水電站

　　簡介

水電站

水電站是將水能轉換為電能的綜合工程設施。又稱水電廠。它包括為利用水能生產電能而興建的一系列水電站建筑物及裝設的各種水電站設備。利用這些建筑物集中天然水流的落差形成水頭，匯集、調節天然水流的流量，并將它輸向水輪機，經水輪機與發電機的聯合運轉，將集中的水能轉換為電能，再經變壓器、開關站和輸電線等將電能輸入電網。有些水電站除發電所需的建筑物外，還常有為防洪、灌溉、航運、過木、過魚等綜合利用目的服務的其他建筑物。這些建筑物的綜合體稱水電站樞紐或水利樞紐。[2]視頻：向家壩溪洛渡水電站投產 相當于三峽電站

　　 歷史沿革

水電站

1878年法國建成世界xxx座水電站。

　　20世紀30年代后，水電站的數量和裝機容量均有很大發展。

20世紀世界裝機容量xxx的水電站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水電站，裝機1260萬千瓦。世界裝機24萬千瓦。中國最早建成的水電站是云南省昆明市郊的石龍壩水電站(1912)。

中國1988年竣工的湖北葛洲壩水利樞紐，裝機271.5萬千瓦。中國1986年在浙江省建成試驗性的江廈潮汐電站，裝機3200千瓦。

　　中國的廣州抽水蓄能電站，一期工程裝機120萬千瓦，計劃在90年代完工。

　　80年代末，世界上一些工業發達國家，如和法國的水能資源已幾近全部開發。

　　1994年已開工興建的三峽水利樞紐建成后，裝機容量為1786萬千瓦，將是世界上xxx的水電站。

2015年12月31日-2016年1月14日，環保部日前對黃河瑪爾擋水電站的影響評價文件基本情況予以公示。瑪爾擋水電站位于青海省海南藏族自治州同德縣與果洛藏族自治州瑪沁縣交界處的黃河干流上，海拔在3200米以上，建成后將成為黃河上海拔最高的水電站。[3]

　　 分類 利用水源性質

　　可分為三類：

　　常規水電站

石龍壩水電站

利用天然河流、湖泊等水源發電。

　　抽水蓄能電站

利用電網中負荷低谷時多余的電力，將低處下水庫的水抽到高處上水庫存蓄，待電網負荷高峰時放水發電，尾水至下水庫，從而滿足電網調峰等電力負荷的需要。

　　潮汐電站

　　利用海潮漲落所形成的潮汐能發電。

　　 調節能力

　　按照水電站對天然水流的利用方式和調節能力，可以分為兩類：

　　徑流式水電站

沒有水庫或水庫庫容很小,對天然水量無調節能力或調節能力很小的水電站。

　　蓄水式水電站

　　設有一定庫容的水庫，對天然水流具有不同調節能力的水電站。

　　 工程建設

　　還常采用的分類方法：

　　開發方式

　　即按集中水頭的手段和水電站的工程布置,可分為壩式水電站、引水式水電站和壩-引水混合式水電站三種基本類型。這是工程建設中最通用的分類方法。

劉家峽水電站

　　用水頭的大小

　　可分為高水頭、中水頭和低水頭水電站。世界上對水頭的具體劃分沒有統一的。有的國家將水頭低于 15m作為低水頭水電站,15～70m為中水頭水電站，71～250m為高水頭水電站，水頭大于250m時為特高水頭水電站。中國通常稱水頭大于70m為高水頭水電站，低于30m為低水頭水電站，30～70m為中水頭水電站。這一分類標準與水電站主要建筑物的等級劃分和水輪發電機組的分類適用范圍，均較適應。

　　裝機容量的大小

可分為大型、中型和小型水電站。一般把裝機容量5000kW以下的水電站定為小水電站，5000～10萬kW為中型水電站,10萬～100萬kW為大型水電站,超過100萬kW的為巨型水電站。中國將水電站分為五等，其中：裝機容量大于75萬kW為一等〔大(1)型水電站〕，75萬～25萬kW為二等〔大(2)型水電站〕,25萬～2.5萬kW為三等〔中型水電站〕,2.5萬～0.05萬kw為四等〔小(1)型水電站〕,小于0.05萬kW為五等〔小(2)型水電站〕（最新為大于120萬千瓦為大1型，120-30萬千瓦為大2型，30-5萬千瓦為中型，5-1萬千瓦為小1型，小于1萬千瓦為小2型——摘自中國建筑工業出版社 水利水電工程管理與實務教材）；但統計上常將1.2萬kW以下作為小水電站。

　　 原理及流程

將水能轉換為電能的綜合工程設施 。一般包括由擋水、泄水建筑物形成的水庫和水電站引水系統、發電廠房、機電設備等。水庫的高水位水經引水系統流入廠房推動水輪發電機組發出電能，再經升壓變壓器、開關站和輸電線輸入電網。

水的落差在重力作用下形成動能，從河流或水庫等高位水源處向低位處引水，利用水的壓力或者流速沖擊水輪機，使之旋轉，從而將水能為機械能，然后再由水輪機帶動發電機旋轉，切割磁力線產生交流電。

　　而低位水通過吸收陽光進行水循環分布在地球各處，從而回復高位水源。

　　 組成

　　水電站一般由水工建筑物、廠房、發電動力裝置、電工一次系統、電工二次系統等部分組成。壅水建筑物、引水建筑物、泄洪建筑物均為水工建筑物，發電動力裝置包括水輪發電機組和主廠房中一些輔助設備。

貓跳河紅巖水電站

　　 水工建筑物

主要作用是壅高水位，形成有調節能力的水庫，渲泄調蓄后多余的水量和非常洪水，提供運轉廠房和水道系統。分為壅水建筑物、引水建筑物、泄水建筑物等。通常用壩攔蓄水流、修建溢流壩、溢洪道、泄水孔、泄洪洞（見水工隧洞）等泄水建筑物宣泄多余洪水。水電站引水建筑物可采用渠道、隧洞或壓力鋼管，其首部建筑物稱進水口。

　　壅水建筑物

堤壩式水電站的主要水工建筑物，核心建筑為大壩。大壩可分為混凝土壩和土石材料壩。大、中型水電站都采用混凝土壩，以足夠的強度和壽命，水電站的基建投資大部分用于攔河筑大壩上（具體百分比隨壩址地形、河道條件等多項因素而定）。

　　引水建筑物

　　包括進水建筑物和輸水建筑物兩部分。前者有進水口、攔污柵、閘門等。后者有渠道、隧洞、調壓室、壓力管道等。隧洞可分有壓和無壓兩種，壓力管道多為鋼管，依敷設條件可分為壩式、隧洞式和露天式。

　　泄水建筑物

　　其功用包括用于渲泄汛期洪水、非常時期放空水庫以及沖砂、排冰、排放漂木等。主要有溢洪壩、溢流壩、泄水閘、泄洪隧道及底孔等。水電站的尾水建筑和尾水渠、下游調壓井等也屬泄水建筑物。

　　 廠房

　　分為主廠房和副廠房，主廠房包括安裝水輪發電機組或抽水蓄能機組和各種輔助設備的主機室，以及組裝、檢修設備的裝配場。副廠房包括水電站的運行、控制、試驗、管理和操作人員工作、生活的用房。引水建筑物將水流導入水輪機，經水輪機和尾水道至下游。當有壓引水道或有壓尾水道較長時，為減小水擊壓力常修建調壓室。而在無壓引水道末端與發電壓力水管進口的連接處常修建前池。為了將電廠生產的電能輸入電網還要修建升壓開關站。此外，尚需興建輔助性生產建筑設施及管理和生活用建筑。

水電站的廠房形式與規模決定于電站的主要參數(如水頭、流量、裝機容量、機組數和機組類型等)和自然條件（如水文、氣象、地形、地質等）以及其他特殊要求。主廠房中安置水輪發電機組等發電動力裝置的主要設備。

　　廠房其常見形式有：

　　1、地面戶內式；

　　2、河床式；

　　3、露天式；

　　4、地下式；

　　5、壩內式；

　　6、溢流式等。

　　 機電設備

將水能轉變為電能的機電設備稱水電站動力設備。其在常規水電站和潮汐電站為水輪機和水輪發電機組成的水輪發電機組，及附屬的調速器、油壓裝置、勵磁設備等。抽水蓄能電站的動力設備為由水泵水輪機和水輪發電電動機組成的抽水蓄能機組及其附屬的電氣、機械設備。水電站的電氣裝置除水輪發電機及其附屬設備外，還包括發電機電壓配電設備、升壓變壓器、高壓配電裝置和、控制、測量、信號和性電氣設備等。

　　水電站的總裝機容量P由下式計算：

　　P = 9.81QHη ，式中 Q——通過水輪機的水流量，m3/s；H——水電站的水頭，η——水電站的總效率，一般為0.85~0.86

　　 發電動力裝置

　　主要包括水輪發電機組及其輔助設備。機組由水輪機和發電機組合而成。由于不同形式的水輪機適用于不同的水頭，所以各水電站應根據具體條件選用恰當的水輪機。應用最廣的是混流式反擊水輪機，它的使用水頭范圍寬(30～700米)，xxx單機容量達70萬千瓦。切擊式沖擊水輪機也能用于高水頭、大容量。到80年代，最高水頭機組的水頭達1763.5米。其他機型還有軸流式轉槳水輪機、貫流式水輪機、可逆水輪機等若干機型(見水輪發電機組)。輔助設備包括冷卻裝置、制動裝置、調速裝置等。

　　 電工系統

　　電工一次系統

由變壓器、斷器、隔離開關、互感器、避雷器、消弧線圈等電工一次設備通過主結線、導線組成一個整體。主要作用是安全、經濟地發電，靈活地匯集和分配電能。決定主結線的設計和選用的因素很多，主要是電力系統對該電站的要求，包括可靠性要求、輸電電壓、每級電壓的出線回數、不同運行時的潮流分布、調相運行的必要性、系統對電站機組的要求、變壓器的調壓方式及范圍等等。電工一次系統是水電站電氣部分的主體，它與電力系統的安全穩定運行、過電壓和絕緣配合、短容量等密切相關。

　　電工二次系統

以電子計算機為核心的監測、控制、系統，主要作用是、控制電工一次系統的運行，電能質量，并在電工設備出現異常和事故時自動報警或切除故障，以縮小事故范圍。隨著自動控制的發展，水電站正逐步實現全電站的綜合自動化。 建設 水電開發是一項系統工程。在興建水電站時，從規劃設計開始，就要以系統工程的方法，處理好各個環節之間的關系，取得優化效果。

　　 建設 規劃設計

　　水電站的建設應按照全面規劃、統籌兼顧、綜合平衡的原則，正確處理工業與農業，除害與興利，遠景與近期，干流

水電站組成框圖

與支流，上、中、下游，大、中、小型，防洪，發電，灌溉與航運，水電與火電（及其他能源），發電與用電等各方面之間的關系。在流域規劃中，應根據綜合利用原則和水文、地理、地質等條件，進行河流的梯級開發。合理選定壩址、確定壩高，以獲得良好的綜合效益；優先考慮使用上游梯級樞紐有較好的調節能力，同時，應能使下游梯級充分利用水能資源，并可渠化河道，改善航運。

　　 選擇及開發

　　水電站站址的選擇主要是大壩壩址的選擇。選擇時應考慮開發規模、工程投資和選址可能等，從多個備選壩址中選定最佳壩址。

　　壩址的樞紐布置與開發規模密切相關，一般應符合以下條件：

　　1、引水渠道短，而且易于得到高水頭，流量大并且流態好。

　　2、樞紐工程和其他建筑物的施工地點的地形和地質條件良好。

　　3、容易就近得到工程所需材料。

　　4、對的和拆遷賠償較少。

　　5、交通便利，易于運入設備和工程材料。

　　開發規模則取決于流量和水頭。因此，應編制各種不同流量和水頭的方案進行概略設計并計算造價，以此選擇最經濟的開發規模。確定規模時還應考慮將來的需要，和其他電站的配合等因素，以使整個系統最為經濟，據此確定各個壩址的開發順序。

　　在工業發達國家，一般水電站的壩址很早就進行了開發。剩下的壩址中，能經濟開發的壩址已開發完畢，隨著火電站燃料費用的大幅度上漲，過去不能開發的壩址又相對地提高了其經濟價值；此外，從有效利用本國資源的角度出發，對那些曾放棄的壩址，也有再度調查并盡量開發的傾向。至于一些運行中的水電站，在可能的情況下，也應擴建，增裝機組，提高發電能力。

　　 生態

　　可能發生的變化是開發水力資源時應特別注意的問題。雖然水電污染少，但由于大規模建壩建庫，改變了原來自然水域的布局，有可能使局部地區的氣候，包括雨量、溫度、濕度、氣溫等發生變化，從而改變生態。建設水電站，特別是一些特大型水電站時，在規劃設計階段，應充分考慮建站后可能引起的生態問題。

　　 運行

　　運行的原則是要在經濟合理地利用水力資源、電能質量的基礎上，全面實現安全、滿發、經濟、多供的要求。水

水輪機

　　電站在電力系統中擔任調頻、調峰、調相、備用等任務。一般在洪水期間應充分利用水量，使全部機組投入運行，實現滿發、多供，承擔電力系統基荷；在水庫供水期間運行時，應盡量利用水頭，承擔電力系統的腰荷和尖峰負荷，充分利用可調出力，起到系統的調頻、調峰和事故備用的作用。

　　水電站運行時，會受到不同河流之間補償調節的影響；同一河流梯級開發時徑流調節的影響；以及電力系統中，火電廠、水電站之間電力補償的影響。在選擇運行方式時，必須考慮這些因素。

　　水電站運行包括正常運行、特殊運行、異常運行和經濟運行。要使水電站正常運行，需注意電站的檢修。

　　 正常運行

　　可由自動和手動實現開機、停機，并由遠方通過功率給定裝置實現機組帶負荷。運行中要注意：

　　1、機組冷卻風溫變化對運行的影響；

　　2、電力系統電壓變化對機組運行的影響；

3、電力系統頻率變化對機組運行的影響；

3、功率因數變化對機組運行的影響。

　　 特殊和異常運行

特殊運行包括調相運行和進相運行。前者指發電機在運行中功率因數發生變化并降至零時，電力系統需要補充無功功率，以調整系統的電壓值回復到允許水平。這時，水電站的發電機需降低有功功率作調相運行。通常采用壓水調相（即向水輪發電機的轉輪室通入壓縮空氣以降低轉輪室水位）。進相運行是電力系統低負荷運行時，容性無功容量過剩，就人為造成發電機從電力系統吸收無功功率，以降低系統某些點的過高的電壓。異常運行指電站機組運行中出現異常或事故，這時應采取緊急措施，盡量避免事故擴大，并減少事故對系統的影響。

　　 經濟運行

　　原則是根據電力系統對水電站分配的負荷，合理選擇機組的運行臺數和機組間負荷的經濟分配，用較少的水，發出盡可能多的電。主要措施是實行水庫的合理調度，保持水電站于高水位運行。另外，在一定負荷下，合理選擇開機臺數，控制機組在高效率區運行等也是有效措施。

　　包括檢查和維修。

蘇丹麥洛維水電站

　　 檢查

　　檢查分為：

1、每1～2周一次的巡視。內容是在設備運行狀態下，通過觀察和常備的儀表檢查有無異常情況，并進行注油和清掃。

　　2、每1～3年一次的定期常規檢修。是在停機情況下，主要從外部進行檢查和測量。

　　3、每5～10年進行一次定期詳細停機檢修。

　　 維修

　　1、臨時維修。即發現異常或故障所作的及時修理。

　　2、計劃維修。為安全而進行的預防性維修和恢復性維修。這種維修需根據檢查結果按計劃進行。水電站的檢修除臨時檢修外，均應安排在枯水季節進行，并在洪水季到來之前完成。

　　隨著水電站運行水平的提高，業務趨于集中化，即將鄰近幾個水電站集中在一個維修站進行檢查和維修。這種方式不僅可節省人力，還可使水電站維修水平一致。

　　 優缺點 有利方面

1、清潔：水能為可再生能源，基本無污染。

　　2、營運成本低，效率高；

　　3、可按需供電；

　　4、取之不盡、用之不竭、可再生

　　5、控制洪水泛濫

　　6、提供灌溉用水

　　7、改善河流航動

　　8、有關工程同時改善該地區的交通、電力供供應和經濟，特別可以發展旅游業及水產養殖。

　　 不利方面

　　1、生態：大壩以下水流加劇，河流的變化及對動植物的影響等。不過，這些負面影響是可預見并減小的。如水庫效應

　　2、需筑壩移民等，基礎建設投資大

　　3、降水季節變化大的地區，少雨季節發電量少甚至停發電

　　4、下游肥沃的沖積土減少

　　 情況 水電總發電量 國家 年發電量 總裝機容量 中國 401,300 GWh 已安裝117,000 MW 341,312 GWh 已安裝66,954 MW 美國 319,484 GWh 已安裝79,511 MW 巴西 285,603 GWh 已安裝57,517 MW 俄羅斯 160,500 GWh 已安裝44,000 MW 挪威 121,824 GWh 已安裝27,528 MW 日本 84,500 GWh 已安裝27,229 MW 印度 82,237 GWh 已安裝22,083 MW 法國 77,500 GWh 已安裝25,335 MW 著名水電站

　　中國

　　三峽水電站：世界上xxx的水電站

　　葛洲壩水電站

　　小浪底水電站

　　美國

胡佛水壩

　　巴西

伊泰普水電站：南美洲xxx的伊瓜蘇瀑布、世界上第二大水電站

　　其它國家

　　敘利亞迪什林水電站

　　 之最

水電站

　　xxx座抽水蓄能電站是于1879年建成的勒頓抽水蓄能電站。

　　世界裝機容量xxx的抽水蓄能電站是1985年投產的美國巴斯康蒂抽水蓄能電站。

　　世界xxx座潮汐電站于1913年建于北海之濱。

　　xxx的潮汐電站是法國建于圣瑪珞灣的朗斯潮汐電站，

　　世界上xxx座大型波能發電站是日本在1978年建成的海明號波浪發電試驗船。

　　世界xxx的電站是三峽水電站，總裝機1820萬千瓦，年發電量846．8億千瓦時。

　　 展望

中國已建成葛洲壩、烏江渡、白山、龍羊峽和以禮河梯級等各類常規水電站，建成了潘家口等大型抽水蓄能電站（見潘家口水利樞紐）和試驗性的江廈潮汐電站。 今后在水力資源豐富而又未充分開發的國家（如中國），常規水電站的建設將穩步增長。大型電站的機組單機容量將向巨型化發展。同時，隨著經濟發展和能源日益緊張，小水電將受到的重視。由于電網調峰、調頻、調相的需要，抽水蓄能電站將有較快的發展。而潮汐電站和波浪能電站的建設由于受建站條件及造價等因素制約，在近期內不會有大幅度的增長。各類電站的自動化和遠動化將進一步完善和推廣。