技 术 大 纲

1) 水 电 站 类 型
2) 坝 式 水 电 站 和 径 流 式 水 电 站
3) 水 轮 机 类 型
4) 超 微 型 水 轮 机

水 力 能 是 太 阳 能 的 间 接 形 式 。 太 阳 辐 射 的 热 量 将 海 洋 中 的 水 分 蒸 发 , 再 以 雨 水 形 式 降 下 , 流 入 河 流 并 最 终 汇 入 大 海 。 水 力 能 可 以 用 机 械 涡 轮 的 方 法 加 以 利 用 。

水 力 能 是 一 种 得 到 广 泛 利 用 的 可 再 生 能 源 。 於 2003 年 , 水 力 发 电 占 全 球 总 供 电 量 的 16 % 。 水 力 资 源 富 有 的 国 家 通 常 可 见 到 大 型 水 电 站 。 以 水 力 发 电 装 机 容 量 计 , 加 拿 大 、 中 国 、 巴 西 、 美 国 和 俄 罗 斯 都 是 名 列 前 矛 的 国 家 。 这 五 个 国 家 占 全 球 水 力 发 电 装 机 容 量 的 50 % 以 上 。 在 一 些 国 家 如 挪 威 、 冰 岛 和 加 拿 大 等 等 , 水 电 都 占 整 个 国 家 电 力 供 应 的 一 半 以 上 。

香 港 地 区 没 有 河 流 有 足 够 的 流 量 和 水 头 以 建 立 大 型 水 电 站 。 不 过 , 在 一 些 地 区 安 装 小 型 的 水 电 站 也 是 可 行 的 。

1) 水 电 站 类 型

水 力 能 的 利 用 , 是 透 过 水 流 推 动 涡 轮 旋 转 , 并 带 动 发 电 机 发 电 。 水 流 中 的 能 量 , 与 流 速 ( 单 位 为 立 方 米 / 秒 ) 和 水 头 差 成 正 比 。

根 据 装 机 容 量 , 水 电 站 可 以 分 为 微 型 、 小 小 型 、 小 型 和 大 型 等 等 。 目 前 并 没 有 对 这 些 分 类 的 通 用 划 分 方 法 , 而 每 个 国 家 的 划 分 方 法 都 不 一 样 。 根 据 国 际 能 源 协 会 的 定 义 , 其 划 分 是 这 样 的 :
微 型 水 电 -- 装 机 能 力 小 於 100 千 瓦
小 小 水 电 -- 装 机 能 力 大 於 100 千 瓦 但 是 小 於 1 兆 瓦
小 型 水 电 -- 装 机 能 力 在 1 兆 瓦 与 30 兆 瓦 之 间
大 型 水 电 -- 装 机 能 力 大 於 30 兆 瓦

香 港 本 地 没 有 开 发 大 型 水 电 的 潜 力 。 因 此 此 处 重 点 介 绍 小 型 水 电 系 统 。

2) 坝 式 水 电 站 和 径 流 式 水 电 站

根 据 水 电 站 的 结 构 , 可 以 分 为 两 大 主 要 类 型 : 坝 式 水 电 站 和 径 流 式 水 电 站 。

坝 式 水 电 站

这 类 水 电 站 通 常 要 建 设 水 坝 以 蓄 水 产 生 水 头 差 。 然 後 利 用 重 力 令 水 流 从 一 个 通 道 ( 压 力 管 道 ) 流 到 低 处 时 推 动 水 轮 机 转 动 。 转 动 的 水 轮 机 带 动 发 电 机 产 生 电 力 。

典型的坝式水电站。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 典 型 的 坝 式 水 电 站

数 百 甚 至 数 千 兆 瓦 装 机 容 量 的 大 型 水 电 站 都 要 建 坝 , 小 型 水 电 站 亦 要 建 坝 。

坝 式 水 电 站 可 以 把 水 蓄 起 , 然 後 在 需 要 的 时 候 放 水 发 电 。 因 此 这 类 水 电 站 比 其 他 形 式 的 间 歇 性 可 再 生 能 源 更 加 适 合 产 生 在 电 力 需 求 高 峰 时 供 电 。 此 外 , 水 坝 还 可 以 发 挥 其 他 作 用 , 如 防 洪 、 灌 溉 和 航 运 等 等 。

不 过 , 建 设 水 坝 也 带 来 一 些 问 题 。 比 如 , 建 坝 会 淹 没 部 分 上 游 地 区 。 此 外 , 水 坝 会 阻 断 一 些 迁 移 性 鱼 类 ( 如 三 文 鱼 ) 溯 流 到 上 游 的 路 线 。 在 这 种 情 况 下 , 可 以 建 立 鱼 梯 以 便 三 文 鱼 等 可 以 溯 流 到 上 游 。

径 流 式 水 电 站

这 类 水 电 站 通 常 位 於 水 流 湍 急 的 河 流 或 者 溪 流 。 当 水 流 经 过 电 站 的 时 候 , 水 流 中 的 能 量 会 被 利 用 来 直 接 发 电 。 径 流 式 水 电 站 通 常 建 於 小 水 坝 或 分 流 堰 上 。 不 过 有 些 情 况 下 也 不 需 要 这 些 建 构 物 。

被 分 流 堰 截 留 的 水 在 重 力 作 用 下 经 水 道 冲 到 低 位 的 水 轮 , 推 动 水 轮 旋 转 并 带 动 发 电 机 发 电 。 随 後 这 些 水 便 汇 入 到 正 常 河 道 。 因 为 这 类 水 电 站 不 需 要 大 量 蓄 水 , 对 周 边 环 境 的 影 响 要 比 坝 式 水 电 站 小 得 多 。


典型的径流式水电站。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 典 型 的 径 流 式 水 电 站
〔 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。Severn Wye Energy Agency

径 流 式 水 电 站 通 常 属 於 小 小 型 或 者 微 型 水 电 站 , 又 或 者 是 小 型 水 电 站 中 较 小 者 。 由 於 这 类 水 电 站 不 进 行 大 量 蓄 水 , 其 发 电 量 会 受 到 季 节 性 的 水 量 变 化 的 影 响 。

3) 水 轮 类 型

不 同 的 水 电 系 统 , 使 用 不 同 大 小 及 的 不 同 转 轮 ( 与 水 流 直 接 接 触 的 转 动 部 分 ) 的 水 轮 机 。 水 轮 机 主 要 类 型 包 括 : 弗 兰 西 斯 水 轮 机 、 螺 旋 桨 水 轮 机 、 和 佩 尔 顿 水 轮 机 等 等 。

弗 兰 西 斯 轴 水 轮 机

这 是 水 电 站 最 常 见 的 水 轮 机 类 型 。 水 流 循 径 向 由 转 轮 外 侧 经 弯 曲 的 叶 片 流 入 中 央 。 这 类 水 轮 机 适 用 於 水 头 差 由 2 米 到 200 米 的 水 电 站 , 其 转 换 效 率 可 以 达 到 90 % 。

典型的弗兰西斯水轮机。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 典 型 的 弗 兰 西 斯 水 轮 机

 

螺 旋 桨 水 轮 机

螺 旋 桨 水 轮 机 是 一 种 轴 向 水 流 的 水 轮 机 。 根 据 设 计 水 头 , 螺 旋 桨 的 转 轮 有 3 到 6 片 叶 片 。 叶 片 类 似 船 用 螺 旋 桨 一 样 运 作 , 不 过 转 动 方 向 相 反 。 这 类 水 轮 机 通 常 在 水 头 差 2 米 到 30 米 的 水 电 站 使 用 。 其 中 有 一 类 螺 旋 桨 水 轮 机 叫 做 "Kaplan 水 轮 机 " 。 这 类 水 轮 机 的 叶 片 角 度 可 作 调 校 , 因 此 在 不 同 输 出 功 率 的 情 况 下 也 可 以 获 得 较 高 转 换 效 率 。

典型的螺旋桨水轮机。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 典 型 的 螺 旋 桨 水 轮 机

佩 尔 顿 水 轮 机

佩 尔 顿 水 轮 机 的 转 轮 包 含 一 组 绕 着 轮 轴 安 装 的 桶 状 或 者 杯 状 的 水 斗 。 这 类 水 轮 通 常 不 浸 入 水 中 , 而 是 在 空 气 中 通 过 高 压 水 流 冲 击 到 水 斗 带 动 转 轮 旋 转 。 水 流 的 动 力 能 藉 此 转 移 到 转 轮 轮 上 。 此 类 水 轮 机 用 於 水 头 差 高 於 250 米 的 地 方 。

典型的佩尔顿水轮机。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 典 型 的 佩 尔 顿 水 轮 机

4) 超 微 型 水 轮 机

超 微 型 水 轮 机 是 功 率 在 几 百 瓦 到 5 千 瓦 之 间 的 水 轮 机 。

超 微 型 水 轮 机 可 以 用 来 收 集 溪 流 、 河 流 、 农 业 灌 溉 渠 道 和 瀑 布 的 水 力 能 。 只 要 有 稳 定 的 水 流 供 应 和 很 小 的 水 头 就 可 以 稳 定 运 行 。 超 微 型 水 轮 机 通 常 是 轴 向 水 流 的 水 轮 机 。 超 微 型 水 轮 机 是 便 携 的 , 适 合 於 发 展 中 国 家 的 乡 村 中 使 用 。 除 了 发 电 以 外 , 一 些 超 微 型 水 轮 机 ( 如 水 车 ) 还 可 以 用 作 机 械 用 途 , 如 研 磨 面 粉 和 灌 溉 。

超微型水轮机。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 超 微 型 水 轮 机
( 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4048719.stm)

目 前 互 联 网 上 有 关 於 一 种 使 用 斜 击 式 水 轮 Turgo wheel 的 超 微 型 水 轮 机 的 产 品 介 绍 。 尽 管 机 电 工 程 署 没 有 使 用 过 这 种 水 轮 机 , 我 们 在 这 里 作 出 介 绍 只 是 为 了 举 例 说 明 超 微 型 水 轮 机 技 术 。 Stream Engine 和 Water Baby 是 加 拿 大 Energy Systems and Design 公 司 (此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.microhydropower.com ) 所 设 计 的 水 轮 机 。 二 者 都 采 用 斜 击 式 水 轮 来 收 集 水 力 能 。 根 据 公 司 网 站 上 的 资 料 , 前 者 可 以 在 低 至 2 米 水 头 的 情 况 下 发 电 , 而 後 者 则 可 以 在 小 至 每 秒 0.18 升 的 流 速 下 发 电 。

StreamEngine(來源:EnergySystems&Design)。 以上文字说明这张图片。
上 图 : Stream Engine
( 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.microhydropower.com/)

 

WaterBaby(來源:EnergySystems&Design)。 以上文字说明这张图片。
上 图 : Water Baby
( 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.microhydropower.com/)

   
 上  一  页
 回  页  首