第一章绪论 引言 能源是国民经济重要的基础产业，是人类生产和生活必需的基本物质保障，是社会进步 最为重要的物质基础。在天然河川径流中，水声隆隆，冲走砂石，说明在水中行在有巨大的 能量一水能（水能资源），它是年复一年可再生的资源。 《水电站》是一门研究如何利用水能进行发电的课程：水电站枢纽是将水能转变为电能的 枢纽建筑物。 煤炭、石油、天然气是非再生能源，称为一次能源。据2004年《BP世界能源统计年鉴》 披露，以目前的开采速度计算，全球石油总储量只可供应41年，天然气总储量只可供应60 年。尽管专家对我国煤炭、石油、天然气的资源量和储量说法尚不一致，但我们最终都要面 对一次能源枯竭的那一天。能源的最终目标必须是以可再生能源代替石化燃料的一次能源。 水能资源是再生资源，开发利用水能资源的主要形式是修建水电站。 一、我国水能资源概况 我国是世界上水能资源最丰富且具有优越水电事业发展自然条件的国家，2005年公布 的复查结果见下表 水能蕴藏量>1万kW河流 (条) 3886 年发电量万亿kWh (度) 世界排序 总量（亿kW) 6.94 6.08 首位 技术可开发亿kW 5.42 2.47 首位 经济可开发亿kW 4.02 1.75 首位 在我国的水能资源中，根据最新水能资源复查结果，全国小水电资源技术可开发量为1.25 亿千瓦。据2003年世界水能大会估计，世界小水电可开发资源大致为1.44亿千瓦。此外， 我国还具有丰富的潮沙水能资源，可开发的潮汐水能资源约2100万kW,相当于年发电量580 亿kWh。由于水能资源是可以再生的，有人形象地说：“滚滚江河向东流，流的都是煤和油， 水能资源不利用，就会年复一年的白白浪费，用了就能发电”。 二、我国水能资源特点 1蕴藏主富，分布不均 时间上：夏秋季4~5个月的径流量占全年的60%~70%，冬春季径流量很少： 空间上：水能资源大部分集中在西部。除西藏外，云、贵、川三省蕴藏的水能资源占全 国的50%以上，而华东、华北和东北三大区共占全国水能资源的6.8%，70%以上的大型水电 站和80%以上的特大型水电站集中分布在云、贵、、藏西南四省。 2.开发率低，发展迅速 截至2004年9月，我国水电装机容量突破了1亿千瓦大关，其开发率仅为24%，大大 低于发达国家50%一70%的开发利用水平。按1996年统计，世界其它国家的利用程度远远高
于我国（法国74%，瑞士72%，日本66%，巴拉圭61%，挪威60%，英国58%，瑞典、捷克 斯洛伐克56%，芬兰、美国55%)。 1949年建国初，全国水电站装机容量仅36万kW,年发电量12亿kWh,我国第一座水 电站昆明石龙坝电站建于1912年，装机1440W,新中国成立后，在中国共产党的领导下， 水电事业得到了蓬勃发展。到1995年底，全国水力发电装机容量已达5208万kW,特别是 党的十一届三中全会以来，水电发展的速度更快，由1978年的1728万kW增长到1995年的 5208万kW,建成了一大批大中型水力发电站。目前在建的三峡水电站，装机容量1820万 kW,单机容量0万kW,是目前世界上最大的水利水电工程。目前全国已建和在建的大中型 水电站如下图。 林台托海 铁门关 大山可 点击此处 水电站分布图 长江 长正流水电站分布图 小1 漫湾 珠江 大朝山 青溪 全国大中型水电站分布图
长江流域大中型水电站分布图 小浪底 黄河流域大中型水电站分布图
鲁布革 珠江流域大中型水电站分布图 3.前景宏伟 由于我国水能资源丰富，开发利用程度较低，所以，对水能开发利用，修建水电站，着 宏伟的光辉前景。为了有效、合理地开发利用这些资源，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。 全国十三大水电基地装机容量 7174 南地区水电基地 单位：万千瓦 28562560 88g 2340 178 7198 23 148 653 778 110 乌 黄河中游
三、水力发电的基本原理及其特点 (一)水力发电的基本原理 水力系统 机电系统 水工建筑和设备 水轮机 发电机 天然水能 可利用水能 旋转机械龍 电能 水轮机+水轮发电机=水轮发电机组（机组） (二)水电站的出力计算 单位时间内水体向水电站所供给的能量称为水电站的理论出力N,其单位用kW表示。 N,=yH。/t=y0H。=9.81QH0 若水轮发电机组的总效率为n,则水电站实际出力N为： N=9.81n9(H。-△h)=9.81nQH (三)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kWh。 较短的时段（日、月）： E-N*T 较长的时段（季、年），发电量由各时段的发电量相加求得。 (四)水力发电的特点 优点： 1.水能的再生 2.水资源可综合利用（多目标开发：梯级开发） 3.水能可调节 4.水力发电具有可㎡性（油水落能电站） 5.机组工作的灵活性好 6.水力发电生产成本低、效率高 7.不污染环境，有利于环境保护 缺点： 1,受自然条件影响大。 2.一次投资较大，工期长
3.事故后果严重。水管破裂、溃坝等，设计、施工应安全可靠。 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 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。 特点： (1)坝式开发的水头取决于坝高。 (2)可以用来调节流量，水电站引用流量大，电站规模也大，水能利用较充分。 (3)综合利用效益高。 (4)坝式水电站的投资大，工期长 适用：适用于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段。 2.引水式开发 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的水能开发方式。 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 适用：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。 3.混合式开发 在一个河段上，同时采用坝和有压引水道共同集中落差形成水头的开发方式 优点：具有坝式开发和引水式开发的优点 适用：河段前部有筑坝建库条件，后部坡降大（如有急流或大河弯），宜采用混合式开发。 4.潮为水能开发 利用海洋涨潮落潮所形成的水位差引海水发电的方式。 分类：(1)单库单向发电 2)单库双问发电 (二)水电站的基本类型 1.坝式水电站采用坝式开发修建的水电站称为坝式水电站 形式：河床式坝后式坝内式闸墩式溢流式
(1)河床式水电站 特点：厂房挡水，承受上游水压力，防淹水头不高流量大： 无引水建筑物，水从厂房上游进水口直至水轮机。 (2)坝后式水电站 特点：厂房布置在坝后或其邻近。厂房结构不受水头所限，水头取决于坝高 2.引水式水电站 (1)无压引水式电站 引水建筑物为明渠或无压隧洞 主要组成建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠，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。 3.混合式水电站特点：水能开发方式为混合式 4.潮汐水电站 特点：利用潮沙水能进行发电 5.抽水蓄能电站建筑物组成包括：上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建 在下水库处，采用双向机组，包括抽水蓄能和放水发电两个过程 (三)水电站的组成建筑物 挡水建筑物响：坝、闸 枢纽建筑物 泄水建筑物：滋洪道、泄水洞 过坝建筑物：过坝、过木、过鱼 进水建筑物：进水口、沉沙池 引水建筑物：引水道、压力管道、尾水道 发、变、配 平水建筑物：压力前池、 调压室 电建筑物 厂房1 主厂房 厂房枢纽 副厂房 变电站、开关站