《风能与水能工程》之水能课件.ppt

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1、风能与水能工程之 水 能常规水力发电 水电站是将水能转变成电能的工厂，其能量转换的基本过程是：水能机械能电能。水能发电可分为：1、常规水力电站常规水力电站：将地表径流中水能转换成电能的水电站。2、抽水蓄能式水电站抽水蓄能式水电站：调节电力系统峰谷负荷 3、利用海洋能中的水流的机械能进行发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站潮汐电站、波浪能电站、海流能电站 水电站内部结构示意图水电站内部结构示意图一、常规水力电站主要适用于地表径流，其利用的两个决定要素：流量和落差。落差：将沿径流的落差集中形成可资利用的水头。流量：采取人工措施将变化较大的径流控制调节流量。1、坝式2、引水式3、混合式三

2、三峡峡水水电电站站三峡大坝修建前后的卫星照片（2）河床式水电站 在平原河段上，有时因地形、地质及淹没区损失等条件不允许建高坝，此时可建低坝或闸坝式水电站。但由于水头不高，通常将厂房和坝（闸）一起建在河床中，形成挡水建筑物的一个组成部分，厂房本身能承受上游水压力，起挡水作用。葛州坝水电站葛州坝水电站葛州坝水电站葛州坝水电站西津水电站西津水电站闸墩式闸墩式-青铜峡水电站青铜峡水电站坝式水电站特点：坝式水电站特点：优点：优点：建坝形成水库，可用以调节流量，故坝式水电站引用流量大、电站规模也大，水能利用充分；综合效益高，可同时解决防洪和其他水利部门的水利问题。缺点：缺点：建坝的工程量大，投资高，工期较

3、长，形成淹没区，破坏生态环境2、引水式水电站、引水式水电站 在河流中上游，河流多弯曲或河道坡降较陡的河段，修筑较短的引水明渠或隧道（无压或有压）集中水头，用引水管把水引入河段下游的水电站，这称作引水式水电站（无压或有压）。还可以利用相邻两条河流的高程差，进行跨河流引水发电。（1）无压引水式水电站）无压引水式水电站（2）有压引水式水电站）有压引水式水电站（2）有压引水式电站）有压引水式电站（2）有压引水式水电站）有压引水式水电站 采用有压引水建筑物（压力隧道、压力水管），用压力流的方式引水以集中落差的水电站。当压力引水道很长时，为了减少其中的水击压力和改善机组运行条件，还需在靠近厂房处修建调压室

4、。引水式水电站特点：引水式水电站特点：（1）与坝式相比，引水式水电站的水头相对较高，引用流量较小；（2）由于无水库调节流量，水量利用率较差，综合利用价值较低；（3）电站规模相对较小；（4）无水库淹没损失，工程量又较小，所以单位造价较低。引水式水电站适用范围：（1）河道坡降较陡、流量较小的山区性河道；（2）有瀑布或连续急滩的河段，用不长的引水道可获得较大水头；（3）在河道有大弯段的颈部，可用截弯取直引水方式，获得较大的水头；（4）当相邻河流高差很大而又相隔不远时，可在两河相距最近处采取跨河引水方式，获得较大的水头。三、混合式水电站三、混合式水电站 混合式水电站具有前两种方法的特点，由坝和引水道两

5、种建筑物共同形成发电水头的水电站，即发电水头一部分靠拦河坝壅高水位取得，另一部分靠引水道集中落差取得。混合式水电站可以充分利用河流有利的天然条件，在坡降平缓河段上筑坝形成水库，以利径流调节，在其下游坡降很陡或落差集中的河段采用引水方式得到大的水头。这种水电站通常兼有坝式水电站和引水式水电站的优点和工程特点。特点：既可用水库调节径流，获得稳定的发电水量，又可利用引水获得较高的发电水头，在适合地质地形条件下，是水电站较有利的开发形式。常规水电站主要由挡水建筑物、泄水建筑物、排沙设挡水建筑物、泄水建筑物、排沙设施、发电引水系统、发电系统以及其他引水设施和过坝施、发电引水系统、发电系统以及其他引水设施

6、和过坝设施设施等组成。水轮机水轮机是将水能转换成旋转机械能的水力原动机。按照水流作用于水轮机转轮时的能量转换方式，分为冲击式水冲击式水轮机和反击式水轮机轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机冲击式水轮机：仅利用水流的动能转换为机械能的水轮机。（1）水斗式）水斗式（2）斜击式）斜击式（3）双击式）双击式反击式水轮机：反击式水轮机：同时利用水流的压能、动能转换成机械能的水轮机称为反击式水轮机，反击式水轮机是应用最广泛的一种水轮机。（1）混流式混流式 （2）斜流式）斜流式 （3）轴流式）轴流式 （4）贯流式）贯流式二、常规水电站的能量转换设备水轮机1、冲击式水轮机、冲击式水轮机 根据水流冲击转轮的部

7、位和方向的不同，冲击式水轮机可分为水斗式、斜击式和双击式水斗式、斜击式和双击式。后两种效率低、适用水头较小，只用于小型水电站。水斗式水轮机水斗式水轮机，是冲击式水轮机中应用最广泛的机型，它的主要部件有转轮、喷嘴、喷针、折向器、主轴和机壳。其特点是由喷嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击转轮上的水斗而作功，它的适用水头范围为1002000m。1转轮；2喷嘴；3转轮室；4机壳；5调节手轮；6针阀PeltonPeltonTurbineTurbine双击式水轮机：其特点是由喷嘴出来的射流首先从转轮外缘冲是由喷嘴出来的射流首先从转轮外缘冲击叶片，接着水流又自内缘再一次冲击叶片，它击叶片，接着水流又自内缘再一次

8、冲击叶片，它的适用水头范围为的适用水头范围为580m。反击式水轮反击式水轮机种类很多，有混流式、斜流式、轴流式（定浆式、转浆式）、贯流式（全贯流式、半贯流式），但构造上有着相同特点，主要由水轮机室、导水机构、转轮和泄水机构四大部分组成。（1）水轮机室 水轮机室是反击式水轮机的引水机构，其形状像一个大的蜗牛壳，常称蜗壳其作用是将引水管来的水流沿圆周方向均匀导向转轮。2、反击式水轮机 反击式水轮机的转轮是由若干个具有空间扭曲面的刚性叶片组成，当压力水流通过整个转轮时，由于弯曲叶道迫使水流改变其流动的方向和流速的大小，因而水流便以其势能和动能给叶片以反作用力，并形成旋转力矩使转轮转动。反击式水轮机的

9、应用特性：不同水头段下水轮机特点1、H10m的水电机组：贯流式机组bulb Turbine卧式机组bulb Turbine贯流式水轮贯流式水轮发电机组发电机组2、H45m的水电机组：轴流式机组Kaplan TurbineKaplan Turbine世界最大的转轮（东电），转轮直径11.3m，出力17万千瓦11.3mKaplanKaplan TurbineTurbine3、H200m的水电机组：混流式机组Francis TurbineFrancis Turbine三峡水电站三峡水电站巨型水轮机巨型水轮机转轮转轮三峡水电站三峡水电站水轮机转轮水轮机转轮不同比转速水轮机的应用范围不同比转速水轮机的应

10、用范围三、水电站厂房的基本类型三、水电站厂房的基本类型（一）地面式厂房（一）地面式厂房（二）地下式厂房（二）地下式厂房（三）抽水蓄能电站厂房和潮汐电站厂房（三）抽水蓄能电站厂房和潮汐电站厂房 （一）地面式厂房（一）地面式厂房1 1、河床式厂房、河床式厂房2 2、坝后式厂房、坝后式厂房3 3、坝内式厂房、坝内式厂房4 4、河岸式厂房、河岸式厂房三峡电站为坝后式厂房，分置于溢洪坝段两侧坝后。左侧厂房安装14台水轮发电机组，厂房全长643.6m；右侧厂房安装12台机组，厂房全长584.2m。26台机组的单机容量均为700MW。在右岸还留有为后期6台扩机（4,200MW）的地下厂房位置。水电站进水口及

11、发电机转子。2 2、坝后式厂房、坝后式厂房 当水电站水头较高，建坝挡水，又将厂房紧靠坝当水电站水头较高，建坝挡水，又将厂房紧靠坝布置的厂房，成为坝后式厂房。坝后式厂房又可分为布置的厂房，成为坝后式厂房。坝后式厂房又可分为以下几类：以下几类：（1 1）坝后式明厂房）坝后式明厂房 （2 2）坝垛式厂房）坝垛式厂房 （3 3）溢流式厂房）溢流式厂房 （4 4）挑越式厂房）挑越式厂房（二）地下式厂房（二）地下式厂房 由于受地形、地质的限制，在地面上找不到合适位由于受地形、地质的限制，在地面上找不到合适位置建造地面式厂房，而地下有良好的地质条件或国防上置建造地面式厂房，而地下有良好的地质条件或国防上需要

12、，将厂房布置在地下山岩中，称为地下式厂房。需要，将厂房布置在地下山岩中，称为地下式厂房。（1 1）坝后式明厂房）坝后式明厂房 厂房在大坝下游，不起挡水作用，发电用水经坝式进厂房在大坝下游，不起挡水作用，发电用水经坝式进水口沿坝身压力管道进入厂房。水口沿坝身压力管道进入厂房。一般适用于中、高水头的一般适用于中、高水头的情况。情况。丹江口水电站丹江口水电站（2 2）坝垛式厂房）坝垛式厂房 厂房布置在连拱坝、大头坝或平板坝的支墩之间。适厂房布置在连拱坝、大头坝或平板坝的支墩之间。适用于中水头的情况。用于中水头的情况。安安徽徽佛佛子子岭岭水水电电站站（3 3）溢流式厂房）溢流式厂房 当河谷狭窄、泄洪当

13、河谷狭窄、泄洪量大、机组台数多、地量大、机组台数多、地质条件较差、不能采用质条件较差、不能采用地下式厂房而又要求保地下式厂房而又要求保证有一定宽度的溢流段证有一定宽度的溢流段时，将厂房布置在溢流时，将厂房布置在溢流坎下面，厂房顶就是溢坎下面，厂房顶就是溢流面，称为溢流式厂房。流面，称为溢流式厂房。新安江水电站新安江水电站（4 4）挑越式厂房）挑越式厂房 位于峡谷中的高水头大流量水电站，由于河谷狭窄，将位于峡谷中的高水头大流量水电站，由于河谷狭窄，将厂房布置在挑流鼻坎的后面，泄洪时高速水流挑越过厂房顶，厂房布置在挑流鼻坎的后面，泄洪时高速水流挑越过厂房顶，水舌射落到下游河床中，称为挑越式厂房。水

14、舌射落到下游河床中，称为挑越式厂房。贵州乌江渡水电站贵州乌江渡水电站 3 3、坝内式厂房、坝内式厂房 当洪水量很大，荷故狭窄时，为减少开挖量，将厂房布当洪水量很大，荷故狭窄时，为减少开挖量，将厂房布置在坝体内，而在坝顶设溢洪道，称为坝内式厂房。置在坝体内，而在坝顶设溢洪道，称为坝内式厂房。坝内式厂房坝内式厂房湖南省凤滩水电站湖南省凤滩水电站 4 4、河岸式厂房、河岸式厂房 在引水式和混合式水电站中，水电站厂房通常布置在在引水式和混合式水电站中，水电站厂房通常布置在河道下游的岸边，这种形式的厂房称为河岸式厂房。适用河道下游的岸边，这种形式的厂房称为河岸式厂房。适用于中、高水头的情况。于中、高水头

15、的情况。Pump storage plant Raccoon Mountain U.S.A上库下库地下厂房广州抽水蓄能水电站一期广州抽水蓄能水电站一期地下式厂房及枢纽地下式厂房及枢纽（3）溢流式水电站（新安江水电站）溢流式水电站（新安江水电站）四、水能利用的环境影响 1、水电站施工期的环境影响（1）生态环境破坏 农田、林地的占用，动、植物的影响或危害，修路、施工场（营）地建设、开挖、采料与弃渣对生态环境的破坏等。（2）“三废”排放导致的环境污染影响 a 施工废水影响当地水环境质量；b施工机具燃油尾气、爆破废气和施工扬尘；c 施工噪声影响当地声学环境质量；d 弃渣、弃土处置影响当地生态环境(3)

16、社会经济影响 a 占地及移民搬迁安置问题 b 淹没及影响专用设施问题 c 下游各类用水影响 d 人群健康与疾病问题 e 增加就业人数与刺激当地经济建设(4)其它环境问题 a 文物古迹影响 b 景观影响 c 特定物的影响2、营运期的主要环境影响（1）水库淹没与移民安置问题 水利水电工程（特别是水库工程），正常蓄水后，往往会将过去河岸带的城镇、农田、森林等陆地域变为水域，使这一部分陆地环境在短时间内发生剧烈的变化。（2）水库渗漏与库岸稳定问题 水利水电工程（特别是大型工程），建成后形成的水库使库区水位大幅度抬升，库区两岸山体或地层承受了巨大的水压力，若库周围山体或岩层存在地质脆弱带或破碎带，水库蓄

17、水后会从这些地方渗漏水；另外水库蓄水后还会发生崩塌、滑坡等危害库岸稳定的问题，甚至诱发地震（3）河流水文情势的改变 水利水电工程建成投入运行后，会极大改变河流天然水文过程，如径流年内分配、库区泥沙淤积、库区下游的河道冲刷、河口海水回灌等。引水式电站：坝址至电站尾水口之间会产生脱（减）水河段，电站尾水下游河段水文情势随水库调节性能及电站运行调度方式变化大。堤坝式电站：大坝下游水文情势受水库调节电站运行调度方式影响，彻底改变了天然流量过程，甚至会出现脱（减）水时段。水利工程：受蓄水工程和引（供）水工程的不同影响，取水枢纽上下游河段、受（供）水地区水域的水文情势也会发生变化。（4）局地小气候的问题

18、水库形成后，区域开放水面面积增加，区域下垫面粗糙度、反射率发生变化，自然蒸发条件改变，必然导致包括库区在内的一定范围的局地气候的变化。（5）水生生态的影响 水库建成后，库内水体由天然的流水型变化为相对静止型水体；水库、电站的运行调度方式导致坝下河段断流、减水等水文情势的变化，河道水域生境变化剧烈，会对水生生态系统造成危害。同时，还存在大坝阻隔、“三场”破坏、鱼类洄游与产卵繁殖影响等问题。（6）陆生生态的影响 受水库淹没，陆地变成库区水域，对陆生生态造成较大影响。如植被破坏，改变野生动物和水禽鸟类的栖息地环境、外来物种入侵、土著种类的迁徙、生物种群与结构的变化等；移民搬迁安置也会造成陆生生态系统

19、的影响。（7）水质影响 河流在筑坝建库前，水体流速大，稀释扩散作用显著、曝气作用强烈、复氧能力强，因而水体自净能力较强。而水库建成蓄水后，库区水体流速变缓、库区内流速明显减小，污染物的稀释扩散能力减弱，复氧能力变差，水体自净能力相对减弱。在区域污染负荷维持现状的情况下，会导致库区水质较原河流状态下的水质变差，甚至影响到水体使用功能。水库相对封闭的水体容易导致氮、磷物质的累积，进而形成库区水体富营养化；高坝大库的水温分层现象会形成下泄低温水的影响；泄洪冲沙会导致过饱和气体影响，水体含沙量高会影响水质与水生生物危害。（8）对土地利用性质的影响 水库蓄水后，水位抬升，同时也会抬高地下水位，往往容易引

20、起受影响地区范围土壤的盐碱化甚至潜育化。对于季节性的下游冲洪平原，洪水的消失导致有规律的泛洪淤积消失，肥沃土壤的沉积过程开始消失，甚至遭受岸际土壤的水流侵蚀。（9）水媒性疾病的问题 水库建成蓄水后，水流状态由过去的急流转变为近似静水，水深加深很多，形成新的水环境如温度、流速、营养条件等均会有利于某些携带传染性寄生虫或病菌的水生生物的繁殖、生长及扩散，可能导致以水为传媒的流行性疾病的爆发。（10）社会经济的影响 水利水电工程建设总是首先考虑到其对社会经济的有利作用而决策的。这些有利的影响如表现在发电获得清洁能源、供给城市和农业用水、防洪与景观减灾、河道航运、水产养殖、旅游增收等社会经济效益。（11）跨流域调水的影响问题 这是一种特殊的水利工程问题，水资源的调配因调动的相对水量和调水的时程不同，对调入与调出两个流域的水文过程及各类用水将将产生不同程度的影响。