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水力發電原理

2018-04-29 00:19:52 網絡  點擊量: 評論 (0)
水力發電原理

  江河水流一瀉千里,蘊藏著巨大能量,把天然水能加以開發利用轉化為電能,就是水力發電。構成水能的兩個基本要素是流量和落差,流量由河流本身決定,直接利用河水的動能利用率會很低,因為不可能在整個河流的截面水布滿水輪機。

  水力利用主要利用勢能,利用勢能必須有落差,但河流自然落差一般沿河流逐漸形成,在較短距離內水流自然落差較低,需通過適當的工程措施,人工提高落差,也就是將分散的自然落差集中,形成可利用的水頭。

  水力發電的原理與基本類型

  常用的集中落差方式有筑壩、引水方式或兩者混合方式。

  筑壩發電方式

  在落差較大的河段修建水壩,建立水庫蓄水提高水位,在壩外安裝水輪機,水庫的水流通過輸水道(引水道)到壩外低處的水輪機,水流推動水輪機旋轉帶動發電機發電,然后通過尾水渠到下游河道,這是筑壩建庫發電的方式。圖1是壩式發電原理圖。

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  圖1  筑壩建庫發電原理圖

  由于壩內水庫水面與壩外水輪機出水面有較大的水位差H0,水庫里大量的水通過較大的勢能進行做功,可獲得很高的水資源利用率。采用筑壩集中落差的方法建立的水電站稱壩式水電站,主要有壩后式水電站與河床式水電站。

  引水發電方式

  在河流高處建立水庫蓄水提高水位,在較低的下游安裝水輪機,通過引水道把上游水庫的水引到下游低處的水輪機,水流推動水輪機旋轉帶動發電機發電,然后通過尾水渠到下游河道,引水道會較長并穿過山體,這是一種引水發電的方式。圖2是引水發電原理圖。

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  圖2  引水發電原理圖

  由于上游水庫水面與下游水輪機出水面有較大的水位差H0,水庫里大量的水通過較大的勢能進行做功,可獲得很高的水資源利用率。采用引水方式集中落差的水電站稱為引水式水電站,主要有有壓引水式水電站與無壓引水式水電站。

  水電站主要工作參數

  通過水電站主要工作參數可以對水電站工作原理進一步了解。水電站主要工作參數包括流量、水頭、出力等。

  1.流量Q為單位時間內通過水輪機的水體積,單位m3/s。

  2.靜水頭Ho(也稱毛水頭,即水的落差)單位m

  水電站上游水位為Zu,下游水位為Zd,則有:

  Ho =Zu- Zd

  3.出力  單位時間內的天然水能Pt稱為水電站理論出力,即

水力發電原理

  水電站的實際出力要小于理論出力。在由水能轉化為電能過程中,會產生能量損失,主要有水頭損失與能量轉化損失:

  水流經輸水道后會損失一部分能量,稱為水頭損失Ah,它與流道長度、截面形狀和尺寸、構造材料、鋪設方式等等因素有關,須在電站總體布置完成后才可做出較精確的計算。初步計算時,可估計Ah=(1%~10%)Ho,輸水道長、流速大的取大值,輸水道短、流速小的取小值。

  除此外在能量轉化過程中還將損失一些能量,水輪機的效率約90%至95%、發電機的效率約90%至98%、傳動設備也會有能量損失,水電站實際出力P為

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  式中:ηt 為水輪發電機組總效率,k為水電站出力系數。對中小型電站,k值一般取為6.5~8.0。

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責任編輯:繼電保護

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