水電站開發(fā)方式及布置形式詳解

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 要發(fā)電必須有流量和水頭，關(guān)鍵是形成水頭。 

要充分利用河流的水能資源，首先要使水電站的上、下游形成一定的落差，構(gòu)成發(fā)電水頭。因此就開發(fā)河流水能的水電站而言，按其集中水頭的方式不同分為壩式、引水式和混合式三種基本方式。 

另外，抽水蓄能電站和潮汐電站也是水能利用的重要型式。

一、壩式水電站

(一) 壩式水電站特點(diǎn)

(1) 壩式水電站的水頭取決于壩高。目前壩式水電站的最大水頭不超過300m。             

(2) 壩式水電站的引用流量較大，電站的規(guī)模也大，水能利用較充分。(由于筑壩，上游形成的水庫，可以用來調(diào)節(jié)流量）目前世界上裝機(jī)容量超過2 000MW的巨型水電站大都是壩式水電站。此外壩式水電站水庫的綜合利用效益高，可同時(shí)滿足防洪、發(fā)電、供水等興利要求。 

(3) 壩式水電站的投資大，工期長。原因：工程規(guī)模大，水庫造成的淹沒范圍大，遷移人口多。 

適用：河道坡降較緩，流量較大，并有筑壩建庫的條件。

(二) 壩式水電站的形式

1．河床式電站(power station in river channel) 

①一般修建在河道中下游河道縱坡平緩的河段上，為避免大量淹沒，建低壩或閘。

②適用水頭：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。適用于較低水頭的水電站 。

③廠房和擋水壩并排建在河床中，共同擋水，使之成為擋水建筑物的一部分，故廠房也有抗滑穩(wěn)定問題；

注：廠房本身起擋水作用是河床式水電站的主要特征 

④廠房高度取決于水頭的高低。

⑤引用流量大、水頭低。 

主要包括：擋水壩、泄水壩、廠房、船閘、魚道等。

▲葛洲壩水電站

2．壩后式水電站(power staion at dam toe) 

①當(dāng)水頭較大時(shí)，廠房本身抵抗不了水的推力，將廠房移到壩后，由大壩擋水。廠壩之間設(shè)置沉陷縫，是兩者之間互不傳力，廠房不承受水頭。——壩后式水電站一般修建在河流的中上游。——庫容較大，調(diào)節(jié)性能好。 

②如為土壩，可修建河岸式電站。 

③舉世矚目的三峽水電站就是壩后式水電站，其裝機(jī)容量為18200MW。

▲三峽水電站

二、引水式水電站(diversion type power station)

在河流坡降陡的河段上筑一低壩(或無壩)取水，通過人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再經(jīng)壓力管道引水到水輪機(jī)進(jìn)行發(fā)電。用引水道集中水頭的電站稱為引水式水電站。

特點(diǎn)：

(1) 水頭相對(duì)較高，目前最大水頭已達(dá)2000米以上。 

(2) 引用流量較小，沒有水庫調(diào)節(jié)徑流，水量利用率較低，綜合利用價(jià)值較差。

(3) 電站庫容很小，基本無水庫淹沒損失，工程量較小，單位造價(jià)較低。 

類型：

(1) 無壓引水式(free flow)：引水道是無壓的(如明渠) 

(2) 有壓引水式(pressure flow)：引水道是有壓的(壓力隧洞) 

適用條件：適合河道坡降較陡，流量較小的山區(qū)性河段。

1． 無壓引水式電站 

①引水建筑物是無壓的：明渠(open channel)、無壓隧洞(free flow tunnel) 

②主要建筑物：低壩，進(jìn)水口，沉沙池，引水渠(洞)，日調(diào)節(jié)池，壓力前池，壓力水管，廠房，尾水渠。

▲無壓引水式水電站

2．有壓引水式電站 

①引水建筑物是有壓的：壓力隧洞(pressure tunnel) 

②主要建筑物：低壩，引水隧洞(有壓)，調(diào)壓室，壓力水管，廠房，尾水渠。

▲有壓引水式水電站

三、混合式水電站(mixed power plant)

●在一個(gè)河段上，同時(shí)采用高壩和有壓引水道共同集中落差的開發(fā)方式稱為混合式開發(fā)。壩集中一部分落差后，再通過有壓引水道集中壩后河段上另一部分落差，形成了電站的總水頭。這種開發(fā)方式的水電站稱為混合式水電站。 

●適用于上游有優(yōu)良?jí)沃罚m宜建庫，而緊接水庫以下河道突然變陡或河流有較大的轉(zhuǎn)彎。 

●同時(shí)兼有壩式和引水式水電站的優(yōu)點(diǎn)。

●在工程時(shí)間中多稱為引水式，很少用混合式水電站這個(gè)名稱。

四、抽水蓄能電站(pumped storage power station)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，電力負(fù)荷和電網(wǎng)日益擴(kuò)大，系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差越來越大，預(yù)計(jì)到21世紀(jì)初，我國東北、華北、華東均將成為幾百萬兆瓦的電力系統(tǒng)，它們的峰谷差將達(dá)到1萬MW，因此解決調(diào)峰填谷的任務(wù)愈來愈迫切。

在電力系統(tǒng)中，核電站和火電站不能適應(yīng)電力系統(tǒng)負(fù)荷的急劇變化，且受到技術(shù)最小出力的限制，調(diào)峰能力有限，而且火電機(jī)組調(diào)峰煤耗多，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高。而水電站啟動(dòng)與停機(jī)迅速、運(yùn)行靈活，適宜擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用。

●抽水蓄能電站是以水體為儲(chǔ)能介質(zhì)，起調(diào)節(jié)作用。主要解決電力系統(tǒng)的調(diào)峰問題；

●建筑物組成包括：上下兩個(gè)水庫，用引水建筑物相連，蓄能電站廠房建在下水庫處，  采用雙向機(jī)組； 

●抽水蓄能和放水發(fā)電兩個(gè)過程： 

抽水蓄能：系統(tǒng)負(fù)荷低時(shí)，利用系統(tǒng)多余的電能帶動(dòng)泵站機(jī)組將下庫的水抽到上庫(電動(dòng)機(jī)+水泵)， 以水的勢能形式貯存起來； 

放水發(fā)電：系統(tǒng)負(fù)荷高時(shí)，將上庫的水放下來推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組(水輪機(jī)+發(fā)電機(jī))發(fā)電，以補(bǔ)充系統(tǒng)中電能的不足。 

●隨著電力行業(yè)的改革，實(shí)行負(fù)荷高峰高電價(jià)、負(fù)荷低峰低電價(jià)后，抽水蓄能電站的經(jīng)濟(jì)效益將是顯著的。 

●我國已建抽水蓄能電站有：

(1) 廣東抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為2400MW(8×300MW)；

(2) 天荒坪抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為1800MW(6×300MW)；

(3) 十三陵抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為800MW (4×200MW)；

(4) 潘家口抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為420MW（3×90MW+150MW），聯(lián)合型；

(5) 西藏羊卓雍湖抽水蓄能電站，其裝機(jī)容量為90MW(4×22.5MW)。

五、     潮汐電站( tidal energy power station)

▲潮汐電站示意圖

●潮汐：潮汐現(xiàn)象是海水因受日月引力而產(chǎn)生的周期性升降運(yùn)動(dòng)，即海水的潮漲潮落。 

潮汐的最大潮差為8.9m；北美芬迪灣蒙克頓港最大潮差竟達(dá)19m。 

世界海洋潮汐能蘊(yùn)藏量約為27億kW，若全部轉(zhuǎn)換成電能，每年發(fā)電量大約為1.2萬kW.h。

●潮汐發(fā)電與原理：利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程。 

潮汐發(fā)電就是在海灣或有潮汐的河口建一攔水堤壩，將海灣或河口與海洋隔開構(gòu)成水庫，再在壩內(nèi)或壩房安裝水輪發(fā)電機(jī)組，然后利用潮汐漲落時(shí)海水位的升降，使海水通過輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

由于潮汐發(fā)電的開發(fā)成本較高和技術(shù)上的原因，所以發(fā)展不快。

水電站 電站 水頭

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