水能资源的开发利用
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第一章 水能资源的开发利用
§1-1 水能资源的综合利用
一、水资源综合利用的原则
水资源综合利用原则是按照国家对环境保护、社会ห้องสมุดไป่ตู้济可持续发展战
略方针，充分合理地开发利用国家的水资源，来满足社会各部门对水的需
求，又不能对未来的开发利用能力构成危害，在环境、生态保护符合国家 规定的条件下，获取最大社会经济和环境综合效益。
浙江新安江水电站 P=66.25万KW 一
贵州乌江渡水电站 P=63万KW 一
4、坝内式
当坝的高度和宽度都 较大或河谷狭窄洪水 又很大时，往往将厂 房布置在坝内。
优点：可以节约投 资和缩短引水管道。
图2-6 坝内式水电站示意图 一
湖南风滩水电站 P=40万KW 一
小结1
1. 坝式开发的显著优点是由于形成蓄水库,可用以调节流量。 2. 坝式水电站因有蓄水库，综合利用效益高。 3. 坝式水电站一般投资大，工期长，单价高。 4. 坝式开发适合于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条 件的河段。
图2-1
水电站的水头和利用水量
一
一、坝式开发
在河流狭窄处， 拦河筑坝或闸，坝 前壅水，在坝址处 形成集中落差，这 种水能开发方式称 为坝式开发。
用坝集中水头 的水电站称为坝式 水电站。
图2-2 坝式水电站示意图 一
坝式开发
按大坝和水电站相对位置不同可分为： 1、坝后式 2、河床式 3、溢流式 4、坝内式
§1-2 水力发电
2、水力发电的基本方程式
E12
E1
E2
W (Z1
p1
1v12
2g
)
W
(
Z
2
p2
2v22 )
2g
WH 12 (N
m)
N12 9.81QH12 (kW)
N 9.81QH(kW )
N kQH(kW )
2-1 河段的潜在水能
水电站的发电量
E12
9.81QH12
(
T) 3600
§1-3 水能资源的开发方式
前言 一、坝式开发 二、引水式开发 三、混合式开发 四、梯级开发 五、潮汐式开发 六、抽水蓄能式开发 结束语
前言
E=γWH (N.m) 1. 集中落差 2. 引用流量 3. 基本开发方式 (1) 坝式 (2) 引水式 (3) 混合式 4. 特殊型式水电站 (1) 潮汐式 (2) 抽水蓄能式
枢纽布置
枢纽主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物等3大部分组成。 主要建筑物的型式及总体布置，经对各种可行性方案的多年比较和研 究，并通过水力学、结构材料和泥沙等模型试验研究验证，均已确定。 选定的枢纽总体布置方案为下图。
发电
三峡水电站总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿 千瓦时。它将为经济发达、能源不足的华东、华中和华南等地区提 供可靠、廉价、清洁的可再生能源，对经济发展和减少环境污染起 到重大的作用。
一
二、引水式开发
在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水 道引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电，这 种开发方式称为引水式开发。
特点：
(1) 水头相对较高，最大水头已达2000米以上。 (2) 引用流量较小，无水库调节径流。 (3) 电站库容很小，工程量较小，单位造价较低。
1、坝后式
特点: 水头较高,厂房本身 不承受上游水压， 与挡水坝分开。
图2-3 坝后式水电站示意图 一
湖北三峡水电站
主要参数： N=70万KW Z=26台 P=1820万KW D1=9.5m 最大坝高:175m
一
P=104万KW 吉林丰满水电站
一
2、河床式
在平原河段上， 或因地形、地址及 淹没损失等条件不 允许建高坝，则建 低坝或闸的坝式水 电站。
0.0027WH12 (kw h)
E12 0.0027WH (kw h)
水电站的发电量E是指水电站在一定时段内发 出的电能总量，单位为kW·h。
落差（米） 流量（米3/秒）
N水=9.8QH（千瓦） 构成江河水能的基本要素----流量、落差
筑坝----抬高水位----集中水能
水能---转--化-机械能----转-化-电能
航运
§1-2 水力发电
一、水力发电的基本原理及基本方程
1、水力发电的原理
水轮机+水轮发电机＝水轮发电机组（机组）
水力发电的原理
利用河川、湖泊等位於高處，具有位能的水流至低處， 將其中所含之位能轉換成水輪機之動能， 再藉水輪機為原動機，推動發電機產生電能。
以水的流動力量推動水輪機為原動機，進而推動發電機 產生電能。
防洪
兴建三峡工程的首要目标是防洪。三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干 工程。其地理位置优越，可有效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪 标准由现在的约十年一遇提高到百年一遇。遇千年一遇或类似于1870年曾发生过的特大洪水， 可配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻 中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。
特点：水头不高, 厂 房本身能承受游水 压力，起挡水作用。
图2-4 河床式水电站示意图 一
湖北葛洲坝水电站
主要参数： N=17万KW Z=21台 P=271.5万KW D1=11.3m
一
辽宁太平湾水电站
P=19.1万KW
一
3、 溢流式
厂房高度相 对来说很小时往 往采取溢流式厂 房布置形式。
图2-5 溢流式水电站剖面图 一
力求做到”一库多用”、“一水多用”、一物多能“等。
综合利用不是简单地相加，而是有机的结合，综合地满足多方面的
需要。
防洪与兴利库 容结合使用
发电、航运、 灌溉等
如：泄水底孔兼有泄洪、 下游供水、放空水库和施 工导流等
例：
长江水资源综合开发利 用
完善长江防洪体系 开发长江水能资源，促进“西电东送” 充分利用长江流域河道通航条件的优 势发展水运
治理水土流失，整治江河泥沙，保持河 势稳定
开发利用长江水资源，加快近、远距离供 水发展速度
加强长江水资源保护，防止水环境恶化
二、各水利部门的用水要求及相互关系
水力 发电
防洪
水
水
航运
水产 养殖
灌溉
工业和城 镇用水
木材 流放
耗水部门
旅游
不耗水部门
三峡工程实例
三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治 理和开发长江的关键性骨干工程。三峡工程水库正常蓄水位 175米，总库容393亿立方米；水库全长600余公里，平均宽 度1.1公里；水库面积1084平方公里。它具有防洪、发电、航 运等巨大的综合效益。
§1-1 水能资源的综合利用
一、水资源综合利用的原则
水资源综合利用原则是按照国家对环境保护、社会ห้องสมุดไป่ตู้济可持续发展战
略方针，充分合理地开发利用国家的水资源，来满足社会各部门对水的需
求，又不能对未来的开发利用能力构成危害，在环境、生态保护符合国家 规定的条件下，获取最大社会经济和环境综合效益。
浙江新安江水电站 P=66.25万KW 一
贵州乌江渡水电站 P=63万KW 一
4、坝内式
当坝的高度和宽度都 较大或河谷狭窄洪水 又很大时，往往将厂 房布置在坝内。
优点：可以节约投 资和缩短引水管道。
图2-6 坝内式水电站示意图 一
湖南风滩水电站 P=40万KW 一
小结1
1. 坝式开发的显著优点是由于形成蓄水库,可用以调节流量。 2. 坝式水电站因有蓄水库，综合利用效益高。 3. 坝式水电站一般投资大，工期长，单价高。 4. 坝式开发适合于河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条 件的河段。
图2-1
水电站的水头和利用水量
一
一、坝式开发
在河流狭窄处， 拦河筑坝或闸，坝 前壅水，在坝址处 形成集中落差，这 种水能开发方式称 为坝式开发。
用坝集中水头 的水电站称为坝式 水电站。
图2-2 坝式水电站示意图 一
坝式开发
按大坝和水电站相对位置不同可分为： 1、坝后式 2、河床式 3、溢流式 4、坝内式
§1-2 水力发电
2、水力发电的基本方程式
E12
E1
E2
W (Z1
p1
1v12
2g
)
W
(
Z
2
p2
2v22 )
2g
WH 12 (N
m)
N12 9.81QH12 (kW)
N 9.81QH(kW )
N kQH(kW )
2-1 河段的潜在水能
水电站的发电量
E12
9.81QH12
(
T) 3600
§1-3 水能资源的开发方式
前言 一、坝式开发 二、引水式开发 三、混合式开发 四、梯级开发 五、潮汐式开发 六、抽水蓄能式开发 结束语
前言
E=γWH (N.m) 1. 集中落差 2. 引用流量 3. 基本开发方式 (1) 坝式 (2) 引水式 (3) 混合式 4. 特殊型式水电站 (1) 潮汐式 (2) 抽水蓄能式
枢纽布置
枢纽主要建筑物由大坝、水电站、通航建筑物等3大部分组成。 主要建筑物的型式及总体布置，经对各种可行性方案的多年比较和研 究，并通过水力学、结构材料和泥沙等模型试验研究验证，均已确定。 选定的枢纽总体布置方案为下图。
发电
三峡水电站总装机容量1820万千瓦，年平均发电量846.8亿 千瓦时。它将为经济发达、能源不足的华东、华中和华南等地区提 供可靠、廉价、清洁的可再生能源，对经济发展和减少环境污染起 到重大的作用。
一
二、引水式开发
在河流坡降陡的河段上筑一低坝(或无坝)取水，通过人工修建的引水 道引水到河段下游，集中落差，再经压力管道引水到水轮机进行发电，这 种开发方式称为引水式开发。
特点：
(1) 水头相对较高，最大水头已达2000米以上。 (2) 引用流量较小，无水库调节径流。 (3) 电站库容很小，工程量较小，单位造价较低。
1、坝后式
特点: 水头较高,厂房本身 不承受上游水压， 与挡水坝分开。
图2-3 坝后式水电站示意图 一
湖北三峡水电站
主要参数： N=70万KW Z=26台 P=1820万KW D1=9.5m 最大坝高:175m
一
P=104万KW 吉林丰满水电站
一
2、河床式
在平原河段上， 或因地形、地址及 淹没损失等条件不 允许建高坝，则建 低坝或闸的坝式水 电站。
0.0027WH12 (kw h)
E12 0.0027WH (kw h)
水电站的发电量E是指水电站在一定时段内发 出的电能总量，单位为kW·h。
落差（米） 流量（米3/秒）
N水=9.8QH（千瓦） 构成江河水能的基本要素----流量、落差
筑坝----抬高水位----集中水能
水能---转--化-机械能----转-化-电能
航运
§1-2 水力发电
一、水力发电的基本原理及基本方程
1、水力发电的原理
水轮机+水轮发电机＝水轮发电机组（机组）
水力发电的原理
利用河川、湖泊等位於高處，具有位能的水流至低處， 將其中所含之位能轉換成水輪機之動能， 再藉水輪機為原動機，推動發電機產生電能。
以水的流動力量推動水輪機為原動機，進而推動發電機 產生電能。
防洪
兴建三峡工程的首要目标是防洪。三峡水利枢纽是长江中下游防洪体系中的关键性骨干 工程。其地理位置优越，可有效地控制长江上游洪水。经三峡水库调蓄，可使荆江河段防洪 标准由现在的约十年一遇提高到百年一遇。遇千年一遇或类似于1870年曾发生过的特大洪水， 可配合荆江分洪等分蓄洪工程的运用，防止荆江河段两岸发生干堤溃决的毁灭性灾害，减轻 中下游洪灾损失和对武汉市的洪水威胁，并可为洞庭湖区的治理创造条件。
特点：水头不高, 厂 房本身能承受游水 压力，起挡水作用。
图2-4 河床式水电站示意图 一
湖北葛洲坝水电站
主要参数： N=17万KW Z=21台 P=271.5万KW D1=11.3m
一
辽宁太平湾水电站
P=19.1万KW
一
3、 溢流式
厂房高度相 对来说很小时往 往采取溢流式厂 房布置形式。
图2-5 溢流式水电站剖面图 一
力求做到”一库多用”、“一水多用”、一物多能“等。
综合利用不是简单地相加，而是有机的结合，综合地满足多方面的
需要。
防洪与兴利库 容结合使用
发电、航运、 灌溉等
如：泄水底孔兼有泄洪、 下游供水、放空水库和施 工导流等
例：
长江水资源综合开发利 用
完善长江防洪体系 开发长江水能资源，促进“西电东送” 充分利用长江流域河道通航条件的优 势发展水运
治理水土流失，整治江河泥沙，保持河 势稳定
开发利用长江水资源，加快近、远距离供 水发展速度
加强长江水资源保护，防止水环境恶化
二、各水利部门的用水要求及相互关系
水力 发电
防洪
水
水
航运
水产 养殖
灌溉
工业和城 镇用水
木材 流放
耗水部门
旅游
不耗水部门
三峡工程实例
三峡工程是中国、也是世界上最大的水利枢纽工程，是治 理和开发长江的关键性骨干工程。三峡工程水库正常蓄水位 175米，总库容393亿立方米；水库全长600余公里，平均宽 度1.1公里；水库面积1084平方公里。它具有防洪、发电、航 运等巨大的综合效益。