水能开发方式与水电站基本类型
新能源试题
一、简述新能源的定义和其主要特征。
中国定义：风能、太阳能、水能、生物质能、地热能、海洋能等非化石能源。
联合国定义：可再生能源可分为传统的可再生能源和新的可再生能源。
传统可再生能源主要包括大水电和用传统技术利用的生物能源；新的可再生能源主要指利用现代技术的小水电、太阳能、风能、生物质能、地热能、海洋能和固体废弃物等。
能维持人类社会可持续发展的能源；保证能源的可持续发展。
二、理解并会计算太阳能集热面积。
三、提高太阳能发电系统效率的主要措施。
提高电池板的转化率，增强光辐射提高转换率四、太阳能光伏发电系统分哪三种？分别画出系统结构框图。
独立光伏供电系统、光伏并网发电系统、混合式发电系统。
五、风力发电系统分哪两类？分别描述工作过程。
风力发电系统分为两类，一类是并网的风电系统；另一类是独立的风电系统。
并网的风电系统的风电机组直接与电网相连接，可以得到大电网的补偿和支撑，且运行规模较大。
单机容量一般在数百 kW 及 MW 。
大功率风电机组并网发电是高效大规模利用风能最经济的方式，是当今世界利用风能的主要方式。
独立的风电系统主要建造在电网不易到达的边远地区。
通常独立型风力发电规模较小，单机容量一般为 10kW 及以下，通过蓄电池等储能装置或与其它能源发电技术相结合，用以解决偏远地区的供电问题。
六、简述水能开发方式与水电站基本类型。
水轮泵的特点、主要技术参数。
水电站的水工建筑物包括哪些？水力资源的开发方式按照集中落差分，大致有三种基本方式，即堤坝式、引水式和混合式。
但这三种开发方式还要适用一定的河段自然条件。
还有梯级开发、抽水蓄能式开发。
按引用流量的方式分，有径流式开发、蓄水式开发、集水网道式开发。
按不同的开发方式修建起来的水电站，其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同，故水电站也随之而分为堤坝式(包括河床式水电站水头在 25M 以下、坝后式水电站最大水头可达 300 多米) 、引水式(无压引水式、有压引水式)和混合式三种基本类型。
水电基本知识与主要技术指标
一、水电基本知识与主要技术指标
1．水力发电的基本原理
水力发电是利用水体作为传递能量的介质来发电的，其基本原理是：利用水位落差形成的势能推动水轮机转动，将水能转变为水轮机的旋转机械能，水轮机转子带动发电机转子旋转，由于磁场切割导体，从而在发电机的定子绕组上产生感应电动势，当发电机与外电路接通时，发电机就向外供电了，此时，水轮机的旋转机械能又通过发电机转变为电能，形成了水力发电的过程。
式中，N为平均出力（kW）；T为年利用小时数（h）；E为年发电量（kW?h）。
5．保证出力及其作用
水电站在较长时段工作中，该供水期所能发出的相应于设计保证率的平均出力，称作该水电站的保证出力。水电站的保证出力是规划设计阶段确定水电站装机的重要依据。
6．装机年利用小时
装机年利用小时指水轮发电机组在年内平均满负荷运行的时间，是衡量水电站经济效益的重要指标。
2．水力资源的开发方式和水电站的基本类型
水力资源的开发方式是按照集中落差而选定，大致有三种基本方式：即堤坝式、引水式和混合式等。但这三种开发方式还要各适用一定的河段自然条件。按不同的开发方式修建起来的水电站，其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同，故水电站也随之而分为堤坝式、引水式和混合式三种基本类型。
3．径流式水电站及其特点
无调节水库的电站称为径流式水电站。此种水电站按照河道多年平均流量及所可能获得的水头进行装机容量选择。全年不能满负荷运行，保证率为80%，一般仅达到180天左右的正常运行；枯水期发电量急剧下降，小于50％，有时甚至发不出电。即受河道天然流量的制约，而丰水期又有大量的弃水。
电能售价，是每千瓦时电量售给电网的价格。
10．水电站主要经济指标的计算
第二章_水力发电原理
HW N0 HQ 9810 QH ( N m / s ) 9.81QH ( kw ) t 从上式可知，水流出力的单位可用kW表示，即为功率的单位。
2.1 水力发电的基本原理及特点
2.1.4 水电站的主要参数
二.电站出力和发电量
水流中的能量，必须首先通过水力机械转变 为机械能，再通过发电机，把机械能转变为电能， 才能加以利用。在这种能量转换过程中，不可避 免的要产生能量损失。因此，上式计算出的水流 能量为理论出力，而水流可以被利用的出力还要 打一折扣。这个折扣就是“效率”,以η表示，则 水流的可利用出力为 N=9.81QHη (kW)
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； 厂房高度取决于水头的高低。 引用流量大、水头低电站的主要特征。
葛州坝水电站
河床厂房 泄 洪 闸 开关站
河床厂房
船 闸
大江冲沙闸
1号船闸 二江泄水闸
大江 大江电站 二江电站 二江 西坝
富春江河床式电站
泄 洪 闸 河床厂房
2.1 水力发电的基本原理及特点
水电站的出力和发电量的计算
发电量：一定时段内水电站发出的电能总量，单 位为kW· h.
E NT
一般用年发电量和多年平均发电量来表示。
三. 水电站动能参数(水能计算)
设计保证率与保证出力 设计保证率P：水电站正常发电的保证程度；80%-98%，具体 见表1-1。
保证出力N保：水电站相当于设计保证率的枯水时段发电的平均 出力。
表1-1 水电站设计保证率参考值
电力系统中水电 容量的比重（%） 水电站设计保证 率（%）
25以下
25-50
水能的利用及发展
四、水能资源的开发方式及水电站的
基本类型
（一）水能资源的开发方式 （二）水电站的基本类型
（三）水电站的组成建筑物
（一）水能资源的开发方式 1. 坝 式 开 发 2. 引 水 式 开 发 3. 混 合 式 开 发 4. 潮 汐 水 能 开 发
1. 坝式开发
定义： 在河流峡谷处，拦河筑坝，坝前雍 水，在坝址处集中落差形成水头，此水 能开发方式称为坝式开发。
厂房，尾水渠。
（如右图）
（2）有压引水式电站
引水建筑物是有压的：压力引水隧洞或管道 主要组成建筑物：
低坝，引水隧洞，
调压室，压力水管，
厂房，尾水渠。 （如右图）
3. 混合式水电站实物图
北京下马岭引水电站
4. 潮汐水电站实物图
世界最大的潮汐电站——法国朗斯电站
5. 抽水蓄能电站
建筑物组成包括：
在原电力工业部主持下，经过数次规划，于1989
年形成了现在的十二大水电基地，如下图。
三、水力发电的基本原理及其特点
(一）水力发电的基本原理
水轮机+水轮发电机＝水轮发电机组（机组）
（二）发电量计算
水电站的发电量E是指水电站在一定
时段内发出的电能总量，单位为kW· h。 较短的时段(日、月）： E N *T 较长的时段（季、年），发电量由各
特点：
（1）水头相对较高，目前最大水头已达2030m （2）引用流量较小，规模较小。最大达几十万kW。 （3）没有水库调节径流，水量利用率较低，综合
利用价值较差。
（4）无水库淹没损失，工程量较小，单位造价较低。 类型： 无压引水式：引水道是无压的 有压引水式：引水道是有压的
（如图）
适用： 适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。
水力发电的原理及分类
水力发电水力发电(hydroelectric power) 是指利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含的位能转换成水轮机的动能，然后再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。
利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上发电机，随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。
因此，水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。
科学家们依据水位落差的天然条件，有效地利用流体力学工程及机械物理等，使发电量达到最高，供人们使用既经济又无污染的电力。
水力发电的整个流程如下：1 水力发电特点水力发电主要有以下几个特点：(1) 发电成本低。
水力发电是利用河流所携带的水能，不需要再消耗其他的动力资源。
而且上一级水电站使用过的水流仍可为下一级水电站所利用，梯级电站的发即是这个道理。
另外，水电站的设备也比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低很多。
如果把消耗的燃料费用计算在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10至15倍。
因此，水力发电的成本较低，可以提供较经济的电能。
(2) 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、操作比较灵活。
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。
(3) 工程效益的综合性。
水电工程是一项复杂的综合性工程，具有防洪、灌概、航运、给水以及旅游等多种功能。
水电站建设后，可能会出现泥沙齡积、良田、森林和文化古迹等被掩没，鱼类生活和繁衍被打乱等各种不利现象。
库区周围地下水位的大幅度提高会对周边的果树、作物的生长产生不良影响，建设大型水电站还可能影响流域的气候，导致干旱或洪错，甚至诱发地震、泥石流、滑坡等地质灾害。
第一节 水力发电基本原理
一、 坝式水电站
❖ 用坝集中水头的水电站称为坝式水电站 ❖ 其特点有：
水头取决于坝高。 引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，
综合利用效益高。 投资大，工期长。 ❖ 适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。 ❖ 类型：河床式、坝后式、坝内式、岸边式、地下式。
一、 坝式水电站
第二节 水能资源的开发方式及水电站的基本类型
水能资源的开发方式
❖ 由P = 9.81QHη可知，发电必须有流量和水头。
❖ 按水量来源来看，水电站的开发方式有：
常规水电站
抽水蓄能电站
潮汐电站
❖ 对于常规水电站
按集中水头的方式分： 按调节能力分成：
坝式
无调节水电站
引水式
有调节水电站
混合式 按流域开发级数分
❖ 引水建筑物是无压的:渠道或无压隧洞 ❖ 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。
2. 有压引水式电站
❖ 引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)
❖ 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室（井）， 压力水管，厂房，尾水渠。
❖ 发电量：一定时段内水电站发出的电能总量，单 位为kW·h
t2
E Pdt t1
二、水力发电特点
优点：
① 不耗燃料，成本低廉 ② 水火互济，调峰灵活 ③ 综合利用，多方得益 ④ 取之不尽，用之不竭 ⑤ 环境优美，能源洁净
二、水力发电特点
缺点： ① 受自然条件限制； ② 一次性投资大，移民多，工期长； ③ 事故后果严重； ④ 大型工程对环境、生态影响较大。
一、水力发电的概念
❖ 水力发电:利用河流中蕴藏的水能来生产电能。 ❖ 在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通
发电动力系统概论-水力发电
第二章水力发电第一节概述水力资源作为可再生的清洁能源，是能源资源的重要组成部分，我国水力资源丰富，在能源平衡和能源可持续发展中占有重要的地位。
据统计，中国河流水能资源蕴藏量6.94亿kW，年发电量60800亿kW h⋅；技术可开发水能资源的装机容量5.42亿kW，年发电量24700亿kW h⋅；经济可开发装机容量为4.02亿kW，经济可开发年发电量为17500亿kW h⋅。
全国水力资源总量，包括理论蕴藏量、技术可开发量和经济可开发量，均居世界首位。
中国河流大都是从高山和高原上奔腾而下流向海洋。
因而河道陡峻，落差巨大，是中国河流的突出特点。
根据普查，中国主要大河流的总落差可达2000～3000m，有的甚至达4000～5000m。
长江、黄河、雅鲁藏布江、澜沧江，怒江等，天然落差都高达5000m左右，形成了一系列世界上落差最大的河流。
构成河流水力资源的两大要素是径流和落差，中国具有径流丰沛和落差巨大的优越自然条件。
水力资源蕴藏量，系河流多年平均流量和全部落差经逐段计算的水能资源理论平均出力。
水力资源蕴藏量之大小，与河川流域面积、径流量和地形高差有关。
水力发电是电力工业的一大支柱，他是将水流的能量转换为电能。
水力发电利用一系列的水工建筑物和水电站建筑物，集中河道的落差、形成水库，并控制和引导水流通过水轮机，将水能转变为旋转的机械能，接着由水轮机带动发电机转动从而发出电能。
水电站是为开发利用水能资源，将水能转变为电能而修建的工程建筑物和机械、电气设备的综合工程设施（图2-1）。
水能是自然界存在的一次能源，他可以通过水电站方便地转化为二次能源——电能，所以水电既是被广泛而经济利用的常规能源，又是再生能源，是当前世界上众多能源资源中永不枯竭的优质能源。
目前，在大的电力系统中，其电力生产主要依靠水电站、火电站和核电站。
由于水轮发电机组启动迅速，出力调整快，运行操作灵便，因而水电是电力系统中最好的调峰、调频和事故备用电源。
水电站介绍及分类
行业网络招聘专家一览英才网招聘网站成员水电站介绍及分类水电站是将水能转换为电能的综合工程设施。
又称水电厂。
它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设备。
利用这些建筑物集中天然水流的落差形成水头，汇集、调节天然水流的流量，并将它输向水轮机，经水轮机与发电机的联合运转，将集中的水能转换为电能，再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。
有些水电站除发电所需的建筑物外，还常有为防洪、灌溉、航运、过木、过鱼等综合利用目的服务的其他建筑物。
这些建筑物的综合体称水电站枢纽或水利枢纽。
将水能转换为电能的综合工程设施 。
一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。
水库的高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。
一．站分类：按照水电站利用水源的性质，可分为三类。
① 常规水电站：利用天然河流、湖泊等水源发电；② 抽水蓄能电站：利用电网中负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水至下水库，从而满足电网调峰等电力负荷的需要；③ 潮汐电站：利用海潮涨落所形成的潮汐能发电。
二．电站对天然水流的利用方式和调节能力，可以分为两类。
①径流式水电站：没有水库或水库库容很小,对天然水量无调节能力或调节能力很小的水电站;②蓄水式水电站：设有一定库容的水库，对天然水流具有不同调节能力的水电站。
三．站工程建设中，还常采用以下分类方法。
①按水电站的开发方式，即按集中水头的手段和水电站的工程布置,可分为坝式水电站、引水式水电站和坝－引水混合式水电站三种基本类型。
这是工程建设中最通用的分类方法。
②按水电站利用水头的大小，可分为高水头、中水头和低水头水电站。
世界上对水头的具体划分没有统一的规定。
有的国家将水头低于 15m 作为低水头水电站,15～70m 为中水头水电站，71～250m 为高水头水电站，水头大于250m 时为特高水头水电站。
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水能开发方式与水 电站基本类型
1.水能资源开发的基本方式
按引用流量的方式分类： （1）径流式开发 （2）蓄水式开发 （3）集水网道式开发
按集中落差的方式分类： （1）筑坝式开发 （2）引水式开发 （3）混合式开发 （4）梯级开发 （5）特殊开发——抽水蓄能式
梯级开发
引水式开发 抽水蓄能式
2.水电站基本类型
3 混合式水电站
混合式水电站是由坝和引水道两种建筑物 共同形成发电水头的水电站，可以充分利 用河流有利的天然条件，在坡降平缓河段 上筑坝形成水库，以利径流调节，在其下 游坡降很陡或落差集中的河段采用引水方 式得到大 点。
混合式水电站示意图：
混合式水电站适用条件
混合式水电站适用于上游有良好坝址，适 宜建库，而紧邻水库的下游河道突然变陡 或河流有较大转弯的情况。混合式水电站 和引水式水电站之间没有明确的分界线。 严格说来，混合式水电站的水头是由坝河 引水建筑物共同形成的，且坝一般构成水 库。而引水式水电站的水头，只由引水建 筑物形成，坝只起到太高上游水位的作用。
1 堤坝式水电站
河床式水电站
坝后式水电站 坝 后 式 水 电 站
河床式水电站
河床式水电站
这种水电站，水电站厂房位于河床内，本 身起挡水作用，成为集中水头的挡水建筑 物之一；一般多见于河流中、下游
特点：
水头较低，流量较大
典例：
广西西津水电站，三峡大坝等
2 引水式水电站
无压引水式水电站 有压引水式水电站
引水式水电站
引水式水电站是自河流坡降较陡、 落差比较集中的河段，以及河湾或 相邻两河河床高程相差较大的地方， 利用坡降平缓的引水道引水而与天 然水面形成符合要求的落差(水头) 发电的水电站。
引水式水电站适用条件：
在河流比降较大、流量相对较小的山区或丘陵地区的 河流上,当可在较短的河段中,以较小尺寸的引水道取 得较大的水头和相应的较大发电功率时，建设引水式 水电站常是经济合理的。有时采用裁弯取直引水或跨 流域引水，也可建造经济合理的引水式水电站。在丘 陵地区，引水道上下游的水位相差较小，常采用无压 引水式水电站；在高山峡谷地区，引水道上下游的水 位相差很大，常建造有压引水式水电站。与坝式水电 站相比，引水式水电站引用的流量常较小，又无蓄水 库调节径流，水量利用率较差，综合利用效益较小。 但引水式水电站因无水库淹没损失，工程量又较小， 单位造价往往较低，常成为其主要优点。