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水力发电将水的势能转化为电能。
水力发电将水的势能转化为电能。

水电

水力发电是将水的势能转化为电能而产生的一种可再生能源。

它是通过利用流动的水(通常来自溪流、河流或湖泊)来旋转涡轮机以激活发电机而产生的。
这种能源在世界范围内广泛用于大规模发电。

水库(或蓄水池)水力发电厂:
这些工厂配备了水坝和蓄水池。水通过压力管从水库中释放出来,以转动涡轮机并发电。水库发电厂的规模可能很大,通常具有较大的储水能力,这使它们能够根据需求调节电力生产。

径流式水力发电厂:
与水库发电厂不同,径流发电厂没有水坝或水库。他们只是利用溪流或河流的自然流动来转动涡轮机并发电。这些电厂的规模通常较小,并且依靠水文条件进行发电。

抽水蓄能水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
站:

抽水蓄能电站设计为使用两个储罐(一个上储罐和一个下储罐)储存能量。在电力需求低的时候,水从下水库抽到上水库以储存势能。当电力需求高时,水从上部水箱释放出来,使涡轮机旋转并发电。

微型水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
站:

微型水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
站是小型水力发电装置,容量通常小于100千瓦。它们可以安装在小溪或河流上,通常用于当地目的,例如为偏远社区或工业场所供电。

小型水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
站:

小型水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
站的发电能力略高于微型发电厂,通常高达几兆瓦。它们通常用于为小城镇、工业或偏远农村地区供电。
重力式发电厂使用水流和液位差。
重力式发电厂使用水流和液位差。

重力发电厂

重力供电发电厂利用水流和液位差异。它们可以根据涡轮机流量和水头高度进行分类。重力发电厂有三种类型(此处按水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
组合中的重要性顺序列出):

- 径流发电厂利用河流的流量,提供“径流”产生的基本负荷能源,并立即注入电网。它们需要比大型发电厂便宜得多的简单开发:小型导流结构,用于将可用流量从河流转移到发电厂的小型水坝,当河流流量过低时,可能是一个小型水库(排空常数(2)少于2小时)。它们通常由取水口、隧道或运河组成,然后是位于河岸的水管和水力发电厂。隧道或运河中的低压降(3)使水相对于河流的高度增加,从而获得势能;
- 在莱茵河或罗纳河等坡度相对陡峭的大河中锁定发电厂,河流上的水坝或与河流平行的运河上的水坝会产生一系列十米级瀑布,由于与河流平行的堤坝,这些瀑布不会扰乱整个山谷。水力发电厂位于大坝脚下,涡轮机将河水冲走。对两个大坝之间储存的水进行精心管理,除了基本负荷外,还可以提供峰值能量;
- 湖泊发电厂(或高水头发电厂)也与大坝形成的水库有关。他们的大型水库(排空常数超过200小时)允许季节性储水和调节电力生产:湖泊发电厂在消耗量最高时段调用,并可以对高峰做出反应。在法国有很多这样的人。该工厂可以位于大坝脚下或更低的地方。在这种情况下,水通过负责湖泊的隧道输送到发电厂的入口。
它们有两个盆和一个可逆装置,可用作泵或涡轮机。
它们有两个盆和一个可逆装置,可用作泵或涡轮机。

泵送式能量传输站

抽水式能量传输站有两个盆地,一个是上部盆地(例如高海拔湖泊)和一个下部盆地(例如人工水库),在盆地之间放置一个可逆装置,该装置可以用作液压部分的泵或涡轮机,以及电气部分的电机或交流发电机。

上游盆地的水在发电需求旺盛的时期进行涡轮机发电。 然后,在能源便宜的时期,这些水从下盆地抽到上盆地,依此类推。这些工厂不被认为是从可再生能源中产生能源的,因为它们消耗电力来产生涡轮机水。
这些是储能设施。
他们经常应网络的要求进行短期干预,并作为最后的手段(在其他水力发电厂之后)进行长期干预,特别是因为要提升的水的成本。产生的能量和消耗的能量之间的效率在70%到80%之间。
当非高峰期(购买低成本电力)和高峰期(出售高价电力)之间的电价差异很大时,该操作是有利可图的。

技术操作

水力发电厂由2个主要单元组成:

- 水库或取水口(在径流发电厂的情况下),可以形成瀑布,通常带有储罐,以便发电厂即使在低水位期间也能继续运行。

- 挖出的引水渠可用于将横向到达大坝池塘的多余水引流。溢洪道允许河流的洪水通过而不会对建筑物造成危险;
发电厂,也称为工厂,它允许瀑布用于驱动涡轮机,然后驱动交流发电机。

水坝


到目前为止,最常见的是由土堤或采石场通过爆破获得的防波堤制成的水坝。防水层位于中心(粘土或沥青混凝土)或上游表面(水泥混凝土或沥青混凝土)。这种类型的大坝适应各种地质;
重力坝首先用砖石建造,然后是混凝土,最近用 BCR 压路机压实混凝土),这可以大大节省时间和金钱。基石必须质量好;
混凝土拱形水坝适应相对狭窄的山谷,其河岸由优质岩石制成。其形状的微妙性使得减少混凝土数量和建造经济的水坝成为可能;
多拱坝和扶壁坝不再建造。BCR重力坝取代了它们。
涡轮机将水流的能量转化为机械旋转
涡轮机将水流的能量转化为机械旋转

涡轮机

这些工厂配备了涡轮机,将水流的能量转化为机械旋转,以驱动交流发电机。

使用的涡轮机类型取决于瀑布的高度:
- 对于非常低的扬程高度(1 至 30 米),可以使用灯泡涡轮机;
- 对于低水头(5 至 50 米)和高流速,Kaplan 涡轮机是首选:其叶片可操纵,这使得在保持良好效率的同时将涡轮机的功率调整到水头高度成为可能;
- 混流式涡轮机用于中等扬程(40 至 600 米)和中等流量。水通过叶片的外围进入并在其中心排出;
- Pelton 涡轮机适用于高瀑布(200 至 1,800 米)和低流量。它通过喷油器在非常高的压力下接收水(水对铲斗的动态冲击)。

对于小型水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
站,低成本(且效率较低)的涡轮机和简单的概念有助于安装小型机组。

能源问题

生产的成本效益和可预测性

大坝建设的特点是投资越高,落差越高,山谷越宽。
这些资本支出根据开发的特点以及与社会和环境限制有关的辅助费用,特别是被征用土地的成本而有很大差异。
与电力生产调节能力相关的经济优势使得这些投资有可能盈利,因为水资源是免费的,维护成本降低。

水力发电可以满足调整电力生产的需要,特别是通过水坝或堤坝将水储存在大型水库中。
然而,水力发电量的年度波动很大。它们主要与降雨有关。在水资源丰富的年份,产量可以增加15%,在大干旱的年份,产量可以减少30%。

社会和环境影响

水力发电有时因造成人口流离失所而受到批评,河流和溪流是建立住房的特权场所。
例如,中国的三峡大坝已使近200万人流离失所。由于水调节的改变,尽管安装了鱼道等设备,但大坝上游和下游的生态系统可能会受到干扰(包括水生物种的迁移)。

计量单位和关键指标

水力发电测量

水力发电厂的功率可以通过以下公式计算:

P = Q.ρ.H.g.r

跟:

  • P:功率(以W表示)

  • 问:以立方米/秒为单位测量的平均流量

  • ρ : 水的密度,即 1 000 kg/m3

  • H:坠落高度(米)

  • g:重力常数,即近 9.8 (m/s2)

  • 答:工厂效率(0.6 到 0.9 之间)


关键数据

全球:

2018年,水电
为什么选择潮汐能? - 它是一种可再生能源,因为潮汐是可预测的,只要月球和太阳对地球施加引力影响,潮汐就会继续存在。 - 它很少或没有温室气体排放或空气污染。 - 它对陆地的影响很小,因为潮汐坝通常占据已经有人类居住的地区,例如河口或港口。
占全球发电量的近15.8%(年发电量约为4,193 TWh);
十几个国家,包括欧洲的四个国家,一半以上的电力来自水力发电。挪威领先,其次是巴西、哥伦比亚、冰岛、委内瑞拉、加拿大、奥地利、新西兰和瑞士。

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