，包括明渠和隧道，有压力前池，压力管道，厂房等。

2：坝式水电站，比如我们的白鹤滩水力发电站就是堤坝式水力发电站。它是通过建设水坝来提高水头，获取水体的重力势能来发电的一种发电形式。（示意图五）

这种电站往往是水头较底，但是流量较大，经常采用反击式水轮机发电。（示意图六）

这种水电站可以把厂房设置在坝体内部，也可以设置在坝体不远处。

3：混合式水电，混合式其实就是上面两种的结合，两种都有。

4：还有潮汐电站，抽水蓄能等。潮汐发电应用相对来说还是比较少，抽水蓄能其实是能量的再利用。

其实根据不同的分类方法，还可以分成不同的类型，这里就不讨论了。

三：白鹤滩水电站

要说白鹤滩水电站可说的东西有很多，我们就着前面说的知识大概说一下。

1：白鹤滩水电站是金沙江水电梯级开发的一部分，还有其它的电站。什么交梯级开发，我们回到图二

我们可以在b点设置一个水电站，因为ab段有高差，又可以在c点设置水电站，因为bc段也有高差，是吧。其实，只要河流足够长，我们就可以设置很多水电站。看起来就像一阶一阶的，一梯一梯的。这就叫梯级开发。

2:它是属于坝式电站，它的发电厂房位于坝体内部，

3：它是利用的是混流式水轮机（反击式的一种），单台出力达到100万千瓦。我们可以简单的认为它一个机组一小时可以发一百万度电，它有16台机组。我们算下一年可以发多少度电：100万*24*365*16=1401.6亿度电。实际上是不可能的啊，因为它不可能每分每秒都满负荷运行。主要是受到水量、机组检修等各方面因素的影响，它的多年平均发电量是602.4亿度。

4：它的设计水头是202米。

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