水力发电的原理与基本类型解析

水力发电过程其实就是一个能量转换的过程。

江河水流蕴藏能量，把天然水能加以开发利用转化为电能，就是水力发电。 构成水能的两个基本要素是流量和落差 ，流量由河流本身决定，直接利用河水的动能利用率会很低，因为不可能在整个河流的截面水布满水轮机。

水力利用主要利用势能，利用势能必须有落差，但河流自然落差一般沿河流逐渐形成，在较短距离内水流自然落差较低，需通过适当的工程措施，人工提高落差，也就是将分散的自然落差集中，形成可利用的水头。

因此在天然的河流上，修建水工建筑物，集中水头，然后通过引水道将高位的水引导到低位置的水轮机，使水能转变为旋转机械能，带动与水轮机同轴的发电机发电，从而实现从水能到电能的转换。发电机发出的电再通过输电线路送往用户，形成整个水力发电到用电的过程。

水力发电的原理与基本类型

常用的集中落差方式有筑坝、引水方式或两者混合方式。

筑坝发电方式

在落差较大的河段修建水坝，建立水库蓄水提高水位，在坝外安装水轮机，水库的水流通过输水道（引水道）到坝外低处的水轮机，水流推动水轮机旋转带动发电机发电，然后通过尾水渠到下游河道，这是筑坝建库发电的方式。

▲筑坝建库发电原理图

由于坝内水库水面与坝外水轮机出水面有较大的水位差，水库里大量的水通过较大的势能进行做功，可获得很高的水资源利用率。采用筑坝集中落差的方法建立的水电站称坝式水电站，主要有坝后式水电站与河床式水电站。

引水发电方式

在河流高处建立水库蓄水提高水位，在较低的下游安装水轮机，通过引水道把上游水库的水引到下游低处的水轮机，水流推动水轮机旋转带动发电机发电，然后通过尾水渠到下游河道，引水道会较长并穿过山体，这是一种引水发电的方式。

▲引水发电原理图

由于上游水库水面与下游水轮机出水面有较大的水位差H0，水库里大量的水通过较大的势能进行做功，可获得很高的水资源利用率。采用引水方式集中落差的水电站称为引水式水电站，主要有有压引水式水电站与无压引水式水电站。