水电站基本构造原理与类型

年4月发电。
二、水电站的基本类型
(四)、抽水蓄能电站
抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站 机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)， 以水的势能形式 贮存起来；
放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发
电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的不足。
抽水蓄能电站示意图
抽水蓄能电站
二、水电站的基本类型
(五)、潮汐电站
• 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、落潮的能量变为机械能，再
把机械能转变为电能（发电）的过程。
潮汐发电原理
潮汐电站
三、水力发电特点
受油器 导叶操作机构 顶盖
永磁机 上机架 上挡风板 定子 转子 下挡风板 下风罩 推力轴承
水 轮 发 电 机 组
支持盖
导叶
座环 蜗壳 底环 转轮体 转轮室 轮叶 泄水锥 尾水管 基础
推力支 架柱段
推力支 架锥段 空冷器
水轮机的主要分类
水流能量转换特征
反 击 式 冲 击 式
水轮机的主要分类
利用水流的势能和动能进行工作； 转轮完全淹没在密闭的水体中。
万家寨坝后式水电站
坝后厂房
向家坝水电站
三峡水电站
二、水电站的基本类型
(二)、河床式电站
一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量
淹没，建低坝或闸。
适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。
厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑
稳定问题； 厂房高度取决于水头的高低。 引用流量大、水头低。
二、水电站的基本类型
(三)、引水式水电站
2. 有压引水式电站
• 引水建筑物是有压的：
压力隧洞(pressure tunnel) • 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。
有压引水式水电站
石龙坝有压引水式水电站
云南昆明石龙坝水
电站是我国大陆的
第一座水电站，其 装 机 容 量 仅 为 1440kW ， 1910 年 7 月开工建设， 1912
双击式水轮机 水流从喷嘴流出后，从转轮外周通过径向叶片进入转轮中 心，进行第一次能量交换，再从转轮中心通过径向叶片流 出转轮，完成第二次能量交换。适用水头范围10~150m， 结构简单、效率低，出力较小，应用不多。
小结：
水轮发电机按布置方式主要有立式与卧式两大类，其 中立式水轮发电机又分为悬挂式与伞式发电机。

半贯流式水轮机
半贯流式水轮机有轴伸式、竖井式和灯泡式等装置形式 。 轴伸式和竖井式结构简单、维护方便，但效率较低，一
般只用于小型水电站。
灯泡贯流式水轮机，其结构紧凑、稳定性好、效率较高 ，
使用广泛。
反击式水轮机
轴伸贯流式水轮发电机组
1—转轮；2—水轮机主轴；3—尾水管；4—齿轮转动机构；5—发电机
四、我国水电事业的发展
2.我国水电能源的发展情况
• 水电在中国经历了多个发展阶段，总装机容量从1980 年代的约1000万千瓦，到2012年的2.49亿千瓦跃增至 2018年的3.8亿千瓦。
河床式电站
河床式电站
富春江河床式电站
泄 洪 闸 河床厂房
葛州坝水电站
河床厂房 泄 洪 闸 开关站
河床厂房
船 闸
二、水电站的基本类型
(三)、引水式水电站
用引水道集中水头的电站称为引水式水电站 特点：
水头相对较高，目前最大水头已达2000米以上。
引用流量较小，没有水库调节径流，水量利用率较低，综合 利用价值较差。 电站库容很小，基本无水库淹没损失，工程量较小，单位造 价较低。
适用条件：适合河道坡降较陡，流量较小的山区性河段。
二、水电站的基本类型
(三)、引水式水电站
类型： 1.无压引水电站
引水建筑物是无压的: 渠道或无压隧洞 主要建筑物：低坝，进水口，沉沙池，引水渠(洞)，日调节池，压力 前池，压力水管，厂房，尾水渠。
无压引水式水电站
1-坝;2-进水口;3-沉沙池;4-引水渠道;5日调节池;6-压力前池; 7-压力管道;8-厂房; 9-尾水渠;10-配电所;10-泄水道
2
3 可转动叶片
4
反击式水轮机

贯流式水轮机
一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机，它不设引水蜗
壳，叶片可做成固定的和可转动的两种。
贯流式水轮机的适用水头为1~25m，适用于低水头、大流
量的水电站。
根据其发电装置形式的不同，分为全贯流式和半贯流式
两类。
反击式水轮机

全贯流式水轮机
全贯流式水轮机的发电机转子直接安装在转轮叶片的外
1、悬挂式发电机:
推力轴承位于转子上方的发电机，它适用于转速在 100r/min以上。其优点是推力轴承损耗小，装配方便， 运转较稳定；缺点是机组高度较大，耗费钢材多。
悬挂式发电机
定 子 外 壳
下导轴承
上
下
支撑下导与风闸
2、伞式发电机
推力轴承位于转子下方，设在下机架上 传力方式：机组转动部分重量→推力头→镜板→推力轴瓦 →下机架→机座→基础 上机架：只支撑上导轴承和励磁机定子。

轴流式水轮机
水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而
在转轮区内水流保持轴向流动。
应用水头约为3~80m，在中低水头、大流量水电站中得到
了广泛应用。
1—导叶；2—叶片；3—轮毂
反击式水轮机
轴流式：轴向进流，轴向出流
1 4 2 3 5
1－导叶；2－叶片；3－轮毂 4－蜗壳；5－尾水管
• 混流式
轴流定浆式 轴流转浆式 全贯流式 半贯流式
反击式
• 轴流式
• 斜流式 • 贯流式
灯泡式 轴伸式 竖井式
水轮机
• 水斗式
冲击式
• 双击式
• 斜击式
利用水流的动能进行工作； 转轮露在空气中。
反击式水轮机
反击式：水流方向和 流速大小受叶片约束 而改变,从而对叶片 一个反作用力
反击式水轮机

混流式水轮机
科学家们以此水位落差的天然条件，
有效的利用流力工程及机械物理等，
精心搭配以达到最高的发电量，供人
们使用廉价又无污染的电力。
水力发电的能量转换过程
水利系统
建筑物和设备 水轮机
机电系统 发电机
天然水能
可利用水能
旋转机械能
电能
水力发电站按组成建筑物特征的主要类型

坝后式水电站
坝式、河床式、引水式电站
水力发电站按组成建筑物特征的主要类型
建厂后不易增加扩容 对环境的负面影响（如生物多样性、泥沙、次生灾害 等）
四、我国水电事业的发展
1.我国的水能资源状况
• 水电为中国最早发展，亦是 最成熟的可再生能源，对国
家要完成2020年非化石能源 消费比重达到15%的国际减 排目标，有着举足轻重的作 用，我国水能资源十分丰富， 总量居世界第一，主要分布 在西部地区，约70%在西南 地区。
水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。 应用水头范围较广，约为20~700m ，结构简单、运行稳
定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
1—主轴；2—叶片；3—导叶
反击式水轮机
混流式：幅向进流，轴向出流
1
4 2 3 5 1－主轴；2－叶片；3－导叶； 4－蜗壳；5－尾水管
反击式水轮机

坝后式水电站
水力发电站按组成建筑物特征的主要类型

引水式水电站
水力发电站按组成建筑物特征的主要类型

引水式水电站
水力发电站按组成建筑物特征的主要类型

混合式水电站
水轮机是将水能转变
水 轮 发 电 机 组
为旋转机械能，从而带 动发电机发出电能的一 种机械。 水轮机与发电机联接 成的整体称为水轮发电 机组。
按调节能力分成： 无调节水电站、有调节水电站
按水电站的组成建筑物及特征分为： 坝式、河床式、引水式电站
二、水电站的基本类型
(一)、坝式水电站
用坝集中水头的水电站称为坝式水电站 其特点有： 水头取决于坝高。 引用流量较大，电站的规模也大，水能利用较充分，综 合利用效益高。 投资大，工期长。
适用：河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库的条件。
缘，它的优点是流道平直、过流量大、效率高。但由于 转轮叶片外缘的线速度大、周线长，因而旋转密封困难， 目前已很少使用。
1—转轮叶片；2—转轮轮缘；3—发电机转子轮辋；4—发电机定子；5、6—支柱；7—轴颈； 8—轮毂；9—锥形插入物；10—拉紧杆； 11—导叶；12—推力轴承；13—导轴承
反击式水轮机
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，也就是水电站。
包括：进水、引水、厂房、排水等。
水电站是水、机、电的综合体。
一、水力发电的概念
水力发电的基本原理是利用水位落 差 ，配合水轮发电机产生电力，也 就是利用水的位能转为水轮的机械能，
再以机械能推动发电机，而得到电力。
优点：
① 水能的自然资源优势（水量储备丰富）
②
③ ④
水资源可综合利用 （防洪、灌溉、养殖、旅游等）
水能的调节作用（调峰、调频） 水力发电对环境的影响小，几乎没有污染排放
⑤
⑥
机组工作的灵活性（启动快、操作灵活）
水力发电生产成本低、效率高
三、水力发电特点
缺点：
① 一次性投资大，移民多，工期长
②
③ ④
因地形、水力资源的影响，无法建造过大装机容量
4
反击式水轮机

斜流式水轮机
水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动，其
转轮叶片大多做成可转的形式。
适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。
1—蜗壳；2—导叶；3—转轮叶片；4—尾水管
反击式水轮机
斜流式：斜向进流，斜向出流
1－蜗壳；2－导叶； 3－叶片；4－尾水管 1
反击式水轮机
竖井贯流式水轮发电机组
反击式水轮机
灯泡贯流式水轮发电机组 发电机组安装在密闭的灯泡体 1
1－导叶；2－转轮； 3－发电机；4－灯泡
4 2
3
1
2
水斗式水轮机 水流由喷嘴喷射出来沿着转轮圆周 的切线方向冲击在斗叶上做功
斜击式水轮机 水流由喷嘴喷射出来沿着与转轮旋转平面成某一角度进入叶 片，适用于高水头，中小型的水电站
类型：1. 普通伞式： 有上、下导轴承
2. 半伞式: 有上导轴承，无下导轴承
3. 全伞式: 无上导轴承，有下导轴承
(1) 普通伞式
有上、下导轴承
(2) 半伞式
有上导，无下导。 发电机通常将上机架埋入发电机层地板以下。
(3) 全伞式
无上导，有下导。 转动部分重量→推力轴承支撑结构→顶盖→座环
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