水力发电原理.wps

水力发电原理江河水流一泻千里，蕴藏着巨大能量，把天然水能加以开发利用转化为电能，就是水力发电。 构成水能的两个基本要素是流量和落差，流量由河流本身决定，直接利用河水的动能利用率会很低，因为不可能在整个河流的截面水布满水轮机。水力利用主要利用势能，利用势能必须有落差，但河流自然落差一般沿河流逐渐形成，在较短距离内水流自然落差较低，需通过适当的工程措施，人工提高落差，也就是将分散的自然落差集中，形成可利用的水头。水力发电的原理与基本类型常用的集中落差方式有筑坝、引水方式或两者混合方式。筑坝发电方式在落差较大的河段修建水坝，建立水库蓄水提高水位，在坝外安装水轮机，水库的水流通过输水道（引水道）到坝外低处的水轮机，水流推动水轮机旋转带动发电机发电，然后通过尾水渠到下游河道，这是筑坝建库发电的方式。图1 是坝式发电原理图。图1 筑坝建库发电原理图由于坝内水库水面与坝外水轮机出水面有较大的水位差H0，水库里大量的水通过较大的势能进行做功，可获得很高的水资源利用率。 采用筑坝集中落差的方法建立的水电站称坝式水电站，主要有坝后式水电站与河床式水电站。引水发电方式在河流高处建立水库蓄水提高水位，在较低的下游安装水轮机，通过引水道把上游水库的水引到下游低处的水轮机，水流推动水轮机旋转带动发电机发电，然后通过尾水渠到下游河道，引水道会较长并穿过山体，这是一种引水发电的方式。图2 是引水发电原理图。图2 引水发电原理图由于上游水库水面与下游水轮机出水面有较大的水位差H0，水库里大量的水通过较大的势能进行做功，可获得很高的水资源利用率。 采用引水方式集中落差的水电站称为引水式水电站，主要有有压引水式水电站与无压引水式水电站。水电站主要工作参数通过水电站主要工作参数可以对水电站工作原理进一步了解。 水电站主要工作参数包括流量、水头、出力等。1流量Q 为单位时间内通过水轮机的水体积，单位m3s。2静水头Ho（也称毛水头，即水的落差）单位 m水电站上游水位为Zu，下游水位为 Zd，则有：Ho =Zu- Zd3出力 单位时间内的天然水能Pt 称为水电站理论出力，即水电站的实际出力要小于理论出力。 在由水能转化为电能过程中，会产生能量损失，主要有水头损失与能量转化损失： 水流经输水道后会损失一部分能量，称为水头损失Ah，它与流道长度、 截面形状和尺寸、 构造材料、 铺设方式等等因素有关，须在电站总体布置完成后才可做出较精确的计算。初步计算时，可估计Ah=(1%10%)Ho，输水道长、流速大的取大值，输水道短、流速小的取小值。 除此外在能量转化过程中还将损失一些能量，水轮机的效率约90%至 95%、 发电机的效率约90%至98%、 传动设备也会有能量损失，水电站实际出力P 为式中：t 为水轮发电机组总效率，k为水电站出力系数。对中小型电站，k值一般取为 6.58.0。