水力发电--简介

　　水力发电系（Hydroelectric power）利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能转换成水轮机之动能，再藉水轮机为原动力，推动发电机产生电能。利用水力（具有水头）推动水力机械（水轮机）转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械（发电机）随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低为适合家庭用户、工厂用电设备的电压，并由配电线输送到各个工厂及家庭。

　　水力发电--原理

　　水力发电的基本原理是利用水位落差 ，配合水轮发电机产生电力，也就是利用水的位能转为水轮的机械能，再以机械能推动发电机，而得到电力。科学家们以此水位落差的天然条件，有效的利用流力工程及机械物理等，精心搭配以达到最高的发电量，供人们使用廉价又无污染的电力。

　　而低位水通过吸收阳光进行水循环分布在地球各处，从而回复高位水源。 　　于1882年，首先记载应用水力发电的地方是美国威斯康辛州。到如今，水力发电的规模从第三世界乡间所用几十瓦的微小型，到大城市供电用几百万瓦的都有。

　　水电厂--种类

　　按集中落差的方式分类，有：堤坝式水电厂，引水式水电厂，混合式水电厂，潮汐水电厂和抽水蓄能电厂。

　　按径流调节的程度分类，有：无调节水电厂和有调节水电厂。

　　按照水源的性质，一般称为常规水电站，即利用天然河流、湖泊等水源发电。

　　按水电站利用水头的大小，可分为高水头（70米以上）、中水头（ 15-70米）和低水头（低于15米）水电站。

　　按水电站装机容量的大小，可分为大型、中型和小型水电站。一般将装机容量在5,000kW以下的称为小水电站，5,000至100,000kW的称为中型水电站，10万kW或以上的称为大型水电站或巨型水电站。

　　水力发电--优势

　　水能

　　水能是一种取之不尽、用之不竭、可再生的清洁 。但为了有效利用天然水能，需要人工修筑能集中水流落差和调节流量的水工建筑物，如大坝、引水管涵等。因此工程投资大、建设周期长。但水力发电效率高，发电成本低，机组启动快，调节容易。由于利用自然水流，受自然条件的影响较大。水力发电往往是综合利用水资源的一个重要组成部分，与航运、养殖、灌溉、防洪和旅游组成水资源综合利用体系。

　　发电

　　水力发电是再生 ，对环境冲击较小。除可提供廉价电力外， 还有下列之优点：控制洪水泛滥、提供灌溉用水、改善河流航运，有关工程同时改善该地区的交通、电力供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。美国田纳西河的综合发展计划，是首个大型的水利工程，带动整体的经济发展。

　　水力发电--沿革

　　1878年法国建成世界第一座水电站。美洲 水力发电原理图

　　第一座水电站建于美国威斯康星州阿普尔顿的福克斯河上，由一台水车带动两台直流发电机组成，装机容量25kW,于1882年 9月30日发电。欧洲第一座商业性水电站是意大利的特沃利水电站，于1885年建成，装机65kW。19世纪90年代起，水力发电在北美、欧洲许多国家受到重视，利用山区湍急河流、跌水、瀑布等优良地形位置修建了一批数十至数千千瓦的水电站。1895年在美国与加拿大边境的尼亚加拉瀑布处建造了一座大型水轮机驱动的3750kW水电站。进入20世纪以后由于长距离输电技术的发展，使边远地区的水力资源逐步得到开发利用，并向城市及用电中心供电。30年代起水电建设的速度和规模有了更快和更大的发展，由于筑坝、 机械、 电气等科学技术的进步，已能在十分复杂的自然条件下修各种类型和不同规模的水力发电工程。全世界可开发的水力资源约为22.61亿kW，分布不均匀，各国开发的程度亦各异。世界上已建最大水电站为在巴西和巴拉圭两国界河巴拉那河上的伊泰普水电站，装机容量1260万kW，世界上单机容量最大的水轮发电机组已达70万kW，安装在美国的大古力水电站和伊泰普水电站内。

　　中国是世界上水力资源最丰富的国家，可开发量约为3.78亿kW。中国大陆第一座水电站为建于云南省螳螂川上的石龙坝水电站（见彩图），始建于1910年7月，1912年发电，当时装机480kW，以后又分期改建、扩建，最终达6000kW。1949年中华人民共和国成立前，全国建成和部分建成水电站共42座，共装机36万kW,该年发电量12亿kW·h（不包括台湾）。1950年以后水电建设有了较大发展，以单座水电站装机25万kW以上为大型，2.5万～25万kW之间为中型，2.5万kW以下为小型，大、中、小并举，建设了一批大型骨干水电站。其中最大的为在长江上的三峡大坝。在一些河流上建设了一大批中型水电站，其中有一些还串联为梯级，如辽宁浑江三个梯级共45.55万kW,云南以礼河四个梯级共32.15万kW,福建古田溪四个梯级共25.9万kW等。此外在一些中小河流和溪沟上修建了一大批小型水电站。截至1987年底，全国水电装机容量共3019万kW（不含500kW以下小水电站），小水电站总装机1110万kW（含500kW以下小水电站，见小水电）。2010年8月25日，云南省有史以来单项投资最大的工程项目——华能小湾水电站四号机组（装机70万千瓦）正式投产发电，成为中国水电装机突破2亿千瓦标志性机组，我国水力发电总装机容量由此跃居世界第一。

　　中国是世界上水能资源最丰富的国家之一，水能资源技术可开发装机容量为5.42亿千瓦，经济可开发装机容量4.02亿千瓦，开发潜力还很大。

　　水力发电--展望

　　在一些水力资源比较丰富而开发程度较低的国家（包括中国），今后在电力建设中将因地制宜地优先发展水电。在水力资源开发利用程度已较高或水力资源贫乏的国家和地区，已有水电站的扩建和改造势在必行，配合核电站建设所兴建的抽水蓄能电站将会增多。在中国除了有重点地建设大型骨干电站外，中、小型水电站由于建设周期短、见效快、对环境影响小，将会进一步受到重视。随着电价体制的改革，当可更恰当地体现和评价水力发电的经济效益，有利于吸收投资，加快水电建设。在水电建设前期工作中，新型勘测技术如遥感、遥测、物探以及计算机、计算机辅助设计等将获得发展和普及；对洪水、泥沙、水库移民、环境保护等问题将进行更为妥善的处理；水电站的自动化、远动化等也将进一步完善推广；发展远距离、 超高压、 超导材料等输电技术，将有利于加速中国西部丰富的水力资源开发，并向东部沿海地区送电。

　　水力发电--技术

　　研究将水能转换为电能的工程建设和生产运行等技术经济问题的科学技术。水力发电利用的水能主要是蕴藏于水体中的位能。为实现将水能转换为电能，需要兴建不同类型的水电站。它是由一系列建筑物和设备组成的工程措施。建筑物主要用来集中天然水流的落差，形成水头，并以水库汇集、调节天然水流的流量；基本设备是水轮发电机组。当水流通过水电站引水建筑物进入水轮机时，水轮机受水流推动而转动，使水能转化为机械能；水轮机带动发电机发电，机械能转换为电能，再经过变电和输配电设备将电力送到用户。水能为自然界的再生性 ，随着水文循环周而复始，重复再生。水能与矿物燃料同属于资源性一次 ，转换为电能后称为二次 。水力发电建设则是将一次 开发和二次 生产同时完成的电力建设，在运行中不消耗燃料，运行管理费和发电成本远比燃煤电站低。水力发电在水能转化为电能的过程中不发生化学变化，不排泄有害物质，对环境影响较小，因此水力发电所获得的是一种清洁的 。

　　水力发电--特点

　　① 的再生性。由于水流按照一定的水文周期不断循环，从不间断，因此水力资源是一种再生 。所以水力发电的 供应只有丰水年份和枯水年份的差别，而不会出现 枯竭问题。但当遇到特别的枯水年份，水电站的正常供电可能会因 供应不足而遭到破坏，出力大为降低。

　　②发电成本低。水力发电只是利用水流所携带的能量，无需再消耗其他动力资源。而且上一级电站使用过的水流仍可为下一级电站利用。另外，由于水电站的设备比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低得多。如计及燃料消耗在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10倍至15倍。因此水力发电的成本较低，可以提供廉价的电能。

　　③高效而灵活。水力发电主要动力设备的水轮发电机组，不仅效率较高而且启动、操作灵活。它可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行；在几秒钟内完成增减负荷的任务，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成 损失。因此，利用水电承担电力系统的调峰、调频、负荷备用和事故备用等任务，可以提高整个系统的经济效益。

　　④工程效益的综合性。由于筑坝拦水形成了水面辽阔的人工湖泊，控制了水流，因此兴建水电站一般都兼有防洪、灌溉、航运、给水以及旅游等多种效益。另一方面，建设水电站后，也可能出现泥沙淤积，淹没良田、森林和古迹等文化设施，库区附近可能造成疾病传染，建设大坝还可能影响鱼类的生活和繁衍，库区周围地下水位大大提高会对其边缘的果树、作物生长产生不良影响。大型水电站建设还可能影响流域的气候，导致干旱或洪水。特别是大型水库有诱发地震的可能。因此在地震活动地区兴建大型水电站必须对坝体、坝肩及两岸岩石的抗震能力进行研究和模拟试验，予以充分论证。这些都是水电开发所要研究的问题。

　　⑤一次性投资大。兴建水电站土石方和混凝土工程巨大；而且会造成相当大的淹没损失，须支付巨额移民安置费用；工期也较火电厂建设为长，影响建设资金周转。即使由各受益部门分摊水利工程的部分投资，水电的单位千瓦投资也比火电高出很多。但在以后运行中，年运行费的节省逐年抵偿。最大允许抵偿年限与国家的发展水平和 政策有关。抵偿年限小于允许值则认为增加水电站的装机容量是合理的。