1、第一章第一章 水能资源的开发利用水能资源的开发利用1-1 1-1 水能资源的综合利用水能资源的综合利用 水资源综合利用原则是按照国家对环境保护、社会经济可持续发展战水资源综合利用原则是按照国家对环境保护、社会经济可持续发展战略方针，充分合理地开发利用国家的水资源，来满足社会各部门对水的需略方针，充分合理地开发利用国家的水资源，来满足社会各部门对水的需求，又不能对未来的开发利用能力构成危害，在环境、生态保护符合国家求，又不能对未来的开发利用能力构成危害，在环境、生态保护符合国家规定的条件下，获取最大社会经济和环境综合效益。规定的条件下，获取最大社会经济和环境综合效益。 力求做到力求做到”一库多用
2、一库多用”、“一水多用一水多用”、一物多能、一物多能“等。等。 综合利用不是简单地相加，而是有机的结合，综合地满足多方面的综合利用不是简单地相加，而是有机的结合，综合地满足多方面的需要。需要。一、水资源综合利用的原则一、水资源综合利用的原则防洪与兴利库防洪与兴利库容结合使用容结合使用发电、航运、发电、航运、灌溉等灌溉等如：泄水底孔兼有泄洪、如：泄水底孔兼有泄洪、下游供水、放空水库和施下游供水、放空水库和施工导流等工导流等充分利用长江流域河道通航条件的优充分利用长江流域河道通航条件的优势发展水运势发展水运长江水资源综合开发利长江水资源综合开发利用用完善长江防洪体系完善长江防洪体系开发长江水能资源
3、，促进开发长江水能资源，促进“西电东送西电东送”治理水土流失，整治江河泥沙，保持河治理水土流失，整治江河泥沙，保持河势稳定势稳定加强长江水资源保护，防止水环境恶化加强长江水资源保护，防止水环境恶化开发利用长江水资源，加快近、远距离供开发利用长江水资源，加快近、远距离供水发展速度水发展速度例：例：二、各水利部门的用水要求及相互关系二、各水利部门的用水要求及相互关系水力发电防洪航运水产养殖木材流放旅游水水灌溉工业和城镇用水水水不耗水部门不耗水部门耗水部门耗水部门三峡工程实例三峡工程实例 三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治理和开发长江
4、的关键性骨干工程。三峡工程水库正常蓄水位理和开发长江的关键性骨干工程。三峡工程水库正常蓄水位175米，总库容米，总库容393亿立方米；水库全长亿立方米；水库全长600余公里，平均宽余公里，平均宽度度1.1公里；水库面积公里；水库面积1084平方公里。它具有平方公里。它具有防洪、发电、航防洪、发电、航运等巨大的综合效益。运等巨大的综合效益。 兴建三峡工程的首要目标是兴建三峡工程的首要目标是防洪。防洪。三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干工程。其地理位置优越，可有效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪工程。其地理位置优越，可有
5、效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪标准由现在的约十年一遇提高到百年一遇。遇千年一遇或类似于标准由现在的约十年一遇提高到百年一遇。遇千年一遇或类似于18701870年曾发生过的特大洪水，年曾发生过的特大洪水，可配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻可配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。防防 洪洪枢纽布置枢纽布置 枢纽主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物等枢纽主要建筑
6、物由大坝、水电站、通航建筑物等3大部分组成。大部分组成。主要建筑物的型式及总体布置，经对各种可行性方案的多年比较和研主要建筑物的型式及总体布置，经对各种可行性方案的多年比较和研究，并通过水力学、结构材料和泥沙等模型试验研究验证，均已确定。究，并通过水力学、结构材料和泥沙等模型试验研究验证，均已确定。选定的枢纽总体布置方案为下图。选定的枢纽总体布置方案为下图。三峡水电站总装机容量三峡水电站总装机容量1820万千瓦，年平均发电量万千瓦，年平均发电量846.8亿亿千瓦时。它将为经济发达、能源不足的华东、华中和华南等地区提千瓦时。它将为经济发达、能源不足的华东、华中和华南等地区提供可靠、廉价、清洁的可
7、再生能源，对经济发展和减少环境污染起供可靠、廉价、清洁的可再生能源，对经济发展和减少环境污染起到重大的作用。到重大的作用。发发 电电航航 运运1-2 1-2 水力发电水力发电1、水力发电的原理、水力发电的原理1-2 1-2 水力发电水力发电1-2 1-2 水力发电水力发电水力发电的原理水力发电的原理利用河川、湖泊等位於高處，具有位能的水流至低處，利用河川、湖泊等位於高處，具有位能的水流至低處， 將其中所含之位能轉換成水輪機之動能，將其中所含之位能轉換成水輪機之動能， 再藉水輪機為原動機，推動發電機產生電能。再藉水輪機為原動機，推動發電機產生電能。以水的流動力量推動水輪機為原動機，進而推動發電機
8、產生電能。)()2()2(2122222211112121mNWHgvpZWgvpZWEEE)(81. 9kWQHN )(kWkQHN 2-1 河段的潜在水能1-2 1-2 水力发电水力发电2、水力发电的基本方程式、水力发电的基本方程式)(81. 92121kWQHN)(0027. 0)3600(81. 9212121hkwWHTQHE)(0027. 021hkwWHE水电站的发电量水电站的发电量构成江河水能的基本要素构成江河水能的基本要素-流量、落差流量、落差N水水=9.8QH（千瓦）（千瓦）落差（米）落差（米）流量（米流量（米3/秒）秒）l 筑坝筑坝-抬高水位抬高水位-集中水能集中水能l
9、水能水能-机械能机械能-电能电能转化转化转化转化 1-3 1-3 水能资源的开发方式水能资源的开发方式前言前言 一、坝式开发一、坝式开发二、引水式开发二、引水式开发三、混合式开发三、混合式开发四、梯级开发四、梯级开发五、潮汐式开发五、潮汐式开发六、抽水蓄能式开发六、抽水蓄能式开发结束语结束语 E=WH (N.m) 1. 集中落差集中落差 2. 引用流量引用流量 3. 基本开发方式基本开发方式 (1) 坝式坝式 (2) 引水式引水式 (3) 混合式混合式 4. 特殊型式水电站特殊型式水电站 (1) 潮汐式潮汐式 (2) 抽水蓄能式抽水蓄能式图图2-1 水电站的水头和利用水量水电站的水头和利用水量
10、一 前前 言言 一、坝式开发一、坝式开发一图图2-2 坝式水电站示意图坝式水电站示意图 在河流狭窄处，在河流狭窄处，拦河筑坝或闸，坝拦河筑坝或闸，坝前壅水，在坝址处前壅水，在坝址处形成集中落差，这形成集中落差，这种水能开发方式称种水能开发方式称为坝式开发。为坝式开发。 用坝集中水头用坝集中水头的水电站称为坝式的水电站称为坝式水电站。水电站。坝式开发坝式开发1、坝后式坝后式2、河床式、河床式3、溢流式、溢流式4、坝内式、坝内式按大坝和水电站相对位置不同可分为：按大坝和水电站相对位置不同可分为： 1、坝后式、坝后式图图2-3 坝后式水电站示意图坝后式水电站示意图特点特点: 水头较高水头较高,厂房本
11、身厂房本身 不承受上游水压，不承受上游水压， 与挡水坝分开。与挡水坝分开。 一湖北三峡水电站湖北三峡水电站主要参数：N=70万KWZ=26台P=1820万KWD1=9.5m最大坝高:175m一一吉林丰满水电站吉林丰满水电站P=104万KW 2、河床式、河床式图2-4 河床式水电站示意图河床式水电站示意图特点：水头不高特点：水头不高, 厂厂房本身能承受游水房本身能承受游水压力，起挡水作用。压力，起挡水作用。一 在平原河段上，在平原河段上，或因地形、地址及或因地形、地址及淹没损失等条件不淹没损失等条件不允许建高坝，则建允许建高坝，则建低坝或闸的坝式水低坝或闸的坝式水电站。电站。一主要参数：N=17
12、万KWZ=21台P=271.5万KWD1=11.3m湖北葛洲坝水电站湖北葛洲坝水电站一辽宁太平湾水电站辽宁太平湾水电站P=19.1万KW一 3、 溢流式溢流式图图2-5 溢流式水电站剖面图溢流式水电站剖面图 厂房高度相厂房高度相对来说很小时往对来说很小时往往采取溢流式厂往采取溢流式厂房布置形式。房布置形式。一浙江新安江水电站浙江新安江水电站P=66.25万KW一贵州乌江渡水电站贵州乌江渡水电站P=63万KW一 4、坝内式、坝内式图图2-6 坝内式水电站示意图坝内式水电站示意图 优点：可以节约投优点：可以节约投 资和缩短引水管道。资和缩短引水管道。当坝的高度和宽度都当坝的高度和宽度都较大或河谷狭
13、窄洪水较大或河谷狭窄洪水又很大时，往往将厂又很大时，往往将厂房布置在坝内。房布置在坝内。一湖南风滩水电站湖南风滩水电站 P=40万KW 小小 结结 11. 坝式开发的显著优点是由于形成蓄水库坝式开发的显著优点是由于形成蓄水库,可用以调节流量。可用以调节流量。2. 坝式水电站因有蓄水库，综合利用效益高。坝式水电站因有蓄水库，综合利用效益高。3. 坝式水电站一般投资大，工期长，单价高。坝式水电站一般投资大，工期长，单价高。4. 坝式开发适合于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条坝式开发适合于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条 件的河段。件的河段。一二、引水式开发二、引水式开发 在河流坡降陡的河段
14、上筑一低坝在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝或无坝)取水，通过人工修建的引水取水，通过人工修建的引水道引水到河段下游，道引水到河段下游，集中落差集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电，这，再经压力管道引水到水轮机进行发电，这种开发方式称为引水式开发。种开发方式称为引水式开发。适用条件：适用条件： 适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。特点：特点： (1) 水头相对较高，最大水头已达水头相对较高，最大水头已达2000米以上。米以上。 (2) 引用流量较小，无水库调节径流。引用流量较小，无水库调节径流。 (3) 电站库容很小，工程量较小，单位造价较低
15、。电站库容很小，工程量较小，单位造价较低。（1 1）无压引水式电站）无压引水式电站（free flow diversion type power station）引水建筑物是无压的：明渠引水建筑物是无压的：明渠(open channel)、无压隧洞、无压隧洞(free flow tunnel)主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞洞)，日调节池，压力前池，压力水，日调节池，压力前池，压力水管，厂房，尾水渠。管，厂房，尾水渠。（2 2）有压引水式电站）有压引水式电站（ pressure flow diversion type power statio
16、n）引水建筑物是有压的：压力隧洞引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel)。主要建筑物：低坝，引水隧洞主要建筑物：低坝，引水隧洞(有压有压)，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。 图图2-9 2-9 有压引水式水电站有压引水式水电站1-1-高河（或河湾上游）；高河（或河湾上游）；2-2-低河（或河低河（或河湾下游）；湾下游）；3-3-进水口；进水口；4-4-有压隧洞；有压隧洞；5-5-调压室；调压室；6-6-压力钢管；压力钢管；7-7-水电站厂房水电站厂房图图2-8 2-8 无压引水式水电站无压引水式水电站1-1-原河道；原河道；2-2-明渠；
17、明渠；3-3-取水口；取水口；4-4-进水口；进水口；5-5-前池；前池；6-6-压力水管；压力水管；7-7-水电站厂房；水电站厂房；8-8-尾水渠尾水渠一四川小白塔水电站四川小白塔水电站一广西天湖水电站广西天湖水电站最大水头：最大水头：H=1074m一北京京密二级无压引水式水电站北京京密二级无压引水式水电站一 小小 结结 2 1. 引水式水电站的水头较高，引用流量较小。（引水式水电站的水头较高，引用流量较小。（Hmax=2030m，意大利劳，意大利劳累斯水电站）累斯水电站） 2. 水量利用率差，综合利用价值较低，电站规模较小。水量利用率差，综合利用价值较低，电站规模较小。 3. 无水库淹没损
18、失，工程量较小，单位造价也较低。无水库淹没损失，工程量较小，单位造价也较低。 4. 适用于河道坡降较陡，流量较小的山区性河段，是山适用于河道坡降较陡，流量较小的山区性河段，是山 区水电站常用的开发方式区水电站常用的开发方式。一三、混合式开发三、混合式开发图图2-10-1 2-10-1 混合式水电站混合式水电站一在一个河段上，同时用坝在一个河段上，同时用坝和有压引水道结合起来共和有压引水道结合起来共同集中落差的开发方式。同集中落差的开发方式。这种开发方式的水电站称这种开发方式的水电站称为混合式水电站。为混合式水电站。图图2-10-2 混合式水电站混合式水电站1-坝；坝；2-进水口；进水口；3-隧
19、洞；隧洞；4-调压井；调压井；5-斜井；斜井；6-钢管；钢管；7-地下厂房；地下厂房；8-尾水洞；尾水洞；9-蓄水库蓄水库一吉林云峰水电站 P=40万KW一广东流溪河水电站广东流溪河水电站一 小小 结结 3 3 混合式开发因有蓄水库，可调节流量，它兼有坝式混合式开发因有蓄水库，可调节流量，它兼有坝式开发和引水式开发的优点，但必须具备合适的条件。一开发和引水式开发的优点，但必须具备合适的条件。一般说，河段上部有筑坝建库的条件，下部坡降大（如有般说，河段上部有筑坝建库的条件，下部坡降大（如有急滩或大河湾），易用混合式开发。急滩或大河湾），易用混合式开发。一四、四、梯级开发方式梯级开发方式(Casc
20、aded type) 我国水电资源非常丰富，对河流进行梯级开发，是充分利用水力我国水电资源非常丰富，对河流进行梯级开发，是充分利用水力资源的一个有效的方法。现阶段，在我国已经进行梯级开发的河流很资源的一个有效的方法。现阶段，在我国已经进行梯级开发的河流很多，如北部有浑江、牡丹江梯级等，东部有乌溪江、新安江、富春江多，如北部有浑江、牡丹江梯级等，东部有乌溪江、新安江、富春江梯级等，南部有以礼河、西洱河、猫跳河、红水河梯级，西部有映秀梯级等，南部有以礼河、西洱河、猫跳河、红水河梯级，西部有映秀湾、大渡河梯级等，此外还有长江及其支流清江与黄河等大容量梯级湾、大渡河梯级等，此外还有长江及其支流清江与黄
21、河等大容量梯级水电厂。水电厂。梯级开发梯级开发对全河流由上而下拟定对全河流由上而下拟定一个河段接一个河段的一个河段接一个河段的水利枢纽系列，呈阶梯水利枢纽系列，呈阶梯状的分布形式状的分布形式。图图2-11 河流梯级开发示意图河流梯级开发示意图1-坝；坝；2-引水道；引水道；3-水电站厂房水电站厂房一一条河流上一连串的水一条河流上一连串的水电站系列称为梯级水电电站系列称为梯级水电站。站。黄河梯级开发黄河梯级开发一 进行梯级开发时应注意：进行梯级开发时应注意： 1. 尽可能充分地利用水能资源。尽可能充分地利用水能资源。 2. 作好第一期工程的选择。作好第一期工程的选择。 3. 对河流梯级开发方案进
22、行技术、经济、施工条件、对河流梯级开发方案进行技术、经济、施工条件、 效益、淹没损失等方面的比较时，要求对各梯开发方案的每效益、淹没损失等方面的比较时，要求对各梯开发方案的每一级单独进行分析评价外，还应将个梯级作为一个整体，进一级单独进行分析评价外，还应将个梯级作为一个整体，进行总结评价。行总结评价。一小小 结结 4 4五、潮汐式五、潮汐式(tidal energy type) 潮汐：潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水 的潮涨潮落。的潮涨潮落。潮汐发电与原理：潮汐发电与原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能
23、来发电的，利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的， 也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为 电能电能( (发电发电) )的过程。的过程。潮汐水能发电示意图潮汐水能发电示意图潮汐式水电站潮汐式水电站1.布置情况布置情况由坝、水闸及厂房组成由坝、水闸及厂房组成2.工作原理工作原理（1）等候工况）等候工况（2）发电工况）发电工况（3）充水工况）充水工况图图2-12 单库双向发电示意图单库双向发电示意图（a) 布置图；布置图；(b) 工作过程示意图工作过程示意图一中国最大的潮汐电站：中国江夏电站，装机容量中国最大的潮汐电站：中
24、国江夏电站，装机容量3000千瓦。千瓦。 中国第一座双向潮汐电站。位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。中国第一座双向潮汐电站。位于浙江省温岭市乐清湾北端江厦港。19801980年年5 5月第一台机组投产发电。电站设计安装月第一台机组投产发电。电站设计安装6 6台台500500千瓦双向灯泡贯流千瓦双向灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量式水轮发电机组，总装机容量30003000千瓦，可昼夜发电千瓦，可昼夜发电14141515小时，每年小时，每年可向电网提供可向电网提供10001000多万千瓦时电能。多万千瓦时电能。浙江江厦水电站浙江江厦水电站一世界最大的潮汐电站：法国朗斯电站，装机容量世界最大的潮汐
25、电站：法国朗斯电站，装机容量24万千瓦。万千瓦。 小结小结5 电站内装有可逆式机组，大都是可逆贯流式机组。涨潮、电站内装有可逆式机组，大都是可逆贯流式机组。涨潮、落潮两个方向均可发电，减少了停机时间。但是，这种潮汐落潮两个方向均可发电，减少了停机时间。但是，这种潮汐电站的发电过程仍然是断续的，要其它电站与之配合，才能电站的发电过程仍然是断续的，要其它电站与之配合，才能保证用户经常用电要求。保证用户经常用电要求。 潮汐式水电站水头很低，一般不过潮汐式水电站水头很低，一般不过3-5米，但引用流量可米，但引用流量可以很大。以很大。一六、抽水蓄能式六、抽水蓄能式(tidal energy type)
26、抽水蓄能式是水能开发利用的一种特殊形式，其目的不是为了开抽水蓄能式是水能开发利用的一种特殊形式，其目的不是为了开发水能资源向电力发水能资源向电力 系统提供更多电量，而是以水体为蓄能介质，充分系统提供更多电量，而是以水体为蓄能介质，充分发挥水力发电运行灵活等优势，起调节电能，改善电力系统运行条件发挥水力发电运行灵活等优势，起调节电能，改善电力系统运行条件的作用。的作用。抽水蓄能式水电站抽水蓄能式水电站1. 抽水蓄能过程抽水蓄能过程2. 放水发电放水发电 图图2-13 2-13 抽水蓄能式水电站抽水蓄能式水电站 (a)(a)在日负荷图上的工作状态在日负荷图上的工作状态; (b); (b)建筑物布置
27、示意建筑物布置示意图一组成：它的工作包括抽水蓄能和放水发电两个过程。其建筑物组成中必须有组成：它的工作包括抽水蓄能和放水发电两个过程。其建筑物组成中必须有高、低两个水池，以有压引水建筑物相连。蓄能电站厂房位于下水池处。高、低两个水池，以有压引水建筑物相连。蓄能电站厂房位于下水池处。电能电能 水能水能 电能电能广州蓄能水电站广州蓄能水电站P=4*30万KW一十三陵蓄能水电站十三陵蓄能水电站P=4*20万kw一河北潘家口水电站河北潘家口水电站一1. 抽水蓄能电站的总效率在抽水蓄能电站的总效率在60%-70%2. 消耗的是系统的多余电能消耗的是系统的多余电能,提供的是系统急需的峰荷电能。提供的是系统
28、急需的峰荷电能。3. 调节电能调节电能,使火电站机组工作均匀使火电站机组工作均匀 ,提高效率提高效率,节省燃料消耗，节省燃料消耗，并改善系统的供电质量。并改善系统的供电质量。4. 调峰填谷调峰填谷,经济合理。经济合理。一小小 结结 6 61、水能资源的基本开发方式有几种？其主要区别是什么？、水能资源的基本开发方式有几种？其主要区别是什么？2、抽水蓄能式水电站的作用是什么？、抽水蓄能式水电站的作用是什么？3、潮汐式水电站的特点是什么？、潮汐式水电站的特点是什么？作业一作业一请查找和搜集你家所在省或市某座水电站的详细资料。请查找和搜集你家所在省或市某座水电站的详细资料。思考题思考题1. 水能资源蕴
29、藏量水能资源蕴藏量: 理论蕴藏量理论蕴藏量: 68000 万万KW 年发电量年发电量: 59000亿亿KWh 可开发容量可开发容量: 38000万万KW 年发电量年发电量: 19000亿亿KWh2. 水电建设成就水电建设成就: 旧中国建小水电站旧中国建小水电站: 如石龙坝水电站如石龙坝水电站(480 KW 1912年年) 日伪时期建中型水电站日伪时期建中型水电站: 如丰满水电站如丰满水电站(56万万KW) 新中国建大型水电站新中国建大型水电站: 如二滩水电站如二滩水电站(330万万KW) 葛洲坝水电站葛洲坝水电站(271.5万万KW) 正在建巨型水电站正在建巨型水电站: 如三峡水电站如三峡水电站(1820万万KW) 龙滩水电站龙滩水电站(420万万KW)一结束语结束语一
