水电站的布置形式及组成经典建筑物.docx

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水电站的布置形式及组成经典建筑物

第二篇水电站建筑物

   水电站是运用水能资源发电场合，是水、机、电综合体。

其中为了实现水力发电，用来控制水流建筑物称为水电站建筑物。

本篇重要讨论水电站引水系统布置、构造设计和水力计算；水电站厂区枢纽布置设计和构造特点。

第六章 水电站布置形式及构成建筑物

     重点：

坝式、引水式、混合式开发水电站布置特点及构成建筑物。

第一节　水电站基本开发方式及其布置形式

由N=9.81ηQH可知，要发电必要有流量和水头，核心是形成水头。

要充分运用河流水能资源，一方面要使水电站上、下游形成一定落差，构成发电水头。

因而就开发河流水能水电站而言，按其集中水头方式不同分为坝式、引水式和混合式三种基本方式。

抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能运用重要型式。

形成水头方式——水电站开发方式。

一、坝式水电站

在河流峡谷处拦河筑坝，坝前雍水，在坝址处形成集中落差，这种开发方式为坝式开发。

在坝址处引取上游水库中水流，通过设在水电站厂房内水轮机，发电后将尾水引至下游原河道，上下游水位差即是水电站所获取水头。

用坝集中水头水电站称为坝式水电站。

（一）坝式水电站特点

（1）坝式水电站水头取决于坝高。

当前坝式水电站最大水头不超过300m。

（2）坝式水电站引用流量较大，电站规模也大，水能运用较充分。

（由于筑坝，上游形成水库，可以用来调节流量）当前世界上装机容量超过2000MW巨型水电站大都是坝式水电站。

此外坝式水电站水库综合运用效益高，可同步满足防洪、发电、供水等兴利规定。

（3）坝式水电站投资大，工期长。

因素：

工程规模大，水库导致沉没范畴大，迁移人口多。

合用：

河道坡降较缓，流量较大，并有筑坝建库条件。

（二）坝式水电站形式

1．河床式电站（powerstationinriverchannel）

——普通修建在河道中下游河道纵坡平缓河段上，为避免大量沉没，建低坝或闸。

——合用水头：

大中型：

25米如下，小型：

8~10米如下。

——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高低。

——引用流量大、水头低。

——重要涉及：

挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、鱼道等。

注：

厂房自身起挡水作用是河床式水电站重要特性。

葛州坝水电站

坝后式水电站

2．坝后式水电站（powerstaionatdamtoe）

——当水头较大时，厂房自身抵抗不了水推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。

——坝后式水电站普通修建在河流中上游。

——库容较大，调节性能好。

——如为土坝，可修建河岸式电站。

——举世瞩目三峡水电站就是坝后式水电站，其装机容量为18200MW。

三门峡水电站

三峡水电站

二、引水式水电站（diversiontypepowerstation）

在河流坡降陡河段上筑一低坝（或无坝）取水，通过人工修建引水道（渠道、隧洞、管道）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。

用引水道集中水头电站称为引水式水电站。

特点：

（1）水头相对较高，当前最大水头已达米以上。

（2）引用流量较小，没有水库调节径流，水量运用率较低，综合运用价值较差。

（3）电站库容很小，基本无水库沉没损失，工程量较小，单位造价较低。

类型：

（1）无压引水式（freeflow）：

引水道是无压（如明渠）

（2）有压引水式（pressureflow）：

引水道是有压（压力隧洞）

合用条件：

适合河道坡降较陡，流量较小山区性河段。

1．无压引水式电站

●       引水建筑物是无压：

明渠（openchannel）、无压隧洞（freeflowtunnel）

●       重要建筑物：

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

2．有压引水式电站

●       引水建筑物是有压：

压力隧洞（pressuretunnel）

●       重要建筑物：

低坝，引水隧洞（有压），调压室，压力水管，厂房，尾水渠。

有压引水式水电站

三、混合式水电站（mixedpowerplant）

在一种河段上，同步采用高坝和有压引水道共同集中落差开发方式称为混合式开发。

坝集中一某些落差后，再通过有压引水道集中坝后河段上另一某些落差，形成了电站总水头。

这种开发方式水电站称为混合式水电站。

●       合用于上游有优良坝址，适当建库，而紧接水库如下河道突然变陡或河流有较大转弯。

●       同步兼有坝式和引水式水电站长处。

●     在工程时间中多称为引水式，很少用混合式水电站这个名称。

北京下马岭引水电站

四、抽水蓄能电站（pumpedstoragepowerstation）

随着经济发展以及人民生活水平提高，电力负荷和电网日益扩大，系统负荷峰谷差越来越大，预测到21世纪初，国内东北、华北、华东均将成为几百万兆瓦电力系统，它们峰谷差将达到1万MW，因而解决调峰填谷任务愈来愈迫切。

在电力系统中，核电站和火电站不能适应电力系统负荷急剧变化，且受到技术最小出力限制，调峰能力有限，并且火电机组调峰煤耗多，运营维护费用高。

而水电站启动与停机迅速、运营灵活，适当担任调峰、调频、事故备用。

●       抽水蓄能电站是以水体为储能介质，起调节作用。

重要解决电力系统调峰问题；

●        建筑物构成涉及：

上下两个水库，用引水建筑物相连，蓄能电站厂房建在下水库处， 采用双向机组；

●        抽水蓄能和放水发电两个过程：

抽水蓄能：

系统负荷低时，运用系统多余电能带动泵站机组将下库水抽到上库（电动机+水泵），以水势能形式贮存起来；

放水发电：

系统负荷高时，将上库水放下来推动水轮发电机组（水轮机+发电机）发电，以补充系统中电能局限性。

●        随着电力行业改革，实行负荷高峰高电价、负荷低峰低电价后，抽水蓄能电站经济效益将是明显。

国内已建抽水蓄能电站有：

（1）广东抽水蓄能电站，其装机容量为2400MW（8×300MW）；

（2）天荒坪抽水蓄能电站，其装机容量为1800MW（6×300MW）；（3）十三陵抽水蓄能电站，其装机容量为800MW（4×200MW）；（4）潘家口抽水蓄能电站，其装机容量为420MW（3×90MW+150MW），联合型；（5）西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站，其装机容量为90MW（4×22.5MW）。

五、    潮汐电站（tidalenergypowerstation）

潮汐电站示意图

●       潮汐：

潮汐现象是海水因受日月引力而产生周期性升降运动，即海水潮涨潮落。

潮汐最大潮差为8.9m；北美芬迪湾蒙克顿港最大潮差竟达19m。

世界海洋潮汐能蕴藏量约为27亿kW，若所有转换成电能，每年发电量大概为1.2万kW.h。

●       潮汐发电与原理：

运用潮水涨、落产生水位差所具备势能来发电，也就是把海水涨、落潮能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）过程。

潮汐发电就是在海湾或有潮汐河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内或坝房安装水轮发电机组，然后运用潮汐涨落时海水位升降，使海水通过轮机转动水轮发电机组发电。

最大潮汐电站——法国朗斯电站

由于潮汐发电开发成本较高和技术上因素，因此发展不快。

  六、河流梯级开发和梯级水电站

●       一条河流水力蕴藏量是一定，如果在下游建一种高坝大库，则调节能力较好，但沉没损失太大。

如果修各种较低坝形成一系列较小水库，则沉没小得多。

后一种方式为梯级开发。

梯级开发方案是一条河流综合运用规划。

●       梯级水电站开发原则是：

（1）在地形地质和沉没限制等条件允许时，尽量使各枢纽首尾衔接，以充分运用落差；

（2）不容许沉没河段，尽量用低坝河床式或引水式开发；（3）最上游一级开发，最佳是有较大水库，以提高其调节控制性能；（4）开发顺序是一方面建设比较核心开发条件较优工程。

河流中上游有修较大水库条件时，最佳一方面建设，对下游工程施工有利

按调节能力提成：

   无调节水电站：

无水库，来流较多时需要弃水。

   有调节水电站：

有较大水库，可调节天然径流。

分为日调节、月调节、年调节等。

第二节水电站构成建筑物

                            挡水建筑物：

坝、闸

一、枢纽建筑     泄水建筑物：

溢洪道、泄水洞、

                            过坝建筑物 ：

过船、过木、过鱼

二、发电建筑物

                                      进水建筑物：

进水口、沉沙池、

                     引水建筑物     引水建筑物：

引水道、压力管道、尾水道

                                             平水建筑物：

前池、调压室

     水电站                                     主厂房

     建筑物    厂区枢纽      厂房    副厂房

                                   变电站、开关站

本章小结

1．水电站基本类型有坝式、引水式及混合式。

坝式水电站分为河床式、坝后式；引水式水电站分有压引水式和无压引水式电站；混合式开发多为有压引水式电站。

就其建筑物构成及构造型式而言，坝后河岸引水、混合式及有压引水式电站是相似。

这某些是水电站建筑物最基本概念，也是本章重点，应牢固掌握。

2．抽水蓄能电站和潮汐电站也是水能运用重要型式。

抽水蓄能电站重要解决电力系统调峰问题，特别在国内东北、华北、华东等水能资源相对短缺地区，加快抽水蓄能电站建设速度很有必要；潮汐电站是开发海水能源重要型式，应有所理解。

3．水电站建筑物由引水系统和厂区枢纽两大某些构成。

水电站类型不同，建筑物构成有所不同；厂区枢纽涉及厂房建筑物和变电站。

这某些也是本章重点。