2012年二级建造师水利水电工程:水力发电的原理与种类

2012-06-18 18:46:36 字体放大:  

2012年二级建造师水利水电工程:水力发电的原理与种类

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水力是天然循环的丰富资源,如果能善加运用,对人类造福无穷。但是如果不能加以控制,不但资源浪费,而且必危害无穷。由于水对农业、工业生产及人民生活有密切的关係,人类的生活,不论直接或间接,都不能没有水,因此各国对于水力的开发都极为重视。如果水力受到恰当的控制,不但可以消除水灾及旱灾,而且还可以利用水力来提高人类的生活水准。

(一) 水力的开发

1.水-天然的再生能源雨水降落大地以后,除了一部份被泥土吸收或潜入地层,一部份直接被阳光蒸发及经由植物蒸发之外,其余的都慢慢集合,汇流入溪涧河川。河流的流量与雨量有密切关係,雨季流量大,旱季流量小。而河流中每一秒钟水流体积的移动量叫做“流量”,流量的单位是每秒钟多少立方米。而水从高地流到低地的垂直距离叫做“落差”,又称为“水头”。如果水量一定,则落差越高所产生的“水力”也就越大。

2.水力的开发与运用水库的开发如果只是为了某一特定的目标,例如发电或灌溉,称为“单一开发”;如果同时能解决多项问题,例如防洪灌溉发电等,称为“多元开发”,以经济部水利署所属的石门水库来说,就是多元开发。在这裡我们只着重于发电方面的开发,所以只就「水力发电」的部分阐述。水力开拓的必要条件是“落差”与“流量”。而落差和流量的取用方法是在河流上游适当的地方建筑一座水坝,拦阻河水,抬高水位或使水流顺着输水管路送到下游的水力发电厂取得落差,以推动厂内的水轮发电机,使天然的水力转变成电力。另外,水的能量包括动能与位能,水力机械中的水轮机可以把这两种能量转变为机械能,同时加以有效利用。

3.水输出的功率若总落差的高度为H 公尺,流量为每秒Q 立方公尺的水,功率如用千瓦 (kW) 为单位表示时,水输出的功率就是P ﹦9.8ηQH (kW), 式中的η为整体效率。以实例说明:有一发电厂总落差为100 公尺,其流量为每秒10 立方公尺,则其理论上所能产生之输出功率即为:P = 9.8×0.9×10×100= 8820 (kW)

(二) 水力发电的原理与流程

高山上的雨水受重力作用而向下奔流,滔滔不绝,力量巨大,如果我们能想办法加以利用,这个巨大不息的力量,就可以为人类做许多工作。

1.水力发电的原理以具有位能或动能的水冲水轮机,水轮机即开始转动,若我们将发电机连接到水轮机,则发电机即可开始发电。如果我们将水位提高来冲水轮机,可发现水轮机转速增加。因此可知水位差愈大则水轮机所得动能愈大,可转换之电能愈高。这就是水力发电的基本原理。

2.惯常水力发电流程惯常水力发电的流程为:河川的水经由拦水设施攫取后,经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂,当机组须运转发电时,打开主阀(类似家中水龙头之功能),后开启导翼(实际控制输出力量的小水门)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,发电机建立电压,并于断路器投入后开始将电力送至电力系统。如果要调整发电机组的出力,可以调整导翼的开度增减水量来达成,发电后的水经由尾水路回到河道,供给下游的用水使用。

3.抽蓄式水力电厂

抽蓄式水力电厂与惯常水力电厂不同,它的水流是双方向,设有上池及下池。白天发电流程与惯常水力电厂相同,于夜间电力系统离峰时段,利用原有的发电机的运转,带动水轮机将下池的水抽到上池。如此循环利用,原则上发电后的水并不排掉。

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