水力發(fā)電高效靈活的清潔能源-工作使用原理

　　新能源發(fā)電種類很多，其中一種清潔的一次能源叫做水能，今天我們就來聊聊什么是水力發(fā)電。

　　水力發(fā)電原理?

　　我們都學(xué)過牛頓的萬有引力定律，地面上的任何物體包括水，都承受著來自地球的萬有引力作用，會(huì)受到一個(gè)垂直向下的重力。而水受到的這種力的作用就叫水力。而天然水體在受到重力的作用下，如果具有向下流動(dòng)的條件，就具有了做功的條件，就可以釋放出能量。河流中水的流動(dòng)、潮汐中水的流動(dòng)都具有釋放能量的潛力，所蘊(yùn)含的能量簡(jiǎn)稱水能。

　　水能的大小與水體的質(zhì)量和水體的落差成正比，也就是說水體的質(zhì)量越大、落差越高，所蘊(yùn)含的能量就越大。我們國(guó)家的長(zhǎng)江上游之所以能夠開發(fā)那么多水電站，就是因?yàn)閺那嗖馗咴綎|部平原有著5000多米的落差，所以蘊(yùn)含著巨大的能量。

　　如果水能沒有被開發(fā)利用，就只能沖刷河床、激起波浪、形成洪水，甚至造成災(zāi)難;只有被開發(fā)利用，才能轉(zhuǎn)化為我們可用的電能。

　　水能從哪里來?

　　河川徑流是由降雨、降雪形成的，而形成降水的空中的水汽是由太陽(yáng)能作用的結(jié)果，所以河川水能是一種現(xiàn)實(shí)的太陽(yáng)能，是通過地球的大氣循環(huán)將照射在地球上的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為了水能。這種水能不僅可以再生和便于清潔利用，不會(huì)像煤、石油、天然氣(實(shí)際上這些化石能源也是儲(chǔ)存的太陽(yáng)能)那樣越用越少及大量的碳排放，而且比風(fēng)能、光能等其他形式的系能源能量容易集中，便于規(guī)模利用。所以，我們使用的所有能源都來自于太陽(yáng)能。

　　河川的能量被利用有一個(gè)重要的指標(biāo)，叫天然水流出力。天然水流出力是指河川徑流所蘊(yùn)藏的水流功率。河川徑流在其流動(dòng)時(shí)雖然具有動(dòng)能，但這部分動(dòng)能是由徑流的勢(shì)能轉(zhuǎn)換而來。水流的勢(shì)能與水流大小及其可做功的垂直高差成正比。

　　什么是水力發(fā)電?

　　上面說到河川徑流具有能量，那么水力發(fā)電就是利用一系列的工程措施，集中水流出力，使水能通過水輪機(jī)轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的過程。

　　這個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程中會(huì)有各種能量的損耗，包括水流與管道摩擦產(chǎn)生的能量損失、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的能量損失等，能量轉(zhuǎn)換效率不可能做到百分之百。

　　水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)

　　水力發(fā)電的一次能源是可再生的，水流的能量被用來發(fā)電后，在自然界的循環(huán)中還會(huì)產(chǎn)生新的水能，水能產(chǎn)生自太陽(yáng)能，只要太陽(yáng)不滅，江河水流便會(huì)年年不斷，水力發(fā)電也能年年不息。

　　水力發(fā)電是清潔無污染的。水力發(fā)電的過程不涉及水的化學(xué)變化，不消耗水量，不排放有毒有害物質(zhì)，不產(chǎn)生二氧化碳。

　　水力發(fā)電過程相對(duì)簡(jiǎn)單。相較于火電、核電等，水電站從水能轉(zhuǎn)化為電能是在水電站一次完成的，少了加熱變成水蒸氣的過程，水力發(fā)電工藝過程要簡(jiǎn)單得多。

　　水力發(fā)電運(yùn)行成本低。水力發(fā)電一次能源是天賜的，不花費(fèi)費(fèi)用，過程簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)管理人員少，自用電量少，水力發(fā)電成本僅為火電、核電成本的1/4~1/3。

　　水電對(duì)電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻能力強(qiáng)。水電機(jī)組的啟動(dòng)、停止十分迅速，可以在幾秒鐘內(nèi)大量增減負(fù)荷。從靜止到并網(wǎng)帶滿負(fù)荷水電只需要幾分鐘，而火電則需要幾小時(shí)。所以水電是電力系統(tǒng)調(diào)峰調(diào)頻、擔(dān)負(fù)事故備用最理想的電源。

　　水力發(fā)電效率高壽命長(zhǎng)。水電站從水能轉(zhuǎn)換為電能的總效率一般都在80%以上，其中發(fā)電機(jī)效率在98%以上。總效率比火電高得多。水電站的設(shè)計(jì)壽命一般可達(dá)50~100年，實(shí)際上，除部分機(jī)電設(shè)備運(yùn)行一二十年后需要維修、更新外，水工建筑的壽命還要更長(zhǎng)。

　　水力發(fā)電有多種綜合利用效益。水力發(fā)電工程與河流綜合開發(fā)利用一起，可以兼顧防洪、灌溉、航運(yùn)、水產(chǎn)、旅游和改善生態(tài)環(huán)境等作用，同時(shí)，還有帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的作用。

　　水力發(fā)電的缺點(diǎn)

　　有優(yōu)點(diǎn)就有缺點(diǎn)，水力發(fā)電也有自身需要克服的一些缺點(diǎn)。

　　首先是水力發(fā)電的出力受水文條件制約。河川徑流，年內(nèi)有豐水季和枯水季，每年的徑流量也有差異，所以發(fā)電量的大小受到了水文條件的制約。修建高壩增加水庫(kù)調(diào)節(jié)能力，可以改善這種情況。

　　其次是水力開發(fā)對(duì)生態(tài)環(huán)境也有負(fù)面影響。水力發(fā)電要在河流上建壩，會(huì)影響魚類的生存環(huán)境、會(huì)淹沒部分土地、可能觸發(fā)地質(zhì)災(zāi)害等，在不同的河流、不同的河段、不同的壩址上建壩，所產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境問題是不同的，這也要求我們?cè)陂_發(fā)時(shí)做到綜合考慮。

　　其次是水電通常需要遠(yuǎn)距離輸送。上面說到水能主要與落差和水量相關(guān)，這就決定了我們國(guó)家的水電主要分布在西南，而負(fù)荷中心又在東部沿海，所以需要修建大量的高壓輸電線路將電能輸送至負(fù)荷中心。

　　最后是水電投資大。水電站的建設(shè)需要修建大量的水工設(shè)施，花費(fèi)大量投資作為環(huán)境整治，機(jī)電設(shè)備也是重要的投資源，所以總投資較大，所需要的總工期也較長(zhǎng)。