水力发电

水力发电（Hydroelectric Power）是水能的主要利用方式，简称水电。

水力发电是在古代先民利用水的浮力使木船航行、用水车磨米、用潮汐磨面等的基础上发展起来的。

1878年，人类第一次利用水力进行发电。此后，水力发电成为开发利用水能资源的一种重要方式进入现代，世界水电开发规模越来越大，水电总装机容量由1925年的2.64万MW增至2011年的100万MW以上。

但是，进入20世纪50年代后，除了传统的煤炭发电之外，石油发电、天然气发电、核能发电相继崛起，可再生能源发电也占有一席之地，致使“靠天吃饭”的水力发电在世界电力生产中的地位不断下降。

1925年，世界水力发电量占全球发电总量的比例高达40.0%，1950年降为35.8%.1979年降到21.6%，到2009年则进一步下降至16.1%。

截至2021年，发达国家的水能开发利用程度已经较高，发展中国家的水能开发潜力仍然较大。

水力发电是将水能转换为电能的一种发电形式。

利用水的质量与水流的冲击力推动水轮机，再由水轮机带动发电机的转子转动，使发电机发出电来，这种把水的势能和动能转变为机械能，然后又将机械能转变为电能的方法叫做水力发电。

水力发电原理图

发电流程

河川的水经由拦水设施后，经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂。当机组需运转发电时，打开主阀（水龙头开关）后，开启导翼（水龙头大小）使水冲击水轮机，水轮机转动后带动发电机旋转，发电机加入励磁后产生电压，并于断路器闭合后开始向电力系统输出电能。如果要调整水力发电机组的输出，可控制导翼的开度，通过增减流量来实现，发电后的水经由尾水路回到河道，供给下游的用水使用。

水电站工艺流程图

水力发电厂常见水工建筑物有：为形成水库需要的挡水建筑物，如坝、水闸等;排泄多余水量的泄水建筑物，如滥洪道、滥流坝、泄水孔等;为发电取水的进水口;由进水口至水轮机的水电站引水建筑物;为平稳引水建筑物的流量和压力变化而设置的水平建筑物(见调压室前池)以及水电站厂房、尾水道、水电站升压开关站等。对这些建筑物的性能、适用条件结构和构造的形式、设计、计算和施工技术等都要进行细致研究。

船闸

船闸是克服河流上建坝（或天然）形成的集中水位差的一种过船建筑物，它是由上下闸首、闸门、闸室等组成。

船闸

机电灌排

指利用动力机（如内燃机、电动机）带动水泵或其他提水工具，进行排涝或灌溉。

鱼道

鱼道，就是供鱼类洄游的通道，由于人类活动破坏了鱼类洄游的通道而采取的补救措施，一般通过在水闸或坝上修建人工水槽来保护鱼类的习性。

护坦和海曼

闸、坝下游的消力池底板，称为护坦。它是被用来保护水跃范围内的河床免受冲刷。一般用混凝土或桨砌石做成，护坦的高程和尺寸取决于护坦水跃旋滚的水力特性。紧接护坦或消力池后面的消能防冲措施，称为海漫。其作用是进一步消杀水流的剩余动能，保护河床免受水流的危害性冲刷。

垛坝

坝垛布置与河岸平行，有调缓溜势保护堤岸作用，其形式多样，有人字形、月牙形、盘形、雁翅形、鱼鳞形等。

丁坝

又称“挑流坝”，是与河岸正交或斜交伸入河道中的河道整治建筑物。该坝的端与堤岸相接呈“T”字形。

丁坝

溢洪道

用于宣泄规划库容所不能容纳的洪水，保证坝体安全的开敞式或带有胸墙进水口的溢流泄水建筑物。溢洪道一般不经常工作，但却是水库枢纽中的重要建筑物。溢洪道按泄洪标准和运用情况，分为正常溢洪道和非常溢洪道。前者用以宣泄设计洪水，后者用于宣泄非常洪水。按其所在位置，分为河床式溢洪道和岸边溢洪道。

导流洞

指用于施工导流目的的隧洞。隧洞导流主要适用于河谷狭窄、岸陡岩坚的山区河流。

冲砂洞

指防止泥沙进入建筑物（如渠道、引水洞、厂房）而修筑的一种冲沙设备。

冲砂洞

泄水洞

指水库向下游泄洪、放水灌溉和发电的通道，包括设在坝端或坝下的涵洞或在坝端附近岩石开凿的隧洞。

地下水库

地下水库是地下砂砾石孔隙、岩石裂隙或溶洞所形成的，或指修建于地下并以含水层为调蓄空间，通过修建地下截水墙以截蓄地下水或潜流而形成的有确定范围的贮水空间。

水闸

修建在河道、渠道或湖、海口，利用闸门控制流量和调节水位的水工建筑物。

堤防

简称堤，亦称堤埝。指为防御水流漫溢而在岸边修筑的水工建筑物。一般用土修筑。

泵站

泵站是能提供有一定压力和流量的液压动力和气压动力的装置和工程称泵和泵站工程。排灌泵站的进水、出水、泵房等建筑物的总称。

水利枢纽

为了开发利用水利资源和防治水害，将几种水工建筑物集中修建在一起，它们各自发挥作用又互相配合工作。这些彼此直辖市工作的水工建筑物组成的综合体，叫水利枢纽。

消力池

消力池促使在泄水建筑物下游产生底流式水跃的消能设施。消力池的型式通常有下降式、消力槛式和综合式等3种。

渡槽

渡槽，指输送渠道水流跨越河渠、溪谷、洼地和道路的架空水槽。

这类水电站的特点是上下游水位差主要靠大坝形成，坝式水电站又有坝后式水电站和河床式水电站两种形式。

厂房位于大坝后面，在结构上与大坝无关。若淹没损失相对不大，有可能筑中、高坝抬水，来获得较大的水头。目前中国最高的大坝是四川省二江淮水电站大坝，混凝土双曲拱坝的坝高240m；世界上总装机容量最大的水电站，也是总总装机容量最大的坝后式水电站是中国的三峡水电站，总装机容量为38200MW。

厂房位于河床中作为挡水建筑物的一部分，与大坝布置在一条直线上，一般只能形成50m以内的水头，随着水位的增高，作为挡水建筑物部分的厂房上游侧剖面厚度增加，使厂房的投资增大。中国目前总装机容量最大的河床式水电站是湖北省葛洲坝水电站，总装机容量为2715MW。

这类水电站的特点是上下游水位差主要靠引水形成。引水式水电站又有无压引水式水电站和有压引水式水电站两种形式。

用引水渠道从上游水库长距离引水，与自然河床产生落差。渠首与水库水面为平水无压进水，渠末接倾斜下降的压力管道进入位于下游河床段的厂房，一般只能形成100m以内的水头，使用水头过高的话，在机组紧急停机时，渠末压力前池的水位起伏较大，水流有可能溢出渠道，不利于安全，所以电站总装机容量不会很大，属于小型水电站。

用穿山压力隧洞从上游水库长距离引水，与自然河床产生水位差。洞首在水库水面以下有压进水，洞末接倾斜下降的压力管道进入位于下游河床的厂房，能形成较高或超高的水位差。世界上最高水头的水电站，也是最高水头的有压引水式水电站是奥地利雷扎河水电站，其工作水头为1771m。中国引水隧洞最长的水电站是四川省太平驿水电站，引水隧洞的长度为10497m。

在一个河段上，同时将坝和有压引水道结合起来共同集中落差的开发方式，叫混合式开发。水电站所利用的河流落差一部分由拦河坝提高；另一部分!由引水建筑物来集中以增加水头，坝所形成的水库，又可调节水量，所以兼有坝式开发和引水式开发的优点。

这类水电站的特点是上下游水位差靠特殊方法形成。目目前，特殊水电站主要包括抽水蓄能水电站和潮汐水电站两种形式。

抽水蓄能发电是水能利用的另一种形式，它不是开发水力资源向电力系统提供电能，而是以水体作为能量储存和释放的介质，对电网的电能供给起到重新分配和调节作用。

电网中火电厂和核电厂的机组带满负荷运行时效率高、安全性性好，例如大型火电厂机组出力不宜低于80%，核电厂机组出力不宜低于80%~90%，频繁地开机停机及增减负荷不利于火电厂和核电厂机组的经济性和安全性。因此在凌晨电网用电低谷时，由于火电厂和核电厂机组不宜停机或减负荷，电网上会出现电能保共大于求的情况，这时可启动抽水蓄能水电站中的可逆式机组接受电网的电能作为电动机机--水泵运行，正方向旋转将下水库的水抽到上水库中，将电能以水能的形式储存起来；在白天电网用电高峰时，电网上会出现电能供不应求的情况，这时可用上水库推动可逆式机组反方向旋转，可逆式机组作为发电机--水轮机运行，这样可以大大改善电网的电能质量。

在海湾与大海的狭窄处筑坝，隔离海湾与大海，涨潮时水库蓄水，落潮时海洋水位降低，水库放水，以驱动水轮发电机组发电。这种机组的特点是水头低、流量大。潮汐电站一般有3种类型，即单库单向型（一个水库，落潮日时放水发电）、单库双向型（一个水库，涨潮、落潮时都能发电）和双库单向型（利用两个始终保持不同水位的水库发电）。德国建成世界第一座实验性小型潮汐电站--布苏姆潮汐电站。中国浙江江厦潮汐电站装机容量3200KW，居世界第三位。世界上最大的潮汐电站是法国的朗斯潮汐电站，总装机容量为342MW。

水力发电是水资源综合开发、治理、利用系统的一个组成部分。因此，在进行水电工程规划时要从水资源的充分利用和河流的全面规划综合考虑发电、防洪、灌溉、通航、漂木、供水、水产养殖、旅游等各方面的需要，统筹兼顾，尽可能充分满足各有关方面的要求取得最大的国民经济效益。水力资源又属于电力能源之一，进行电力规划时，也要根据能源条件统一规划。在水力资源比较充沛的地区，宜优先开发水电，充分利用再生性能源以节约宝贵的煤炭、石油等资源。水力发电与火力发电为当今两种主要发电方式，在同时具备此两种方式的电力系统中，应发挥各自的特性，以取得系统最佳经济效益。一般火力发电宜承担电力系统负荷平稳部分（或称基荷部分），使其尽量在高效工况下运行，可节省系统燃料消耗，有利安全、经济运行：水力发电由于开机、停机比较灵活，宜于承担电力系统的负荷变动部分，包括尖峰负荷及事故备用等。水力发电亦适宜为电力系统担任调频和调相等任务。

中国的水电事业在新中国成立以后有了长足的发展，但还存在很多问题。例如二滩水电站是新中国成立以来四川省投资最密集、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。这种情况在中国的水电站中普遍存在。究其原因，主要有以下几点：

在管理体制上高度断的电力工业体制阻碍了水电的发展。

在目前经济利益关系上，火电生产的多少与各大小煤矿的经济效益直接相关。中国长期以火电为主，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”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。

在技术上，于水电的调峰或负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，造成水电资源的巨大浪费。

总之，中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。因此中们应该大力宣传在中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。

水力发电的能源有汛期和枯水期、丰水年和枯水年的差别，但规律性强，不会出现太阳能和风能那样的随机和不均衡现象：地域性资源集中分布，不存在像生物质能收集困难的问题，所以只要合理利用，水能相对稳定而持续。

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。如将燃料采购和节能减排投资算在内，火电厂的年运行费用约为同容量水电站的10~15倍。因此水力发电的资金和环境成本都低，可以提供廉价且清洁的电能。

水力发电效率高达90%以上，且启动、操作灵活。水力发电设备可以在几分钟内从静止状态迅速启动投入运行：在几秒钟内完成负荷的增减，适应电力负荷变化的需要，而且不会造成能源损失。因此，水电经常承担整个电力系统的调峰、调频备用等任务，可提高电力系统的整体效率和收益。

水电站建成后一般都兼有控制流域洪水泛滥、提供农业灌溉用水、改善河道航运能力，以及发展旅游业和水产养殖业等多种效益。

对于中大型水电站，建设后会出现泥沙淤积，淹没良田、森林和古迹的现象，可能造成附近疾病传染，还可能影响鱼类的生活和繁衍。库区周围地下水位大大提高，会对周边生态系统和动植物种群繁衍造成影响。大型水电站建设还可能影响流域的气候，导致干旱或洪水。特别是大型水库甚至还有诱发地震的可能。

兴建大型水电站土石方工程和混凝土工程巨大，造成大量的淹没损失，须支付巨额移民安置费用：建设周期较火电厂建设长；但建成后，运行费用相对较低。

水力发电建设的布局和规模受到区域水文、气候和地形等环境的限制。目前最大单机容量为70万千瓦左右，且建厂后不易增加容量。

不少疾病如阿米巴痢疾、伤寒、疟疾、细菌性痢疾、霍乱、血吸虫病气等直接或间接地都与水环境有关。如丹江口水库、新安江水库等建成后，原有有陆地变成了湿地，利于蚊虫滋生，都曾流行过疟疾病。由于三峡水库介于两大血吸虫病流行区（四川成都平原和长江中下游平原）之间，建库后水面增大，流速减缓，因此对钉螺能否从上游或下游向库区迁移并在那儿滋生繁殖，都是需要要重视的环境问题。

三峡水库将淹没陆地面积632平方千米，移民总数超过1100万人。移民政策的调整表现为：

（1）将原计划在三峡库区就地后靠搬迁的部分农村移民，远迁到库区以外的经济发达地区，至今已经搬迁移民近40万，外迁的有10万。

（2）对一批原计划搬迁重建的工矿企业实行破产或关闭。据资料统计，三峡库区原有1599个工矿企业中有1013个实行了破产或关闭。

中国是历史文明古国，文物古迹极多。水库库区淹没后可能对文物和景观带来影响，这一问题也需要引起高度重视。水库蓄水淹没原始森林，涵洞引水使河床干涸，大规模工程建设对地表植被的破坏，新建城镇和道路系统对野生动物栖息地的分割与侵占，都会造成原始生态系统的改变，威胁多样生物的生存，加剧了物种的灭绝。如贡嘎山南坡水坝的修建，造成牛羚、马鹿等珍稀动物的高山湖滨栖息活动地的丧失以及大面积珍稀树种原始林的淹毁。

一般情况下，地区性气候状况受大气环流所控制，但修建大、中型水库及灌溉工程后，原先的陆地变成了水体或湿地，使局部地表空气变得较湿润，对局部小气候会产生一定的影响，主要表现在对降雨、气温、风和雾等气象因子的影响。

（1）降雨量有所增加。这是由于修建水库形成了大面积蓄水，在阳光辐射下，蒸发量增加引起的。

（2）降雨地区分布发生改变。水库低温效应的影响可使降雨分布发生改变，一般库区蒸发量加大，空气变得湿润。实测资料表明，库区和邻近地区的降雨量有所减少，而一定距离的外围区降雨则有所增加，一般来说，地势势高的迎风面降雨增加，而背风面降雨则减少。

（3）降雨时间的分布发生改变。对于南方大型水库，夏季水面温度低于气温，气层稳定，大气对流减弱，降雨量减少；但冬季水面较暖，大气对流乍用增强，降雨量增加。

水库建成后，库区的下垫面由陆面变为水面，与空气间的能量：交换方式和强度均发生变化，从而导致气温发生变化，年平均气温略有升高。

水库修建后改变了下游河道的流量过程，从而对周围环境造成影响。水库不仅存蓄了汛期洪水，而且还截流了非汛期的基流，往往会使下游河道水位大幅度下降甚至断流，并引起周围地下水位下降，从而带来一系列的环境生态问题：下游天然湖泊或池塘因断绝水的来源而干涸；下游地区的地下水位下降；人海口因河水流量减少引起河口淤积，造成海水倒灌；因河流流量减小，使得河流自净能力降低；以发电为主的水库，多在电力系统中担任峰荷，下泄流量的日变化幅度较大，致使下游河道水位变化较大，对航运、灌溉引水位和养鱼等均不有较大影响；当水库下游河道水位大幅度下降以至断流时，势必造成水质的恶化。

河流中原本流动的水在水库里停滞后便会发生一些变化。首先是对航运的影响，比如过船闸需要时间，从而对上、下行航速带来影响；水库水温有可能升高，水质可能变差，特别是水库的沟汉中容易发生水污染，如水华现象的出现等；水库蓄水后，随着水面的扩大，蒸发量的增加，水汽、水雾就会增多等。这些都是修坝后水体变化带来的影响。水库蓄水后，对水质可产生正负两方面的影响。

（1）有利影响：库内大体积水体流速慢，滞留时间长，有利于悬浮物的沉降，可使水体的浊度、色度降低；库内流速慢，藻类活动频繁，呼吸作用产生的COg与水中钙、镁离子结合产生CaCO，和MgCO，并沉淀下来，降低了水体硬度。

（2）不利影响：库内水流流速小，降低了水、气界面交换的速率和污染物的迁移扩散能力，因此复氧能力减弱，使得水库水体自净能力比河流弱库内水流流速小，透明度增大，利于藻类光合作用，坝前储存数月甚至几年的水，因藻类大量生长而导致富营养化；被淹没的植被和腐烂的有机物会大量消耗水中的氧气，并释放沼气和大量二氧化碳，同样导致温室效应；悬移质沉积于库底，长期累积不易迁移，若含有有毒物质或难降解的重金属，可形成次生污染源。

修建大坝后可能会触发地震、塌岸、滑坡等不良地质灾害。

（1）大型水库蓄水后可诱发地震。其主要原因在于水体压重引起地壳应力的增加；水渗人断层，可导致断层之间的润滑程度增加；增加岩层中空隙水压力。

（2）库岸产生滑塌。水库蓄水后水位升高，岸坡土体的抗美强度降低，易发生塌方、山体滑坡及危险岩体的失稳。

（3）水库渗漏。渗漏造成周围的水文条件发生变化，若水库为污力水库或尾矿水库，则渗漏易造成周围地区和地下水体的污染。

以三门峡水库为例说明水库淤积问题。水库于1960年蓄水，一年半后，15亿吨泥沙全部淤在潼关至三门峡河段，潼关河床抬高4.5米，淤积带延伸到上游的渭河口，形成拦门沙，两岸地下水位也随之抬高，从而造成两岸农田次生盐碱化。

水库蓄水引起库区土地浸没、沼泽化和盐碱化。

（1）浸没：在浸没区，因土壤中的通气条件差，造成土壤中的微生物活动减少，肥力下降，影响作物的生长。

（2）沼泽化、潜育化：水位上升引起地下水位上升，土壤出现沼泽化、潜育化，因过分湿润致使植物根系衰败，呼吸困难。

（3）盐碱化：由库岸渗漏补给地下水经毛细管作用升至地表，在强烈蒸发作用下使水中盐分浓集于地表，形成盐碱化。土壤溶液渗透压过高，可引起植物生理千旱。

这里的鱼类是特指的，生物物种则泛指动物、植物和微生物。当前社会上极为关注的是大坝建设对洞游鱼类造成的影响。事实上，洞游鱼类由于种类不同，其生存的环境也各不相同，如鲟鱼，相当一部分是在北纬45°左右的日本北海道和中国乌苏里江、黑龙江、松花江等河、海之间洞游。而且，并不是每条河流都有洞游鱼类。世界各国在建坝时解决鱼类洞游间题通常采取两种办法：一种是采取工程措施，建鱼梯、鱼道等；另一种是对洞游鱼类进行人工繁殖。中国长江葛洲坝工程建设中，解决中华鲟洞游问题就选择了人工繁殖的办法，事实证明是比比较成功的。需要强调的是，在不同的地区、不同的河流上建坝，对鱼类和生物物种的影响是不同的，要对具体的河流进行具体的分析，不能一概而论。

（1）对陆生植物和动物的影响：

1）永久性及直接的影响，库区淹没和永久性的工程建筑物对陆生植物和动物都会造成直接破坏；

2）间接的影响，指局部气候，土壤沼泽化、盐碱化等所造成的对动动植物的种类、结构及生活环境等的影响。

（2）对水生生物的影响：主要指对水生藻类植物的影响。7水库淹没区和浸没区原有植被的死亡以及土壤可溶盐都会增加水体中氨磷的含量，库区周围农田、森林和草原的营养物质随降雨径流进入水体，从而形成富营养化的有利条件。

（3）对鱼类的影响：切断了洞游性鱼类的洞游通道；水库深孔下世的水温较低，影响下游鱼类的生长和繁殖；下泄清水，影响了下游鱼类的饵料4，影响鱼类的产量；高坝溢流泄洪时，高速水流造成水中氮氧含量过于饱和，致使鱼类产生气泡病。

如长江葛洲坝，每秒下泄流量为41300~77500立方米，氧饱和度为112%~127%氮饱和度为125%~135%，致使幼鱼死亡率达32.24%。

生态与环境是当前全社会十分关注的问题。关注生态，是经济社会高度发展后人们思想认识的升华所产生的必然结果。发展是第一位的，在发展中应牢记可持续发展的理念，以科学的发展观来统领新时期水利水电事业，实现可持续发展。水利建设不可避免地在一定程度上改变了自然面貌和生态环境，使已经形成的平衡状态受到干扰破坏。水利工程师的职责是研究由平衡状态到不平衡状态再到平衡状态的发展规律。只要遵循"因势利导，因地制宜"的原则，合理规划，周全设计，精心施工，加强科学管理，大多负面影响都可以得到缓解。水利工程带来的环境问题千变万化，只要没达到极度恶化的程度，就总能找到解决的办法。水利工程能否带来环境效益，能否把对环境的负面影响降低到最低限度是衡量水利工程建设成败的重要标志之一。因此，中们必须充分发展和应用现代科学技术，深人研究自然与生态的平衡机制，研究人类改变自然时对生态的近期和长远的影响。为了建立生态环境友好的大型水电工程建设体系，需要重点进行以下工作：

（1）对能源的开发，不可仅仅盯着眼前的、局部的经济利益，而应该该着眼长远，对整个生态系统负责。应按照"大水利"思路制定总体规划，彻底改变"技术经济最优"的工程目标。工程项目的选择、建设和运营都要真正体现生生态效益、经济效益、社会效益的统筹兼顾。

（2）完善有关法律，在不宜进行水电项目建设的自然保护区、风景景名胜区、地质公园、森林公园、世界遗产区、生态功能区以及其他需要进行保护的区域内，划定保护河段和保护流域区，禁止进行水电工程建设和其他大型工程建设。应真正把加强地区的生态建设与环境保护作为根本点和切人点，对严重破坏和影响生态环境、国家自然保护区、国家风景名胜区和世界遗产的水电建设项目，应该重新进行评估和审查。

（3）因地制宜，确定适当的开发目标。过去的水力资源规划，按照流域梯级开发模式，往往追求100%的开发率。由于移民和耕地的补偿费用会越来越高，因此考虑社会稳定和保护耕地资源，在规划时应因地制宜，选择适当的开发目标。对于移民和淹没耕地少、生态环境问题少的河流，可以100%于开发；对于移民和淹没耕地多、生态环境问题大的河流，可以放弃部分河段的开发。参照多数发达国家的情况，水电资源平均开发率为70%~80%是可行的。

（4）研究和完善移民政策，使移民能长期共享水电开发的效益。中国水库移民经历了安置型和开发型两个阶段，国家还出台了库区后期扶持政策。为了解决好移民能走上可持续发展的道路，有专家建议研究"投资型"移民民政策。其主要思路是将淹没的土地、房屋及其他有价设施进行评估，加上对生态不境的补偿作为股份，参与水电开发建设，使移民和开发方形成利益共同体，使移民能长期共享水电开发的效益。建设期安置移民的费用通过预支若干年应得的收益益来解决。移民区地方政府和移民代表作为股东参与工程建设的决策管理。这一建议值得研究探索。

出力是指水电站在某一运行条件下所发出的功率。它是水电站所有水轮发电机组功率的总和，度量单位为千瓦（kW）。

水电站出力的大小，取决于选择开发的河段上能引用的流量和可利用的水头，可用下列公式表达：N=9.81QHη

式中N——水电站出力，kW；

Q——引用流量，m/s；

H——净水头，m；

η——水轮发电机组的总效率，其值为0.70~0.90。

水电站出力除了受流量和水头两个因素制约外，同时也受水轮发电机组额定容量的限制。水电站发出的最大功率称为最大出力；受各种条件限制（包括流量、水头和机组技术条件等）所能发出的最小功率称为最小出力；在某一时段中功率的平均值称为该时段的平均出力；在相应于水电站设计保证率的时段内所能发出的平均出力则称为保证出力。保证出力是确定水电站能够承担电力系统负荷的工作容量的依据，是选择水电站装机容量时一项主要的动能指标。

水电站24小时出力的平均值称为日平均出力。在一日内，出力随时间的积分值就是水电站日发电量。

是水电站的出力和发电量的计算图示

随着改革的深化和国民经济的发展，中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”演变为电量相对过剩和调峰容量严重不足，这给水电的发展带来了良好的机遇。

现在和将来一段时间中国的水电应该优先并主要开发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”开发方式的研究；更加注重生态问题。

中国的水能资源主要分布在西部地区，占全国四分之三以上，但目前开发率仅为8%。尤其是云南省，全省水电可开发装机总容量约9000万千瓦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中国西部最具水电开发潜力的省份。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，促进中国水电事业的发展，发挥云南等省的地区优势，将其建设成中国的水电能源基地，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。

中国的小水电资源十分丰富，论蕴藏量约为15亿可开发容量约为7000多万千瓦，相应年发电量约为2000~2500亿千瓦时。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、投资少易于修建而适宜于农村和山区特别是发展中国家的农村和山区。

中国作为发展中国家小水电建设已经取得了大的成绩到1997底中小水电总装机容量已达2052万千瓦发电为683亿千瓦时。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贵技术有利于中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。

根据上述电力发展规划和“西电东送”的战略目标，中国待开发的水电站主要集中在西部。而西部水电站的建设条件非常复杂，工程规模巨大因此在水电科学技术方面，中们要开创人类历史先河，攀登水电科技的高峰。从20纪80代开始至21世纪中国水电科学技术成果丰硕，科技成果转化率高新度也高特别是新坝型成果的创新已被国内外同行业人士所借鉴。在中国西部规划和建设中的高坝中不少是在200~300米之间有的还超过300米。建设300米级的高坝技术难点很多，即使是同一个技术概念，高坝和低坝的内涵也不尽相同。因此，应把200~300的高作为重心并这一重心心安排系统全面地开展科技攻关。

在水电工程勘察技术方面，形成资料采集分析整理成图一体化的工程地质综合分析成套技术。

在高坝筑坝技术研究方面，形成300级高坝200~300级高堆石坝、200米级碾压混凝土重力坝配套技术。

（1）在300米级高拱坝结构问题方面以已建高拱原型观测资料为基础进行反馈分析，开展高拱坝结构稳定性及抗震安全性、抗滑稳定分析方法及安全系数取值问题研究，提出合理的高拱坝应力控制标准。在保证坝体应力、变形、安全的条件下，进一步优化体形结构。

（2）在高石筑技方面点研究200以上级高石水高混凝土面板堆石坝（233米）为基础，以糯扎渡心墙坝（261米）、苗家坝等凝士面板堆石坝（300米）为目标，研究以下内容：

1）堆石料变形和渗透特性，特别是高应力和复杂应力条件下的变形性能以及风化料筑坝变形的长期稳定性研究。

2）力学参数的选取及坝体应力应变计算方法研究提出适合超高堆石坝计算分析的方法。

3）研究和完善超高面板坝上游防渗结构提出适合高水头变形大的周边缝结构和材料以及抗裂、抗渗性能高、耐久性能好的混凝土配合比。

4）开展趾板建基面标准研究提出深厚覆盖层上建趾板技术方法和措施

5）对于土质心墙坝重点研究拓宽心墙防渗土料的应用范围。

（3）在研究和完善200米级高碾压混凝筑坝技术方面。主要研究内容如下：

1）对碾压混凝重力重点研究成层体系混凝的定和应力分析方法、层面抗剪断和应力应变特性、坝体防渗、排水技术和相应的处理方案；优化混凝土配合比，完善大仓面连续浇注的温控计算方法和措施。

2）开展高碾压混凝土拱坝关键技术问题研究。建立高碾压混凝土拱坝结构设计及计算理论和方法，合理确定坝体细部结构，提出保持拱坝整体性的措施及防、抗裂措施。

（4）在高水头大流的泄洪消能技术方面要是优化纽布置研究不同坝型泄水建筑物合理的布置形式及高水头、大单宽流量的泄水建筑物体型，提出过流面平整度控制标准和掺气减蚀措施。解决好消能防冲问题提高消能效果，控制雾化范围，开发新型抗磨损、抗空蚀材料，开展导流建筑物与永久建筑的结合问题研究，降低工程造价。

（5）在大型地下洞室的稳定技术方面，主要研究内容如下：

1）综合分析岩体结构面地应力、渗压以及施工等因素对大型地下洞室群稳定性的影响；研究围岩整体稳定的仿真计算方法稳定性判别准则与合理的支护方式，优化防渗排水措施。

2）研究深埋长隧洞的勘探技术岩爆规律及有害气体的预报和防范措施3）建立大型地下洞室群专家系统信息库，为设计和施工提供依据。

（6）在高边坡稳定技术方面，进一步进行水电工程边坡资料的登录工作为工程设计和施工提供重要的参考依据。开发边坡工程地质条件的新型快速勘探技术，提高工程地质勘测精度和水平。开展复杂地质条件下边坡的失稳机理研究，开发和完善适用于不同失稳模式的边坡稳定分析配套软件，尤其是在复杂边界条件下的三维分析软件系统为分析评价和处理提供依据。进一步研究和探讨边坡加固处理技术，尤其是各种加固处理措施的作用机制和效果，使现有的加固处理方案建立在更为经济合理的基础之上。建立边坡安全监测预警预报系统。

（7）在抽水蓄能电站关键技术方面开展抽水蓄能电站工程结构问题研究：

1）开展地下厂房结构布置和振动特性研究抽水蓄能机组蜗壳与外围混凝土联合作用分析研究等。

2）开展复杂地基上库盆防渗及渗流控制技术研究，包括防渗形式选择、街头处理、水库蓄水对基础及建筑物的影响及相应措施；对高悬水库基础的渗流场进行分析，提出渗流控制标准和相应的渗流控制措施等。

3）开展井式进出水口的水力学问题研究。

4）进一步开展大PD值预应力钢筋混凝土高压管道结构及埋藏式钢岔管结构受力分析研究，提高中国大PD值压力管道的设计水平，降低工程是造价。

（8）在抽水蓄能电站机组运行技术研究方面，开展机组起动方式、工况转换及变频起动装置（SFC）谐波分析和预防措施研究：进一步优化水泵水轮机和发电电动机的主要技术参数、机组总体结构及主要机电设备布置形式，提高抽水蓄能电站的运行稳定性。

（9）在大型水电机组关键技术研究方面，主要是对大型混流式机组的重大运行技术问题进行研究：

1）结构优化设计、整机动态应力分析及整机刚度、强度研究；蜗壳钢板和混凝土联合受力的三维计算及真机应用研究。

2）转轮叶片水下动态特性研究，疲劳计算分析及寿命预估。

3）叶道涡及压力脉动的研究。

4）轴系稳定和振动研究，整机动力特性和振动分析的研究。

5）有关规程规范的研究。

（10）在新材料、新工艺应用研究以及大坝安全监测技术研究方面，主要是研究新型混凝土及掺合料，包括纤维混凝土的应用研究，掺合料、新型外加剂的开发等；开展新型防渗止水材料，特别是适合超高面板坝的填缝止水材料和高碾压混凝土上游面防渗材料的研究：研制适用于大孔隙、高地下水流速、细裂隙等特殊地层情况的灌浆材料及相应的施工工艺。

水力发电标准

尽管水力发电得到了广泛应用,但全球约73%的水力发电潜能仍未开发。这些潜能大部分位于亚洲、非洲和拉丁美洲。最初,水电的各种应用多受益于标准化。国际电工委员会(IEC)制定了水力发电标准。IEC第四技术委员会成立于1911年,该委员会为设计、制造、调试、测试和操作液压机编写了标准和技术报告。如今,各标准发展组织已经制定了水轮机、蓄水泵、不同类型水井的涡轮泵的相关标准佳,并为相关设备(如调速器)的性能评估与测试制定了相关标准。

这些标准涉及发电、发电厂建设、水轮机、电厂监测与维护、电力传输以及电能存储。

各标准发展组织(SDO)制定的水电系统标准

2018年，能源问题是当今世界面临的重大问题之一，开发并利用新能源成为社会发展的大趋势。而水能作为新能源，不但环保而且廉价。同年，中国正在加快建立节约型社会的步伐，随着“节能减排”政策的实施，能源替代型减排成了中国的切实选择，而中国是世界上水力资源最丰富的国家之一，因而水力发电成了首选。

利用水流能量进行电力生产，是水资源开发利用的一项重要内容，也是解决中国能源问题的有效途径之一。水力发电是利用水的能量发电。水在自然界周而复始地循环，水资源可由自然循环补给，因而水能资源是一种再生资源，不像煤和石油等是不可再生资源。并且，水力发电不会污染环境，发电成本比火力发电低得多。世界各国都尽量开发本国的水能资源，有些国家水力发电所占比重相当高。截至2017年，中国水电装机达到3.41亿kW，居世界第一位，美国1.03亿kW，巴西1亿kW，加拿大0.81亿kw，日本0.5亿kW。

中国有着丰富的水能资源，水能理论蕴藏量为6.76亿kW，居世界首位，其中可开发的为3.79亿kw，可开发的年发电总量为1.92万亿kw·h。

展开[1]能源与动力工程专业英语. 2009.02
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[2]可再生能源统计与核算研究. 2020.12: 60.

[3]新能源丛书·分布式能源 节能低碳两相宜. 2012.12: 234-235. (2)

[4]能源利用与环境保护 能源结构的思考. 2011.07: 64-73. (10)

[5]水利工程概论. 2020.05: 6.

[6]能源利用与环境保护 能源结构的思考. 2011.07: 65. (4)

[7]世界能源史 中. 2021.06: 843-844. (2)

[8]21世纪农村电工应知应会问答. 2004.05: 42.

[9]水土保持与水资源保护. 2021.06: 135.

[10]水利科普丨常见水工建筑物.微信公众平台. [2023-12-09].

[11]水利水电工程与水资源保护. 2021: 154-155. (2)

[12]水土保持与水资源保护. 2021.06: 135.

[13]新能源技术 第2版. 2019.12: 107-108. (2)

[14]周振宇，许晨，伍军译；（日本）佐藤拓郎，（美国）丹尼尔·M.卡门，段斌，（斯洛伐克）马丁·马库，周振宇. 智能电网标准：规范、需求与技术. 2020.04: 27-28. (2)

[15]李伟主编. 科学展品青年说. 2018.04: 188.