浅谈水电站的工作原理及类型
2.3 水电站的出力及发电量计算
图2-1 水电站工作图
■出力：（功率）
理论出力 Pt=9.81QHg （2.1） 实际出力 P=9.81ηQH=KQH （2.2） 能量损失：
1．
Hg→H：损失水头Δh，据经验，一般为Hg的3%～10%，输水道短取小值。
2．
η：k=9.81η水电站出力系数。大中型 水电站k=8.0～8.5;中小型水电站k=6.5～8.0。
■发电量：一定时段内水电站发出的电能总量，单位为kW?h
E= （2.3）
在水电站(厂)中，水轮发电机组发出的电力功率称为出力，河川中某断面水流的出力则表示该段水能资源。所谓水流的出力就是单位时间内的水能。
N=9．81ηQH （2.4） 式中，Q为流量(m3/S)；H为水头(m)；N为水电站出力(W)；η为水轮发电机的效率系数。 对于小型水电站出力近似公式为 N=(6．0～8．0)QH 年发电量公式为
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E=N? F （2.5） 式中，N为平均出力；T为年利用小时数。
2.4 水轮发电机
水电站的核心部分是水轮发电机，是将水流的能量转换为旋转机械能的水力原动机。主要应用于水电站驱动水轮发电机产生电能，为水电站的关键动力设备。
2.4.1 水轮发电机的分类
水轮机分为反击式和冲击式两大类。反击式水轮机按转轮区域内水流运动的方向分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。其组成部件有蜗壳(引水室)、导水机构、转轮、尾水管、轴和轴承等。冲击式水轮机按射流冲击水斗的方式不同分为水斗式、斜击式和双击式，后两种仅适用于小型水轮机。其组成部件有喷嘴、转轮、机壳、轴与轴承等。各类水轮机在使用水头、单机容量和尺寸方面的世界最高水平见表2-1。
表2-1 水轮机的世界最高水平
2.4.2 水轮发电机的基本参数
反映水轮机工作过程的特性，有以下参数： ①
工作水头即作用在水轮机上作功的有效水头,以m计。水轮机设计水头指水轮机发出额定功率时的最低水头。
②
流量即单位时间内通过水轮机的水流体积，以m3/s计。在设计水头、额定转速下发出额定功率时通过水轮机的流量称为额定流量。
③
轴功率指水轮机立轴输出的机械功，以kW计。轴功率随工作水头而变
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化，在设计水头、额定流量、额定转速下水轮机输出的轴功率称为额定功率。
④ ⑤ ⑥
效率指轴功率与水流在单位时间内输入水轮机的能量之比。 转速指水轮机在单位时间内旋转的次数,以r/min计。
转轮直径是水轮机最主要的代表性尺寸。对不同类型水轮机的转轮标称直径有统一规定。中国规定的标称直径见图1～图5中所示D1。
⑦
吸出高度是反击式水轮机的转轮叶片上压力最低点到下游水位的高程差，又称静态真空，常用符号Hs表示。在电站设计中按允许的Hs值和电站下游水位确定水轮机的安装高程。
2.5 水电站的类型
图2-2 河床式水电站
2.5.1 按照水电站利用水源的性质分类。
①常规水电站：利用天然河流、湖泊等水源发电；
②抽水蓄能电站：利用电网中负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的水抽到高处上水库存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水至下水库，从而满足电网调峰等电力负荷的需要；
③潮汐电站：利用海潮涨落所形成的潮汐能发电。
2.5.2 按照水电站对天然水流的利用方式和调节能力分类。
①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
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力很小的水电站;
②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。
2.5.3 其他分类方法
①按水电站的开发方式，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。
②按水电站利用水头的大小，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。
图2-3 蓄水式水电站
③按水电站装机容量的大小，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
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计上常将1.2万kW以下作为小水电站。
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