水力发电第一节：水力发电简述水力发电是利用河流、湖泊等位于高处具有位能的水流至低处，将其中所含之位能（势能）转换成水轮机的动能，再以水轮机为原动力，推动发电机产生电能。

利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能。

如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)，随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。

水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能，再转变成电能的过程。

第二节：水力发电特点优点：（1）清洁能源。

（2）效率高，成本低。

（3）防洪、灌溉、改善航运。

（4）水产养殖。

缺点：（1）工程投资大、建设周期长。

（2）受自然条件的影响较大。

（3）大型工程对环境、生态影响较大。

第三节：水能资源的开发方式（一）坝式开发在河流峡谷处，拦河筑坝，坝前壅水，在坝址处集中落差形成水头。

优点：筑坝形成水库，可调节流量，电站引用流量大，电站规模也大，水能利用程度充分；缺点：水头受坝高限制，坝工程量大，形成水库会造成库区淹没，投资大，工期长。

适用：河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段。

（二）引水式开发在河流坡降较陡的河段上游，通过人工建造的引水道引水到河段下游集中落差，再经压力管道，引水至厂房。

优点：形成水头较高，无水库，不会造成淹没，工程量小，单位造价较低；缺点：水量利用率及综合利用价值较低，装机规模相对前者较小。

适用：河道坡降较大、流量较小的山区河段。

（三）混合式开发同时采用坝和引水道共同集中落差形成水头的开发方式。

（四）潮汐水能开发利用海洋涨、落潮形成的水位差引海水发电的方式。

第四节：水电站的基本类型一、常规水电站：即利用天然河流、湖泊等水源发电。

抽水蓄能电站：利用电网负荷低谷时多余的电力，将低处下水库的水抽到高处上存蓄，待电网负荷高峰时放水发电，尾水收集于下水库。

按水电站利用水头的大小：高水头（70米以上）﹑中水头（ 15-70米）和低水头（低于15米）水电站。

（水头指单位质量的流体所具有的机械能。

用高度表示，常用单位为“米”。

）按水电站装机容量的大小，可分为：大型﹑中型和小型水电站。

一般装机容量5 000kW以下的为小水电站，5 000至10万kW为中型水电站，10万kW或以上为大型水电站,或巨型水电站。

（关于装机容量的说明：电力系统的总装机容量是指该系统实际安装的发电机组额定有功功率的总和。

）水力发电过程示意图（二）按照水源的性质可分为：按水电站的开发水头手段：可分为坝式水电站、引水式水电站和混合式水电站三种基本类型。

水电站分类坝式水电站引水式水电站混合式水电站坝后式水电站河床式水电站无压引水电站有压引水水电站潮汐电站抽水蓄能电站第一类：坝式水电站：用坝集中水头的水电站。

1、坝后式水电站坝后式水电站三峡水电站（坝后式水电站）2、河床式水电站一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，厂房和坝（闸）一起建在河床上，厂房本身承受上游水压力。

引用流量大、水头低，水轮机多采用钢筋混凝土蜗壳。

适用水头：大中型：25米以下，小型：8～10米以下。

第二类：引水式水电站用引水道集中水头的电站称为引水式水电站。

1、无压引水电站引水建筑物是无压的：明渠、无压隧洞等。

2、 有压引水式电站引水建筑物是有压的：压力隧洞(pressure tunnel) 。

主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。

第三类：混合式电站水电站的水头一部分由坝集中，一部分由引水建筑物集中。

第四类：潮汐电站潮汐：潮汐现象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。

潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能（发电）的过程。

河床式水电站葛洲坝水电站第五类：抽水蓄能电站抽水蓄能：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)， 以水的势能形式贮存起来；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。

第五节：水力发电技术研究一、总述总述我国水电装机容量和年发电量世界第一，但仍存在难题。

我国自1910年云南石龙坝水电站开工兴建以来，水电发展经历了艰难而辉煌的百年征程。

目前，已建在建30米以上的大坝近5200座，其中坝高100米以上的大坝140多座，水电装机容量突破2亿千瓦，水电装机容量和年发电量稳居世界第一。

我国不仅是世界上水电装机规模最大的国家，也是在建规模最大、发展速度最快的国家，水电科技水平已跻身国际先进行列，并且在高坝工程技术领域处于国际领先地位，引领着国际坝工技术的发展方向。

由于我国水电资源时空分布特点决定了水电开发面临挑战的独特性和复杂性。

水电开发主要面临以下四类问题。

第一类问题是复杂区域地质条件下高坝工程防震抗震安全问题。

西南地区地震烈度高且地震频繁，崩塌、滑坡、泥石流等物理地质作用强烈，地质灾害活动频繁，工程安全，尤其是高坝防震抗震安全已成为西南地区水电工程建设的关键技术问题。

水电机组技术 水电设备 （水电机组励磁装置技术、微型水力发电机组含负荷调节器技术、水电站机组保护技术等）第二类问题是复杂工程地质条件下大型水电工程建设技术难题。

我国正在规划设计或建设的一批200米级300米级高坝、上百座百万千瓦级大型水电站大都集中在大江大河的上中游。

高海拔高原高寒地区建设这些大型水电工程，需要研究破解一系列复杂技术难题，诸如流域梯级水电站的洪水安全问题，高水头大流量泄洪消能难题，高坝工程筑坝技术难题，高边坡及深覆盖层地基处理难题，高边墙大跨度地下工程的技术难题，大容量水电机组的设计、制造、安装难题，连续高效机械化施工技术等。

第三类问题是水电开发与生态环境保护之间的协调关系问题。

如何协调水电开发与自然保护区、风景名胜区、饮水水源保护区的关系，如何处理水电开发对河流生态系统的影响，以及水电开发与鱼类生存环境的影响等问题仍有较多争议，主要问题是缺乏环境影响评价的定量标准，环境变化和环境影响的认识不一致。

水电开发的环境影响有利有弊，应该采取措施尽量降低不利影响。

未来水电建设中，要更加重视保护生态环境，研究珍稀特有鱼类的人工繁殖技术、河流生态修复技术以及环境监测和环境影响评价技术等。

第四类问题是水电开发与水库移民安置之间的协调关系问题。

水电开发中不可避免地存在着水库淹没和移民安置问题，我国人多地少，加上西南地区少数民族人口众多，生产力水平不高、耕地资源缺乏、移民安置容量有限，当地群众对土地资源、林地资源等自然资源的依赖性很强，土地和林地成为他们赖以生存的基础。

同时，受宗教信仰影响，不同少数民族存在不同的生产和生活方式，部分少数民族信仰神山、圣水。

随着水电开发向河流上游延伸，适宜安置的土地越来越少、移民安置工作难度越来越大，并成为影响到水电开发整体进程的主要问题。

二、水电机组技术分析1、水电机组励磁装置技术励磁装置：励磁装置是指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的电气调控装置。

目前中国水电励磁装置从制造厂家来看,首先是有多家外国制造商，例如：加拿大通用电气公司、法国阿尔斯通公司、奥地利伊林公司和西门子公司等。

还有拥有自主知识产权的国营和民营科技企业,如国电公司南京自动化研究所、国电公司电力科学院、河北工业大学电工厂、华中理工大学等10多个单位都开发了数字式调节器。

从水电励磁装置的技术状况来分,不论是原装进口,还是中国制造,都有与世界水平同步的高端数字化产品,也有老、小水电站至今还沿用着的模拟分立器件产品、磁放大器及磁场变阻器等励磁装置。

机组状况不同,其励磁装置的技术水平也参差不齐。

但是,从国内外生产厂家在中国水电站运行的各种励磁装置来年,虽然各有千秋,但技术特点还是基本相同的。

（1）随着微电子技术、计算机技术、电力电子器件的进步,数字化技术不同程度地应用于各类励磁装置中。

数字化励磁装置已经成为各类老机组设备改造和新机组设备选型的必然结果。

（2）水电站自动化系统的应用,无人值守、少人值班逐渐成为水电站运行管理的基本模式,水电站设备运行计算机监控系统、水电站经济运行计算机管理系统以及电网稳定运行计算机自动化调度系统都对励磁装置提出了新的要求。

（3）去掉励磁机采用静止励磁方式，已经成为励磁方式的主流。

许多相关技术如干式励磁变压器、非线性电阻、热管散热技术等被大量采用。

（4）大型水电机组因可靠性、控制特性的高标准而要求励磁装置的进步明显加快,这一领域基本都是高端产品的天下。

该类产品侧重于性能和可靠性,对产品价格不做重点考虑。

（5）抽水蓄能电站对励磁有其特殊要求,目前10万kW以上机组其成套设备包括励磁在内,几乎是全部购买外国产品。

这一产品的开发,在国内以主机制造厂为主。

从励磁技术看,国内有实力的厂家都能制造,主要是缺乏经验和机会。

（6）中小型水电站包括微型水电站其总量占绝大多数,从现在的市场情况看,这一领域主要是国产励磁装置的天下。

老机组改造任务与新建项目各占一半。

这部分产品要求的特点是，基本功能具备、运行可靠、调试容易、价格低廉、维护方便。

2、微型水力发电机组（含负荷调节器）技术微型水电机组常常用于偏远的乡镇，尤其是在发展中国末。

因此，它们一般总是与电网隔断的。

其技术特性要求调节器能使电源频率保持在用户可以接受的水平。

3、农村水电站机组过速保护技术农村水电站装机容量小，多为单机 5ookW 以下的低压机组，继电保护十分简单，几乎都没有设置自动调速器，机组的有关操作全靠运行人员手动完成。

由于农村水电站的自动化程度较低，故一旦发生甩负荷跳闸 (或其他原因引起跳闸)，运行人员往往手忙脚乱地关闭水轮机导水叶(或针阀)，但机组仍然难免发生“飞车”、过电压等事故。

农村水电站机组过速保护技术能够改善农村水电站的运行条件，防止因飞车”及过电压等事故所造成的损失，同时也可以减轻运行人员的劳动强度。

4、小水电技术分析小水电技术主要以水轮机的能量转化实现，通过水轮机实现水能转化为机械能这一过程；水轮机的正常工作运转，能够带动发电机或其他系统设施、设备等实现能量转化。

预计在2020年我国将能够建成至少有着满足电气化规划标准的水电电气化县，完成水电装机15.80GW、新增变电站容量可达32GCA以上、线路改造与重建线路262000km，进而实现人均用电量1200kWh的预计目标。

同时国家规划还进一步强调农村水能源的开发方向主要以秩序开发、加快开发进程为主，对于水资源开发总量较高的区域，重点以优化资源配置为主；开发程度较低的区域以提高经济、秩序开发为主。

因此，从当前形势来看，小水电技术的开发及相关建设工作的全面推行，不仅优化了国家偏远地区的农村基础设置，同时也在很大程度上强化了生态环境建设。