水能利用形式
水能利用的本质是利用水体流动产生的能量进行直接或间接转化利用,对河流而言,其能量利用的大小取决于集中落差和引用流量。目前水能利用形式根据集中落差方式的不同,分为坝式、引水式和混合式。
1. 坝式
坝式是指在天然河道中拦河筑坝,形成水库,以抬高上游水位,集中河段落差。坝式水电站由挡水建筑物、泄水建筑物、压力管道、厂房及机电设备等组成。这一类水电站大都建于流量大、河段坡降较缓,同时还有适合建坝的地形、地质条件的河段。根据水电站厂房的位置可分为河床式、坝后式、坝内式水电站;根据堤坝高低可分为高坝式和低坝式(径流式)水电站。目前国内典型的坝式水电站如葛洲坝水电站、三峡水电站、小浪底水电站等。

坝式水电站具有以下特点:①具有日调节以上性能时,适宜担任电力系统的调峰、调频和备用任务,可增大电站的电力效益和提高供电质量;②枢纽布置集中,便于运行管理;③不会像引水式水电站那样要出现脱水河段,相反其库区可增加河道水深,相对有利于通航;④对调节性能好的水电站,库水位变幅较大,低水位时减少了利用水头,有时会影响通航,在水轮机选择时要考虑低水头的影响;⑤水库淹没损失大。
2. 引水式
引水式是指在河道上建低坝和引水工程,将水导入人工建造的引水道(明渠、隧道、管道等),在引水道末端集中落差。在河流比降较大、流量相对较小的山区或丘陵地区的河流上,可在较短的河段中,以较小尺寸的引水道取得较大的水头和相应的发电功率;在河流曲度较大时,可采用裁弯取直引水或跨流域引水,建造经济合理的引水式水电站;在丘陵地区,引水道上下游的水位相差较小,常采用无压引水式水电站;在高山峡谷地区,引水道上下游的水位相差很大,常建造有压引水式水电站。

与坝式水电站相比,引水式水电站具有以下特点:引用的流量常较小,又无蓄水库调节径流,水量利用率较差,综合利用效益较小;无水库淹没损失,工程量又较小,单位造价往往较低,成为其主要优点。目前国内典型的引水式水电站,如云南以礼河盐水沟水电站。
3. 混合式
混合式是指在一个河段上,用坝集中一部分落差,再通过有压引水管道集中坝后河段的另一部分落差。如果河段上游坡降较小且筑坝后淹没损失不大,有筑坝建库条件,下游河段坡降陡(如有急滩或大河湾)且有条件集中较大落差时,采用混合式开发往往比较经济。这种水电站通常兼有坝式水电站和引水式水电站的优点和工程特点。目前国内典型的混合式水电站,如四川狮子滩水电站、福建古田溪水电站、广东流溪河水电站等。

水能梯级开发模式
水能梯级开发是针对流域而言的开发方式,通过系列阶梯式水利枢纽最大限度地开发河流的水能资源。目前,水能梯级开发有三种典型模式,即龙头水库梯级开发模式、中上游高坝梯级开发模式、引水式梯级开发模式。

1. 龙头水库梯级开发模式
梯级布局一般在流域或河段的上游开始处修建高坝,以下是一系列调节能力较弱的低坝。其主要任务是将来水蓄积在流域的上游,调节下游水电站的来水,增加发电量,其开发时序往往是先建龙头水库,再建下游较小的系列径流式电站,具有下游流域淹没面积较小的特点。

2. 高坝梯级开发模式
梯级布局一般在河段上游或中游尾处修建高坝。这类布局在具有发电任务的同时,还具有防洪、拦沙、灌溉供水等功能,其开发时序往往先在上游尾处建高坝,将整个流域分成两个或多个部分,然后分别进行梯级开发。

2. 引水式梯级开发模式
其梯级布局一般在一条河流的比降较大处修建连续引水道。这种梯级开发模式将水直接引到下游发电,有效利用落差,在较小流量情况下获取较大出力,其开发时序按梯级高程顺序逐级修建,一般是上一级发电尾水接下一级电站引水建筑物,全梯级形成较多脱水河段,对流域生态影响较严重。

(本文摘编自李绍才、孙海龙、龙凤著《水能梯级开发生态影响评价》一书。部分图片来源于网络)

一起阅读科学!
敬请关注科学出版社,搜索微信ID:sciencepress-cspm 或“科学出版社”
更多精彩请关注:
科学出版社官网:http://www.sciencep.com
新浪微博:@科学出版社官方微博
腾讯微博:@科学出版社
豆瓣小站:@科学出版社
科学网科学出版社博客:http://blog.sciencenet.cn/u/sciencepress

