水力发电过程其实就是一个能量转换的过程。
江河水流一泻千里,蕴藏着巨大能量,把天然水能加以开发利用转化为电能,就是水力发电。构成水能的两个基本要素是流量和落差,流量由河流本身决定,直接利用河水的动能利用率会很低,因为不可能在整个河流的截面水布满水轮机。
水力利用主要利用势能,利用势能必须有落差,但河流自然落差一般沿河流逐渐形成,在较短距离内水流自然落差较低,需通过适当的工程措施,人工提高落差,也就是将分散的自然落差集中,形成可利用的水头。
因此在天然的河流上,修建水工建筑物,集中水头,然后通过引水道将高位的水引导到低位置的水轮机,使水能转变为旋转机械能,带动与水轮机同轴的发电机发电,从而实现从水能到电能的转换。发电机发出的电再通过输电线路送往用户,形成整个水力发电到用电的过程。
水力发电的原理与基本类型
常用的集中落差方式有筑坝、引水方式或两者混合方式。
筑坝发电方式
在落差较大的河段修建水坝,建立水库蓄水提高水位,在坝外安装水轮机,水库的水流通过输水道(引水道)到坝外低处的水轮机,水流推动水轮机旋转带动发电机发电,然后通过尾水渠到下游河道,这是筑坝建库发电的方式。
筑坝建库发电原理图
由于坝内水库水面与坝外水轮机出水面有较大的水位差,水库里大量的水通过较大的势能进行做功,可获得很高的水资源利用率。采用筑坝集中落差的方法建立的水电站称坝式水电站,主要有坝后式水电站与河床式水电站。
引水发电方式
在河流高处建立水库蓄水提高水位,在较低的下游安装水轮机,通过引水道把上游水库的水引到下游低处的水轮机,水流推动水轮机旋转带动发电机发电,然后通过尾水渠到下游河道,引水道会较长并穿过山体,这是一种引水发电的方式。
引水发电原理图
由于上游水库水面与下游水轮机出水面有较大的水位差H0,水库里大量的水通过较大的势能进行做功,可获得很高的水资源利用率。采用引水方式集中落差的水电站称为引水式水电站,主要有有压引水式水电站与无压引水式水电站。