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水力发电原理

2017-08-24 15:53:33来源:新能源课件网浏览: 评论:0

  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。

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  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。

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  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m3/s。

  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- Zd

  3.出力  单位时间内的天然水能Pt称为水电站理论出力,即

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  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

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  式中:ηt 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6.5~8.0。

 

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