世界上最大的水力发电站

2017-06-05

世界上最大的水力发电站

三峡水电站，即长江三峡水利枢纽工程，又称三峡工程。中国湖北省宜昌市境内的长江西陵峡段与下游的葛洲坝水电站构成梯级电站。三峡水电站是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来建设最大型的工程项目。而由它所引发的移民搬迁、环境等诸多问题，使它从开始筹建的那一刻起，便始终与巨大的争议相伴。三峡水电站的功能有十多种，航运、发电、种植等等。三峡水电站1992年获得中国全国人民代表大会批准建设，1994年正式动工兴建，2003年六月一日下午开始蓄水发电，于2009年全部完工。机组设备主要由德国伏伊特(VOITH)公司、美国通用电气(GE)公司、德国西门子(SIEMENS)公司组成的VGS联营体和法国阿尔斯通(ALSTOM)公司、瑞士ABB公司组成的ALSTOM联营体提供。它们在签订供货协议时，都已承诺将相关技术无偿转让给中国国内的电机制造企业。三峡水电站的输变电系统由中国国家电网公司负责建设和管理，预计共安装15回500千伏高压输电线路连接至各区域电网。三峡水电站大坝高程185米，蓄水高程175米，水库长2335米，静态投资1352.66亿元人民币，安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组。三峡电站最后一台水电机组，2012年7月4日投产，这意味着，装机容量达到2240万千瓦的三峡水电站，2012年7月4日已成为全世界最大的水力发电站和清洁能源生产基地。

设备构造

建筑水电站，水电站英文：hydroelectric power station /hydropower plant (HPP)水电站是将水能转换为电能的综合工程设施，又称水电厂。它包括为利用水能生产电能而兴建的一系列水电站建筑物及装设的各种水电站设备。有些水电站除发电所需的建筑物外，还常有为防洪、灌溉、航运、过木、过鱼等综合利用目的服务的其他建筑物。这些建筑物的综合体称水电站枢纽或水利枢纽。水电站枢纽的组成建筑物有以下6种：(一)挡水建筑物用以截断水流，集中落差，形成水库的拦河坝、闸或河床式水电站的水电站的长房等水工建筑物。如混凝土重力坝、拱坝、土石坝、堆石坝及拦河闸等。(二)泄水建筑物用以宣泄洪水或放空水库的建筑物。如开敞式河岸溢洪道、溢流坝、泄洪洞及放水底孔等。(三)进水建筑物从河道或水库按发电要求引进发电流量的引水道首部建筑物。如有压、无压进水口等。(四)引水建筑物向水电站输送发电流量的明渠及其渠系建筑物、压力隧洞、压力管道等建筑物。(五)平水建筑物在水电站负荷变化时用以平稳引水建筑物中流量和压力的变化，保证水电站调节稳定的建筑物。对有压引水式水电站为调压井或调压塔;对无压引水式电站为渠道末端的压力前池。(六)厂房枢纽建筑物水电站厂房枢纽建筑物主要是指水电站的主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、交通道路及尾水渠等建筑物。这些建筑物一般集中布置在同一局部区域形成厂区。厂区是发电、变电、配电、送电的中心，是电能生产的中枢。

设备将水能转变为电能的机电设备称水电站动力设备。其在常规水电站和潮汐电站为水轮机和水轮发电机组成的水轮发电机组，及附属的调速器、油压装置、励磁设备等。抽水蓄能电站的动力设备为由水泵水轮机和水轮发电电动机组成的抽水蓄能机组及其附属的电气、机械设备。水电站的电气装置除水轮发电机及其附属设备外，还包括发电机电压配电设备、升压变压器、高压配电装置和监视、控制、测量、信号和保护性电气设备等。水电站的总装机容量P由下式计算：P = 9.81QHη式中 Q——通过水轮机的水流量，m3/s;H——水电站的水头，mη——水电站的总效率，一般为0.85~0.86

功能利用水电站枢纽集中天然水流的落差形成水头

水电站，汇集、调节天然水流的流量，并将它输向水轮机，经水轮机与发电机的联合运转，将集中的水能转换为电能，再经变压器、开关站和输电线路等将电能输入电网。通常用坝拦蓄水流、抬高水位形成水库，并修建溢流坝、溢洪道、泄水孔、泄洪洞(见水工隧洞)等泄水建筑物宣泄多余洪水。水电站引水建筑物可采用渠道、隧洞或压力钢管，其首部建筑物称进水口。[2] 水电站厂房分为主厂房和副厂房，主厂房包括安装水轮发电机组或抽水蓄能机组和各种辅助设备的主机室，以及组装、检修设备的装配场。副厂房包括水电站的运行、控制、试验、管理和操作人员工作、生活的用房。引水建筑物将水流导入水轮机，经水轮机和尾水道至下游。当有压引水道或有压尾水道较长时，为减小水击压力常修建调压室。而在无压引水道末端与发电压力水管进口的连接处常修建前池。为了将电厂生产的电能输入电网还要修建升压开关站。此外，尚需兴建辅助性生产建筑设施及管理和生活用建筑。

技术原理

水的落差在重力作用下形成动能，从河流或水库等高位水源处向低位处引水，利用水的压力或者流速冲击水轮机，使之旋转，从而将水能转化为机械能，然后再由水轮机带动发电机旋转，切割磁力线产生交流电。而低位水通过吸收阳光进行水循环分布在地球各处，从而回复高位水源。

历史沿革

1878年法国建成世界第一座水电站。石龙坝水电站1879年，瑞士建成世界第一座抽水蓄能电站。1912年，云南省昆明市郊建成中国大陆最早的水电站石龙坝水电站(1912) ，电站一厂于1910年7月开工，1912年4月发电，最初装机容量为480 kW。1913年，世界第一座潮汐电站建于德国北海之滨。最大的潮汐电站是法国建于圣玛珞湾的朗斯潮汐电站，装机24万千瓦。20世纪世界装机容量最大的水电站是巴西和巴拉圭合建的伊泰普水电站，装机1260万千瓦。20世纪30年代后，水电站的数量和装机容量均有很大发展。1978年日本建成海明号波浪发电试验船，是世界上第一座大型波能发电站。1985年，美国巴斯康蒂投产世界装机容量最大的抽水蓄能电站。1986年中国在浙江省建成试验性的江厦潮汐电站，装机3200千瓦。中国的广州抽水蓄能电站，一期工程装机120万千瓦，计划在90年代完工。1988年中国竣工的湖北葛洲坝水利枢纽，装机271.5万千瓦。80年代末，世界上一些工业发达国家，如瑞士和法国的水能资源已几近全部开发。1994年已开工兴建的三峡水利枢纽建成后，装机容量为2250万千瓦(32台70万kW+10万kW地下电源电站)，到目前为止已经成为世界上最大的水电站。2015年12月31日，环保部日前对黄河玛尔挡水电站的环境影响评价文件基本情况予以公示。玛尔挡水电站位于青海省海南藏族自治州同德县与果洛藏族自治州玛沁县交界处的黄河干流上，海拔在3200米以上，建成后将成为黄河上海拔最高的水电站。

基本类型

水能利用利用河流、湖泊水能的常规水电站;利用电力负荷低谷时的电能抽水至上水库，待电力负荷高峰期再放水至下水库发电的抽水蓄能电站;利用海洋潮汐能发电的潮汐电站;利用海洋波浪能发电的猫跳河红岩水电站波浪能电站。按对天然径流的调节方式分为：没有水库或水库很小的径流式水电站，水库有一定调节能力的蓄水式水电站。按水电站水库的调节周期分为多年调节水电站、年调节水电站、周调节水电站和日调节水电站。年调节水电站是将一年中丰水期的水贮存起来供枯水期发电用。其余调节周期的水电站含义类推。按发电水头分为高水头水电站、中水头水电站和低水头水电站。世界各国对此无统一规定。中国称水头70米以上的电站为高水头电站，水头70～30米的电站为中水头电站，水头30米以下的电站为低水头电站。按装机容量分为大型、中型和小型水电站。中国规定装机容量大于120万千瓦为大(1)型水电站，120万～30万千瓦为大(2)型水电站，30万～5万千瓦为中型水电站，5万～1万千瓦为小(1)型水电站，小于1万千瓦为小(2)型水电站。按发电水头的形成方式分为：以坝集中水头的坝式水电站、以引水系统集中水头的引水式水电站，以及由坝和引水系统共同集中水头的混合式水电站。水源类型可分为四类：[4] 常规水电站也称为坝式水电站。石龙坝水电站,利用天然河流、湖泊等水源发电。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，待水电站组成框图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。潮汐电站利用潮水涨落产生的水位差所具有的势能来发电。水式水电站调节能力按照水电站对天然水流的利用方式和调节能力，可以分为两类：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力很小的水电站。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。

工程建设分为：坝后式水电站，河床式水电站，引水式水电站，储能水电站，虹吸式水电站还常采用的分类方法：

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。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，苏丹麦洛维水电站水头大于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。

装机容量可分为大型、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〕;但统计上常将1.2万kW以下作为小水电站。水利部数据表示，目前我国共建成农村水电站4.7万多座，装机容量7300多万千瓦，年发电量2200多亿千瓦时，装机容量和发电量约占全国水电的24%，农村水能资源开发率达57%。

运行模式

原则运行的原则是要在经济合理地利用水力资源、保证水轮机电能质量的基础上，全面实现安全、满发、经济、多供的要求。水电站在电力系统中担任调频、调峰、调相、备用等任务。一般在洪水期间应充分利用水量，使全部机组投入运行，实现满发、多供，承担电力系统基荷;在水库供水期间运行时，应尽量利用水头，承担电力系统的腰荷和尖峰负荷，充分利用可调出力，起到系统的调频、调峰和事故备用的作用。水电站运行时，会受到不同河流之间补偿调节的影响;同一河流梯级开发时径流调节的影响;以及电力系统中，火电厂、水电站之间电力补偿的影响。在选择运行方式时，必须考虑这些因素。水电站运行包括正常运行、特殊运行、异常运行和经济运行。要使水电站正常运行，需注意电站的检修。正常可由自动和手动实现开机、停机，并由远方通过功率给定装置实现机组带负荷。运行中要注意：1、机组冷却风温变化对运行的影响;2.电力系统电压变化对机组运行的影响;3.电力系统频率变化对机组运行的影响;3.功率因数变化对机组运行的影响。特殊特殊运行包括调相运行和进相运行。前者指发电机在运行中功率因数发生变化并降至零时，电力系统需要补充无功功率，以调整系统的电压值回复到允许水平。这时，水电站的发电机需降低有功功率作调相运行。通常采用压水调相(即向水轮发电机的转轮室通入压缩空气以降低转轮室水位)。进相运行是电力系统低负荷运行时，容性无功容量过剩，就人为造成发电机从电力系统吸收无功功率，以降低系统某些点的过高的电压。异常运行指电站机组运行中出现异常或事故，这时应采取紧急措施，尽量避免事故扩大，并减少事故对系统的影响。经济原则是根据电力系统对水电站分配的负荷，合理选择机组的运行台数和机组间负荷的经济分配，用较少的水，发出尽可能多的电。主要措施是实行水库的合理调度，保持水电站于高水位运行。另外，在一定负荷下，合理选择开机台数，控制机组在高效率区运行等也是有效措施。

维护方法

检测水电站的维护包括检查和维修。以苏丹麦洛维水电站为例子检查分为：1.每1～2周一次的巡视。内容是在设备运行状态下，通过观察和常备的仪表检查有无异常情况，并进行注油和清扫。2.每1～3年一次的定期常规检修。是在停机情况下，主要从外部进行检查和测量。3.每5～10年进行一次定期详细停机检修。

维修1.临时维修。即发现异常或故障所作的及时修理。2.计划维修。为保证安全而进行的预防性维修和恢复性维修。这种维修需根据检查结果按计划进行。水电站的检修除临时检修外，均应安排在枯水季节进行，并在洪水季到来之前完成。随着水电站运行水平的提高，维护业务趋于集中化，即将邻近几个水电站集中在一个维修站进行检查和维修。这种方式不仅可节省人力，还可使水电站维修水平一致。

主要特点

电站有利因素1.清洁：水能为可再生能源，基本无污染。2.营运成本低，效率高;3.可按需供电;4.取之不尽、用之不竭、可再生5.控制洪水泛滥6.提供灌溉用水7.改善河流航动8.有关工程同时改善该地区的交通、电力供供应和经济，特别可以发展旅游业及水产养殖。不利因素1.生态破坏：大坝以下水流侵蚀加剧，河流的变化及对动植物的影响等。不过，这些负面影响是可预见并减小的。如水库效应2.需筑坝移民等，基础建设投资大3.降水季节变化大的地区，少雨季节发电量少甚至停发电4.下游肥沃的冲积土减少

市场1、能源的再生性。由于水流按照一定的水文周期不断循环，从不间断，因此水力资源是一种再生能源。所以水力发电的能源供应只有丰水年份和枯水年份的差别，而不会出现能源枯竭问题。但当遇到特别的枯水年份，水电站的正常供电可能会因能源供应不足而遭到破坏，出力大为降低。2、发电成本低。水力发电只是利用水流所携带的能量，无需再消耗其他动力资源。而且上一级电站使用过的水流仍可为下一级电站利用。另外，由于水电站的设备比较简单，其检修、维护费用也较同容量的火电厂低得多。如计及燃料消耗在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10倍至15倍。因此水力发电的成本较低，可以提供廉价的电能。3、高效而灵活。水力发电主要动力设备的水轮发电机组，不仅效率较高而且启动、操作灵活。它可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行;在几秒钟内完成增减负荷的任务，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成能源损失。因此，利用水电承担电力系统的调峰、调频、负荷备用和事故备用等任务，可以提高整个系统的经济效益。

发展前景

水电是清洁能源，可再生、无污染、运行费用低，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。在地球传统能源日益紧张的情况下，世界各国普遍优先开发水电大力利用水能资源。今后在水力资源丰富而又未充分开发的国家(如中国)，常规水电站的建设将稳步增长。大型电站的机组单机容量将向巨型化发展。同时，随着经济发展和能源日益紧张，小水电将受到各国的重视。由于电网调峰、调频、调相的需要，抽水蓄能电站将有较快的发展。而潮汐电站和波浪能电站的建设由于受建站条件及造价等因素制约，在近期内不会有大幅度的增长。各类电站的自动化和远动化将进一步完善和推广。中国水力发电行业市场前瞻与投资战略规划发展中国不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，都居世界第一位。截至2007年，中国水电总装机容量已达到1.45亿千瓦，水电能源开发利用率从改革开放前的不足10%提高到25%。水电事业的快速发展为国民经济和社会发展作出了重要的贡献，同时还带动了中国电力装备制造业的繁荣。三峡机组全部国产化，迈出了自主研发和创新的可喜一步。小水电设计、施工、中国水电设备行业市场前瞻与投资战略规划设备制造也已经达到国际领先水平，使中国成为小水电行业技术输出国之一。此外，中国水电产业各项经济指标增长较快。2007年1-11月，中国水力发电行业累计实现工业总产值93,826,334千元，比上年同期增长了20.88%;累计实现产品销售收入89,240,772千元，比上年同期增长了20.17%;累计实现利润总额24,689,815千元，比上年同期增长了35.91%。2008年1-8月，中国水力发电行业累计实现工业总产值77,284,104千元，比上年同期增长了25.14%;累计实现产品销售收入78,176,606千元，比上年同期增长了26.59%;累计实现利润总额18,007,801千元，比上年同期增长了14.03%。截至2012年底，我国水电年发电量达8641亿千瓦时，占全社会用电量的17.4%。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。2015年6月22日，哥斯达黎加楚卡斯水电站建设项目首台机组转子与顺利吊装完成。项目开始进行机组安装的过程。2015年11月5日，西北电力交易分中心透露，今年西藏水电累计外送电量达3.3亿千瓦时，最大外送电力24万千瓦，相当于减少受电地区煤炭消耗11万吨，减排二氧化碳30万吨。哥斯达黎加楚卡斯水电站由中国水利水电第11工程局有限公司承建，机组为2台5兆瓦的下拆式水轮发电机组，转子直径4.5米，高6.5米，重量145吨。首台机组转子的吊装完成，为楚卡斯水电站随后的干调试(无水试验)奠定了坚实的基础。“十二五”以来，长江上游西南地区一大批大中型水电站工程相继建成投产，形成我国最大的优质清洁水电基地。随着水电装机再创新高，“西电东送”能力进一步增强。现在四川已形成“四条直流+四条交流”的外送通道格局，外送能力达2850万千瓦。

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