水电站

hydroelectric power station /hydropower plant

将水能转换为电能

水电厂

径流式水电站

没有水库或水库库容很小,对天然水量无调节能力或调节能力很小的水电站。

蓄水式水电站

设有一定库容的水库，对天然水流具有不同调节能力的水电站。

工程建设

还常采用的分类方法：

开发方式

即按集中水头的手段和水电站的工程布置,可分为坝式水电站、引水式水电站和坝－引水混合式水电站三种基本类型。这是工程建设中最通用的分类方法。

用水头的大小

可分为高水头、中水头和低水头水电站。世界上对水头的具体划分没有统一的规定。有的国家将水头低于15m作为低水头水电站,15～70m为中水头水电站，71～250m为高水头水电站，水头大于250m时为特高水头水电站。中国通常称水头大于70m为高水头水电站，低于30m为低水头水电站，30～70m为中水头水电站。这一分类标准与水电站主要建筑物的等级划分和水轮发电机组的分类适用范围，均较适应。

装机容量的大小

可分为大型、中型和小型水电站。各国一般把装机容量5000kW以下的水电站定为小水电站，5000～10万kW为中型水电站,10万～100万kW为大型水电站,超过100万kW的为巨型水电站。中国规定将水电站分为五等，其中：装机容量大于75万kW为一等〔大(1)型水电站〕，75万～25万kW为二等〔大(2)型水电站〕,25万～2.5万kW为三等〔中型水电站〕,2.5万～0.05万kw为四等〔小(1)型水电站〕,小于0.05万kW为五等〔小(2)型水电站〕；但统计上常将1.2万kW以下作为小水电站。

原理及流程

将水能转换为电能的综合工程设施。一般包括由挡水、泄水建筑物形成的水库和水电站引水系统、发电厂房、机电设备等。水库的高水位水经引水系统流入厂房推动水轮发电机组发出电能，再经升压变压器、开关站和输电线路输入电网。

水的落差在重力作用下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电。

而低位水通过吸收阳光进行水循环分布在地球各处，从而回复高位水源。

壅水建筑物

堤坝式水电站的主要水工建筑物，核心建筑为大坝。大坝可分为混凝土坝和土石材料坝。大、中型水电站都采用混凝土坝，以保证足够的强度和寿命，水电站的基建投资大部分用于拦河筑大坝上（具体百分比随坝址地形、河道条件等多项因素而定）。

引水建筑物

包括进水建筑物和输水建筑物两部分。前者有进水口、拦污栅、闸门等。后者有渠道、隧洞、调压室、压力管道等。隧洞可分有压和无压两种，压力管道多为钢管，依敷设条件可分为坝式、隧洞式和露天式。

泄水建筑物

其功用包括用于渲泄汛期洪水、非常时期放空水库以及冲砂、排冰、排放漂木等。主要有溢洪坝、溢流坝、泄水闸、泄洪隧道及底孔等。水电站的尾水建筑和尾水渠、下游调压井等也属泄水建筑物。

厂房

分为主厂房和副厂房，主厂房包括安装水轮发电机组或抽水蓄能机组和各种辅助设备的主机室，以及组装、检修设备的装配场。副厂房包括水电站的运行、控制、试验、管理和操作人员工作、生活的用房。引水建筑物将水流导入水轮机，经水轮机和尾水道至下游。当有压引水道或有压尾水道较长时，为减小水击压力常修建调压室。而在无压引水道末端与发电压力水管进口的连接处常修建前池。为了将电厂生产的电能输入电网还要修建升压开关站。此外，尚需兴建辅助性生产建筑设施及管理和生活用建筑。

水电站的厂房形式与规模决定于电站的主要参数(如水头、流量、装机容量、机组数和机组类型等)和自然条件（如水文、气象、地形、地质等）以及其他特殊要求。主厂房中安置水轮发电机组等发电动力装置的主要设备。

厂房其常见形式有：

1、地面户内式；

2、河床式；

3、露天式；

4、地下式；

5、坝内式；

6、溢流式等。

机电设备

将水能转变为电能的机电设备称水电站动力设备。其在常规水电站和潮汐电站为水轮机和水轮发电机组成的水轮发电机组，及附属的调速器、油压装置、励磁设备等。抽水蓄能电站的动力设备为由水泵水轮机和水轮发电电动机组成的抽水蓄能机组及其附属的电气、机械设备。水电站的电气装置除水轮发电机及其附属设备外，还包括发电机电压配电设备、升压变压器、高压配电装置和监视、控制、测量、信号和保护性电气设备等。

水电站的总装机容量P由下式计算：

P=9.81QHη，式中Q——通过水轮机的水流量，m3/s；H——水电站的水头，η——水电站的总效率，一般为0.85~0.86 

发电动力装置

主要包括水轮发电机组及其辅助设备。机组由水轮机和发电机组合而成。由于不同形式的水轮机适用于不同的水头，所以各水电站应根据具体条件选用恰当的水轮机。应用最广的是混流式反击水轮机，它的使用水头范围宽(30～700米)，最大单机容量达70万千瓦。切击式冲击水轮机也能用于高水头、大容量。到80年代，最高水头机组的水头达1763.5米。其他机型还有轴流式转桨水轮机、贯流式水轮机、可逆水轮机等若干机型(见水轮发电机组)。辅助设备包括冷却装置、制动装置、调速装置等。

电工系统

电工一次系统

由变压器、断路器、隔离开关、互感器、避雷器、消弧线圈等电工一次设备通过主结线、导线组成一个整体。主要作用是安全、经济地发电，灵活地汇集和分配电能。决定主结线的设计和选用的因素很多，主要是电力系统对该电站的要求，包括可靠性要求、输电电压、每级电压的出线回路数、不同运行时的潮流分布、调相运行的必要性、系统对电站机组的要求、变压器的调压方式及范围等等。电工一次系统是水电站电气部分的主体，它与电力系统的安全稳定运行、过电压和绝缘配合、短路容量等密切相关。

电工二次系统

以电子计算机为核心的监测、控制、保护系统，主要作用是监视、控制电工一次系统的运行，保证电能质量，并在电工设备出现异常和事故时自动报警或切除故障，以缩小事故范围。随着自动控制的发展，水电站正逐步实现全电站的综合自动化。建设水电开发是一项系统工程。在兴建水电站时，从规划设计开始，就要以系统工程的方法，处理好各个环节之间的关系，取得优化效果。

建设

规划设计

水电站的建设应按照全面规划、统筹兼顾、综合平衡的原则，正确处理工业与农业，除害与兴利，远景与近期，干流

与支流，上、中、下游，大、中、小型，防洪，发电，灌溉与航运，水电与火电（及其他能源），发电与用电等各方面之间的关系。在流域规划中，应根据综合利用原则和水文、地理、地质等条件，进行河流的梯级开发。合理选定坝址、确定坝高，以获得良好的综合效益；优先考虑使用上游梯级枢纽有较好的调节能力，同时，应能使下游梯级充分利用水能资源，并可渠化河道，改善航运。

选择及开发

水电站站址的选择主要是大坝坝址的选择。选择时应考虑开发规模、工程投资和选址可能等，从多个备选坝址中选定最佳坝址。

坝址的枢纽布置与开发规模密切相关，一般应符合以下条件：

1、引水渠道短，而且易于得到高水头，流量大并且流态好。

2、枢纽工程和其他建筑物的施工地点的地形和地质条件良好。

3、容易就近得到工程所需材料。

4、对环境的破坏和拆迁赔偿较少。

5、交通便利，易于运入设备和工程材料。

开发规模则取决于流量和水头。因此，应编制各种不同流量和水头的方案进行概略设计并计算造价，以此选择最经济的开发规模。确定规模时还应考虑将来的需要，和其他电站的配合等因素，以使整个系统最为经济，据此确定各个坝址的开发顺序。

在工业发达国家，一般水电站的坝址很早就进行了开发。剩下的坝址中，能经济开发的坝址已开发完毕，随着火电站燃料费用的大幅度上涨，过去不能开发的坝址又相对地提高了其经济价值；此外，从有效利用本国资源的角度出发，对那些曾放弃的坝址，也有再度调查并尽量开发的倾向。至于一些运行中的水电站，在可能的情况下，也应扩建，增装机组，提高发电能力。

2015年6月22日，哥斯达黎加楚卡斯水电站建设项目首台机组转子与顺利吊装完成。项目开始进行机组安装的过程。

哥斯达黎加楚卡斯水电站由中国水利水电第11工程局有限公司承建，机组为2台5兆瓦的下拆式水轮发电机组，转子直径4.5米，高6.5米，重量145吨。首台机组转子的吊装完成，为楚卡斯水电站随后的干调试（无水试验）奠定了坚实的基础。

生态环境

可能发生的变化是开发水力资源时应特别注意的问题。虽然水电污染少，但由于大规模建坝建库，改变了原来自然水域的布局，有可能使局部地区的气候，包括雨量、温度、湿度、气温等发生变化，从而改变生态环境。建设水电站，特别是一些特大型水电站时，在规划设计阶段，应充分考虑建站后可能引起的生态环境问题。

运行

运行的原则是要在经济合理地利用水力资源、保证电能质量的基础上，全面实现安全、满发、经济、多供的要求。水

电站在电力系统中担任调频、调峰、调相、备用等任务。一般在洪水期间应充分利用水量，使全部机组投入运行，实现满发、多供，承担电力系统基荷；在水库供水期间运行时，应尽量利用水头，承担电力系统的腰荷和尖峰负荷，充分利用可调出力，起到系统的调频、调峰和事故备用的作用。

水电站运行时，会受到不同河流之间补偿调节的影响；同一河流梯级开发时径流调节的影响；以及电力系统中，火电厂、水电站之间电力补偿的影响。在选择运行方式时，必须考虑这些因素。

水电站运行包括正常运行、特殊运行、异常运行和经济运行。要使水电站正常运行，需注意电站的检修。

正常运行

可由自动和手动实现开机、停机，并由远方通过功率给定装置实现机组带负荷。运行中要注意：

1、机组冷却风温变化对运行的影响；

2、电力系统电压变化对机组运行的影响；

3、电力系统频率变化对机组运行的影响；

4、功率因数变化对机组运行的影响。

特殊和异常运行

特殊运行包括调相运行和进相运行。前者指发电机在运行中功率因数发生变化并降至零时，电力系统需要补充无功功率，以调整系统的电压值回复到允许水平。这时，水电站的发电机需降低有功功率作调相运行。通常采用压水调相（即向水轮发电机的转轮室通入压缩空气以降低转轮室水位）。进相运行是电力系统低负荷运行时，容性无功容量过剩，就人为造成发电机从电力系统吸收无功功率，以降低系统某些点的过高的电压。异常运行指电站机组运行中出现异常或事故，这时应采取紧急措施，尽量避免事故扩大，并减少事故对系统的影响。

经济运行

原则是根据电力系统对水电站分配的负荷，合理选择机组的运行台数和机组间负荷的经济分配，用较少的水，发出尽可能多的电。主要措施是实行水库的合理调度，保持水电站于高水位运行。另外，在一定负荷下，合理选择开机台数，控制机组在高效率区运行等也是有效措施。

维护

包括检查和维修。

检查

检查分为：

1、每1～2周一次的巡视。内容是在设备运行状态下，通过观察和常备的仪表检查有无异常情况，并进行注油和清扫。

2、每1～3年一次的定期常规检修。是在停机情况下，主要从外部进行检查和测量。

3、每5～10年进行一次定期详细停机检修。

维修

1、临时维修。即发现异常或故障所作的及时修理。

2、计划维修。为保证安全而进行的预防性维修和恢复性维修。这种维修需根据检查结果按计划进行。水电站的检修除临时检修外，均应安排在枯水季节进行，并在洪水季到来之前完成。

随着水电站运行水平的提高，维护业务趋于集中化，即将邻近几个水电站集中在一个维修站进行检查和维修。这种方式不仅可节省人力，还可使水电站维修水平一致。

优缺点

有利方面

1、清洁：水能为可再生能源，基本无污染。

2、营运成本低，效率高；

3、可按需供电；

4、取之不尽、用之不竭、可再生

5、控制洪水泛滥

6、提供灌溉用水

7、改善河流航动

8、有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。

不利方面

1、生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。不过，这些负面影响是可预见并减小的。如水库效应

2、需筑坝移民等，基础建设投资大

3、降水季节变化大的地区，少雨季节发电量少甚至停发电

4、下游肥沃的冲积土减少

之最

第一座抽水蓄能电站是瑞士于1879年建成的勒顿抽水蓄能电站。

世界装机容量最大的抽水蓄能电站是1985年投产的美国巴斯康蒂抽水蓄能电站。

世界第一座潮汐电站于1913年建于德国北海之滨。

最大的潮汐电站是法国建于圣玛珞湾的朗斯潮汐电站，

世界上第一座大型波能发电站是日本在1978年建成的海明号波浪发电试验船。

世界最大的电站是三峡水电站，总装机1820万千瓦，年发电量846．8亿千瓦时。

展望

中国已建成葛洲坝、乌江渡、白山、龙羊峡和以礼河梯级等各类常规水电站，建成了潘家口等大型抽水蓄能电站（见潘家口水利枢纽）和试验性的江厦潮汐电站。今后在水力资源丰富而又未充分开发的国家（如中国），常规水电站的建设将稳步增长。大型电站的机组单机容量将向巨型化发展。同时，随着经济发展和能源日益紧张，小水电将受到各国的重视。由于电网调峰、调频、调相的需要，抽水蓄能电站将有较快的发展。而潮汐电站和波浪能电站的建设由于受建站条件及造价等因素制约，在近期内不会有大幅度的增长。各类电站的自动化和远动化将进一步完善和推广。

1.水利工程：水电站的原理及流程·正保建设工程教育网