任务5 掌握水电站的基本类型

一、按调节能力分类

按调节能力分类，水电站可以分为无调节水电站、有调节水电站。

无调节水电站：它没有水库，不能对径流进行调节，只能直接引用河中径流进行发电，所以又称为径流式水电站。无调节式水电站的运行方式，以尽可能多利用河中径流为原则。

有调节水电站：它借助于水库，能在某种限度内按照用电负荷对径流进行调节，把超过发电所需的多余来水蓄入水库，供来水不足时增大发电流量之用。有调节水电站也称为蓄水式水电站，它的运行方式可以在一定程度上适应用电负荷情况，按照调节径流的周期长短，有调节水电站又可分为日调节水电站、年调节水电站和多年调节水电站，视水库的大小而定。

坝后式和混合式水电站一般都是有调节的，河床式水电站和引水式水电站则较多是无调节的。

二、按水电站集中落差的方式分类

按水电站集中落差的方式分类，水电站可分为坝式、引水式和混合式水电站。

（一）坝式水电站

坝式水电站就是用坝（或闸）来集中水头的水电站。坝式水电站可分为河床式水电站和坝后式水电站两种。

1.河床式水电站

河床式水电站是指水电站厂房修建在河床中，厂房本身是挡水建筑物的一部分，并承受水压力，如图1-6所示。

图1-6 河床式水电站布置示意图

河床式水电站一般修建在平原河段上，为避免造成大量淹没而修建低坝，适当抬高水位。由于水头不高，安装水轮发电机组的厂房和坝并排建造在河道中。因所引用的流量较大，河床式水电站又称为低水头大流量水电站。对于小型水电站，水头一般在8～10m；对于大中型水电站，水头一般在25m以下。图1-7所示为长江葛洲坝河床式水电站。

图1-7 长江葛洲坝河床式水电站

电站建筑物组成包括进水口、引水道及厂房等。进水口后的引水道较短，河水直接由厂房上游引入水轮机。由于电站水头低、流量大，大多安装直径大、转速低的轴流式水轮发电机组，机组台数较多时，整个厂房的长度较长。

2.坝后式水电站

如果水头较高或因河道狭窄而不宜将电站厂房与挡水坝并排布置，常将电站厂房布置在坝的后面，故称为坝后式水电站。

在坝后式水电站的水利枢纽中，水电站建筑物集中布置在坝段后，大多靠河道布置，以利于布置主变压器场与对外交通等设施。其建筑物组成包括拦河坝、溢洪道、电站进水口及其附属设备、厂房和输变电设施等。拦河坝一般较高，坝型可以是重力坝、支墩坝或拱坝。电站取水口处的拦污栅、闸门及其启闭设备均布置在坝的上游，与坝身合成一体。泄水建筑物多设计成坝体溢流型式。由于水头较高，厂房本身重量不足以维持其稳定，因此厂房不挡水，坝与厂房之间用永久缝分开，电站坝段与溢流坝段间用导流墙隔开，使电站进水和尾水的水流不受泄水建筑物泄洪时干扰。

坝后式水电站一般宜建在河流中上游的山区峡谷地段，集中落差为中高水头。我国著名的长江三峡水电站即为坝后式水电站，如图1-8所示。

图1-8 长江三峡坝后式水电站

（二）引水式水电站

引水式水电站就是用引水道集中水头的水电站。引水式水电站又可分为无压引水式水电站和有压引水式水电站两种。

1.无压引水式水电站

引水道为无压明渠或无压隧洞的引水式水电站称为无压引水式水电站。

无压引水式水电站具有较长的渠道、无压隧洞、渡槽等。如图1-9（a）所示为典型山区无压引水式水电站示意图。无压引水式水电站多建造在河流坡降较陡的河段上，一般用来集中高、中水头。其枢纽建筑物一般分为三个组成部分：

（1）首部枢纽。由坝（低坝或无坝）、进水口及沉沙池（多泥沙河流）等建筑物组成。

（2）引水建筑物。它紧接于进水口之后，在引水渠道上有时设有渡槽、涵洞、倒虹吸管及桥梁等附属建筑物，在引水渠道的尾端与压力前池相接。

（3）厂区枢纽。由压力前池（有时设有日调节池）、高压管道、厂房、变电及配电设备和尾水渠等建筑物组成。

2.有压引水式水电站

引水道为有压的隧洞、压力水管的引水式水电站称为有压引水式水电站，如图1-9（b）所示。有压引水式水电站水利枢纽的特点是具有较长的有压引水道，一般为有压隧洞。其枢纽建筑物主要组成如下：

（1）首部枢纽。含拦河坝及进水口。

（2）有压引水建筑物。

（3）厂区枢纽。包括调压室、压力水管、电站厂房及尾水渠等建筑物。

有压引水式水电站常建于河道坡降较陡或有河湾、适于修建压力水道集中落差的河段。在河湾地段裁弯取直引水，引取高山湖泊的蓄水发电，在高差很大的毗邻流域引水等，均可获得相当大的水头，有利于修建有压引水式水电站。

图1-9 引水式水电站示意图

图1-10 混合式水电站示意图

（三）混合式水电站

通过拦河坝集中部分落差，再通过引水道集中另一部分落差而形成水头的水电站，称为混合式水电站，如图1-10所示。

当上游河段有较好筑坝建库条件，下游河段坡降较大时，适合于修建混合式水电站。

三、按电站规模分类

根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL 252—2000）水电站可分为如下几类。

大型水电站：装机容量不小于50万kW。

中型水电站：装机容量为50万～5万（含）kW。

小型水电站：装机容量小于5万kW。

四、抽水蓄能电站与潮汐电站简介

（一）抽水蓄能电站

抽水蓄能电站是一种特殊的水电站，它能在负荷低谷时把多余电能转化为水的势能储存，抬高系统的最小负荷，达到“填谷”的效果；在负荷高峰时将水的势能转化为电能，降低系统的最大负荷，达到“削峰”的效果，这“一抽一发”，起到了双倍调峰的作用。

抽水蓄能电站一般与火电、核电、风电等配合运行，因其有调峰、填谷和承担旋转备用的作用，可减少火电机组开停机次数，节省额外的燃料消耗，减小了事故率，使核电站平稳运行，延长核电机组运行寿命；增加风电的入网容量，充分利用清洁的可再生能源。此外，抽水蓄能电站还可承担电力系统的调频、调相、黑启动等任务。抽水蓄能电站造价不高，根据电力系统负荷、电源的分布情况，合理布置抽水蓄能电站，可减小电网潮流，在降低系统事故率、提高供电可靠性的同时，节省电力系统总运行费用。

抽水蓄能电站枢纽建筑物主要有上下两个水库，用输水建筑物相连，蓄能电站一般采用可逆式机组，有抽水蓄能和放水发电两个过程：

（1）抽水蓄能。系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库（电动机+水泵），将电能以水的势能形式储存起来。

（2）放水发电。系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组（水轮机+发电机）发电，以补充系统中电能的不足，如图1-11所示。

图1-11 抽水蓄能电站

抽水蓄能电站不但可有效解决用电高峰与低谷时电力供求的矛盾，而且随着我国电力行业的改革，实行负荷高峰高电价、负荷低谷低电价后，抽水蓄能电站的经济效益将是显著的。我国部分已建抽水蓄能电站及其装机容量如下：

广东从化抽水蓄能电站，其装机容量为2400MW（8×300MW）。

浙江天荒坪抽水蓄能电站，其装机容量为1800MW（6×300MW）。

北京十三陵抽水蓄能电站，其装机容量为800MW（4×200MW）。

河北潘家口抽水蓄能电站，其装机容量为420MW（3×90MW+150MW）。

西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站，其装机容量为90MW（4×22.5MW）。

（二）潮汐电站

潮汐发电按开发方式不同分为单向水库单向发电、单向水库双向发电及双向水库潮汐发电，如图1-12所示。

潮汐是海水因受日月引力而产生的周期性升降运动，即海水的潮涨潮落。正常潮汐的最大潮差为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，若全部转换成电能，每年发电量大约为1.2万亿kW·h。

潮汐发电的原理是：利用潮水涨落产生的水位差所具有的势能来发电，也就是把海水涨潮落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）。潮汐发电就是在海湾或有潮汐的河口建一拦水堤坝，将海湾或河口与海洋隔开构成水库，再在坝内安装水轮发电机组，然后利用潮汐涨落时海水位的升降，使海水通过水轮机带动发电机发电。

建设潮汐电站，不需要移民，不淹没土地，没有环境污染问题，还可以结合潮汐发电发展围垦、水产养殖和海洋化工等综合利用项目，但由于潮汐发电的开发成本较高和技术上的原因，其发展速度不快。

图1-12 潮汐电站示意图