水能

水能

水能是一種可再生能源,是清潔能源,是綠色能源,是指水體的動能、勢能和壓力能等能量資源。廣義的水能包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源;狹義的水能是指河流水能.是人們目前最易開發和利用的比較成熟的水能也是河流能源.現代水能利用,主要是利用水能進行發電,也就是水力發電。水電站的產品是電能.水能分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。水容易受到污染,也容易被地形,氣候等多方面的因素所影響。

基本信息

概述

三峽大壩,通常水力發電站都和水庫共同建設屬於水庫的一部分三峽大壩,通常水力發電站都和水庫共同建設屬於水庫的一部分

水能是一種可再生能源,水能或稱為水力發電,是運用水的勢能和動能轉換成電能來發電的方式。以水力發電的工廠稱為水力發電廠,簡稱水電廠,又稱水電站。水能主要用於水力發電,其優點是成本低、可連續再生、無污染。缺點是分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。

廣義的水能資源包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量資源;
狹義的水能資源指河流的水能資源。是常規能源,一次能源。狹義的水能是指河流水能.人們目前最易開發和利用的比較成熟的水能也是河流能源.

利用原理

原理原理

水的落差在重力作用下形成動能,從河流水庫等高位水源處向低位處引水,利用水的壓力或者流速衝擊水輪機,使之鏇轉,從而將水能轉化為機械能,然後再由水輪機帶動發電機鏇轉,切割磁力線產生交流電。而低位水通過水循環的陽光吸收而分布在地球各處,從而回復高位水源的水分布。

水不僅可以直接被人類利用,它還是能量的載體。太陽能驅動地球上水循環,使之持續進行。地表水的流動是重要的一環,在落差大、流量大的地區,水能資源豐富。隨著礦物燃料的日漸減少,水能是非常重要且前景廣闊的替代資源。世界上水力發電還處於起步階段。河流、潮汐、波浪以及涌浪等水運動均可以用來發電。也有部分水能用於灌溉。

計算

水能水能
河川徑流蘊藏著一定的水能。現代的水能利用,主要是利用水能進行發電,也就是水力發電。水電站的產品是電能,出力和發電量是水電站的兩種重要的動能指標。確定水電站的出力和發電量這兩種動能指標的計算稱為水能計算。
在水電站建設和運行的不同的階段,水能計算的目的和任務是不同的。在規劃設計階段,主要是選定和水電站及其水庫的有關參數,比如水電站裝機容量、正常蓄水位、死水位等。
在運行階段,不同的運行方式,水電站的出力及發電量不同,產生的效益不同。這個時候進行水能計算的目的主要是為了確定水電站在電力系統中的最有利運行方案。

按照水流能量的有關因素,考慮能量轉化當中發生的損失,可以推出水能計算的基本公式
N=9.81ηQ電 H淨
式中 N——水電站的出力,kW;
η——水電站的效率係數;
Q電——發電引用流量,m3/s;
H淨——水電站淨水頭,m。
水電站保證出力及其計算
(1)保證出力的含義
水電站利用水能來發電,因此它的工作受到河川徑流的制約。為了衡量水電站承擔發電任務的能力,引入保證出力這樣一個動能指標。
保證出力是指水電站相應於設計保證率的枯水時段的平均出力,可以簡寫為N保。

1)N保雖然是功率,但是它是時段的平均出力,因此,
N保是表示水電站提供電能的能力的指標,而不表示提供瞬時出力的能力。
2)由於河川徑流具有隨機性,使得一定時期內水電站能夠提供的電能也是隨機的,並且相應於一定頻率。N保相應於設計保證率。
3)N保實際上應當是水電站發電受限的時段的平均出力。在大多數情況下,水電站發電主要是受水量限制,所以說N保是相應於設計保證率的枯水時段的平均出力。
4)設計保證率是在多年工作期間,用水部門正常工作得到保證的機率。因為N保相應於設計保證率,所以,如果水電站的時段平均出力達到了N保,就屬於正常工作。換句話說,N保即為正常工作狀況下,最小的時段平均出力。
5)與水電站保證出力時段相應的發電量稱為水電站的保證電能。保證電能可以簡寫為E保,E保直接表示了水電站提供電量的能力。

特點

(圖)水能水能

水能資源最顯著的特點是可再生、無污染。開發水能對江河的綜合治理和綜合利用具有積極作用,對促進國民經濟發展,改善能源消費結構,緩解由於消耗煤炭石油資源所帶來的環境污染有重要意義,因此世界各國都把開發水能放在能源發展戰略的優先地位。

優點

(圖)水能水能

其優點是成本低、可連續再生、無污染。
1.水力是可以再生的能源,能年復一年地循環使用,而煤碳。石油天然氣都是消耗性的能源,逐年開採,剩餘的越來越少,甚至完全枯竭。
2.水能用的是不花錢的燃料,發電成本低,積累多,投資回收快,大中型水電站一般3~5年就可收回全部投資。
3.水能沒有污染,是一種乾淨的能源。
4.水電站一般都有防洪啟溉、航運、養殖、美化環境、旅遊等綜合經濟效益。
5.水電投資跟火電投資差不多,施工工期也並不長,屬於短期近利工程。
6.操作、管理人員少,一般不到火電的三分之一人員就足夠了。
7.運營成本低,效率高;
8.可按需供電;
9.控制洪水泛濫
10.提供灌溉用水
11.改善河流航動
12.有關工程同時改善該地區的交通、電力供供應和經濟,特別可以發展旅遊業及水產養殖。美國田納西河的綜合發展計畫,是首個大型的水利工程,帶動著整體的經濟發展。

缺點

不利方面有:水能分布受水文、氣候、地貌等自然條件的限制大。水容易受到污染,也容易被地形,氣候等多方面的因素所影響。

1.生態破壞:大壩以下水流侵蝕加劇,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並減小的。如水庫效應
2.需築壩移民等,基礎建設投資大,搬遷任務重.
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

水電廠種類

水能水能

按集中落差的方式分類
堤壩式水電廠
引水式水電廠
混合式水電廠
按徑流調節的程度分類
無調節水電廠
有調節水電廠
按照水源的性質,一般為常規水電站,即利用天然河流、湖泊等水源發電。
按水電站利用水頭的大小,可分為高水頭(70米以上)、中水頭( 15-70米)和低水頭(低於15米)水電站。
按水電站裝機容量的大小,可分為大型、中型和小型水電站。一般裝機容量5,000kW以下的為小水電站,5,000至100,000kW為中型水電站,10萬kW或以上為大型水電站,或巨型水電站。

水電廠發展

結合國內外水電技術的研發與實踐未來水電技術主要有以下趨勢:
1.環保友好型、和諧發展水電技術是未來水電利用技術的主力軍。
2.高新技術不斷提升水電工程的技術含量,水電利用技術不斷創新,相應的標準、規範不斷完善。
3.流域、梯級、滾動、綜合的有序開發成為水電開發利用的重要趨勢。
4.抽水蓄能技術在未來水電中將大有作為。
5.在保護生態基礎上,科學規劃、有序開發、加強管理,促進小水電的健康發展。

開發方式

(圖)水車水車

開發利用水體蘊藏的能量的生產技術。天然河道或海洋內的水體,具有位能、壓能和動能三種機械能。水能利用主要是指對水體中位能部分的利用。水能開發利用的歷史也相當悠久。

早在2000多年前,在埃及、中國和印度已出現水車、水磨和水碓等利用水能於農業生產。18世紀30年代開始有新型水力站。隨著工業發展,18世紀末這種水力站發展成為大型工業的動力,用於麵粉廠、棉紡廠和礦石開採。但從水力站發展到水電站,是在19世紀末遠距離輸電技術發明後才蓬勃興起。

水能利用的另一種方式是通過水輪泵或水錘泵揚水。其原理是將較大流量和較低水頭形成的能量直接轉換成與之相當的較小流量和較高水頭的能量。雖然在轉換過程中會損失一部分能量,但在交通不便和缺少電力的偏遠山區進行農田灌溉、村鎮給水等,仍不失其套用價值。20世紀60年代起水輪泵在中國得到發展,也被一些開發中國家所採用。

水能利用是水資源綜合利用的一個重要組成部分。近代大規模的水能利用,往往涉及整條河流的綜合開發,或涉及全流域甚至幾個國家的能源結構及規劃等。它與國家的工農業生產和人民的生活水平提高息息相關。因此,需要在對地區的自然和社會經濟綜合研究基礎上,進行微觀和巨觀決策。前者包括電站的基本參數選擇和運行、調度設計等。後者包括河流綜合利用和梯級方案選擇、地區水能規劃、電力系統能源結構和電源選擇規劃等。實施水能利用需要套用到水文、 測量、 地質勘探,水能計算 、水力機械和電氣工程、水工建築物和水利工程施工以及運行管理和環境保護等範圍廣泛的各種專業技術。

中國水能利用現狀

(圖)大型電站大型電站

1、資源豐富,但分布不均。中國水能資源西多東少,大部集中於西部和中部。在全國可能開發水能資源中,東部的華東、東北、華北三大區共僅占6.8%,中南5地區占15.5%,西北地區占9.9%,西南地區占67.8%,其中,除西藏外川、雲、貴三省占全國的50.7% 。
2、大型電站比重大,且分布集中。各省(區)單站裝機10兆瓦以上的大型水電站有203座,其裝機容量和年發電量占總數的80%左右;而且,70%以上的大型電站集中分布在西南四省。
3、資源的開發和研究程度較低。目前已開發資源約為15%左右。
4、中國氣候受季風影響,降水和徑流在年內分配不均,夏秋季4~5個月的徑流量占全年的60~70%,冬季徑流量很少,因而水電站的季節性電能較多。為了有效利用水能資源和較好地滿足用電要求,最好建水庫調節徑流。
5、中國地少人多,建水庫往往受淹沒損失的限制,而在深山峽谷河流中建水庫,雖可減少淹沒損失,但需建高壩,工程較艱巨。
6、中國大部分河流,特別是中下游,往往有防洪、灌溉、航運、供水、水產、旅遊等綜合利用要求。在水能開發時需要全部規劃,使整個國民經濟得到最大的綜合經濟效益和社會效益

利用建議

(圖)水能水能

針對中國水能利用的實際情況,專家建議:應制定水資源綜合利用規劃,實施流域綜合開發,建立健全流域水資源開發的決策機制,做到水能資源的合理開發、科學決策;堅持“開發中保護、保護中開發”的原則,高度重視環境保護,促進人與自然的協調發展;適當地吸納民間閒置資金來進行水電建設;加強國際間的交流與合作,引入國外資本,汲取先進的水電建設及管理經驗。在世界能源日益緊缺的大背景下,可以說,如何充分利用水能,同時更好地保護環境,實現可持續發展,已成為中國水電建設乃至能源戰略調整的必然選擇。

各國水能開發情況

水能的開發利用一直受到世界各國的重視,將它放在優先開發的地位。

(圖)龍灘水電站大壩形成世界最大人工瀑布龍灘水電站大壩形成世界最大人工瀑布

一、世界上某些國家水能資源的開發情況——美國水電裝機容量居世界第一位
據1992年1月1日統計,美國已開發和未開發的常規水電站共7261座,裝機容量總計14670萬千瓦,年發電量5294億千瓦時。另外,已開發和已調查的抽水蓄能電站有87處,共4750萬千瓦。常規水電站和抽水蓄能電站合計可開發水電裝機容量19420萬千瓦。
1992年初統計,已建常規水電站2304座,總計裝機7349萬千瓦,年發電量3066億千瓦時,分別占可開發數的50%和58%;已建抽水蓄能電站38座(其中18座為混合式,20座為純抽水蓄能)共1810萬千瓦。常規水電站和抽水蓄能電站合計2324座,共9159萬千瓦。已建100萬千瓦以上大型常規水電站10座,大型抽水蓄能電站7座,合計17座共3110萬千瓦,占總裝機容量的34%。已建3萬千瓦以下的小水電站2007座,共823萬千瓦,占總裝機的9%。在能源危機以後,1984~1992年新建了686座小水電站。正在建設中的常規水電站130萬千瓦,抽水蓄能電站97.5萬千瓦。預計,到2000年常規水電可達8020萬千瓦,抽水蓄能電站2110萬千瓦,合計10130萬千瓦。

(圖)加拿大阿特林水電站加拿大阿特林水電站

二、加拿大水電比重占全國總裝機容量的一半以上。至1991年底,加拿大已建水電站6027萬千瓦,占全國電力總裝機容量10542萬千瓦的57.2%;1991年水電發電量3053億千瓦時,占總發電量4930億千瓦時的61.9%。加拿大的水電裝機容量雖比美國和前蘇聯少,居世界第三位,但水電年發電量居世界首位,水電裝機年利用小時數5066小時,設備利用率較高,因其水電站同時擔負電力系統的基荷和峰荷。
加拿大全國可開發水電裝機容量16280萬千瓦,1991年已開發37%;經濟可開發水能資源5930萬千瓦,現利用率達51.5%。
加拿大全國12個省(區)中,魁北克省和不列顛哥倫比亞省的可開發水電裝機容量分別為6812萬千瓦和2739萬千瓦,總計9551萬千瓦,占全國的58.7%。已開發水電站也主要在這兩個省,1991年底魁北克省已建水電站2809萬千瓦,水電比重93.9%;不列顛哥倫比亞省已建水電站1085萬千瓦,水電比重86.9%。兩省共有水電站3894萬千瓦,占全國水電裝機容量的64.6%。

(圖)伊泰普水電站伊泰普水電站

三、巴西水電裝機容量居世界第四位。巴西1991年水電裝機容量為4608萬千瓦,水電發電量2490億千瓦時,占全國總發電量的比重達95%。巴西的水電裝機容量居世界第四位,僅次於美國、前蘇聯和加拿大;水電年發電量已超過前蘇聯,居世界第三位。巴西的理論水能蘊藏量為30204億千瓦時/年;經濟可開發水能資源11169億千瓦時/年,僅次於我國,居世界第二位。1991年已建水電站對其經濟可開發水能資源的利用率為22.3%。
巴西首先開發離經濟發達地區較近的巴拉那河流域,30年來在各支流和幹流上游已陸續建成10萬千瓦以上大型水電站30座,總計裝機容量2669萬千瓦。最近在巴拉那河中游與巴拉圭邊境共建的伊泰普水電站,裝機容量1260萬千瓦,年發電量710億千瓦時,是當今世界上已建的最大水電站,總投資達234億美元,為開工時估價31億美元的7.5倍。
巴西的水電建設,很注意水庫蓄洪補枯,如巴拉那河上游乾支流已建水庫的調節庫容有1075億立方米,加上伊泰普水庫的190億立方米,總計1265億立方米,相當於年徑流量2860億立方米的44%,調節性能很好。

(圖)薩海姆(Saaheim)水電站薩海姆(Saaheim)水電站

四、挪威能源消費中水電占一半。挪威終端能源消費中,水電占50%,石油產品占37%,煤和焦炭占8%,木材和造紙廢物占5%。挪威現有電力裝機容量2700萬千瓦,其中99%是水電,僅有1%即27萬千瓦的工廠備用火電機組。年發電量中99.6%為水電。
挪威按人口平均年用電量達24700千瓦時,比美國還高出一倍多。挪威水電建設的最大特點,是在高山上利用原有湖泊或建高壩形成大水庫,利用它調節洪枯徑流,在其下游建高水頭水電站。水庫調蓄電能達768億千瓦時,相當於全國年發電量1083億千瓦時的71%,可以進行很好的多年調節,在水電比重高達99%情況下,不論豐枯水季都能滿足用戶用電要求。
另一特點是在山區所建水電站,地下廠房很多。全國大小水電站約600座中,有200座的發電廠房設在地下,開挖隧洞總長度達3000公里。工程較艱巨,但較經濟,工期較短。
挪威的水電站,國有的占29.1%,市鎮所有的占51.5%,工廠自備和私營的占19.4%。所有水電站都自願聯入地區電網。縱貫全國南北長達1700公里的全國電網,將中部的國有水電站與南方和北方的地區電網相連,進行統一調度。國家電力局所建輸電設施占90%。挪威的電網還與鄰國相聯,相互補充,出入相抵輸出較多。
挪威水能資源的理論蘊藏量為5000億千瓦時/年,技術可開發1700億千瓦時/年,經濟可開發1250億千瓦時/年。現已開發1083億千瓦時/年,還有一定資源可供開發。目前主要對早期所建老水電站進行現代化改造,擴建或重建。

(圖)水能

五、日本有78%水能資源得到利用。1991年底,日本水電裝機容量3912萬千瓦,其中常規水電2091萬千瓦,抽水蓄能1821萬千瓦。常規水電年發電量892億千瓦時,占經濟可開發水能資源1143億千瓦時的78%。日本所建大型水電站(單站裝機大於25萬千瓦)包括常規水電和抽水蓄能電站共30座,合計裝機1878萬千瓦,占全部水電裝機的48%。
其中已建大型抽水蓄能電站24座,共裝機1684萬千瓦,最大的是新高瀨川電站,為128萬千瓦。日本所建中小型水電站比較多,共有1700多座,合計2034萬千瓦,占水電裝機的52%。
正在建設的常規水電站55座,共175萬千瓦,都是中小型水電站。在建的抽水蓄能電站8座,共548萬千瓦。調查研究中的抽水蓄能電站有44處,共可裝機3.29億千瓦。當前準備興建的葛野川抽水蓄能電站,利用水頭714米,安裝4台單機容量為40萬千瓦的可逆式抽水蓄能機組,將是日本水頭最高、裝機容量和單機容量最大的水電站。
計畫到2000年水電裝機將達4450萬千瓦,其中常規水電2150萬千瓦,抽水蓄能2300萬千瓦,2010年的水電裝機擬達5170萬千瓦,其中常規水電2500萬千瓦,抽水蓄能2670萬千瓦。計畫中兩個10年的水電裝機平均年增長率分別為1.6%和1.5%。
獨立國協水電建設近況。1992年底,獨立國協共有水電裝機容量6436萬千瓦,其中俄羅斯4257萬千瓦。1992年獨立國協水電年發電量共2254億千瓦時,其中俄羅斯1670億千瓦時,塔吉克140億千瓦時,烏克蘭110億千瓦時,喬治亞100億千瓦時,其他諸共和國分別為幾十億千瓦時或幾億千瓦時。俄羅斯聯邦、烏克蘭共和國、立陶宛共和國、塔吉克共和國、吉爾吉斯共和國、喬治亞共和國等均有一些規模不等的在建工程。
六、中國水能資源居世界第一位。我國的水能資源理論蘊藏量有6.78億千瓦,年發電量5.92萬億千瓦時,居世界第一位,有美好的開發前景。

(圖) 公伯峽水電站公伯峽水電站

到1991年,我國已開發水電裝機容量3788萬千瓦,年發電量1248億千瓦時,占經濟可開發水電發電量的9.9%。預計,2000年我國水電總裝機容量可達9000萬千瓦;2000~2020年再增加9000萬千瓦,到2020年累計達1.8億千瓦;2020~2050年再開發1.1億千瓦,將我國經濟可開發水能資源全部開發出來,達到2.9億千瓦。到那時,我國的水電發電量將雄居世界首位。

我國水電開發採取大、中、小並舉的方針,重點開發黃河上游、長江中下游和紅水河、瀾滄江等。目前在建的規模達100萬千瓦以上的有二灘、岩灘、李家峽、澋灣、五強溪等10座水電站,總規模達2000萬千瓦以上。
1993年在國家壓縮基建規模對投資結構進行巨觀調控的情況下,天荒坪抽水蓄能電站(180萬千瓦)和松江河梯級電站(51萬千瓦)列為正式開工項目。1994年電力部建議新開工的項目有8項(在廣西紅水河的龍灘、百龍灘,雲南瀾滄江,廣東廣州,吉林松花江豐滿,湖北清江高壩洲,甘肅黃河小峽,安徽淠河響洪旬),總計裝機容量778.4萬千瓦。此外,還有4項(在湖南沅江凌津灘,福建汀江棉花灘,貴州烏江大沖河洪家渡,四川大渡河支流南椏河)涉及外資(亞洲開發)的工程項目。
青海省還採取多方集資,走股份化道路來開發黃河上游水電資源。日前,“尼直康”有限責任公司在西寧召開發起人會議。將由國家能源投資公司、中國華水水電開發總公司黃河水電工程公司、西北電力集團、西北勘測設計院和青海省共同投資23.3億元,建設“尼直康”三座(即尼那、直崗拉卡、康揚)中型水電站就是一例。合計裝機容量47萬千瓦,年發電量20.5億千瓦時。

(圖)天荒坪抽水蓄能電站天荒坪抽水蓄能電站

黃河上游龍(羊峽)、青(銅峽)段,據西北勘測設計研究院1993年補充規劃梯級水電站24~25座,總裝機容量1608萬千瓦,年發電量588億千瓦時。其中已建龍羊峽(128萬千瓦)、劉家峽(116萬千瓦,擬增容至130萬千瓦)、鹽鍋峽(39.6萬千瓦)、八盤峽(18萬千瓦,擬擴建至25.2萬千瓦)、青銅峽(27.2萬千瓦)等5級;在建李家峽(200萬千瓦,計畫1995年開始發電)。
最近,國家能源投資公司,甘肅省與加拿大合作開發大峽(32.5萬千瓦)、小峽(23萬千瓦)、烏金峽(15萬千瓦),再加上青海擬集資開發“尼直康”3座,合計12座水電站,總裝機容量達667萬千瓦,年發電量267億千瓦時,占黃河上游梯級規劃發電能力的41%和45%。黃河上游洪枯調節良好的梯級水電站,在西北電網中發揮了重大作用。
長江三峽工程是跨世紀的特大型水利、水電工程,具有防洪、發電、航運、供水及發展旅遊的綜合效益。

(圖)三峽工程三峽工程

三峽工程共安裝單機容量68萬千瓦的機組26台,總裝機容量1768萬千瓦,年發電量840億千瓦時,相當於6.5個已建成的葛洲壩水電站(271.5萬千瓦),或相當於每年節省5000萬噸火電用煤,還可節省1600公里運輸線路。與相同的燃煤火電站相比,每年可少排放1億多噸二氧化碳、200萬噸二氧化硫、37萬噸氮氧化物,以及大量廢渣、廢水。
三峽工程將於2008年全部建成,屆時將分別向華東和華中輸送600萬~800萬千瓦電力,它對於這兩個地區能源平衡將起到重要作用。這兩個地區是我國經濟發達地區,隨著經濟的高速發展,對電力要求也迅速增長,三峽工程的建成在開發長江經濟帶中將起巨大的推動作用。
三峽水電工程建成之後,華東電網與華中電網實行聯合運行,有巨大的錯峰效益。因為華東、華中兩電網最大負荷出現有季節的差異,華東電網的最大負荷出現在每年的6~8月,而華中電網的最大負荷出現在11~12月。華東、華中兩電網能源結構不同,華中電網水電比重大,汛期有大量季節性電能,聯網後可將部分季節性電能轉化為華東電網夏季季節性負荷所需的電力,提高華東電網火電機組檢修備用容量。將來全國大電網形成後,可實現跨流域水電豐枯季節互補。統一電網有著巨大的經濟效益和社會效益。

中國水力資源特點

1 水力資源總量較多,但開發利用率低,我國問題占世界總量16.7%,居世界之首。但是目前我國水能開發利用量約占可開發量的1/4,低於發達國達60%的平均水平。
2 水力資源分布不均,與經濟發展不匹配,我國水力資源西部多,東部少,相對集中在西南地區,而經濟發達、能源需求大的東部地區水力資源極少。
3 大多數河流年內、年際流分布不均,汛期和枯期差距大。
4 水力資源主要集中於大江大河,有利於集中開發和往外送。
最新綜合評估顯示,我國水能資源理論蘊藏量近7億千瓦,占常規能源資源量的 40%。其中,經濟可開發容量近 4億千瓦,年發電量約 1.7億千瓦時,是世界上水能資源總量最多的國家。

著名水電站

水電站水電站

中國
三峽水電站:世界上最大的水電站
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最大的伊瓜蘇瀑布、世界上第二大水電站三峽水電站

其他國家
敘利亞迪什林水電站

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(圖)《水能利用》《水能利用》

《水能利用》
所屬類別 工具書
作者:黃強 編輯 
出版社:中國水利水電出版社 
出版日期:1998-10-01 
裝幀:平裝 
內容提要:本書共分六章,前四章為水電站的水能規劃部分,主要講述水資源綜合利用的原理和 方式;河川徑流統計分析和計算;徑流調節;水能計算;電力系統的有關知識;水電站經 濟評價;水電站主要參數選擇;水電站廠內經濟運行和水庫調度等。後兩章為水電站建築物部分,著重講述水電站水利樞紐及其主要建築物的特性;水電站發電廠房的布置、運行、 結構形式和設計方面的基本知識。 本書是“水電站動力設備”專業水能利用課的教材。

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龍灘水電站大壩形成世界最大人工瀑布
一、世界上某些國家水能資源的開發情況——美國水電裝機容量居世界第一位
據1992年1月1日統計,美國已開發和未開發的常規水電站共7261座,裝機容量總計14670萬千瓦,年發電量5294億千瓦時。另外,已開發和已調查的抽水蓄能電站有87處,共4750萬千瓦。常規水電站和抽水蓄能電站合計可開發水電裝機容量19420萬千瓦。
1992年初統計,已建常規水電站2304座,總計裝機7349萬千瓦,年發電量3066億千瓦時
水能
,分別占可開發數的50%和58%;已建抽水蓄能電站38座(其中18座為混合式,20座為純抽水蓄能)共1810萬千瓦。常規水電站和抽水蓄能電站合計2324座,共9159萬千瓦。已建100萬千瓦以上大型常規水電站10座,大型抽水蓄能電站7座,合計17座共3110萬千瓦,占總裝機容量的34%。已建3萬千瓦以下的小水電站2007座,共823萬千瓦,占總裝機的9%。在能源危機以後,1984~1992年新建了686座小水電站。正在建設中的常規水電站130萬千瓦,抽水蓄能電站97.5萬千瓦。預計,到2000年常規水電可達8020萬千瓦,抽水蓄能電站2110萬千瓦,合計10130萬千瓦。
二、加拿大水電比重占全國總裝機容量的一半以上。至1991年底,加拿大已建水電站6027萬千瓦,占全國電力總裝機容量10542萬千瓦的57.2%;1991年水電發電量3053億千瓦時,占總發電量4930億千瓦時的61.9%。加拿大的水電裝機容量雖比美國和前蘇聯少,居世界第三位,但水電年發電量居世界首位,水電裝機年利用小時數5066小時,設備利用率較高,因其水電站同時擔負電力系統的基荷和峰荷。
加拿大全國可開發水電裝機容量16280萬千瓦,1991年已開發37%;經濟可開發水能資源5930萬千瓦,現利用率達51.5%。
加拿大全國12個省(區)中,魁北克省和不列顛哥倫比亞省的可開發水電裝機容量分別為6812萬千瓦和2739萬千瓦,總計9551萬千瓦,占全國的58.7%。已開發水電站也主要在這兩個省,1991年底魁北克省已建水電站2809萬千瓦,水電比重93.9%;不列顛哥倫比亞省已建水電站1085萬千瓦,水電比重86.9%。兩省共有水電站3894萬千瓦,占全國水電裝機容量的64.6%。
伊泰普水電站
三、巴西水電裝機容量居世界第四位。巴西1991年水電裝機容量為4608萬千瓦,水電發電量2490億千瓦時,占全國總發電量的比重達95%。巴西的水電裝機容量居世界第四位,僅次於美國、前蘇聯和加拿大;水電年發電量已超過前蘇聯,居世界第三位。巴西的理論水能蘊藏量為30204億千瓦時/年;經濟可開發水能資源11169億千瓦時/年,僅次於我國,居世界第二位。1991年已建水電站對其經濟可開發水能資源的利用率為22.3%。
巴西首先開發離經濟發達地區較近的巴拉那河流域,30年來在各支流和幹流上游已陸續建成10萬千瓦以上大型水電站30座,總計裝機容量2669萬千瓦。在巴拉那河中游與巴拉圭邊境共建的伊泰普水電站,裝機容量1260萬千瓦,年發電量710億千瓦時,是當今世界上已建的最大水電站,總投資達234億美元,為開工時估價31億美元的7.5倍。
巴西的水電建設,很注意水庫蓄洪補枯,如巴拉那河上游乾支流已建水庫的調節庫容有1075億立方米,加上伊泰普水庫的190億立方米,總計1265億立方米,相當於年徑流量2860億立方米的44%,調節性能很好。
薩海姆(Saaheim)水電站
四、挪威能源消費中水電占一半。挪威的終端能源消費中,水電占50%,石油產品占37%,煤和焦炭占8%,木材和造紙廢物占5%。挪威現有電力裝機容量2700萬千瓦,其中99%是水電,僅有1%即27萬千瓦的工廠備用火電機組。年發電量中99.6%為水電。
挪威按人口平均年用電量達24700千瓦時,比美國還高出一倍多。挪威水電建設的最大特點,是在高山上利用原有湖泊或建高壩形成大水庫,利用它調節洪枯徑流,在其下游建高水頭水電站。水庫調蓄電能達768億千瓦時,相當於全國年發電量1083億千瓦時的71%,可以進行很好的多年調節,在水電比重高達99%情況下,不論豐枯水季都能滿足用戶用電要求。
另一特點是在山區所建水電站,地下廠房很多。全國大小水電站約600座中,有200座的發電廠房設在地下,開挖隧洞總長度達3000公里。工程較艱巨,但較經濟,工期較短。
挪威的水電站,國有的占29.1%,市鎮所有的占51.5%,工廠自備和私營的占19.4%。所有水電站都自願聯入地區電網。縱貫全國南北長達1700公里的全國電網,將中部的國有水電站與南方和北方的地區電網相連,進行統一調度。國家電力局所建輸電設施占90%。挪威的電網還與鄰國相聯,相互補充,出入相抵輸出較多。
挪威水能資源的理論蘊藏量為5000億千瓦時/年,技術可開發1700億千瓦時/年,經濟可開發1250億千瓦時/年。現已開發1083億千瓦時/年,還有一定資源可供開發。主要對早期所建老水電站進行現代化改造,擴建或重建。
五、日本有78%水能資源得到利用。1991年底,日本水電裝機容量3912萬千瓦,其中常規水電2091萬千瓦,抽水蓄能1821萬千瓦。常規水電年發電量892億千瓦時,占經濟可開發水能資源1143億千瓦時的78%。日本所建大型水電站(單站裝機大於25萬千瓦)包括常規水電和抽水蓄能電站共30座,合計裝機1878萬千瓦,占全部水電裝機的48%。
其中已建大型抽水蓄能電站24座,共裝機1684萬千瓦,最大的是新高瀨川電站,為128萬千瓦。日本所建中小型水電站比較多,共有1700多座,合計2034萬千瓦,占水電裝機的52%。
正在建設的常規水電站55座,共175萬千瓦,都是中小型水電站。在建的抽水蓄能電站8座,共548萬千瓦。調查研究中的抽水蓄能電站有44處,共可裝機3.29億千瓦。當前準備興建的葛野川抽水蓄能電站,利用水頭714米,安裝4台單機容量為40萬千瓦的可逆式抽水蓄能機組,將是日本水頭最高、裝機容量和單機容量最大的水電站。
計畫到2000年水電裝機將達4450萬千瓦,其中常規水電2150萬千瓦,抽水蓄能2300萬千瓦,2010年的水電裝機擬達5170萬千瓦,其中常規水電2500萬千瓦,抽水蓄能2670萬千瓦。計畫中兩個10年的水電裝機平均年增長率分別為1.6%和1.5%。
獨立國協水電建設近況。1992年底,獨立國協共有水電裝機容量6436萬千瓦,其中俄羅斯4257萬千瓦。1992年獨立國協水電年發電量共2254億千瓦時,其中俄羅斯1670億千瓦時,塔吉克140億千瓦時,烏克蘭110億千瓦時,喬治亞100億千瓦時,其他諸共和國分別為幾十億千瓦時或幾億千瓦時。俄羅斯聯邦、烏克蘭共和國、立陶宛共和國、塔吉克共和國、吉爾吉斯共和國、喬治亞共和國等均有一些規模不等的在建工程。
六、中國水能資源居世界第一位。我國的水能資源理論蘊藏量有6.78億千瓦,年發電量5.92萬億千瓦時,居世界第一位,有美好的開發前景。
到1991年,我國已開發水電裝機容量3788萬千瓦,年發電量1248億千瓦時,占經濟可開發水電發電量的9.9%。預計,2000年我國水電總裝機容量可達9000萬千瓦;2000~2020年再增加9000萬千瓦,到2020年累計達1.8億千瓦;2020~2050年再開發1.1億千瓦,將我國經濟可開發水能資源全部開發出來,達到2.9億千瓦。到那時,我國的水電發電量將雄居世界首位。
我國水電開發採取大、中、小並舉的方針,重點開發黃河上游、長江中下游和紅水河、瀾滄江等。在建的規模達100萬千瓦以上的有二灘、岩灘、李家峽、澋灣、五強溪等10座水電站,總規模達2000萬千瓦以上。
1993年在國家壓縮基建規模對投資結構進行巨觀調控的情況下,天荒坪抽水蓄能電站(180萬千瓦)和松江河梯級電站(51萬千瓦)列為正式開工項目。1994年電力部建議新開工的項目有8項(在廣西紅水河的龍灘、百龍灘,雲南瀾滄江,廣東廣州,吉林松花江豐滿,湖北清江高壩洲,甘肅黃河小峽,安徽淠河響洪旬),總計裝機容量778.4萬千瓦。此外,還有4項(在湖南沅江凌津灘,福建汀江棉花灘,貴州烏江大沖河洪家渡,四川大渡河支流南椏河)涉及外資(亞洲開發)的工程項目。
青海省還採取多方集資,走股份化道路來開發黃河上游水電資源。日前,“尼直康”有限責任公司在西寧召開發起人會議。將由國家能源投資公司、中國華水水電開發總公司黃河水電工程公司、西北電力集團、西北勘測設計院和青海省共同投資23.3億元,建設“尼直康”三座(即尼那、直崗拉卡、康揚)中型水電站就是一例。合計裝機容量47萬千瓦,年發電量20.5億千瓦時。[3]黃河上游龍(羊峽)、青(銅峽)段,據西北勘測設計研究院1993年補充規劃梯級水電站24~25座,總裝機容量1608萬千瓦,年發電量588億千瓦時。其中已建龍羊峽(128萬千瓦)、劉家峽(116萬千瓦,擬增容至130萬千瓦)、鹽鍋峽(39.6萬千瓦)、八盤峽(18萬千瓦,擬擴建至25.2萬千瓦)、青銅峽(27.2萬千瓦)等5級;在建李家峽(200萬千瓦,計畫1995年開始發電)。
國家能源投資公司,甘肅省與加拿大合作開發大峽(32.5萬千瓦)、小峽(23萬千瓦)、烏金峽(15萬千瓦),再加上青海擬集資開發“尼直康”3座,合計12座水電站,總裝機容量達667萬千瓦,年發電量267億千瓦時,占黃河上游梯級規劃發電能力的41%和45%。黃河上游洪枯調節良好的梯級水電站,在西北電網中發揮了重大作用。
長江三峽工程是跨世紀的特大型水利、水電工程,具有防洪、發電、航運、供水及發展旅遊的綜合效益。
三峽工程共安裝單機容量68萬千瓦的機組26台,總裝機容量1768萬千瓦,年發電量840億千瓦時,相當於6.5個已建成的葛洲壩水電站(271.5萬千瓦),或相當於每年節省5000萬噸火電用煤,還可節省1600公里運輸線路。與相同的燃煤火電站相比,每年可少排放1億多噸二氧化碳、200萬噸二氧化硫、37萬噸氮氧化物,以及大量廢渣、廢水。
三峽工程將於2008年全部建成,屆時將分別向華東和華中輸送600萬~800萬千瓦電力,它對於這兩個地區能源平衡將起到重要作用。這兩個地區是我國經濟發達地區,隨著經濟的高速發展,對電力要求也迅速增長,三峽工程的建成在開發長江經濟帶中將起巨大的推動作用。
三峽水電工程建成之後,華東電網與華中電網實行聯合運行,有巨大的錯峰效益。因為華東、華中兩電網最大負荷出現有季節的差異,華東電網的最大負荷出現在每年的6~8月,而華中電網的最大負荷出現在11~12月。華東、華中兩電網能源結構不同,華中電網水電比重大,汛期有大量季節性電能,聯網後可將部分季節性電能轉化為華東電網夏季季節性負荷所需的電力,提高華東電網火電機組檢修備用容量。將來全國大電網形成後,可實現跨流域水電豐枯季節互補。統一電網有著巨大的經濟效益和社會效益。

國家政策

2010年11月23日財綜[2010]105號各省、自治區、直轄市財政廳(局)、發展改革委、物價局、能源局:
近幾年,一些省市自行出台地方性水能(水電)資源有償開發使用政策,以水能(水電)資源開發使用權有償出讓名義向水電企業收取出讓金、補償費等名目的費用,不僅違反了行政事業性收費和政府性基金審批管理規定,而且加重了水電企業負擔,影響了水電企業正常的生產經營活動。為建立規範的水資源有償使用制度,促進水電行業持續健康發展,現就有關問題通知如下:
一、各地停止執行自行出台的水能(水電)資源有償開發使用政策。根據《中共中央國務院關於治理向企業亂收費、亂罰款和各種攤派等問題的決定》(中發[1997]14號)的規定,各地不得對已建、在建和新建水電項目有償出讓水能(水電)資源開發權,不得以水能(水電)資源有償開發使用名義向水電企業或項目開發單位和個人收取水能資源使用權出讓金、水能資源開發利用權有償出讓金、水電資源開發補償費等名目的費用。
二、切實加強水資源費徵收使用管理,規範水資源有償使用制度。按照《取水許可和水資源費徵收管理條例》(國務院令第460號)、《財政部國家發展改革委水利部關於印發〈水資源費徵收使用管理辦法〉的通知》(財綜[2008]79號)和《國家發展改革委財政部水利部關於中央直屬和跨省水利工程水資源費徵收標準及有關問題的通知》(發改價格[2009]1779號)的規定,各地應加強水資源費徵收管理,確保水資源費及時足額徵收,按規定專項用於水資源節約、保護和管理,並用於水資源的合理開發,任何單位和個人不得平調、截留或挪作他用。
三、凡未經財政部、國家發展改革委同意,各地一律不得越權設立涉及水電企業的行政事業性收費項目;未經國務院或財政部批准,不得設立涉及水電企業的政府性基金項目。凡違反規定的,要予以嚴肅查處。 

盤點世界上的綠色能源

綠色”能源有兩層含義:一是利用現代技術開發乾淨、無污染新能源,如太陽能風能潮汐能等;二是化害為利,同改善環境相結合,充分利用城市垃圾淤泥等廢物中所蘊藏的能源。據《衛報》2009年6月10日報導,昨天,中國發改委副主任張曉強表示,中國正計畫在未來10年內大幅增加對風能太陽能的利用,並堅信到2020年在綠色能源的使用上趕上歐洲先進水平,使可再生能源的使用比例占到總能源的20%。

常規能源種類

常規能源已被人類廣泛利用並在人類生活和生產中起過重要作用的能源
種類通常是指煤炭石油天然氣水能四種

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