水力发电原理 水力发电原理动画

一、水力发电基本简介

水力发电系利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。因水力发电厂所发出的电力电压较低，要输送给距离较远的用户，就必须将电压经过变压器增高，再由空架输电线路输送到用户集中区的变电所，最后降低为适合家庭用户、工厂用电设备的电压，并由配电线输送到各个工厂及家庭。

二、水力发电分类

按集中落差的方式分类，有：堤坝式水电厂，引水式水电厂，混合式水电厂，潮汐水电厂和抽水蓄能电厂。

按径流调节的程度分类，有：无调节水电厂和有调节水电厂。

按照水源的性质，一般称为常规水电站，即利用天然河流、湖泊等水源发电。

潮汐：潮汐现象是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。

潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量→机械能→电能(发电)的过程。

流量大，水头低的水电站。

按水电站利用水头的大小，可分为高水头（70米以上）、中水头（ 15-70米）和低水头（低于15米）水电站。

按水电站装机容量的大小，可分为大型、中型和小型水电站。一般将装机容量在5,000kW以下的称为小水电站，5,000至100,000kW的称为中型水电站，10万kW或以上的称为大型水电站或巨型水电站

三、水力发电的特点

能源的再生性。由于水流按照一定的水文周期不断循环，从不间断，因此水力资源是一种再生能源。所以水力发电的能源供应只有丰水年份和枯水年份的差别，而不会出现能源枯竭问题。但当遇到特别的枯水年份，水电站的正常供电可能会因能源供应不足而遭到破坏，出力大为降低。

发电成本低。水力发电只是利用水流所携带的能量，无需再消耗其他动力资源。而且上一级电站使用过的水流仍可为下一级电站利用。另外，由于水电站的设备比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低得多。如计及燃料消耗在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10倍至15倍。因此水力发电的成本较低，可以提供廉价的电能。

高效而灵活。水力发电主要动力设备的水轮发电机组，不仅效率较高而且启动、操作灵活。它可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行；在几秒钟内完成增减负荷的任务，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成能源损失。因此，利用水电承担电力系统的调峰、调频、负荷备用和事故备用等任务，可以提高整个系统的经济效益。

工程效益的综合性。由于筑坝拦水形成了水面辽阔的人工湖泊，控制了水流，因此兴建水电站一般都兼有防洪、灌溉、航运、给水以及旅游等多种效益。

一次性投资大。兴建水电站土石方和混凝土工程巨大；而且会造成相当大的淹没损失，须支付巨额移民安置费用；工期也较火电厂建设为长，影响建设资金周转。即使由各受益部门分摊水利工程的部分投资，水电的单位千瓦投资也比火电高出很多。但在以后运行中，年运行费的节省逐年抵偿。最大允许抵偿年限与国家的发展水平和能源政策有关。抵偿年限小于允许值则认为增加水电站的装机容量是合理的。

四、水力发电的缺点

自然方面：巨大的水库可能引起地表的活动，甚至诱发地震.此外，还会引起流域水文上的改变，如下游水位降低或来自上游的泥沙减少等.水库建成后，由于蒸发量大，气候凉爽且较稳定，降雨量减少.

生物方面：对陆生动物而言，建设水电站后，也可能出现泥沙淤积，淹没良田、森林和古迹等文化设施,库区附近可能造成疾病传染，建设大坝还可能影响鱼类的生活和繁衍，库区周围地下水位大大提高会对其边缘的果树、作物生长产生不良影响。大型水电站建设还可能影响流域的气候，导致干旱或洪水。特别是大型水库有诱发地震的可能。因此在地震活动地区兴建大型水电站必须对坝体、坝肩及两岸岩石的抗震能力进行研究和模拟试验，予以充分论证。这些都是水电开发所要研究的问题。

世界自然基金会和世界资源研究所在其合编的《水坝与生态系统的未来》报告中提到,水坝建设威胁淡水生态系统,全球有21条河流及其流域生态严重退化,中国长江流域排名第一.长久以来,长江是陆地和淡水生物多样性中心,拥有322种鱼类和169种两栖动物.由于水坝的影响,包括中华鳄、中华鲟、江豚、白鹤等被世界自然保护联盟列为极度濒危的动物处境都非常危险.1980年代中期,长江口能观测到的水生底栖动物共有126种,到2002年,能观测到的只剩下52种.大量有机物被带入东海,使得近年来中国舟山群岛附近海域大面积的赤潮频繁暴发.（下图所示，好多都死翘翘了）

物理化学性质方面：流入和流出水库的水在颜色和气味等物理化学性质方面发生改变，而且水库中各层水的密度、温度、甚至溶解度等有所不同.深层水的水温低，而且沉积库底的有机物不能充分氧化处于厌氧分解，水体的二氧化碳含量明显增加

五、三峡水库对四川地震的影响

1.三峡水库蓄水以来，短时间内发生了两次重大地震，汶川地震和雅安地震，这十分符合水库蓄水诱发地震的规律。且多次水库蓄水放水，库容反复变化，是导致地震的直接原因。因为，河道径流的季节性变化和水库的季节性进出水涨落，是水库诱发地震的两个前提条件。三峡水库汛前为了腾出防洪库容，放水（实际附近所有水库都放水了，不一定是三峡引起的），导致了四川地震。

2.三峡水库是一个狭长的河床式水库，其库区范围非常大，坝址上游600公里皆是其库区，动库容段与重庆相连，已经接近四川境内。四川盆地本身低洼，水流在此处受到下游河水顶托，各支流河系蓄水量也不少。

3.三峡水库库容量实在太大了，非一般大型水库所能比拟，其淹没城市之多，承水面之阔，足以对地质板块造成重大影响。一般而言水库库容越大，越容易诱发地震，地震等级可能越高，而水库地震的余震可以持续很多年。四川位于板块交界处，附近日益增加的大水体应力足以使得地下能源释放产生地震。

4.1959年10月20日河源市新丰江水库蓄水一个月后，开始出现地震活动，随着库区水位迅速上升，地震活动相应加强。当水位首次接近满库峰高达110.5米时，遂于1962年3月19日04时18分53秒诱发6.1级地震。该次地震滞后第一次高水位半年，震源深度5公里，展中在大坝附近1公里处。当时震声雷鸣，屋摇地动，强烈地震造成数千间房屋损毁，死伤85人。新丰江水库附属工程的水电厂厂房及高压变电站也遭受较严重的破坏，不能运营。最为典型的是河源县城皮革厂门前一对分别为3500公斤重的石狮相对底座反时针扭转了11度，从侧面可以看出改变水资源地质对地震确实有很大的影响。

【郑重说明：以上仅代表个人意见，不含任何政治色彩】

【小常识】把天然水流蕴藏的力学能转换成电能的发电方式。是水能利用的主要形式。天然水流所蕴藏的力学能称为水力资源，是人类可以利用的重要能源之一。在自然状态下，河川水流的这种潜在能量以克服摩擦、冲刷河床、挟带泥沙等形式消耗掉。兴建水电站可利用这部分能量。

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