绪     论

要求：建立水力发电的概念，了解水力发电、水能资源的特点及水电事业发展状况；理解本课程的性质，明确本课程的任务。

第一节  水力发电概述

一、        水力发电

(一) 水力发电的概念

在天然河流上，修建水工建筑物，集中水头，通过一定的流量将“载能水”输送到水轮机中，使水能→旋转机械能→带动发电机组发电→输电线路→用户。 

式中  N——水电站装机容量或水轮机的功率

Q——通过水轮机的流量

H——水轮机的水头

η——水轮机的效率

上述几项是水力发电的几个要素。

(二) 水力发电的转换原理

(三) 水电站

在水力发电的过程中，为了实现电能的连续产生需要修建一系列水工建筑物，如进水、引水、厂房、排水等，安装水轮发电机组及其附属设备和变电站的总体称为水电站(水、机、电的综合体)。

(四) 水力发电特点

(1)不耗燃料，成本低廉：  水电站建成投产以后不需要消耗燃料，节省能源。其运行和维修费用低，工程使用寿命长，总的劳动生产率高，一般只有相同容量的火电站运行人员的1/4~1/5。不需要运输发电所用的燃料，发电成本均比火电、核电低。

(2)水火互济，调峰灵活： 电力用户的用电量是时刻变化着的，电网中的日负荷有高峰也有低谷。火电站、核电站从开机到正常运行通常需要几个小时，宜担负基荷运行。水电站启动灵活，在1~2分钟内，就能从停机状态达到满负荷运行、并网供电，宜于担任调峰、调频，事故备用，与火电站配合运行，互相补充。

 (3)综合利用，多方得益：  具有水库以调节水量的水电站，除发电外，还兼顾防洪、灌溉、航运、供水、旅游、水产养殖业等综合利用效益。

(4)取之不尽可，用之不竭：水能资源是随水循环(降水——径流——蒸发——降水)周而复始地不断再生的能源，取之不尽，用之不竭。煤、石油、天然气、等矿物资源是不可再生的，越用越少。太阳能、风能、潮夕能等，也是再生能源，但由于大规模地开发利用的技术不成熟，发电不稳定，成本很高，目前还不能大量利用。

(5)环境优美，能源洁净：水电站多建在僻静的山谷之中，远离城市、厂矿。大坝上游形成水库，环境幽静，水体纯洁，没有环境污染，空气清新，湖光山色，可以成为风景游览区。

缺点：

(1) 受自然条件限制：水量、落差、地质、地形、地理、环境、土地淹没、移民、政治、经济、交通等。

水能资源只能就地开发，不少地区的水能资源很丰富，但由于当地经济不发达，交通不便，难于充分开发和利用。大部分水电站至负荷中心或与电网联接点有相当距离，需要修建昂贵的输变电工程。

 (2) 一次性投资大，工期长：（水文季节、水工建筑施工、机械安装、移民、施工水平、 资金到位）小型工程为3~5年，中型工程为8~10年，大型工程为10年以上。

(3) 故后果严重：水管破裂、溃坝等，设计、施工应安全可靠。

二、我国的水能资源特点

全国水能总蕴藏量为676047.1MW，相应年发电量59222亿kW.h，占世界首位。

(1) 总量十分丰富，而人均资源量并不富裕

水能资源：实际可开发量近378532MW、19233亿kW.h左右，居世界第一位。

电 量 计：约占世界总量的15%

人   口： 占世界的21%

到2050年后，我国达到中等发达国家水平，如按人均装机1kW计，全国电力总装机为15亿kW~16亿kW。常规水电即使全部开发出来，加上抽水蓄能电站，水电比例也只占30%~40%左右。

注：实际可开发水能资源：由于受水量、落差、地形、地质、土地淹没、移民、政治、经济、交通、施工技术等因素的制约，一条河流的水能蕴藏量不能完全开发，只能开发其中的一部分。

(2) 地区分布极不均衡，与经济发展的现状更不匹配

资源集中在经济相对滞后的西部，尤其是西南。云、贵、川、渝、陕、甘、宁、青、新、藏等10个省(自治区，直辖市)的水能资源占67.8%，其中西南的云、川、藏三省(自治区)就占全国总资源量的60%，经济发达的东部13个省(直辖市)(辽、吉、黑、京、津、冀、鲁、苏、浙、皖、沪、粤、闽)仅占7%左右。

表      中国水能蕴藏量及可开发的水能资源

 

地  区

水  能  蕴  藏  量

可 能 开 发 的 水 能 资 源

装机容量(MW)

年发电量亿(kW.h/ a)

占全国

比重(%)

装机容量

(MW)

年发电量

(亿kW.h/a)

占全国

比重(%)

华北地区

12299.3

1077.4

1.8

691.98

232.25

1.2

东北地区

12126.6

1062.3

1.8

1199.45

383.91

2.0

华东地区

30048.8

2632.3

4.4

1790.22

687.94

3.6

中南地区

64083.7

5613.8

9.5

6743.49

2973.65

15.5

西南地区

473311.8

41462.1

70.0

23234.33

13050.36

67.8

西北地区

84176.9

7373.9

12.5

4193.77

1904.93

9.9

全  国

676047.1

59221.8

100.0

37853.24

19233.04

100.0

(3) 总开发率很低，东西开发差异极大。

全国平均开发率按电量算仅9.12%，位居世界第83位，排在很多发展中国家如印度、越南、泰国、巴西、埃及等国家之后，与中国是发展中大国的位置极不相称。

东部，已开发70%以上：可开发的大型水电站只剩下4座，共161万kW，即黑龙江的尼尔基电站(25万kW)、浙江的摊坑电站(60万kW)、大均电站(46万kW)和福建的街面电站(30万kW)；

西部，开发率仅7.5%：西部的水电开发才刚刚开始，因此21世纪，水电要结合国家的西部大开发战略，大力开发西部水电，实施大规模的西电东送，才能实现资源的优化配置和电源结构的合理调整。

 (4) 我国水电资源相对集中在一些高山大河地区，不少水电站的装机容量超过1000MW。

三峡(长江) 1820万kW，溪落渡(金沙江) 超过1000万kW。雅鲁藏布江下游的墨脱电站，计划开凿35km长的隧洞，引水2000m3/s以上，落差可超过2000m，电站装机可达4500万kW。大型电站，水头高、单机容量大，带来很多技术难题，且淹没损失大，移民数量多，这在人口较密的地区尤为突出。

从长远看，能输出水电的主要是云、川、青、藏四省(自治区)，

从河流看，能输出电能的主要是金沙江、雅鲁藏布江、雅砻江、澜沧江、怒江和黄河上游青海段。近期长江干流、乌江、红水河(含上游)均可视情况适量外送。

三、我国水电发展概况

到1998年底，全国已建水电站装机容量65060MW，年发电量2043亿kW.h时，继美国、加拿大之后居世界第3位，在建规模约46000MW。全国水电装机和发电量已占全国电力总装机和发电量的23.4％和17.8％。

中国已建50万kW以上的水电站

电站名称

河  流

所 在 省 区

装 机 容 量

(万kW)

设计年发电量

(亿kW.h)

二  滩

雅砻江

四  川

330

170

葛　洲　坝

长　江

湖　北

271．5

167

小  浪  底

黄　河

河　南

180

 

天  荒  坪

西苕溪支流

浙　江

180

31.6

李  家  峡

黄  河

青  海

200

58.3

白山(二期)

松花江

吉　林

90/60合计(150)

19.236/19.236

漫    湾

 

云 南

150

63

水　　　口

闽　江

福　建

140

49.5

大朝山

湄公河

云南

135

59.31

天生桥二级

南盘江

广西、贵州

132

82

龙　羊　峡

黄　河

青　海

128

60

刘　家　峡

黄　河

甘　肃

122.5

57.0

岩      滩

 

广  西

121

53

隔　河　岩

清　江

湖　北

120

30.4

天生桥一级

南盘江

贵  州

120

 

万  家  寨

黄　河

山　西

108

27.5

丹　江　口

汉　江

湖　北

90

38.3

安　　　康

汉　江

陕　西

85.25

28.

龚　　　嘴

大渡河

四　川

70

34.2

新　安　江

新安江

浙　江

66.25

18.6

水　　　丰

鸭绿江

辽　宁

63/2

39.3/2

乌　江　渡

乌　江

贵　州

63

31.0

铜　街　子

大渡河

四　川

60

32.1

鲁　布　革

黄泥河

云南、贵州

60

28.49

丰　　　满

松花江

吉　林

55.375

18.9

莲    　花

牡丹江

黑龙江

55

7.97

东　　　江

耒　水

湖　南

50

13.2

万　　　安

赣　江

江　西

50

15.16

中国在建的水电站（50万kW以上)

电站名称

河  流

所在省区

装机容量

(万kW)

设计年发电量 (亿kW.h)

开工/峻工

日期

三　峡

长　江

湖　北

1820

846.8

1994.12/2009

龙   滩

红水河

广  西

420/540

156/187

2001/2009

紫坪铺

岷江

四川

76

34

2000/2006

小湾

澜沧江

云南

420

190.6

2002/

百色

右江

广西

54

17.01

2001/

公伯峡

黄河

青海

150

51.4

2001/2007

洪家渡

乌江

贵州

54

171.5

2000/2006

三板溪

清水江

贵州

100

234.9

2003/2008

锦屏一级

雅砻江

四川

330

162.87

2005/ 待建

构皮滩

乌江

贵州

240/300

95.29

2003/2011

按规划我国水电发展分二步走：

第一步是2001~2010年，这期间，三峡、龙滩、小湾、公伯峡、水布垭等一大批水电站将建成发电。到2010年，也就是中国开始水电建设100年时，水电装机容量达到(1.4~1.5)×105MW，超过美国居世界第一，实现从资源第一大国到生产第一大国的转变。水电装机的比例将由连年下滑转向攀升，从本世纪末的23%提高到30%左右；

第二步是2011~2050年，基本完成水电的开发、开发率达到90%左右。这时装机约4.3×105MW，以38000MW的墨脱电站为代表的十几座5000MW以上的巨型电站基本开发完毕。西电东送的规模超过1.5×105MW，东中部受电区的抽水蓄能电站将得到大规模的发展，大库容的蓄能电站建设为东部沿海风电的大量开发，创造了有利条件。中国的水电开发技术将随着我国水电建设事业的发展达到世界领先水平。

四、中国水电基地的开发情况

70年代根据我国能源开发的规划，有关部门提出了开发10个水电基地的设想，即在那些水力资源丰富、开发条件良好的河流或河段上，比较集中地开发建设10个大型水电基地，作为本世纪末到下世纪初的骨干电源，以后又增加2个水电基地，共计12个水电基地。十二大水电基地可装机容量为205232MW，年发电量9458.8 亿kW.h。

 

    中国十二大水电基地规模及开发状况

项目

 

基地名称

总 规 模

已建电站名称及装机容量 (万kW)

在建电站名称及装机容量  (万kW)

待开发的主要电站名称及装机容量(万kW)

装机容量

(万kW)

年发电量亿kW.h

 

金沙江

石鼓—宜宾

 

 

4623.00

 

 

2610.0

 

 

虎跳峡600、洪门口375、梓里208、皮厂270观音岩270、乌东德560、白鹤滩830、溪落渡1000、向家坝500

 

雅砻江

两河口—渡口

 

1940.00

 

1048.0

 

二滩 330

 

锦屏一级300

两河口200、牙根90、蒙古山160、大空100、杨房沟200、卡拉乡80、、锦屏二级300、官地140、桐子林40

 

大渡河

双江口—铜街子

 

 

1805.50

 

 

924.70

 

龚嘴 70/210

铜街子 60

碧口  30

宝珠寺 64

 

 

独松136、马奈30、季家河坝180、猴子岩140、长河坝124、冷竹关90、泸定60、硬梁仓110、大岗山150、龙头石50、老鹰岩60、瀑布沟330、深溪沟36、枕头坝44

 

乌江干流

 

825.50

 

404.51

乌江渡 63

普定7.5

东风51

洪家渡54

构皮滩200

 

引子渡16、、索风营42、、思林84、沙沱80、彭水108、大溪口120

长江上游 宜宾—宜昌 (包括清江)

 

2831.60

 

1219.9

葛洲坝271.5

隔河岩120

高坝洲(20)

三峡1820

水布垭149、

 

石硼213、朱杨溪190、小南海100、

 

 

南盘江、红水河

 

 

 

 

1192.00

 

 

 

 

502.50

恶滩6

大化40/60

鲁布革60

岩滩 120

天生桥二级132

天生桥一级120

 

龙滩420

平班36、百龙滩18、桥巩50大腾峡120、恶滩50

 

澜苍江干流

(云南省境内)

 

 

 

1978.00

 

 

 

1010.0

 

 

大朝山126

漫湾125/150

 

 

小湾420

溜筒江55、佳碧43、乌弄龙80、托巴164、黄登150、铁门坎150、功果桥75、、、糯扎渡450、景洪90、橄榄坝10、南阿河口40

 

黄河上游

龙羊峡—

青铜峡

 

 

1415.48

 

 

507.93

刘家峡116、

龙羊峡128

盐锅峡39.6

八盘峡18

青铜峡27. 李家峡2002

 

公伯峡150

拉西瓦372

积石峡80-100、寺色峡25、小峡30、大峡30、乌金峡13.2、小观音140、大柳树44、

黄河中游

河口镇— 禹门口

 

579.20

 

196.90

天桥12.8

三门峡25

万家寨102

小浪底 180

 

龙口40、碛口150

军渡30、三交20

龙门210、禹门口14.4

湘西(湖南)

资、沅、澧水，附清水江

795.10

318.23

凤滩70?

柘溪44.75

马迹塘5.5

三江口6.25

东江50

五强溪120

 

清水江133.80

沅水153.53、资水57.6、澧水203.67、

 

闽、浙、赣

福建、浙江、 江西省各河

1416.82

411.71

古田溪26

新安江66.25

富春江30

沙溪口30

万安50

水口140

乌溪江20

柘林18

闽176.6

浙10.8

赣50

闽380.04

浙271.72

赣289.02

东北

黑龙江、牡丹江、二道松花江、鸭绿江、浑江、嫩江

1133.55

309.36

373.95

 

共规划各类电站33座，装机容量为759.60万kW

总   计

20523.2

9458.8

 

 

 

 

第二节 本课程的性质、任务和特点

 一、本课程的性质和任务        

水电站及泵站建筑物是水利水电工程专业的专业课程，其主要任务是使学生获得有关水电站及泵站建筑物的基本理论、基本知识与基本技能，训练和培养学生综合的思维方法及分析问题和解决问题的能力，为今后从事水电站及泵站工程的规划、设计、运行和管理的打下基础。

二、本课程内容及特点

 


                            进水、引水系统的布置

  水电站     引水建筑物   水电站及泵站调节保证计算、调压室布置及水力计算原理

泵站                    压力管道的结构分析

建筑物                        

                            水电站及泵站厂房布置设计：主、副厂房尺寸设备布置

                 厂区枢纽                  

厂房结构设计：厂房整体稳定、强度