水电站基础知识-水电站的基本开发方式及其布置形式
水电站基本知识
水电站基本知识1、什么是水电站？水电站枢纽的组成。
水电站是将水能转变为电能的水力装置，它由各种水工建筑物，以及发电、变电、配电等机械、电气设备，组成为一个有机的综合体，互相配合，协同工作，这种水力装置，就是水电站枢纽或者水力枢纽，简称水电站。
它由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及水电站厂房等水工建筑物共7个部分组成，机电设备则安装在各种建筑物上，主要是在厂房内及其附近。
（1）挡水建筑物。
是拦截水流、雍高水位、形成水库，以集中落差、调节流量的建筑物，例如坝和闸。
（2）泄水建筑物。
其作用主要是泄放水库容纳不了的来水，防止洪水漫过坝顶，确保水库安全运用，因而是水库中必不可少的建筑物，例如溢流坝、河岸溢洪道、坝下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等。
（3）进水建筑物。
使水轮机从河流或水库取得所需的流量，如进水口。
（4）引水建筑物。
引水建筑物是引水式或混合式水电站中，用来集中落差（对混合式水电站而言，则只是集中总会落差）和输送流量的工程设施，如明渠、隧洞等。
有时水轮机管道也被称为引水建筑物，但严格说来，由于它主要是输送流量的，所以与同时具有集中落差和输送流量双重作用的引水建筑物并不完全相同。
有些水电站具有较长的尾水隧洞及尾水渠道，这也属于引水建筑物。
（5）平水建筑物。
其作用是当负荷突然变化引起引水系统中流量和压力剧烈波动时，借以调整供水流量及压力，保证引水建筑物、水轮机管道的安全和水轮发电机组的稳定运行。
如引水式或混合式水电站的引水系统中设置的平水建筑物如压力池或高压池。
（6）厂区建筑物。
包括厂房、变电站和开关站。
厂房是水电站枢纽中最重要的建筑物之一，它不同于一般的工业厂房，而是是水力机械、电气设备等有机地结合在一起的特殊的水工建筑物；变电站是安装升压变压器的场所；而开关站则是安装各种高压配电装置的地方，故也称高压配电场。
（7）枢纽中的其它建筑物。
此类建筑物指对于将水能转变为电能这个生产过程没有直接作用的船闸或升船机、筏道、鱼道或鱼闸以及为灌溉或城市供水而设的取水设施等。
水力发电站的设计及建设方法
水力发电站的设计及建设方法随着人们对环境保护的日益重视，对可再生能源的需求也日益增加。
水力能作为一种重要的可再生能源，被越来越多的国家用于发电。
水力发电站是利用水能转化为电能的工程设施，其发电效率高、耗能低、对环境污染和碳排放量低等优点使得其成为可再生能源中发展前景最广阔的一种形式。
本文将介绍水力发电站的设计以及建设方法。
一、水力发电站的设计水力发电站设计的主要目标是两个方面：一是能够充分利用水能，实现高效发电；二是确保水力发电站的安全性和稳定性。
1. 水电站的选址通常选址需考虑以下因素：（1）水源降雨量、径流量和水源质量等因素。
（2）水源的地理位置与水位高度、水流速度、地形、水流方向等。
（3）水源是否符合水能开发的要求，如是否有足够的落差、流量。
（4）围坝、房屋建筑等建筑物的选址。
（5）是否便于引入输电线路等因素，如从发电站到计量点的距离等。
2. 水电站的内部结构设计水力发电站的内部结构设计主要有三个方面：（1）水导系统的设计。
水导系统是保证水能充分利用的关键，需要满足足够的流量和水头以及额定负载下的流速等技术要求。
同时，还要保证水力机组的安全性，防止内部水流过大导致水力机组受损。
（2）水轮机和发电机组设计。
水轮机是水力发电机组的核心，其结构和性能直接影响水力发电的效率。
发电机的输出能力、绝缘性能、可靠性等也是设计要考虑到的重要因素。
（3）水利建筑结构设计。
水利建筑是确保水能高效利用的关键，主要包括围坝、引水渠、冲砂隧洞和闸门等建筑物。
这些结构的设计需要充分考虑工程土质、岩质及地基条件等因素，趋势保证建筑物的安全和可靠性。
二、水力发电站的建设方法水力发电站的建设通常需要分为如下几个步骤：1. 前期调查阶段前期调查阶段是水力发电站建设过程中关键的一环。
此阶段的任务是全面调查选址，确立工程方案和设计，包括水流测量、水文地质勘察、土木勘察、环境评估、土地征用等关键信息采集。
通过前期调查，可为工程的实施提供必要依据和参考。
水电站的布置形式
一、坝式水电站
在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种 开发方式为坝式开发。在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂 房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电 站所获取的水头。用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。 (一) 坝式水电站特点 (1) 坝式水电站的水头取决于坝高。目前坝式水电站的最大水头不超过 300m。 (2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。 (由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量 超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。此外坝式水电站水库的 综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。 (3) 坝式水电站的投资大，工期长。原因：工程规模大，水库造成的 淹没范围大，迁移人口多。 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
(二) 坝式水电站的形式
1．河床式电站(power station in river channel) 1）一般修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：25米以下，小型：8~10米以下。 3）厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定 问题； 4）厂房高度取决于水头的 高低。 5）引用流量大、水头低。 6）主要包括：挡水坝、泄 水坝、厂房、船闸、鱼道等。 7）注：厂房本身起挡水作 用是河床式水电站的主要特征。
第二节: 水电站的布置形式
由N = 9.81ηQH可知，要发电必须有 流量和水头，关键是形成水头。 要充分利用河流的水能资源，首先要使 水电站的上、下游形成一定的落差，构成发 电水头。因此就开发河流水能的水电站而言 ，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水 式和混合式三种基本方式。 抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用 的重要型式。
水电站基本知识
1、什么是水电站？水电站枢纽的组成。
水电站是将水能转变为电能的水力装置，它由各种水工建筑物，以及发电、变电、配电等机械、电气设备，组成为一个有机的综合体，互相配合，协同工作，这种水力装置，就是水电站枢纽或者水力枢纽，简称水电站。
它由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及水电站厂房等水工建筑物共7个部分组成，机电设备则安装在各种建筑物上，主要是在厂房内及其附近。
（1）挡水建筑物。
是拦截水流、雍高水位、形成水库，以集中落差、调节流量的建筑物，例如坝和闸。
（2）泄水建筑物。
其作用主要是泄放水库容纳不了的来水，防止洪水漫过坝顶，确保水库安全运用，因而是水库中必不可少的建筑物，例如溢流坝、河岸溢洪道、坝下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等。
（3）进水建筑物。
使水轮机从河流或水库取得所需的流量，如进水口。
（4）引水建筑物。
引水建筑物是引水式或混合式水电站中，用来集中落差（对混合式水电站而言，则只是集中总会落差）和输送流量的工程设施，如明渠、隧洞等。
有时水轮机管道也被称为引水建筑物，但严格说来，由于它主要是输送流量的，所以与同时具有集中落差和输送流量双重作用的引水建筑物并不完全相同。
有些水电站具有较长的尾水隧洞及尾水渠道，这也属于引水建筑物。
（5）平水建筑物。
其作用是当负荷突然变化引起引水系统中流量和压力剧烈波动时，借以调整供水流量及压力，保证引水建筑物、水轮机管道的安全和水轮发电机组的稳定运行。
如引水式或混合式水电站的引水系统中设置的平水建筑物如压力池或高压池。
（6）厂区建筑物。
包括厂房、变电站和开关站。
厂房是水电站枢纽中最重要的建筑物之一，它不同于一般的工业厂房，而是是水力机械、电气设备等有机地结合在一起的特殊的水工建筑物；变电站是安装升压变压器的场所；而开关站则是安装各种高压配电装置的地方，故也称高压配电场。
（7）枢纽中的其它建筑物。
此类建筑物指对于将水能转变为电能这个生产过程没有直接作用的船闸或升船机、筏道、鱼道或鱼闸以及为灌溉或城市供水而设的取水设施等。
水利水电工程概论课件 第6章 水电站
潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生 的水位差所具有势能来发电的，也就是把 海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机 械能转变为电能（发电）的过程。
潮汐发电原理
单向
仅在退潮时利用池中高水
潮汐
位与退潮低水位的落差发
潮
电站
电。
汐
电
坝
河床式 ( H＜30~40m)
式
水
电
引水道布置于坝内
站
厂房位置
坝后式
坝后式厂房 坝内式厂房
引水道布置于河岸
河岸式厂房
河床式水电站
当水头较小，厂房本身能承受水压力，与坝并排 建在河道中，而成为挡水建筑物的一部分。 工程实例：葛洲坝水电站，富春江水电站。
坝后式厂房
适用于水头较高的电站，厂房设置在坝后，厂 房本身不起挡水作用。典型实例：三峡水电站。
易于制作 ▪ 缺点：相同水头损失下，造价较高 ▪ 布置：平面尺寸大，与前室、调压室连接困难 ▪ 适用：(1) 单机流量大、长度短的地下埋管或明管；
(2) 混凝土坝内管道
▪ 压力管道的供水方式Ⅱ
2．联合供水： 一根主管，向多台机组供水。单机规模大，多分
岔管。机组前设快速阀门。 ▪ 优点：相同水头损失下，造价较低 ▪ 缺点：结构复杂（岔管）、灵活性差 ▪ 布置：较容易 ▪ 适用：广泛应用于地下埋管和明管，机组数较
6.3 压力管道的功用和类型
▪ 压力管道的概念
水库 引水管道末端的前池 调压室
有压状态
全部或大 部分水头
水轮机
对坝式电站，压力管道的起点一般是水库进 水口；对无压引水式的电站，压力管道的起点一 般是压力前池；对有压引水式电站，压力管道的 起点一般是从调压室开始。
水电站教程课件 第五章 水电站的布置型式及其组成建筑物
第二篇水电站输水系统第五章水电站布置型式及其组成建筑物学习提示内容：介绍水电站的布置型式，水电站的组成建筑物。
重点：坝后式、河床式、引水式水电站的布置特点及组成建筑物。
要求：掌握水电站的基本布置型式及组成建筑物。
第一节水电站的布置型式如绪论中所述，水电站主要有坝式、引水式和混合式3种不同的开发方式，其建筑物的组成和布置型式也不同。
坝式水电站按厂房是否承受上游水压力又分为坝后式和河床式两大类型。
混合式水电站建筑物的组成和布置型式兼有坝式水电站和引水式水电站的特征。
混合式水电站和引水式水电站之间没有明确的分界线。
在工程界常将具有一定长度引水道的混合式电站统称为引水式电站，无论其是否靠坝集中一部分水头，而较少采用混合式水电站这个名称。
所以这里着重介绍坝后式、河床式和引水式水电站建筑物的组成和布置型式。
一、坝后式水电站布置型式坝后式水电站靠坝来集中水头，形成落差，电站规模大，水头较高，厂房本身不承受上游水压力，所有建筑物均布置在一个枢纽中。
坝后式水电站厂房在枢纽总体布置中的位置大都靠河岸一侧或两侧，以利于布置变电装置和对外交通。
泄水建筑物布置在河床中部。
坝后式水电站优点是利用水库调节流量，水能利用充分，发电有保证；综合利用效益高；建筑物集中布置便于运行管理。
缺点是淹没损失大、移民多；投资大、工期长、单价高；技术复杂。
适用于河道坡降较缓，流量较大，具有修建水库地形地质条件的中、高水头水电站。
坝后式水电站，厂房一般布置在坝后或与坝并排布置在附近河岸的山体中。
按厂房与坝的相对位置，又可分为坝后式厂房、地下式厂房、岸边式厂房、坝内式厂房和溢流式厂房等布置型式。
1.坝后式厂房厂房直接布置在坝址处，通过坝身压力钢管引水。
这是坝后式水电站最常见的布置型式。
如三峡、丹江口、三门峡、龙羊峡、刘家峡、李家峡、安康、宝珠寺、水口、岩滩、五强溪、东江、万家寨等众多大型或巨型水电站均为这种布置型式。
图5-1是丹江口水电站布置型式。
水电站基本构造原理与类型 ppt课件
定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
1—主轴；2—叶片；3—导叶
反击式水轮机 水电站基本构造原理与类型
混流式：幅向进流，轴向出流
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4
2
3 5
1－主轴；2－叶片；3－导叶； 4－蜗壳；5－尾水管
三、水力发电特点 水电站基本构造原理与类型
缺点：
① 一次性投资大，移民多，工期长 ② 因地形、水力资源的影响，无法建造过大装机容量 ③ 建厂后不易增加扩容 ④ 对环境的负面影响（如生物多样性、泥沙、次生灾害
等）
四、我国水电事业的发展 水电站基本构造原理与类型
1.我国的水能资源状况
• 水电为中国最早发展，亦是 最成熟的可再生能源，对国 家要完成2020年非化石能源 消费比重达到15%的国际减 排目标，有着举足轻重的作 用，我国水能资源十分丰富， 总量居世界第一，主要分布 在西部地区，约70%在西南 地区。
推力轴承 推力支 架柱段
推力支 架锥段
空冷器
水电站基本构造原理与类型
水轮机
水轮机的主要分类 水电站基本构造原理与类型
水流能量转换特征
反击式 冲击式
水轮机的主要分类 水电站基本构造原理与类型
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
水轮机
反击式
• 混流式 • 轴流式 • 斜流式 • 贯流式
云南昆明石龙坝水 电站是我国大陆的 第一座水电站，其 装机容量仅为 1440kW ， 1910 年 7 月开工建设，1912 年4月发电。
二、水电站的基本类型 水电站基本构造原理与类型
(四)、抽水蓄能电站
水资源开发方式及水电站的基本类型
水资源开发方式及水电站的基本类型水资源的开发是人类发展中不可或缺的一部分。
水电站作为一种利用水资源的能源设施，在能源生产中起着重要的作用。
本文将介绍水资源开发的方式以及水电站的基本类型。
水资源开发方式1. 水库式水库式开发是指通过建设水库储蓄水量，控制水流，调节水的流量、水位，进而利用水资源。
水库式开发的主要优点是可稳定控制水流，能调节水位，既能产生电力，也能保障水文要求。
水库式开发主要适用于多降水季节分明的地区。
其缺点主要在于需要占用大面积土地，造成林木、沙土等资源损失，同时也可能影响地质环境。
2. 河流式河流式开发是指直接利用河流水流的动能，沿河筑建水电站，利用水涡轮发电的方式。
相较于水库式开发，河流式开发更加利用了自然环境，不需要占用土地资源。
同时，也不造成林木等损失。
河流式开发主要适用于降水分布平均的地区。
其缺点主要在于水流量受季节性影响，夏季水位下降，冬季水位上升，进而可能影响水电站的发电效率。
3. 潮汐式潮汐式开发是指利用海潮的周期性变化（潮汐）来推动涡轮旋转，进而产生电能。
潮汐式开发主要应用于世界范围内海岸线上落差大、潮流猛烈的地区，如英国、法国等国家。
潮汐式开发的主要优点是水流量和水液压稳定，潮汐幅度周期性很好，适宜供电。
其缺点主要在于建设难度大，造价高，成本回收期长。
4. 活动式活动式开发是指沿海水域等潮汐与水流较快、巨浪较高的地区建设可移动式海上水电站。
活动式开发的优点在于可以自由选择建设位置，从而最大限度地利用自然资源。
同时，也不会对生态环境产生损害。
活动式开发目前应用较少，主要缺点在于建设成本较高，难度大，需要具备更高的技术实力。
水电站基本类型1. 水轮式水轮式电站是最早的、应用最广泛的水电站类型之一。
主要通过利用水流动力旋转涡轮，带动发电机发电。
水轮式电站的优点主要在于适用范围广、可靠性高、存在技术经验，同时生产成本较低。
其缺点在于需要占用较多土地资源，同时也可能对水生生态环境产生影响。
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由N = 9.81ηQH可知，要发电必须有流量和水头，关键是形成水头。
9 k% D- u- Z2 v4 }% o! |+ G要充分利用河流的水能资源，首先要使水电站的上、下游形成一定的落差，构成发电水头。
因此就开发河流水能的水电站而言，按其集中水头的方式不同分为坝式、引水式和混合式三种基本方式。
6 M
7 X9 H, k7 ~$ m抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能利用的重要型式。
6 ~2 ~8 g4 l' D& A; }6 ~形成水头方式——水电站的开发方式。
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一、坝式水电站 h# S) q; v" Q$ s2 A0 B4 c9 k
在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发。
在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内的水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游的水位差即是水电站所获取的水头。
用坝集中水头的水电站称为坝式水电站。
1 |0 N! t* ? U2 [+ R o
(一) 坝式水电站特点. K! q, }! R" T R7 K
(1) 坝式水电站的水头取决于坝高。
目前坝式水电站的最大水头不超过300m。
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(2) 坝式水电站的引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分。
(由于筑坝，上游形成的水库，可以用来调节流量）目前世界上装机容量超过2 000MW的巨型水电站大都是坝式水电站。
此外坝式水电站水库的综合利用效益高，可同时满足防洪、发电、供水等兴利要求。
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(3) 坝式水电站的投资大，工期长。
原因：工程规模大，水库造成的淹没范围大，迁移人口多。
) H+ y o; a% f" Q# ~$ k适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
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(二) 坝式水电站的形式
% F. u( V6 `+ U! t1．河床式电站(power station in river channel)
$ L; w, d" D& J$ M. F——一般修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。
5 c" a! M J% x# K——适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。
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5 Q1 F$ }——厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题；
8 K- F5 O: e$ E& ~——厂房高度取决于水头的高低。
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——引用流量大、水头低。
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——主要包括：挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、鱼道等。
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注：厂房本身起挡水作用是河床式水电站的主要特征。
* @, Z; j; c M5 q, s6 T7 _2．坝后式水电站(power staion at dam toe)
2 B: A0 y+ \/ J* g$ S——当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。
: B" Y5 j' n2 `; ^0 f——坝后式水电站一般修建在河流的中上游。
% x/ C$ A+ T9 |1 p* u% l——库容较大，调节性能好。
2 C+ X4 N* S" P+ l$ h. K% F1 {——如为土坝，可修建河岸式电站。
+ k$ a+ w2 x2 `3 J1 c* P5 G! ]——举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18 200MW。
a. f1 s c3 q1 n* v& |/ b
二、引水式水电站(diversion type power station)
+ v5 S2 V' V, }. k! Y9 \在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水道(渠道、隧洞、管道)引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电。
用引水道集中水头的电站称为引水式水电站。
1 Y2 J S- M1 Q6 ?, Q
特点：(1) 水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。
- \. }9 Q4 N9 B$ q' Q2 [3 R
(2) 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。
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f. F0 S$ e* n8 B
(3) 电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。
" d5 q9 h$ m' K7 G. y/ k1 I类型：(1) 无压引水式(free flow)：引水道是无压的(如明渠)8 c& p7 |( C2 k3 z. B' D
(2) 有压引水式(pressure flow)：引水道是有压的(压力隧洞)
' M8 y! z2 u! H X) X适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。
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1．无压引水式电站
! |3 B2 S# F+ p, q: U _- r引水建筑物是无压的：明渠(open channel)、无压隧洞(free flow tunnel) 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。
6 \& [6 s6 f$ y/ Z1 t' t) T$ ~
2．有压引水式电站
/ l, y; O! V; p引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)
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4 i! }* ?2 Q, ]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。