水力发电

水力发电

(hydropower)

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开发河川或海洋的水能资源，转换水能为电能的工程技术。采取集中水头和调节径流等措施，把天然水流中蕴有的位能和动能经水轮机转换为机械能，再通过发电机转换为电能，最后经输变电设施送入将电能电力系统或直接供电给用户。水力发电有多种形式，利用河川径流水能发电的为常规水电；利用海洋潮汐能发电的为潮汐发电；利用波浪能发电的为波浪发电；利用电力系统低谷负荷时的剩余电力抽水蓄能，高峰负荷时放水发电的为抽水蓄能发电。

天然的水流所蕴藏的位能或动能统称为水能或称水力资源。水力是一种宝贵的自然资源，是取之不尽用之不竭的可再生能源，而且是清净的能源。利用水能的最普遍的形式是建设水电站，利用水流的流量和落差发电，或称为水力发电。世界各国都竞相优先开发水力发电，作为电力工业的重要组成部分。

　　我国幅员辽阔，河川纵横，是世界上水力资源最丰富的国家之一，水力资源的蕴藏量达6.8亿kW，约占全世界的1／6，居世界第一位，可能开发的容量约4亿kW，年发电量l～2万亿kW·h左右。这相当于每年提供4～8亿t标准煤或3～6亿t重油的能量。

基本原理  水体由上游高水位，经过水轮机流向下游低水位，以其重力做功，推动水轮发电机组发出电力。机组单位时间内输出的电能称为功率，它与上下游水位差(称为水头)和单位时间流过水轮机的水体体积(称为流量)成正比，可以下式表示:

                                              P=9.81ηQH

式中P为水力发电的功率，kW；η为引水系统、水轮机和发电机的总效率，(η＜1.0)；Q为通过水轮机的流量，m3/s；H为水头，m。

特点  水力发电有下列特点。

(1) 水能是可再生能源。地球表面以海洋为主体的水体，在太阳能的作用下，蒸发成水汽升到高空，在风力推动下，部分水汽被吹向大陆，在适当条件下凝结成水滴下降，经地面汇集补给河川径流，汇入海洋。这是一个以太阳热能为动力的水文循环，周而复始，永不停息。河川径流是这一循环中的一个环节，因而水能资源不断再生。潮汐能是由月球和太阳的引力作用产生的，波浪能是由风力作用产生的，也都不断再生。利用这些可再生的水能发电，可节省火电和核电消耗的煤、油和铀等不可再生的宝贵矿产资源。

(2) 水力发电是清洁的电力生产，不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核辐射污染。

(3) 水力发电的效率高。常规水电站水能的利用效率在80%左右，而火力发电厂的热效率只有30%～50%。

(4) 水力发电承担着一次能源开发和二次能源转换的双重任务。建设水电站所需的投资和建设工期，与建设火电厂及其所需燃料的开采、运输等工程的投资和建设工期差不多。

(5) 水力发电的生产成本低廉。无需购买、运输和贮存燃料；所需运行人员较少、劳动生产率较高；管理和运行简便，运行可靠性较高。

(6) 水轮发电机组起停灵活、增减出力快，出力可变幅度大，是电力系统理想的调峰、调频和事故备用电源。

(7) 受河川天然径流丰枯变化的影响，无水库调节或水库调节能力较差的水电站，其可发电力在年内和年际间变化较大，与用户用电需要不相适应。因此，一般水电站需建设水库调节径流，以适应电力系统负荷的需要。现代电力系统，一般采用水、火、核电站联合供电方式，既可弥补水力发电天然径流丰枯不均的缺点，又能充分利用丰水期水电电量，节省火电厂消耗的燃料。潮汐能和波浪能也随时间变化，也宜与其他类型电站配合供电。

(8) 水电站的水库可以综合利用，承担防洪、灌溉、航运、城乡生活和工矿生产供水，养殖、旅游等任务。如安排得当，可以做到一库多用，一水多用，获得最优的综合经济效益和社会效益。

(9) 建有较大水库的水电站，有的水库淹没损失较大，移民较多，并改变了人们的生产生活条件；水库淹没影响野生动植物的生存环境；水库调节径流，改变了原有水文情况，对生态环境有一定影响。这些问题需妥善处理。

(10) 水能资源在地理上分布不均，建坝条件较好和水库淹没损失较少的大型水电站站址往往位于远离用电中心的偏僻地区，施工条件较困难，需要建设较长的输电线路，增加造价和输电损失。

开发原则  水力发电涉及一次能源开发、电力系统规划和运行、水资源综合利用、社会经济发展和生态环境等诸多方面，开发水电要重视以下几点。

(1) 作好地区电源和水电发展规划。根据地区用电负荷发展预测、地区一次能源规划、河流水电规划等工作成果，考虑与其他地区可能的能源与电力交换、水力发电与其他能源发电的最佳配合、水资源综合利用以及对生态环境影响等因素，按照全系统整体效益最优原则，统筹安排地区电力系统的电源构成和水、火电站的建设时序。

(2) 连续开发河流梯级水电站和分片集中建设水电站群，是节约投资、加快进度的有效途径。

(3) 在淹没、移民允许条件下，在河流上游建大水库可提高全河径流的经济利用。在地形条件许可并对水资源利用有利时，可考虑跨流域引水(见跨流域引水发电规划)或集水网开发方式。

(4) 水电站建设要根据具体条件，因地制宜，大中小型并举，高中低水头并举。在河川水能资源较缺地区，靠近用电中心可选择有利地点建设抽水蓄能电站，以满足电力系统调峰要求。在潮汐资源有利地区，可研究开发潮汐电站。

(5) 重视水电站项目的环境影响，切实做好环境保护设计。

(6) 重视水库淹没损失，做好水库移民安置规划并切实实施，使居民迁移后，能在新的环境中发展生产、安居乐业。

(7) 严格按照基建程序办事。做好水电站项目的可行性研究和初步设计。

建设规模  自1950年起，联合国对世界各国的电力发展进行统计。全世界1950年共有水电装机容量72000MW，其中欧美日澳新发达国家占92.3%，亚非拉发展中国家仅占7.7%。至1990年，全世界共有水电装机容量634675MW，其中发达国家占68.6%，发展中国家的比重增至31.4%。40年内，水电装机容量的平均年增长率为5.6%，其中发达国家为4.8%，发展中国家为9.4%，见表1。表2列出了水电开发较多的20个国家1950～1990年水电装机发展情况。其中，委内瑞拉、中国、印度、巴西、哥伦比亚、南斯拉夫、苏联等国发展较快，平均年增长率达到12.5%～7.8%。中国1949年全国装机容量计360MW(台湾省数字未统计，下同)，居世界第20位，1990年水电装机容量为36045MW，跃居世界第6位，到1992年达40680MW超过日本升至第5位。40年内平均年增长率为12.2%，其中前3个10年的年平均增长率顺序为18.3%，12.4%和12.5%，最近10年降至5.9%。而中国水能资源居世界首位，有很大发展潜力。中国水利电力部于1978年根据中国水能资源的具体分布情况、开发条件和国民经济发展需要，从战略角度出发，提出集中建设中国十大水电基地的设想方案。80年代，这个设想方案已在黄河上中游、红水河、雅砻江等处逐步付诸实施。1993年7月，装机容量为18200MW的三峡水利枢纽也已正式进入施工准备阶段。十大水电基地的总装机规模为192190～197840MW，年发电量为10039～10153亿kW·h。1989年水利水电规划设计总院根据实际情况，对此方案做了修正和补充，汇总为中国十二大水电基地。总装机规模210470MW