科普小知识｜有关水力发电的小知识

在天然河道中，水流夹杂着泥沙从上游流向下游，并经常冲刷河床及岸坡，这说明水流中潜藏着一定的能量。在天然情况下，这种潜藏的能量，就消耗在冲刷、推移泥沙以及克服摩擦阻力上。如果我们建造一些建筑物（如大坝，导流洞），装置一些必要的设备（如水轮机及发电机），使源源不断的水流通过一个水轮机，这样，水轮机由于受到水流的推动作用，如同风车一样，便能不停地转动，水能就转化为机械能。当水轮机带动发电机一起转动时，便可以发出电来，水能就转化为电能，这就是水力发电的基本原理。水轮机和发电机就是水力发电的最基本设备。有关水力发电的系列小知识，包括水能，水电站出力，水力发电主要设备等等，将给大家分期简单介绍，耽误你几分钟时间，便获得不少常识。

一、水能和水流功率

在水电站的设计中，为了确定电站的规模，需要知道电站的发电能力。根据水力发电的基本原理不难看出，电站的发电能力是由水流所能做的功的大小来决定的。我们把水流在某一段时间内所能做的总功叫做水能，而在单位时间（秒）内所能做的功叫做水流功率。显然，水流功率愈大，电站的发电能力也愈大。因此要知道电站的发电能力，就先要计算水流功率。河道中水流功率可以这样来计算，假设在河道的某一段中水面落差为H（米），单位时间（秒）内H通过河道横断面的水量为Q（立方米/秒），那么，水流河段功率就等于水的重量和落差的乘积。很明显，水面落差越高、流量越大，水流功率也越大。

二、水电站的出力

在一定水头和流量下，水电站能发出的电力叫做水电站出力。很明显，出力大小决定于通过水轮机水流功率的大小。在水能转化为电能的过程中，水从上游流到下游沿途要克服河床或建筑物对水流的阻力，水轮机、发电机和传动设备等在工作中也要克服许多阻力。而克服阻力，就要做功，水流功率就要有所消耗，这是不可避免的。因此，真正能够用来发电的水流功率要比按公式所求得的数值小，也就是说水电站的出力应等于水流功率乘上一个小于1的系数。这个系数也叫水电站的效率。

水电站效率的具体数值，与水流经过建筑物以及水轮机、传动设备、发电机等运转时所发生的能量损失大小有关，损失越大，效率越低。在小型水电站中，这些损失的总和约占水流功率的25~40%，也就是说，能发100千瓦电的水流进入水电站，结果发电机只能发出60~75千瓦的电，这样水电站的效率即相当于60~75%。

从上面可以看出，当电站的流量、水面落差一定时，电站出力大小取决于效率高低。实践证明，影响水电站效率的因素除了水轮机、发电机和传动设备性能以外，其他如建筑物施工和设备安装质量，运行管理好坏，以及水电站设计是否正确等等，都是影响水电站效率的因素。当然，这些影响因素有些是主要的，有些是次要的，而且在一定条件下，主要的和次要的因素也会相互转化。