当前课程知识点：水利水电工程概论 > 第五章 水电站及水电站建筑物 > 5.1 水利发电原理和特点 > 第5.1节视频 水利发电原理和特点
同学们好
谈到水利工程
我们不得不谈水力发电
那么水是如何发电的呢
今天我们就来学习一下
水利发电的基本原理和特点
水力发电
顾名思义就是借助水的力量来发电
其实人类在很早以前
就开始利用水流的能量
为自己的生产生活服务
据文字记载
公元前二世纪
希腊就出现了水磨
我国在东汉魏晋时期
就出现关于水排水磨等的记载
人们利用水流
推动木质水车带动石碾石磨转动
进行农产品的加工和生产
16世纪
英国制成铁质水轮
利用水流的力量带动桨叶汲水上岸
供城市用水
18世纪
欧洲进行产业革命
水利机械在工业生产中得到了较大的发展
十九世纪
人们制成了第一台水轮机
1878年世界上第一座水电站在法国建成
开创了水利发电的先河
此后
随着机械制造业和电气技术的发展
特别是高压输电技术的出现
为水能利用开辟了广阔的道路
现在水能利用的主要形式是水力发电
水力发电的过程
其实就是一个将水能转化为旋转机械能
进而转化为电能的一个过程
大家看这张图片
图中的河流每天奔腾不息
其蕴藏的巨大水能消耗在了冲刷河床
推移泥沙及克服摩擦阻力中
如果我们能在合适的位置
建这样一个大坝
拦截水流抬高上游水位
形成较大的水位落差
这样我们就能
将原本消耗的河道当中的能量
通过水流势能的方式给它蓄积起来
当水经由压力管道引至厂房的水轮机的时候
巨大的水能推动转入旋转
使水能转变为旋转机械能
转轮又带动与它同轴相连的发电机转子旋转
这样就在发电机的定子上产生了
感应电势
当和外电路接通时
便产生了电流
发电机就向外供电了
这就是水力发电的全过程
接下来可能同学要问
电能的大小怎么计算
用于哪些因素有关呢
下面我们就来定量的分析一下
能量转化的多少
如图所示
上下游水位差为H
流入水轮机的流量为Q
如果忽略掉沿程
引水建筑物当中的水头损失
那么单位时间内水能为YQH
扣除掉水轮机转轮室内的水力损失
流量损失和机械摩擦损失后
水轮机最终获得的旋转机械能为YQHηT
水轮机的输出功率简称出力
其中ηT为水轮机的效率
其随水轮机工况的改变而改变
我们再来看与水轮机同轴相连的发电机
对发电机而言
水轮机的输出功率就是发电机的输入功率
扣除掉发电机的能量损失
最终获得的电能为YQHηTηG
这里面的ηG指的是发电机的效率
由上述的公式
我们可以看到电能获得多少
主要取决于流量
水头
水轮机的效率和发电机的效率
因此
我们要想获得较多的电能
可以从两方面入手
第一
水利系统方面
尽可能多的收集水能
第二
机电系统方面
可以提高水轮机和发电机的效率
从水力发电的过程不难看出
与其他能源相比
水力发电具有以下的一些特点
第一
可再生性
水能资源是随着水循环
周而复始
不断再生的能源
第二个
综合利用
多方得益
如果水电站枢纽具有容量较大的水库
那么除了发电之外
还可以兼顾
防洪
灌溉
航运
供水
水产养殖业
旅游等多方面
发挥其综合的效益
河流的水资源还可以梯级开发利用
上游发电后的水流
仍可为下游电站再利用
第三个特点
不耗燃料
运行成本低廉
水电站在运行过程当中不耗用燃料
运行人员少
年维护费用较低
总运行成本低廉
第四个特点
环境优美
能源清洁
水电站多建在僻静的山谷中
远离城市的喧嚣
环境幽美
空气清新
在生产过程中
对环境无污染
零排放
是一种清洁的能源
第五个特点
水火互济
调峰灵活
电力用户的用电量时刻变化着
电网当中的日负荷有高峰
也有低谷
火电站
核电站
从开机到正常运行通常需要几个小时
宜担负电网中的基荷
而水电站启动灵活
机组可以在几分钟内
就能从停机状态到达满负荷运行
并网供电
增减负荷十分方便
我们还可以修建专门的抽水蓄能电站
改善电力系统
高峰和低谷之间的
电能生产的供求关系
因此水电站最适宜担任
电力系统当中的调峰调频等任务
与火电站配合运行
互相补充
虽然水力发电具有上述诸多优点
但自身也有不足之处
比如
水电站的建设受自然条件的限制
并不是所有的水能
都能够被人们开发利用
水电站必须建设在
具有一定条件的河段上
往往受到水量
落差
地质
地形等条件的限制
第二个不足之处
一次性投资大
移民多
工期长
修建水电站
特别是拥有高坝大库的水电站时
往往淹没损失多
移民多
建筑物多
土建工程量巨大
所以一次性投资大
工期长
第三个不足之处
事故后果严重
一旦出现水管爆裂
溃坝等事故
将会对人民的生命财产
造成巨大的损失
因此
水利工程设计施工必须安全可靠
第四个不足之处
大型工程常常需要建坝筑库
库区淹没
会对周围的生态环境造成较大的影响
好了
今天关于水力发电的原理和特点
就先讲到这里
下次课再见
-1.1 水资源
--第1.1节测试 水资源
-1.2 水利工程
--第1.2节测试 水利工程
-1.3 古代时期中国水利工程的发展
--第1.3节测试 古代时期中国水利工程的发展
-1.4 新中国水利工程建设成就
--第1.4节测试 新中国水利工程建设成就
-第一章测试 绪论
-2.1 水利枢纽与水工建筑物
--第2.1节测试 水利枢纽与水工建筑物
-2.2 我国典型水利枢纽
--第2.2节测试 我国典型水利枢纽
-第二章测试 水利枢纽与水工建筑物
-3.1 重力坝
--第3.1节测试 重力坝
-3.2 拱坝
--第3.2节测试 拱坝
-3.3 土石坝
--第3.3节测试 土石坝
-3.4 岸边溢洪道
--第3.4节测试 岸边溢洪道
-3.5 水工隧洞
--第3.5节测试 水工隧洞
-3.6 坝身泄水底孔
--第3.6节测试 坝身泄水底孔
-第三章测试 挡水和泄水建筑物
-4.1 水闸
--第4.1节测试 水闸
-4.2 渠首
--第4.2节测试 渠首
-4.3 渠系建筑物
--第4.3节测试 渠系建筑物
--第4.3节拓展 新型输水管道预应力钢筒混凝土管（PCCP)简介
-第四章测试 引调水建筑物
-5.1 水利发电原理和特点
--第5.1节测试 水力发电基本原理与特点
-5.2 坝式水电站
--第5.2节测试 坝式水电站
-5.3 引水式电站
--第5.3节测试 引水式水电站
-第五章测试 水电站及水电站建筑物
-6.1 灌溉与排水
--第6.1节测试 灌溉与排水
-6.2 节水灌溉
--第6.2节测试 节水灌溉
-第六章测试 农业水利工程
-7.1 防洪措施与河道整治工程
--第7.1节测试 防洪措施与河道整治工程
-7.2 堤防与分（蓄、滞）洪工程
--第7.2节测试 堤防与分（蓄、滞）洪工程
-第七章测试 防洪治河工程
-8.1 城市水务的概念及发展历程
-第八章测试 城市水务工程
-9.1 施工导截流
--第9.1测试 施工导截流
-9.2 坝基处理与土石坝施工
--第9.2节测试 地基处理和土石坝施工
-9.3 混凝土坝施工和地下洞室施工
--第9.3节测试 混凝土坝和地下洞室施工
-9.4 水工建筑物智能建造技术
--第9.4节测试 水工建筑物智能建造技术
-第九章测试 水利工程施工
-10.1 水库大坝运行管理
--第10.1节测试 水库大坝运行管理
-10.2 水库信息化
--第10.2节测试 水库信息化
-第十章测试 水利水电工程运行管理
-11.1 生态水利工程学
--第11.1节测试 生态水利工程学
-11.2 河流廊道生态工程技术
--第11.2节测试 河流廊道生态工程技术
-11.3 水库多目标生态调度技术
--第11.3节 测试 水库多目标生态调度技术
-第十一章测试 生态水利工程学
