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科普小知识|有关水力发电的小知识

来源:北京中唐电工程咨询有限公司

发布时间:2023年08月01日

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在天然河道中,水流夹杂着泥沙从上游流向下游,并经常冲刷河床及岸坡,这说明水流中潜藏着一定的能量。在天然情况下,这种潜藏的能量,就消耗在冲刷、推移泥沙以及克服摩擦阻力上。如果我们建造一些建筑物(如大坝,导流洞),装置一些必要的设备(如水轮机及发电机),使源源不断的水流通过一个水轮机,这样,水轮机由于受到水流的推动作用,如同风车一样,便能不停地转动,水能就转化为机械能。当水轮机带动发电机一起转动时,便可以发出电来,水能就转化为电能,这就是水力发电的基本原理。水轮机和发电机就是水力发电的最基本设备。有关水力发电的系列小知识,包括水能,水电站出力,水力发电主要设备等等,将给大家分期简单介绍,耽误你几分钟时间,便获得不少常识。

 

一、水能和水流功率

 

在水电站的设计中,为了确定电站的规模,需要知道电站的发电能力。根据水力发电的基本原理不难看出,电站的发电能力是由水流所能做的功的大小来决定的。我们把水流在某一段时间内所能做的总功叫做水能,而在单位时间(秒)内所能做的功叫做水流功率。显然,水流功率愈大,电站的发电能力也愈大。因此要知道电站的发电能力,就先要计算水流功率。河道中水流功率可以这样来计算,假设在河道的某一段中水面落差为H(米),单位时间(秒)内H通过河道横断面的水量为Q(立方米/秒),那么,水流河段功率就等于水的重量和落差的乘积。很明显,水面落差越高、流量越大,水流功率也越大。

 

二、水电站的出力

 

在一定水头和流量下,水电站能发出的电力叫做水电站出力。很明显,出力大小决定于通过水轮机水流功率的大小。在水能转化为电能的过程中,水从上游流到下游沿途要克服河床或建筑物对水流的阻力,水轮机、发电机和传动设备等在工作中也要克服许多阻力。而克服阻力,就要做功,水流功率就要有所消耗,这是不可避免的。因此,真正能够用来发电的水流功率要比按公式所求得的数值小,也就是说水电站的出力应等于水流功率乘上一个小于1的系数。这个系数也叫水电站的效率。

 

水电站效率的具体数值,与水流经过建筑物以及水轮机、传动设备、发电机等运转时所发生的能量损失大小有关,损失越大,效率越低。在小型水电站中,这些损失的总和约占水流功率的25~40%,也就是说,能发100千瓦电的水流进入水电站,结果发电机只能发出60~75千瓦的电,这样水电站的效率即相当于60~75%。

 

从上面可以看出,当电站的流量、水面落差一定时,电站出力大小取决于效率高低。实践证明,影响水电站效率的因素除了水轮机、发电机和传动设备性能以外,其他如建筑物施工和设备安装质量,运行管理好坏,以及水电站设计是否正确等等,都是影响水电站效率的因素。当然,这些影响因素有些是主要的,有些是次要的,而且在一定条件下,主要的和次要的因素也会相互转化。

 

 

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