【正文】 如黃河的三門峽 、 劉家峽；長江的三峽 、 葛洲壩；四川的大渡河 、 岷江；浙江的新安江和東北的松花江等 。 因此 ， 21世紀(jì)水電要結(jié)合國家的西部大開發(fā)機(jī)遇 ， 實(shí)施大規(guī)模西電東送的戰(zhàn)略 。 全國平均開發(fā)率按 2023年水電發(fā)電量計(jì)僅%， 約居世界第 70多位 ， 排在很多發(fā)展中國家如印度 、巴西 、 埃及 、 越南 、 泰國等國家之后 。h 。 根據(jù)有關(guān)資料 ，珠江流域也有不少優(yōu)越的水力發(fā)電地址 ， 現(xiàn)正進(jìn)行對(duì)全流域的有系統(tǒng)的勘測研究工作 。 其中劉家峽 、 鹽鍋峽 、 青銅峽 、八盤峽 、 三門峽和龍羊峽等大型水電站都已建成 ， 不僅供給西北地區(qū)各工業(yè)城市的用電 ， 并可為黃河下游的灌溉和航運(yùn)創(chuàng)造十分有利的條件 。 黃河的綜合利用流域規(guī)劃已在二十世紀(jì)五十年代編制完成 。 長江的水力資源大部集中在上游 ， 即我國的西南地區(qū) ， 四川宜賓以上約占 64%；宜賓以上坡度大 ， 宜賓以下流量大 。 在地區(qū)分布上 ， 我國水力資源的 72%集中在西南地區(qū) ， 其次是中南 、 西北 、 華東 、 東北 ， 華北和內(nèi)蒙最少 。h) 2 水力資源的開發(fā) 我國水力資源的開發(fā) 我國水力資源十分豐富 ， 水能資源理論蘊(yùn)藏總量 （ 未包括臺(tái)灣省 ） kW， 居世界第一位 。 45/450=200179。h) l 例如某個(gè)水電站一年中利用的水量是 20億 m3， 平均水頭 45m，它的年發(fā)電量為： E = 200179。 W/3600179。 水電站所生產(chǎn)的發(fā)電量是以千瓦時(shí) （ 度 ） 來計(jì)算的 。 100179。 η—— 效率系數(shù) 。 所以實(shí)際上所作的功比 No小 。 H — 落差 ， 以米計(jì) 。 我們知道了一個(gè)水電站利用的落差和流量 ， 則水從高處落下 ， 在單位時(shí)間內(nèi)所做的功 ， 叫水流功率可用下式表示： No =γQ H (kgm/s) 式中 γ — 水的比重 ， 每立方米水等于 1000公斤重 。 所以上游的落差雖集中 ， 但是流量較??；下游流量雖大 ， 但是落差比較分散 。 天然的水力隨著流量的變化而忽大忽小 ， 很不適用 ， 所以必須修建水庫 ， 調(diào)節(jié)流量 ， 才能充分地利用水力資源 。 我國的河流一般在夏季 、 秋季流量較大 ， 冬季 、春季比較小 ， 各月 、 各天的流量不同 ， 各年的水量也不同 。 流量是河流中單位時(shí)間內(nèi)流過的水量 ， 以一秒鐘內(nèi)流過多少立方米來表示 。 一個(gè)水電站所利用的落差 ， 就是水電站的上游水面和通過水輪機(jī)后的下游水面之差 （ 如圖 1） 。 該比降可以表示落差集中的程度 。 落差一般是用米來表示 。 此外 ， 水力的大小還決定于河流中流量的多少 ， 這是和落差同樣重要的另一個(gè)基本條件 。 我們知道：任何物體由高處落向低處會(huì)產(chǎn)生一定的力量 ，所以河水由高處流向低處就會(huì)產(chǎn)生一定的水力 。 同時(shí) ， 水電的應(yīng)用還節(jié)約了大量煤炭 、 石油 、 天然氣等重要原料 ， 并有利于環(huán)境保護(hù) 。 第一章 水力發(fā)電的基本概念 水力發(fā)電是利用河流中水的落差 （ 水頭 ） 和流量為特征值所積蓄的勢能和動(dòng)能 ， 通過水輪機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 ， 然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能 ， 經(jīng)母線通過低壓斷路器接至升壓變壓器 ， 將電壓升高接入電網(wǎng)輸電系統(tǒng) 。 水力發(fā)電是水能利用的主要形式 。 1882年 ， 美國的威斯康辛州的阿普爾頓水電站投入運(yùn)行 ， 僅是一臺(tái)提供 電機(jī) 。 但是這些小型水電站的意義是十分重大的 ，因?yàn)樗鼈儾粌H為水電開發(fā)在技術(shù)上開創(chuàng)了一條道路 ，而且也為當(dāng)時(shí)新興的工業(yè)提供了廉價(jià)的電力 。 因此水電站建設(shè)在資本主義國家中得到了很快的發(fā)展 。 在發(fā)電機(jī)沒有發(fā)明以前 ， 水力機(jī)械只是把水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能 ， 各種水力機(jī)械都是直接推動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械 （ 如磨粉 、車水等 ） 。法國在六世紀(jì)才有人知道建筑水磨 。 三千多年前在我國 、 埃及和印度就開始有水碓 、 水碾 、水磨 、 水車等簡單機(jī)械 ， 利用水力來進(jìn)行生產(chǎn) 。 水力發(fā)電及水電站主機(jī)設(shè)備選擇 專 題 報(bào) 告 主講人 :邊善慶 二 ○○ 四年八月 前 言 人類在勞動(dòng)生產(chǎn)中要利用自然力量 ， 最初是使用家畜 ，以后才利用機(jī)械 。 第一臺(tái)機(jī)械原動(dòng)機(jī)就是水力機(jī)械 。 我國最早的關(guān)于水力機(jī)械的文字記載出現(xiàn)在漢朝 ， 距今已有 1900多年 。 歐洲在十五 、 十六世紀(jì)由于手工業(yè)工場的發(fā)展 ， 在手工業(yè)生產(chǎn)中利用水力比較普遍 ，這時(shí)就有了浮動(dòng)抽水站和水力織布機(jī)等機(jī)械 。 十九世紀(jì)后期 ， 由于資本主義工業(yè)的發(fā)展 ， 要求更大量的動(dòng)力；人類陸續(xù)發(fā)明了發(fā)電機(jī)和高壓輸電線 ， 這時(shí)水力就可以轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用十分方便的電力 ， 同時(shí)又可以把電力輸送到很遠(yuǎn)的地方去 。 一個(gè)世紀(jì)以前 ， 當(dāng)時(shí)世界上一些先進(jìn)的工業(yè)國家所興建的第一座水電站 ， 以及隨之而建起的第一批水電站 ， 按目前標(biāo)準(zhǔn)來說 ， 都是屬于小型的 ， 甚至是微型水電站 。 1878年在法國巴黎附近 ， 建造的塞爾曼茲水電站是世界上最早的水電站 。 1912年 ， 我國在云南昆明附近石龍壩建成第一座水電站 ， 安裝德國西門子公司的二臺(tái) 240KW水輪發(fā)電機(jī)組 。 由于我國的水力資源極為豐富 ， 而且具備許多優(yōu)越條件 ， 因此我國的水電建設(shè)將具有極其廣闊的發(fā)展前景 。 水力發(fā)電所用的河川水流是取之不盡 、 用之不竭的能源 ， 與其他能源的開發(fā)相比 ， 不需要昂貴的燃煤開采 、 運(yùn)輸?shù)葟?fù)雜環(huán)節(jié) ， 因而水力發(fā)電的成本低 。 1. 水力發(fā)電的基本條件 一條河流的上游總比較高些 ， 下游總比較低些 ， 因?yàn)楹恿魉桓叩偷牟顒e ， 就產(chǎn)生了水能 ， 這種能量稱為位能或勢能 。 由于河流水面高低的差別 （ 叫做落差或水頭 ） ， 所以產(chǎn)生水力 ， 這是構(gòu)成水力的一個(gè)基本條件 。 落差和流量都直接影響水力的大小 ， 落差和流量愈大 ， 水電站的出力也就愈大 。 例如黃河從青海發(fā)源地流入渤海 ， 全長 4845公里 ， 水流總共降落 4368米 ， 平均每公里落差 ， 也就是平均水面比降為萬分之九 。 像黃河上游的坡降較陡 ， 可達(dá)千分之二到三 ，落差比較集中 ， 水力利用也比較方便；下游比較平坦 ， 比降僅有萬分之幾 ， 落差非常分散 ， 水力利用也就要困難些 。 水電站上游和下游的水面經(jīng)常變動(dòng) ， 落差也就隨著變動(dòng) 。 流量在時(shí)間上的變化非常顯著 。 像黃河通過三門峽的最大流量曾達(dá)到每秒 18500立方米 ， 而最小流量只有每秒 160立方米 ， 相差達(dá) 100多倍 。 一般河流的流量在上游比較小；因?yàn)楦髦Я鞯膮R入 ， 下游流量逐漸增大 。 因此 ， 往往在河流的中游段利用水力最為經(jīng)濟(jì) 。 Q — 流量 ， 以每秒立方米計(jì) 。 但是 ， 水流功率一般不用 kgm/s表示 ， 而用千瓦 或馬力作單位 ， 它們之間的關(guān)系為： 1 kW= 102 (kgm/s) 1 HP= 75 (kgm/s) 所以水流功率也可用下式表示： 1000 No = ——— Q H = (kW) 102 1000 或 No = ——— Q H = (HP) 75 當(dāng)水流作功時(shí) ， 必然有一定能量的損失 。 即： N = Noη = (kW) N = Noη = (HP) 式中 N—— 水電站的出力 。 當(dāng)初步估算出力時(shí) ， 效率系數(shù)可采用 ， 則水電站的出力可簡化為： N = 8QH (kW) ● 例如某個(gè)水電站引用流量 100m3/s， 利用水頭 50m， 它的出 力為： N = 8179。 50 = 40000 kW 由于河流中的流量和落差經(jīng)常在變化 ， 而且用電需要也隨時(shí)在變化 ， 所以水電站所發(fā)的電也是各季 、 各天 、 各時(shí)不同的 。 因?yàn)橐恍r(shí)等于 3600秒 ， 用 W/3600來代替上述公式的流量 ， 就可以得到計(jì)算電能的公式如下： E = 8179。 H =WH/450 (kW178。 107179。 106 =2億 (kW178。 其中 ， 長江流域占 40%， 西藏各河流約占 %， 西南各國際河流約占 %， 黃河流域占6%， 珠江流域占 % ， 其它約占 %。 長江是我國第一條大河 ， 流域面積約 194萬平方公里 ， 全長約 5200公里 ， 全部落差約 5600米 ， 總蘊(yùn)藏量約 2億多 kW， 年總水量超過 1萬億 m3。 長江由四川流入湖北 ， 經(jīng)過了世界有名的特大型三峽水電站 ， 其發(fā)電能力達(dá) 1820萬 kW， 裝設(shè) 26臺(tái) 70萬 kW水輪發(fā)電機(jī)組 。 按照規(guī)劃內(nèi)容 ， 除了黃河下游的嚴(yán)重水害將得到根本解決外 ， 并將在黃河干流從青海龍羊峽以下到?？谥构?3670公里間建立 46座水力樞紐 ， 總發(fā)電容量可達(dá) 2300萬 kW。 南方的珠江是我國的第三條大河 。 我國水力資源中技術(shù)上可開發(fā)的裝機(jī)容量約 kW，相應(yīng)年發(fā)電量 kW178。 但總開發(fā)率很低 ， 東西部開發(fā)差異很大 。 當(dāng)前我國西部地區(qū)的水電開發(fā)才剛剛開始 ， 開發(fā)水平僅 %， 開發(fā)潛力巨大 。 我國水力資源開發(fā)的特點(diǎn) （ 1） 我國的一些大型水電站在地區(qū)分布上很有利 ，一般都處于人口稠密地區(qū)的附近 ， 所以它的經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高 。 同時(shí)我國水力資源的分布也恰巧彌補(bǔ)了我國煤礦分布上的缺陷 ， 我國的西南 、 西北以及長江以南的地區(qū)缺少質(zhì)好量大的煤礦 ， 建設(shè)火電廠的條件較差 ，但是這些地區(qū)都有豐富的水力可以利用 。這些水力資源的開發(fā) ， 都能同時(shí)滿足國家當(dāng)前迫切的防洪 、發(fā)電 、 灌溉 、 航運(yùn)等要求 。 我國長江三峽水電站顯著的經(jīng)濟(jì)效益 ， 也體現(xiàn)了這個(gè)原則：水庫總庫容 393億 m3， 其中 221億 m3的防洪庫容 ， 能有效控制長江洪水；年發(fā)電量 847億 kW178。h ；萬噸級(jí)船隊(duì)可直達(dá)重慶 ， 單向年通過能力將從目前的 1000萬噸增加到 5000萬噸 ， 運(yùn)輸成本可降低 35%；年發(fā)電量相當(dāng)于燃燒 5000萬噸原煤的能量 ， 可相應(yīng)減少溫室效應(yīng)和酸雨 ， 保護(hù)了環(huán)境 。 由于地形 、 地質(zhì) 、 水文條件優(yōu)越 ， 因而工程量比較小 ， 而發(fā)電量卻比較大 。 同時(shí)我國土建工程的造價(jià)與機(jī)電設(shè)備和金屬材料采購金額相比 ， 是比較低的；水電站工程所需的石料和砂石料 ， 大都可以在工地附近取得 。 這些自然條件的優(yōu)越 ， 可以大大地縮短水電建設(shè)的周期 。 因?yàn)楹恿髦袙稁У哪嗌?， 在最嚴(yán)重的情況下可以很快將水庫淤滿 ， 如流入渠道會(huì)引起渠道淤塞 ， 粗粒泥沙通過水輪機(jī)會(huì)引起轉(zhuǎn)輪葉片的磨損 。 這兩個(gè)問題 ， 我們在規(guī)劃水電站開發(fā)時(shí) ， 必須慎重地加以考慮 。 據(jù) 《 國際水力發(fā)電與大壩 》 雜志1999年統(tǒng)計(jì)資料 ， 按年發(fā)電量估算 ， 世界理論水力資源蘊(yùn)藏量為 405， 000億 kW178。h 。h ， 開發(fā)利用程度約為 %。發(fā)展中國家水電開發(fā)利用程度長期不高，但近二、三十年來，尤其是二十世紀(jì) 80年代中期，一些國家水電開發(fā)速度大大加快，如巴西、巴拉圭、委內(nèi)瑞拉、土耳其和中國等。 目前各大洲水力資源開發(fā)情況表 地區(qū) 理論水力 技術(shù)可開發(fā) 已開發(fā)資源 水電開發(fā) 資源 水力資源 裝機(jī) 年發(fā)電量 程度 （億 kW178。h ） （萬 kW） （億 kW178。 因此 ， 對(duì)于非洲 、 亞洲和南美洲來說 ， 今后開發(fā)水電的潛力還是很大的 。 例如北歐的挪威 、 瑞典 ， 中歐的瑞士 ， 北美的加拿大等國都是如此 。h ， 已開發(fā) 1150億 kW178。 目前挪威的平均電價(jià)在世界各國中為最低 ， 人均用電量在世界各國中為最高 ， 而其人均國民收入則居世界的前列 ， 超過美國和日本 。 也就是說 ， 對(duì)國家水利資源的利用 ， 必須從整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的利益出發(fā) ， 同時(shí)盡可能的滿足各項(xiàng)水利事業(yè)的要求 。 這樣