水能发电技术与控制策略

实训报告 实习实训科目水能的发电技术与控制策略系部：电力工程系专业：新能源应用技术班级：新能源应用技术11-1班姓名：玉奴斯加 学号：2011232612指导教师：竞静静完成日期：2014年1月10日新疆工程学院课程实训评定意见实训题目水能的发电技术与控制策略系部电力工程系专业班级新能源11-1班学生姓名玉奴斯加学生学号2011232612评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：年月日评定意见参考提纲：1、学生完成的工作量与内容是否符合任务书的要求。2、学生的勤勉态度。3、实训或说明书的优缺点，包括：学生对理论知识的掌握程度、实践工作能力、表现出的创造性和综合应用能力等。水能的发电技术与控制策略新疆工程学院____电力工程________系(部)实训任务书2013-2014学年第一学期2014年1月10日专业新能源应用技术班级新能源11-1班课程名称新能源发电实训题目水能的发电技术与控制策略指导教师竞静静起止时间2014.1.3—2014.1.10周数1实训地点实验室实训目的：通过实训把课本理论知识灵活的运用到实践中，让我对课本知识更加深入的理解和学习。实训任务或主要技术指标：让我们利用课本上所学的知识来做一个课程实训为进一步改善能源工程系实验实训条件，确保实训内容与课程配套，给学生搭建一个理论与实践相结合的学习平台实训进度与要求：第1天：了解任务书，查找相关资料；第2-8天：在实验室先制定相关的实训目的，实训设备及其基本操作第9天：撰写实训报告。第10天：答辩。主要参考书及参考资料：[1]，2002-12-19[2]张靖国。微型水力发电技术开发策略[J]。贵州水力发电，1994，01:8-9。教研室主任（签名）系（部）主任（签名）摘要世界上的天然水资源分布，几乎都是无法自然满足人类社会需求的。正是利用水坝和一系列水利工程设施，才解决了我们人类生存用水与水资源时空分布不均的尖锐矛盾。而且，只有通过这些一系列的水利工程设施，我们才能实现人对水资源的科学管理、调配，在满足人类社会的发展需求的同时保护社会生态环境。我国目前还属于发展中国家，水利设施建设还严重不足，为了保障我国社会经济的发展和生态环境保护，我们还面临着艰巨的水利水电设施建设开发任务。特别是局部淹没损失较大龙头水库的建设，是改善我国水资源调配和保护生态环境最紧迫的任务。关键词：水资源概况；抽水发电；微型水力发电；控制策略目录TOC\o"1-3"\h\u248901水能发电技术与控制策略 水能发电技术与控制策略电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量，水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来，我国的水电事业有了长足的发展，取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。首先，我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富，不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，在世界各国中均居第一位[1]。但是目前我国水能的利用率仅为13%，水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长，能源消耗总量也大幅度增长，煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大，甚至需要依靠进口。预计到2010年我国大约需要进口1亿t石油，并且其进口依存度将达40%左右，甚至更高。在这样的情势下，发展新能源就显得特别重要而紧迫。而水能就是一种可再生的新能源，它取之不尽用之不竭。其次，发展水电也是环境保护的需要。常规发电方式，煤的燃烧过程中排放出大量的有害物质使大气环境受到严重污染，引发酸雨和/温室效应0等多方面的环境问题。而核能发电有很大的潜在危险性，一旦泄漏造成污染，对环境的破坏作用是不可估量的。水力发电不排放有害的气体、烟尘和灰渣，又没有核辐射污染，是一种清洁的电力生产，具有明显的优势。再次，水力发电经过一个多世纪的发展，其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善，单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉，运行的可靠性高，故其发展极为迅速。以后水力发电的任务是为保持电力系统运行效率，专门峰荷供电，故抽水蓄能发电以压倒的优势得到了开发。也就是说，为了解决战后恢复经济飞速发展而产生的电力不足问题，日本动员全国力量开发水力，从1953年开始。财政投入资金，引进技术，在短短的10年间，佐入间，奥只见，田子仓。黑部川第四等等大规模坝式发电厂建了起来，日本的一般水力发电机大型化技术也可以说这时到达了顶点、然而一到了60年代，由于经济的一般水力资源涸竭，水电只供给白天尖峰时间，夜间用基础电源的火电，核电，此时抽水蓄能发电应运而生了，到了50年代后半期，推进了混合式抽水蓄能电站的开发。到60年代后半期以后，利用陡峻的地形，高落差、大规模地开发纯抽水蓄能发电。现在，落差700m，容量1600MW以丘的纯抽水蓄能发电站的建设正在汁划中。一方面，以第二次石油冲击为转机。70年代前半期以后，从能源供给的安全或其他方面考虑，洁净的能源水力发电得到重新评价。为了促进经济性低的中小型水力的开发，政府制定了促成开发政策，并对数十年前建设的老旧发电站进行了再开发或改造。2我国水能资源概况我国河流众多，径流丰沛，落差巨大，蕴藏着丰富的水能资源。据统计，我国河流水能资源蕴藏量6.76亿kW，年发电量59200亿kWh；可能开发水能资源的装机容量3.78亿kW，年发电量19200亿kWh。由于气候和地形地势等因素的影响，我国的水能资源在不同地区和不同流域的分布很不均匀；此外我国水能资源的突出特点是河流的河道陡峻，落差巨大，发源于”世界屋脊”青藏高原的大河流长江、黄河、雅鲁藏布江、澜沧江、怒江等，天然落差都高达5000m左右，形成了一系列世界上落差最大的河流，这是其他国家所没有的，充分了解我国水能资源的特点，才能在开发过程中因地制宜，合理地充分地利用水能资源。我国河川水能的技术可开发资源按地区和按水系的分布图分别见图1和图2。水资源量1997～2006年（简称近10年），全国年平均降水量为635.4mm，比常年值偏少1.1%，其中北方六区偏少3.4%，而南方四区则偏多0.3%；全国年平均地表水资源量为26722亿立方米，比常年值偏多0.1%，其中北方六区偏少5.4%，而南方四区则偏多1.2%；全国年平均地下水资源量为8302亿立方米，比1980～2000年多年平均值偏多2.9%。全国年平均水资源总量为27786亿立方米，比常年值仅偏多0.3%，其中北方六区偏少4.0%，而南方四区则偏多1.3%。按省级行政区统计，近10年平均水资源总量比常年值偏多程度较大的有上海（29.6%），偏多20%～10%的有江苏、新疆和湖南；比常年值偏少程度较大的有天津（49.4%）、北京（42.8%）、河北（36.6%），偏少30%～20%的有辽宁、山西、甘肃和陕西。水资源总量的20.0%。其中，地表水供水量平均占总供水量的80.7%，地下水供水量基本维持在1050亿立方米左右，平均占总供水量的18.9%，其他水源供水量约占0.4%。全国总用水量总体呈缓慢上升趋势，其中生活和工业用水呈持续增加态势，而农业用水则受气候影响上下波动、总体呈水资源开发利用近10年，全国平均总供水量5560亿立方米，约占近10年平均下降趋势。生活和工业用水占总用水量的比例逐渐增加，农业用水占总用水量的比例则明显减小。2006年与1997年相比，北方六区总用水量略有减少，南方四区总用水量有所增加。全国人均用水量基本维持在430立方米上下，万元国内生产总值用水量和万元工业增加值用水量均呈显著下降趋势，按2000年可比价计算，万元国内生产总值用水量由1997年的705立方米下降到2006年的329立方米,万元工业增加值用水量由1997年的363立方米下降到2006年的178立方米。农田灌溉亩均用水量总体上呈缓慢下降趋势，由492立方米下降到449立方米。3我国水电开发现状近一个世纪，特别是建国以来，经过几代水电建设者的艰苦努力，中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来，水电建设更是迅猛发展，工程规模不断扩大。50年代至60年代初，主要修复丰满大坝和电站，续建龙溪河、古田等小型工程，着手开发一些中小型水电(如官厅、淮河、黄坛口、流溪河等电站)。在50年代后期条件逐步成熟后，对一些河流进行了梯级开发，如狮子滩、盐锅峡、拓溪、新丰江、新安江、西津和猫跳河、以礼河等工程。60年代中期到70年代末这段时期内开工的有龚嘴、映秀湾、乌江渡、碧口、凤滩、龙羊峡、白山、大化等工程[2]。70年代初第一座装机容量超过1000MW的刘家峡水电站投产，80年代容量2715MW的葛洲坝水电站建成，之后一系列大水电站相继建设，容量18200MW的三峡工程也于1994年正式开工；到2000年底，全国规模超过1000MW已建和在建的大水电站(不包括蓄能电站)已有18座(见表1)。除了常规水电站以外，我国抽水蓄能电站的建设也取得很大的成绩。抽水蓄能电站主要建于水力资源较少地区，以适应电力系统调峰的需要。已建的主要抽水蓄能电站如下：广州抽水蓄能电站总装机容易240万kW，是中国第一座也是目前世界上最大的抽水蓄能电站。电站分两期建设，总装机8台，每期4台，采用30万kW容量可逆式高参数抽水蓄能机组，设计水头535m，额定转速500r/min，综合效率76%。浙江天荒坪抽水蓄能电站，总装机容量为180万kW(6×30万kW)，属日调节纯抽水蓄能电站，年抽水耗电量42.80亿kWh。华北电网最大的抽水蓄能电厂十三陵抽水蓄能电站，以“十三陵水库”为下池，采用悬挂式塑性混凝土防渗墙技术进行防渗处理，电厂安装4台20万kW混流河逆式水泵-水轮机、电动发电机组，装机容量80万kW。河北潘家口的混合式抽水蓄能电站，装有1台15万kW常规水轮发电机组，还有3台抽水蓄能机组，每台9万kW，合计装机容量42万kW。此外，我国在西藏还建设了世界上海拔最高的抽水蓄能电站羊卓雍湖抽水蓄能电站。其它抽水蓄能电站还有河南宝泉抽水蓄能电站、安徽琅琊山抽水蓄能电站、山东泰安抽水蓄能电站、浙江桐柏抽水蓄能电站、江苏宜兴抽水蓄能电站、河北张河湾抽水蓄能电站。4我国水电发展面临的问题我国的水电事业在建国以后有了长足的发展,但还存在很多问题。例如二滩水电站是四川省建国以来投资最密集、工程最大、技术难度最高的建设项目,但是一投产就面临着资源的巨大浪费和企业的巨额亏损这样的尴尬境地[5]。这种情况在我国的水电站中普遍存在。究其原因,主要有以下几点。首先,在管理体制上,高度垄断的电力工业体制阻碍了水电的发展。我国水利部和电力部分别管理水利和电力,而水力发电是水利和电力的综合工程,但是电力部及其下属电力局的整个生产和调度系统的人员却都来自火电系统,电力行业从本质上说还是高度垄断行业,单一企业全面控制着电力调度、电量分配、电力销售、电费结算等权力。同时电力市场在电力相对过剩时期水电、火电间的矛盾十分尖锐,在我国目前的情况下,优先利用水电资源无法得到保证,大量的水电资源被白白浪费。而且水电上网电价普遍偏低,水电站的状况可想而知。开放电力市场,打破垄断的电力工业体制,是解决水电问题的根本途径。同时,可对水电上网电价进行改革,将/还本付息电价0这种单一电量电价结构改为两部制电量电价的分时电价结构[6]。其次,在目前经济利益上,火电生产的多少,与各大小煤矿的经济效益直接相关。我国长期以火电为主,各火电厂长期以来与各自的煤矿建立了固定关系,如果用水电代替火电,不仅火电厂将面临压力,煤矿也会面临很大的压力,造成火电厂和煤矿两方面的经济困境。因此,部门或单位受经济利益的驱动,形成了/保火电,轻水电0的局面,这样就造成了大量的水电资源被白白浪费,甚至弃损电量大大高于实际上网电量。第三,在技术上,由于水电的调峰或甩负荷相当容易,甚至几分钟即可完成大型水电机组的起动、并网发电或停车,而同级容量的火电机组则可能需要几十个小时来完成起动或停车。因此在大电网调度上,往往用水电机组做调峰或备用机组,在水量充足时以泄洪代发电,却不重视其在常规时期的发电应用,造成水电的巨大浪费。总之,我国水电事业面临的问题归根结蒂是人们在思想上还没有认识到发展水电的必要性和紧迫性,往往因为水电客观上存在一次性投资大、建设周期长、建成初期回报少的特点,就只顾及眼前的经济利益,从而给水电的发展造成了多重客观阻力。因此,我们应该大力宣传在我国发展水电所具有的重大意义,改变人们对水电的观念,从本质上扫除各种障碍。5我国水电发展前景随着改革的深化和国民经济的发展,我国的电力市场形势发生了根本的变化,由过去电量和容量/双缺0演变为电量相对过剩和调峰容量严重不足[7],这给水电的发展带来了良好的机遇。5.1总方针在现在和将来一段时间,我国的水电应该优先并主要开发调节性能好的水电站,并从全电力行业和社会经济发展的角度综合考虑和研究水电开发强度,避免出现浪费;合理评价抽水蓄能电站的经济效益,充分认识抽水蓄能电站的填谷、调峰、调频、调相、事故备用等作用的重要意义,协调发展中、东部地区的抽水蓄能电站;进一步加强水电/流域、梯级、滚动、综合0开发方式的研究;更加注重生态问题。5.2进行阶梯开发,建设水电基地我国的水能资源主要分布在西部地区,占四分之三以上,但目前开发率仅为8%[9]。尤其是云南省,全省水电可开发装机总容量约9000万kW,占全国水电可开发装机容量的23.8%,居全国第二位,省内水资源主要分布于金沙江、澜沧江、怒江、珠江、红河和伊洛瓦底江等六大水系,是我国西部最具水电开发潜力的主要省份。但是云南省的工业基础相对落后,水电资源主要位于交通不便的崇山峻岭之中,开发难度较大。随着西部大开发战略的实施,西电东输工程必将激活西部丰富的水力资源,促进我国水电事业的发展。发挥云南等省的地区优势,将其建设成我国的水电能源基地,实现西电东输,既可以满足当地经济发展对电力的需求,又能优化全国的能源结构。目前,川西南总装机容量比三峡电站还大60万kW的溪洛渡、向家坝两个巨型水电站正式经国务院批准立项,这将是我国最大的水电基地。溪洛渡电站位于四川省雷波县和云南省永善县的交界处,设计装机容量1260万kW,年平均发电量571.2亿kWh;向家坝电站位于四川省宜宾县与云南省水富县交界处,装机600万kW,年平均发电量307亿kWh。这两座电站的建设具有调节能力强、淹没耕地少、移民少等其他大型水电站少有的优点。这两个巨型水电站的正式立项标志着我国开始大规模开发长江上游的水电资源,长江上游水电资源的开发必将大大改善我国的电力结构,奠定西电东输的大格局,促进全国范围内的能源平衡与优化配置。5.3继续重视小水电的开发我国的小水电资源十分丰富,理论蕴藏量约为1.5亿kW,可开发容量约为7000多万kW,相应年发电量约为2000亿~2500亿kWh。小水电除了具有大水电的不污染大气、使用可再生能源而无能源枯竭之虑、成本低廉等优点外,因其资源分散,对生态环境负影响小,技术成熟,投资少,易于修建,因而适宜于农村和山区,特别是发展中国家的农村和山区。我国作为发展中国家,小水电建设已经取得了巨大的成绩,到1997年底,我国小水电总装机容量已达2052万kW,年发电量为683亿kWh。小水电建设多数情况可采用当地建筑材料,吸收当地劳动力建设,从而降低建设费用,并且其设备易于标准化,能降低造价,缩短建设工期,无需复杂昂贵技术,有利于我国经济不发达的山区和农村实现电气化,因而应继续重视其开发和建设。我国农村的小水电资源非常丰富，总量达1.28亿千瓦，广泛分布在全国1700多个山区县，与退耕还林区、自然保护区、天然林保护区和水土流失重点治理区的分布基本一致，其中398个县是国家级扶贫重点县。新中国成立后，特别是改革开放以来，结合农村电气化建设，我国农村水电发展迅速，至今已建成小水电站4.5万座，装机容量5500多万千瓦，年发电量1600多亿千瓦时。此外，农村小水电还具有无可替代的分布式能源优势。在2008年初的冰雪灾害中，煤炭运输受阻，散布各地的小水电在抗灾救灾中发挥了重要作用。5.12汶川地震后，灾区电力主网被破坏，灾区人民主要通过修复当地的小水电及其配电网，短时间内恢复了部分供电。我国始终把发展小水电作为改善农民生产生活条件、促进农村经济社会发展的重要举措。通过就地开发、就近供电，以及提供劳务、入股等方式增加了山区农民收入，使贫困地区的资源优势变成经济优势，不仅有效解决了农村通电问题，还带动了农村通水、通路等基础设施建设，促进了中小河流治理和水土流失防治。6抽水蓄能发电的高落差大容量化纯抽水蓄能式发电出现以后，随着社会对电力需求量的增大，各电力公司相继开发大规模的抽水蓄能发电。喜撰山发电站(关西电力，1970年运行)，当时在世界上都具有纪念意义。采用单机出力240MW的水泵水轮机以后，为增加单机出力作了探索。新高懒川抽水蓄能发电站(东京电力，1977年运行)的单机出力达336MW的水泵水轮机。在仪仅7年间，相继投入大型机。目前，正在开发超过性400MW的机组。高落差的抽水蓄能发电站一方向通；土提高水泵水轮机的旋转速度来减小村组的体积，另一方面，通过减少大坝、水路等的土木工程量来减少使用水量。因而要进行既经济又高效的设计。不过，水泵水轮机必须耐高水压、高速旋转。另外，还要考虑到效率、涡带性能的劣化等。总之高落差水泵水轮机侍开发的课题相当多，攻克了这些课题的沼原发电站‘电源开发，1973年投入运行。最高有效落差为517m。这在当时刷新厂世界记录，这种500m级的抽水蓄能发电机成为以后大规模抽水蓄能开发的标准机多次被投入运行。这些大容量，高落差的机组开发主要技术如下：(1)高落差大容量的水泵水轮机在法兰西斯式水泵水轮机中，高落差的水泵水轮机的叶轮几乎全呈扁平状。以减少水中的磨擦损失，增加效率。虽然可通过加速来提高水轮机性能，但对于机组的机械应力诸如叶轮的应力等要求更高了。关于沼原发电站的机组开发，选用了日立、东芝两家共同开发的产品。对水泵水轮机的效率、涡带性能用性能模型进行了验证。并对符合要求性能的形状进行r研究。另外。使用实扬程试验装置。把实际中使用的材料做成微缩模型叶轮，使它以每分钟一万次以上的高速旋转，看是否能得出与实际相同的水泵扬程。对于内部应力进行了是否超越材料界限等等验证，据此开发了实用机。这种实扬程试验的验证，成为以后开发水泵水轮机必不可少的过程。另外，在实用机的开发过程中，由于水轮机各部件要求是耐高水压的构造，用1/3.5尺寸模型进行试验来确认应力。其他如震动解析、负荷短路时的水压上升涡带技术都趋向实用化发展。(2)高速大容量发电电动机发电电动机、一提到高速大容量机，那么转子的周速必然超过每秒150m，为了转子的强度接近使用材料强度的界限，在使用材料的选择、构造的决定方面。有必要进行部件强度模型试验。另外，高速大容量机存在的最大问题是机器的冷却性能问题，在设计大容量发电电动机时。出力系数是有必要限定的。这样的高速川，由于是立式长圆筒形状，对机器的冷却要求严格，待别是定子周围部位的冷却尤为困难。沼原发电站的发电电动机(出力280MVA，旋转速度375r/min)铁心积厚超出3.5m。如果在转子上下端之间设置历来的径向通风冷却风量不足，为此，在发电机上部设置送风机，采用另置风扇冷却方式。目前除此面外，还有采用转子本身带风扇通风方式〔即所谓通道通风或径向通风)。（3）可控硅元件启动方式的采用尽管从50年代开始，在电力系统就有采用如可控硅元件等半导体元件的，但到了60年代后半期就发展烈采用大容量抽水机的静止励磁装置了。在抽水启动方面，尽管同步、小马力启动方式占主流，但在启动时的控制、附属设备的减省等方面，就大规模抽水发电而言，可控硅元件启动装置无论是在机组多时，还是在成本方面都占有优势，奥吉野发电站(关西电力，1978年投入运行)最先采用，其后，发展成为抽水启动方式的主流。（注1)发电机、发电电动机的出力系数用下式中的K表示P=K×D×L×N发电机定子的内径:D(m)发电机定子铁心积厚:L(m)发电机出力:P(kVA)发电机旋转速度:N(r/min)7第二代的抽水发电70年代以后，尽管国内的抽水发电设计落差水平已达500m，单机出力达250-300MW标准，一方面是为了追求更好的经济效益，往更高落差化大容量化方面发展；二是由干具有调整抽水发电站负荷机能及最大限度地提高峰值电源的可变速抽水蓄能发电系统的实现。7.1超高落差抽水蓄能发电大规模抽水蓄能发电的开发从设计到建成最起码要10年以上的时间，近几年，确保新规划地点虽然越来越困难，但由于电力需要的延伸从1975年以后逐年递增，调峰的尖锐化仍旧是系统运行中的课题，故对抽水蓄能发电需求也更迫切了。为确保新规划地点，进一步降低成本，从70年代前半期就开始研究超高落差问题，以最高扬程为800m级的超高落差抽水蓄能为开发目的，各电力公司和制造商开始了新的技术开发。当初，为了开发构造简单，能利用历来技术的800m级单级法兰西斯式水泵水轮机，进行了性能模型试验，实扬程试验等研究，结合发电电动机高速大容量化问题，做了实物大轴承模型试验，根据水流模型，进行通风情况。转子磁极强度解析试验等等。另外，海外对高达l000m级实用化的多级水泵等也进行了研究。实现这种超高落差抽水蓄能技术是巴以那巴西塔发电站(南斯拉夫，1982年投入运行，最高扬程621。3m)，卡以拉发电站(保加利亚，1994年投入运行，最高扬程701m)。国内制造商的技术力量虽然在世界也有市场，但国内最早实现抽水蓄能计划的是葛野川(东京电力，预定1999年投入运行)。7.2可变速抽水蓄能发电技术随着大规模煤炭火电、原子能发电等占电源系统的比重提高，对于能平衡昼夜急剧增减的电力需要，迫切需要一种高度的系统运用技术。尤其是深夜，负荷调整棘手的电源比例增加，考虑到历来的不间断负荷的抽水蓄能机，再使它具有调整负荷机能，可变速抽水蓄能发电的构想就产生了。即应用通过卷线型电动机的二次频率控制旋转速度的原理，使低频的频率变换器和圆筒形的交流励磁同步发电电动机组合，根据水泵入力与水泵旋转速度为l:3的特性，调整水泵运转时的入力。目前，大河内发电站(关西电力)、矢木泽发电站(东京电力)、盐原发电站(东京电力)高见发电站(北海道电力)、奥清津第二发电站(电源开发)正在运行。8中小水力发电的开发中小水力发电作为洁净的纯国产能源是从70年代中期再次被开发的，由于当时全国性的经济萧条，对于中小型水力发电开发定有许多促进开发的优惠政策。到80年代对已实施6年的计划进行了第5次水力资源调查，从调查报告看，未开发水力2717处，最大出力1300MW，发电量约500亿kWh，这些大部分属于中小水力发电(低于1万kWh)，每kWh的单价多数超过20日元。当时，还有几项同时开始的促进开发的国策，诸如，对经济条件差的中小水力，为了减少初期投资，采用补助资金制度；在技术方面，以1983年成立的新能源财团为中心的以降低成本为宗旨的技术开发等等。为此，进一步加强了以土木技术为中心的研究，对发电用的电气机械装置也实施了研究。另外，电力各公司在中小型水力开发及降低成本方面也取得了种种新技术，下面，把主要的项目介绍一下:（1）水轮机、发电机的标准化，附属设备简化水力发电。首先是根据地形特点进行设计，为了降低设计费用、省略模型试验。讨水轮机及发电机的标准化进行了研究。把不同落差、流量分成几阶段。连续使用相同的模型，根据试验情况制定标准化，降低机器成本。用小容量机作为附机就质量来说代价川对较高，应采用一般产业用机器，为了简化油压、冷却装置、减省压缩空气装置。使机器集成化，用电动伺服电动机启动导叶。采用并联式蓄电池。开发整体型的配电盘。标准化以后，由于对中小型水力开发没有进一步提高，因此效果也不太理想。期待今后在构造简羊化的设计思路及附机的简单化方面。不仅限于新规划开发的设备，也适用干更新老设备的研究成果。（2）中小水力发电用的特殊设计代替历来设计的特殊设计的考虑方案有几种。水轮机、发电机的无限速运转就是其中一例。当发电机从系统脱离时一般情况厂。导叶紧急闭锁，停止机组保护，但如果导叶没有紧急闭锁，水压铁管的压力上升也就咸少，为了简化水轮机的控制装置，假设不受下游放水的影响，允许无限速运转。实际中，允许无限速运转设计的机组在奈良田第三（山梨县，1985年运行)得到验证，至今，还是技术基准的代表。（3）中小水力发电采用的水轮机发展方向为了提高中小水力发电的经济效益。在流量较小的河流上有必要提高运转利用率。从这个目的出发，根据各地的特点。可采用冲击式水轮机(高落差用，为了提高部分负荷效率，可以设计一个喷嘴运转。缓闭锁，减少铁管设计压力，可以省略余水路)，采用S型管式水轮机(用干低落差小容量，改善部分负荷特性)，采用贯流式水轮机(容量小价格低的水轮机，部分负荷特性良好)，采用灯泡式水轮机(低落差用)等等。之所以一一提到，是因为这些种类的水轮机在中小水力发电中占主要地位。电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量，水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来，我国的水电事业有了长足的发展，取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。水力发电经过一个多世纪的发展，其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术于完善，单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉，运行的可靠性高，故其发展极为迅速。我国河流众多，径流丰沛，落差巨大，蕴藏着丰富的水能资源。由于气候和地形地势等因素的影响，我国的水能资源在不同地区和不同流域的分布很不均匀；此外我国水能资源的突出特点是河流的河道陡峻，落差巨大，发源于“世界屋脊”青藏高原的大河流长江、黄河、雅鲁藏布江、澜沧江、怒江等，天然落差都高达5000m左右，形成了一系列世界上落差最大的河流，这是其他国家所没有的。充分了解我国水能资源的特点，才能在开发过程中因地制宜，合理地充分地利用水能资源。中国经济已进入新的发展时期，在国民经济持续快速增长、工业现代化进程加快的同时，资源和环境制约趋紧，能源供应出现紧张局面，生态环境压力持续增大。据此，加快西部水力资源开发、实现西电东送，对于解决国民经济发展中的能源短缺问题、改善生态环境、促进区域经济的协调和可持续发展，无疑具有非常重要的意义。另外，大力发展水电事业将有利于缩小城乡差距、改善农村生产生活条件，对于推进地方农业生产、提高农民收入，加快脱贫步伐、促进民族团结、维护社会稳定，具有不可替代的作用。水电开发通过投资拉动、税收增加和相关服务业的发展，将把地方资源优势转变为经济优势、产业优势，以此带动其他产业发展，形成支撑力强的产业集群，有力促进地方经济的全面发展。9微型水力发电技术开发策略中国在以开发大中型水力发电为主的情况下，同时注意到相应的发展农村小水电，并考虑到在一个占世界人口五分之一和农业人口占全国人口7。%以上的国家里，如何解决国家电网和农村地方小网无法解决的广大农村单一用户的用电问题。这已经引起各方面的重视。本文所论及的微型水力发电技术开发策略，是一个值得研讨的课题。在亚太地区和一些第三世界国家，微小水力资源极为丰富，在当前世界能源十分紧张的情况下，均急待开发。目前，如何从技术上开发那些到处皆是却被人们认为微小的不可开发的能源，中国在采用微型贯流式水轮发电机组，发展微型水电技术上，已走出了一条比较成功的路。根据中国农村实际情况，农户的照明、收音、电视等生活用电，有650~750W就能满足；就是具有风扇、洗衣机、冰箱等大型家电设备的农户也能满足。因此开发发电功率为550~750W，水头在3~5m，流量为0.03~0.04m3/s的微小水力发电装置，前途是很光明的。近年来，我国生产的CXSF650型带有自动负载调节器的微型贯流式水力发电装置，具有机组造价低、无需厂房建筑和投资少收效快的特点。一台微型贯流机组只需5~10天即可装好发电，非常方便。现将CXSF650型微型水力发电装置的主要技术参数介绍如下:(1)额定电压230V，(2)额定频率fN=50士2。5Hz，(3)发电机功率与水头流量关系:从上表中可以看出，水头、流量与发电功率符合PN=9.8Q·H·η的关系式，且效率月约为60%以上。(4)电压波动范围(+10一20)%；(5)重量25kg；(6)外型尺寸中308x890mm；(7)发电机额定功率650W。CXSF650微型水力发电装置，已在中国东南沿海地区开发应用，证明是适合中国农村微水开发利用的一种机型。在开发微水资源的同时，要注意到更微小水能资源的利用。对于农村单家种户而言，水头3~6m比较容易满足，但要求流量在0.03m3/s以上就不容易满足了。对那些流量更微小的水能资源，如何利用可以根据农村用电的特点，采取建小蓄水池的办法来解决。这种发电方式是可取的，因为对于农村，一天主要以晚上7点至11点约4个钟头为用电时间(主要是照明)。根据水源情况，并考虑生活用水需要，把蓄水池适当建大一点，再加上砂砾石过滤层，还可以解决农户的自来水问题。事实上，要在农村建小蓄水池，对于农户是容易接受和做到的。另外，还可利用小蓄水池养鱼。总之，这种蓄水池的蓄水量小，在农村容易实现。但是，仅依靠目前推广应用；的CXSF650型贯流式轮水发电机组，还不能满足广大农村电力开发的需要，为此，对微型水力发电的技术开发策略建议如下。9.1现阶段机型设计策略（1）为适应低水头和小流量环境条件，机组设计应以整体前灯泡贯流式机型为主。而且发电机应密封在灯泡壳内。（2）水轮机应设计为高比转速型。高比转速机型省去了昂贵的增速传动系统，利用发电机与水轮机的同轴联接，可使效率明显提高，一般可达62%以上；并且与同功率的轴流式机组比较，重量可减轻15%左右。（3）发电机设计为单相双绕组异步电容式高速交流发电机组为好。这类机型比同功率的其它型式发电机的造价低25%，重量轻15%，而且这类机型对采用灯泡贯流式结构的制造条件有利，经过多方面性能比较，均高于其它机型。（4）转轴的密封防水，采用真空负压密封和胶圈密封相结合的两种措施较好。对无静态密封，仍以胶垫压封更符合实际。（5）调压和输出功率调整，可采用固定导水叶配电子负载调压器较好。目前生产的与CXSF65O型机组配套的电子负载调压器，如果配用上分级切换的平衡负载器，效果更佳。（6）由于采用23oV的交流输出电压，为保证农电安全，两根电源线均不接地，这样人触及一根导线的触电危险性就大大减低乡同时此种工作方式，对彩色电视机等悬浮接地电器也安全可靠。9.2徽型水力发电装里的技术开发方向关于微型水力发电装置的技术开发方向，以灯泡贯流机型而论：（1）发电机以发展12~24V、输出功率350W以下的直流发电机为主。这类机型更适合流量在0.03m3/s以下，配用蓄电池和相当于汽车用充电电压电流调节器，对安全用电和不建小蓄水池具有一定意义。（2）由于微型水轮机不可能设计可变导叶，对于采用固定导叶的水轮机，可考虑利用超速自动打滑的稳速装置，并配上手动控制阀门，以解决尽可能不配用价格较高的电子负载调节器和平衡负荷。（3）对农户的每一个电灯泡和每件家用电器单独配用平衡负载电阻，利用三线接线开关，实现开灯时断开该灯电阻，关灯时接通该灯电阻运行方式，以保持负荷基本均衡不变的特性。若此时如有个别灯坏，可利用电压适当升高，使其它负载使用功率略加大的特点，稳定水机转速。当转速升高很多，电压上升较高时，可利用过电压继电器的触点闭合，接进机组水池进水口小平板闸门自动脱扣机构，使小平板闸门自动下落，紧急关机。总之，除了以上谈到·的技术开发方向，还可以根据农村用电实际情况及微小水能资源情况，区分制定在平原地区、丘陵地区及高原山区的具体开发策略。10海流发电10．1海流成因海流就是由于海洋洋流运动(包括随风流、密度流、补偿流等引起的洋流运动)、大海潮汐运动和其它相关因素(如海底地形变化、温度差异、海湾流以及由于蒸发损失而造成的强海流等)引起的一种很特殊的近海洋流，海洋中除了由引潮力引起的潮汐运动外，海水沿一定途径的大规模流动。引起海流运动的因素可以是风，也可以是热盐效应造成的海水密度分布不均匀。由于海岸和海底的阻挡和摩擦作用，海流在近海岸和接近海底处的表现与在开阔海洋上有很大的差别。潮流是由于在地心旋转引力、月球和太阳引力的综合作用下，地球朝向月球和正对着的两个方向面上，海水的海拔高度就要上升。这导致在745min内，潮流在连续流和衰退之间循环，或者是半日潮。另外，由于太阳和月亮的混合作用引起的其它连续流，其中较重要的是高潮期间的14d春季潮和极端年的半年期春季潮，低流速和小潮有相似的循环。海底地形对本地潮流有一个显著的效果，这种作用在陆地沿岸，会因潮汐、地形及河水的注入等影响其变化，典型靠近大陆的地区是海峡带地区、地下水道、地缘突出地带、海岛之间的地区均能找到较强的海流带。10.2海流发电技术海流发电机是除类似江河电站管道导流的水轮机外还有类似风车桨叶或风速计一样机械原理的装置。本文主要介绍基于两种典型的海流能存在，且都可用的海流发电技术。由于海平面不同而产生海流，并由海流产生动能(海流能)。以前建大坝是在涨潮时围成离海海水池，在退潮时通过低水头发电机来捕获水能发电；现在则是水轮机淹入海水流体中，由于其外型的设计原理类似于风力发电机，所以称水下风车，也是零水头发电机。海流发电机通过单管柱和升降机，使得可以在水平面上对其进行保养和维护。通过管桩固定于海床上的海流发电机，具有可变浆功能，利用这一功能，可使海流发电机适应海水流动方向而交替变更。由于其做功主要是通过叶片的攻角变化，以找到升力最大、阻力最小这一动态过程的优化，因此，海流发电设备理论上能获得与风力发电机相同的能量转化利用效率。为了获得上述产品技术，我们还有较长的路要走。海流发电涉及的技术将比风力发电技术复杂，主要涉及:水下勘探测量技术、机电技术、防腐技术、海流流速测量技术、生态环保技术、流体动力学技术、水下施工技术、新材料技术等。10.3海流发电技术的发展进程海流发电一直受到许多国家的重视，1973年，美国试验了一种名为“科里奥利斯”的巨型海流发电装置。该装置为管道式水轮发电机，机组长110m，管道口直径170m，安装在海面下30m处。在海流流速为2.3m/s条件下，该装置获得8.3万kW的功率。日本、加拿大也在大力研究试验海流发电技术，2006年4月，加拿大第一台并网型海流发电机已经成功并网发电，美国也计划在旧金山桥附近利用海流来发电，韩国和日本的海流发电计划均在积极地推进中。在德国，2006年计划建立发电量为1.2MW的商业海流发电设备，目前已经募集私人资金3百万英磅，同时得到英国政府(DTI)的官方资助，该项目可能建设的地点是Nordirland。在英国，海流发电已经进入商业化运作，全国性的海流发电资源调查工作已经进入实质性操作阶段，规划中的3个海流发电场将是世界上最大规模的海流发电基地。在挪威，2003年1个20台300kW的海流发电装置已经建成于KVAL-SUNDET(大桥墩项目，离桥西约80m处)，此处最大流速2.5m/s，年平均流速为1.8m/s。我国的海流发电研究也已经有样机进入中间试验阶段。我国于1979年在舟山西垢门水道进行过螺旋浆式海流发电现场试验，目前，我国利用海流发电的相关因素正在形成中：技术逐步完善、低速永磁发电机(300kW以下)机组已经定型、近海(30m以下水深)桩基基础技术已经掌握、海底电缆接入与传送产品已经系列化、小直径叶型设计和制造技术已经掌握，相关的新材料技术、通信控制技术、电力电子技术等已经步入世界先进行列。10.4海流发电的可操作性海流发电模式是建立在与风力发电相似的基础上产生的，传统意义上的深海洋流发电，由于受远距离接入电网和深海资源的复杂性而几经波折，而利用近海海流发电的新发电模式一经提出，则需要强大的专业知识和产品技术来支撑。海流发电设备拥有特殊的功能，在1~3m/s的流速时能自动保持正常转速，一般流速都可利用；又利用了叶片优化设计，推力大，转换效率高。由于海水水流中的能量密度在同比情况下比空气流大许多，海流叶轮直径只需10m，风力机叶轮直径需要25m才取得相等功率，也就是同样大小的机型，海流发电机是风力机功率的很多倍。而且海流比风力稳定和持久连续，不像风力发电具有随机间歇性，不像水电站受来流影响很大。同时，海流发电也是风力发电最好的并网搭配，对可再生能源的开发应用极为有利。海底设备在选址时不会造成太大的冲突，涡轮机几乎是无声的工作，也不会影响景观。它们是可靠的供电设备，同风力发电和海浪发电不同的是，它几乎不受天气的影响。海流能是环境友好型的，其水轮置于海床上但在水下看不到的地方，生态影响较小。且由于海流发电装置转动速度较低，对海洋生物的影响也十分小。海流发电技术将再次表现出对工业技术挑战的吸引力，并不仅仅是为了一定的地方利益，全球能源政策将刺激采用更多的可再生能源。

海流发电模式是建立在与风力发电相似的基础上产生的,传统意义上的深海洋流发电,由于受远距离接入电网和深海资源的复杂性而几经波折,而利用近海海流发电的新发电模式一经提出,则需要强大的专业知识和产品技术来支撑。海流发电设备拥有特殊的功能,在1~3m/s的流速时能自动保持正常转速,一般流速都可利用;又利用了叶片优化设计,推力大,转换效率高。由于海水水流中的能量密度在同比情况下比空气流大许多,海流叶轮直径只需10m,风力机叶轮直径需要25m才取得相等功率,也就是同样大小的机型,海流发电机是风力机功率的很多倍。而且海流比风力稳定和持久连续,不像风力发电具有随机间歇性,不像水电站受来流影响很大。同时,海流发电也是风力发电最好的并网搭配,对可再生能源的开发应用极为有利。海底设备在选址时不会造成太大的冲突,涡轮机几乎是无声的工作,也不会影响景观。它们是可靠的供电设备,同风力发电和海浪发电不同的是,它几乎不受天气的影响。海流能是环境友好型的,其水轮置于海。

床上但在水下看不到的地方,生态影响较小。且由于海流发电装置转动速度较低,对海洋生物的影响也十分小。海流发电技术将再次表现出对工业技术挑战的吸引力,并不仅仅是为了一定的地方利益,全球能源政策将刺激采用更多的可再生能源。通过设备技术的进一步发展和完善,海流发电成本会大大降低。根据德国有关部门的规划,建设第一个拥有20台、每台发电1MW设备的海流发电场,其投资成本为1750欧元/kW,根据测算1年可等效运行3500h。由此可以同离岸的第一个大型海上风力发电场Hornsrev进行成本比较,后者投资成本1700欧元/kW,1年的等效运行时间3750h,发电成本6分(欧元)/kW·h。这样的话,如果海流发电的技术成熟、经验更丰富一些,海流发电将与近海海上风电场具有可比性。结束语水能资源是我国现象对较为丰富的一次能源，据勘察统计我国技术可开发的水能储量约为5.4164亿KW年发电量2.474亿万千瓦时，这相当于每年可提供约9亿t煤碳的能量，是我国经济发展重要而可贵的资源。利用水能发电不耗减总资源量，清洁，无污染，可再生和运行费用低，而且便于电力的调峰，因此世界上如巴西，挪威等国家依靠水力发电停供国内90%的电力。我国由于工业化进程的滞后，真正加强水电开发利用兴起于20世纪后期，到2004年低，全国水电装机容量达到1.0826亿KW，占技术可开发的20%；超过美国居世界第一位。水电是技术成熟的可再生能源，可再生能源最显著的优点就是它可以重复利用，源源不断，水电是当今世界上替代化石能源的第一主力。在目前的技术水平下，人类替代化石能源的最有效、最可行的还是水电。目前世界上凡是水电资源丰富而且开发程度高的国家的温室气体排放问题，都能得到很好的解决。我国的水能资源丰富，但由于开发程度太低，目前只有20%多，因此，温室气体排放的问题非常严重。如果我国的水电能得到最充分的开发利用，那么我们至少每年还可以多减排20亿吨二氧化碳。我们既要坚定不移地大力开发水能资源，也要充分重视水电开发对整体生态环境的影响。要在水电开发中逐步体现和落实绿色GDP的理念，建立科学规范的水电开发机制。谁的环保意识强，谁将最先取得特别通行证--绿色标签，谁就能取得主动，赢得经济绿色双丰收近年来，很多不赞同水电开发的误导宣传都把水电开发过度说成是引发水资源问题的根源之一。一些人士不能区分水资源开发与水资源应用的区别，认为水资源开发不能超过河流年径流量的40%。有的甚至把水电站说成是吞噬水资源的恶魔。个别水电站管理不善出现的暂时的断流、枯竭等现象被无限扩大化。事实上，水电开发的最重要意义，恰恰在于通过对河流水资源的人工调节，充分利用水资源为人类生产生活服务，并发挥河流的生态环境等功能。众所周知，我国水资源问题是水多、水少、水脏、水浑。目前，很多宣传认为解决水少问题的重要办法就是节约水资源，解决水多问题的主要方式就是防洪。但是，如果我们注意到我国的水资源问题是水多和水少同时存在，水资源的时空分布不均。用水库蓄水调节水资源的时空分布矛盾，才是解决我国水资源问题的最重要措施。蓄水水库是大型水电建设的重要组成部分，因此，当前我国水电开发的最重要意义首先在于调节水资源的需要。目前很多社会上的宣传都认为水电开发会造成河流的断流、枯竭，这是一种极大的误解。水电开发的水库蓄水是为了调解控制水资源，从理论上说水仅仅被储蓄起来（水库新建成的初期蓄水例外），总量是不会减少的，除了让河水听从我们的调遣，根本就不会把水资源损失掉。个别水电站由于管理不善出现暂时的、局部的水量减少和断流，不能作为水电开发本身的缺点。水电开发之后上游地区水资源的使用过量，更不能算成水电开发的罪状。水库蓄水只是为人们提供了一种管理控制河流水资源的手段，至于管理的效果如何还要取决于我们的管理者。现在，除了黄河之外，对于一些开发规划尚未完成的河流，我们国家水利部门还缺乏统一调度管理的条件，无法统一调度，经常会出现一些由于个别水电站管理不善造成的水资源问题。但是，即便在目前这种情况下，水电站的存在也还是能够发挥水资源调节功能的。例如，2006年四川发生严重旱灾，国家防总紧急调动嘉陵江、岷江上几座水电站保证了川渝地区的水资源供应。然而，去冬今春我国广西的漓江出现严重缺水，却因为上游没有任何水库，只能束手无策。目前人类社会对于水资源的需求，已经完全不同于过去，没有人工调解的水资源保证很难维持一个社会的正常需要。现在，一些人过分地强调水电开发淹没土地造成的生态损失。因此很多人对我国长江上游的水电开发规划忧心忡忡，认为水资源开发程度超过了61%可能会带来严重的生态问题。纵观世界已经成功地治理了河流的洪涝和干旱灾害的地区，很多数河流的水库蓄水总量都已经超过了河流的年径流量。例如：大家比较熟悉的美国的田纳西、科罗拉多，前苏联的叶尼塞河，