水力发电高效灵活的清洁能源-工作使用原理

　　新能源发电种类很多，其中一种清洁的一次能源叫做水能，今天我们就来聊聊什么是水力发电。

　　水力发电原理?

　　我们都学过牛顿的万有引力定律，地面上的任何物体包括水，都承受着来自地球的万有引力作用，会受到一个垂直向下的重力。而水受到的这种力的作用就叫水力。而天然水体在受到重力的作用下，如果具有向下流动的条件，就具有了做功的条件，就可以释放出能量。河流中水的流动、潮汐中水的流动都具有释放能量的潜力，所蕴含的能量简称水能。

　　水能的大小与水体的质量和水体的落差成正比，也就是说水体的质量越大、落差越高，所蕴含的能量就越大。我们国家的长江上游之所以能够开发那么多水电站，就是因为从青藏高原到东部平原有着5000多米的落差，所以蕴含着巨大的能量。

　　如果水能没有被开发利用，就只能冲刷河床、激起波浪、形成洪水，甚至造成灾难;只有被开发利用，才能转化为我们可用的电能。

　　水能从哪里来?

　　河川径流是由降雨、降雪形成的，而形成降水的空中的水汽是由太阳能作用的结果，所以河川水能是一种现实的太阳能，是通过地球的大气循环将照射在地球上的太阳能转换为了水能。这种水能不仅可以再生和便于清洁利用，不会像煤、石油、天然气(实际上这些化石能源也是储存的太阳能)那样越用越少及大量的碳排放，而且比风能、光能等其他形式的系能源能量容易集中，便于规模利用。所以，我们使用的所有能源都来自于太阳能。

　　河川的能量被利用有一个重要的指标，叫天然水流出力。天然水流出力是指河川径流所蕴藏的水流功率。河川径流在其流动时虽然具有动能，但这部分动能是由径流的势能转换而来。水流的势能与水流大小及其可做功的垂直高差成正比。

　　什么是水力发电?

　　上面说到河川径流具有能量，那么水力发电就是利用一系列的工程措施，集中水流出力，使水能通过水轮机转换为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能的过程。

　　这个能量转换的过程中会有各种能量的损耗，包括水流与管道摩擦产生的能量损失、机械转动所产生的能量损失等，能量转换效率不可能做到百分之百。

　　水力发电的优点

　　水力发电的一次能源是可再生的，水流的能量被用来发电后，在自然界的循环中还会产生新的水能，水能产生自太阳能，只要太阳不灭，江河水流便会年年不断，水力发电也能年年不息。

　　水力发电是清洁无污染的。水力发电的过程不涉及水的化学变化，不消耗水量，不排放有毒有害物质，不产生二氧化碳。

　　水力发电过程相对简单。相较于火电、核电等，水电站从水能转化为电能是在水电站一次完成的，少了加热变成水蒸气的过程，水力发电工艺过程要简单得多。

　　水力发电运行成本低。水力发电一次能源是天赐的，不花费费用，过程简单，容易实现自动化，生产管理人员少，自用电量少，水力发电成本仅为火电、核电成本的1/4~1/3。

　　水电对电网的调峰调频能力强。水电机组的启动、停止十分迅速，可以在几秒钟内大量增减负荷。从静止到并网带满负荷水电只需要几分钟，而火电则需要几小时。所以水电是电力系统调峰调频、担负事故备用最理想的电源。

　　水力发电效率高寿命长。水电站从水能转换为电能的总效率一般都在80%以上，其中发电机效率在98%以上。总效率比火电高得多。水电站的设计寿命一般可达50~100年，实际上，除部分机电设备运行一二十年后需要维修、更新外，水工建筑的寿命还要更长。

　　水力发电有多种综合利用效益。水力发电工程与河流综合开发利用一起，可以兼顾防洪、灌溉、航运、水产、旅游和改善生态环境等作用，同时，还有带动地方经济社会发展的作用。

　　水力发电的缺点

　　有优点就有缺点，水力发电也有自身需要克服的一些缺点。

　　首先是水力发电的出力受水文条件制约。河川径流，年内有丰水季和枯水季，每年的径流量也有差异，所以发电量的大小受到了水文条件的制约。修建高坝增加水库调节能力，可以改善这种情况。

　　其次是水力开发对生态环境也有负面影响。水力发电要在河流上建坝，会影响鱼类的生存环境、会淹没部分土地、可能触发地质灾害等，在不同的河流、不同的河段、不同的坝址上建坝，所产生的生态环境问题是不同的，这也要求我们在开发时做到综合考虑。

　　其次是水电通常需要远距离输送。上面说到水能主要与落差和水量相关，这就决定了我们国家的水电主要分布在西南，而负荷中心又在东部沿海，所以需要修建大量的高压输电线路将电能输送至负荷中心。

　　最后是水电投资大。水电站的建设需要修建大量的水工设施，花费大量投资作为环境整治，机电设备也是重要的投资源，所以总投资较大，所需要的总工期也较长。