淺析水力發(fā)電的現(xiàn)狀及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

王興民

摘 要：我國水資源居世界的首位，具有巨大的發(fā)展?jié)撃?，電力是?shí)現(xiàn)我國現(xiàn)代化生產(chǎn)和發(fā)展的必要能源。利用水資源發(fā)電會給我國創(chuàng)造出極好的成績，帶來極大的收益?；诖?，本文先是對水力發(fā)電的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)了水力發(fā)電的巨大優(yōu)勢，然后對我國水力發(fā)電的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了研究，最后對我國水力發(fā)電的發(fā)展趨勢進(jìn)行了闡述，以期在我國電力事業(yè)不斷進(jìn)步的背景下，我國水力發(fā)電的獲得更好的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電；現(xiàn)狀；相關(guān)技術(shù)；發(fā)展趨勢

中圖分類號：TV736 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）10-0156-02

從我國建國以來，我國水力發(fā)電事業(yè)得到不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，在國人的不斷鉆研下，我國水力發(fā)電已經(jīng)取得了出色的成績。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會生產(chǎn)所需能源的消耗十分巨大，而我國的水資源豐富，目前的利用率僅為13%，我國的水力發(fā)電仍具有很大的進(jìn)步空間，水力發(fā)電是將能源的轉(zhuǎn)化與再利用的過程，是急需國人深入研究與探索的課題。

1 我國水力發(fā)電的現(xiàn)狀

自從改革開放后，二十一世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，對能源的需求量逐漸上升，而傳統(tǒng)的煤炭、天然氣的發(fā)電形式對環(huán)境造成了十分惡劣的影響，國家對于水力發(fā)電的研發(fā)工作就加快了腳步。水力發(fā)電的方式改變了我國電力事業(yè)的格局，使得我國發(fā)電行業(yè)在環(huán)保的同時滿足了社會生產(chǎn)的需求。此外，我國在開發(fā)太陽能、風(fēng)力、核電、潮汐等其他發(fā)電方式的腳步也沒有停歇。在近些年我國政府加大水力發(fā)電的重視程度，早在2015年我國水力發(fā)電的總裝機(jī)容量就已經(jīng)達(dá)到了3.2億千瓦，成為了世界第一水電大國。

水力發(fā)電的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，在我國自然資源豐富的背景下，水力發(fā)電得到強(qiáng)大水資源支持。水力發(fā)電全過程沒有任何污染環(huán)境的現(xiàn)象存在，不存在任何污染問題，不會給我們賴以生存的地球造成負(fù)擔(dān)。水力發(fā)電的成本相對較低，電儲量相對較大，具有極高的回報率。水力發(fā)電的動力設(shè)備效率很高，設(shè)備的使用方便，操作也靈活。水力發(fā)電在整體上看，綜合社會效益更高。但是水力發(fā)電也有一定的局限性和弊端，由于水力發(fā)電對地形的限制，受水資源地理位置的限制，儲電容量的限制，無法建造過大，并且投入資金高，水力發(fā)電站建成后，儲電容量無法增加，也會出現(xiàn)破壞生物、自然遺產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生[1]。

2 水力發(fā)電相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

2.1 三維地質(zhì)建模技術(shù)與應(yīng)用

三維地質(zhì)建模技術(shù)在技術(shù)功能上，直接運(yùn)用測量所得數(shù)據(jù)點(diǎn)生成三維地形，同時生成等高線地形圖，利用地質(zhì)平面測繪的數(shù)據(jù)以及地質(zhì)鉆孔的數(shù)據(jù)，來生成地質(zhì)的分界面，更加直觀的看到地質(zhì)單元間的空間關(guān)系與因果關(guān)系，簡單快捷的建立三位網(wǎng)絡(luò)模型，提供齊全通用的數(shù)據(jù)接口。在模型生成的過程中，用DSI模擬幾何特性與物理特性進(jìn)行，具有自動調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)。巖層與結(jié)構(gòu)面的建模是三維地質(zhì)建模最為核心的部分，地址體內(nèi)部空間無法被直接看到，所以需要三維地質(zhì)建模重構(gòu)出來。三維地質(zhì)建模技術(shù)需要與數(shù)值計(jì)算結(jié)合，才能快捷的建立模型，剖分網(wǎng)格單元，進(jìn)行工程分析。

水力發(fā)電建立工程的三維地質(zhì)模型能夠直觀地展示地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地下水、巖性，才能使工程設(shè)計(jì)、地質(zhì)人員進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，有效的減少盲目施工的風(fēng)險，降低工程的不必要費(fèi)用。例如：云南的水電站工程在云南與貴州交界的清水河上，建模的對象是灰?guī)r和白云巖的分布情況、斷層情況。三維地質(zhì)建模能夠清晰的看到巖性和斷層分界面的關(guān)系，才使得工程人員更好的了解當(dāng)?shù)厍闆r，為設(shè)計(jì)決策提供參考。

2.2 蜂窩式水力發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

蜂窩式水力發(fā)電是一項(xiàng)高效的利用能源供電的系統(tǒng)，可以靈活的組合、可靠的分布式水力發(fā)電技術(shù)，蜂窩式水力發(fā)電技術(shù)在節(jié)能減排的背景下得到良好的發(fā)展空間。蜂窩式水力發(fā)電機(jī)的形狀像蜂窩一樣，每一組的發(fā)電機(jī)都由多個發(fā)動機(jī)單元組合，每個發(fā)電機(jī)單元都裝著相應(yīng)的水輪葉片，這些水輪機(jī)葉將流動的水中獲取能量，能量通過鏈條疊加在一起，由發(fā)電機(jī)將疊加的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，誰的利用率達(dá)到75%以上。蜂窩式水電站利用多個小發(fā)電機(jī)變成大的發(fā)電機(jī)，在所有發(fā)電機(jī)里是密合度最高、所需材料最簡單，所需空間最大的結(jié)構(gòu)，在很大程度上節(jié)省了成本。

蜂窩式發(fā)電不會因水流變化導(dǎo)致電負(fù)荷變化，是可以滿足負(fù)荷曲線，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷發(fā)電的。以黃河上可以被開發(fā)的水能資源為案例，按照蜂窩發(fā)電機(jī)開發(fā)，理論上可以完成20億的供電。由于用電戶相對獨(dú)立，可以與大電網(wǎng)進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行。一旦發(fā)生故障，分布式發(fā)電站自身控制特性，將保障用戶不受到影響，避免了一些不好的后果，保障了供電可靠性。

2.3 水力發(fā)電自動化技術(shù)及應(yīng)用

自動化技術(shù)在水力發(fā)電的應(yīng)用直接的提高了工作效率，自動化的應(yīng)用直接減少了人工的工作，節(jié)約了生產(chǎn)時間，降低了人力成本，提高了發(fā)電站的工作效率與安全。水力發(fā)電站加入自動化技術(shù)，對整個發(fā)電站進(jìn)行管理與控制，能夠更加快速的發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的問題，能夠有效的提高工作效率，降低事故發(fā)生的概率。水力發(fā)電站通過自動化技術(shù)能夠有效的產(chǎn)出更多的電能，增加經(jīng)濟(jì)收益，也可以更大程度上的利用水資源。同時，自動化技術(shù)提高了電能的質(zhì)量，水電站產(chǎn)生的電能需要進(jìn)行變壓變頻，這也是一項(xiàng)精密的工作，自動化技術(shù)能夠更加精確的進(jìn)行這一操作，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量電力的生產(chǎn)。

在水力發(fā)電廠中，自動化應(yīng)用在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控功能，以保障發(fā)電產(chǎn)的生產(chǎn)效率，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需要具有良好的穩(wěn)定的人機(jī)界面，也要保證計(jì)算機(jī)的硬件與軟件得到保護(hù)，在無人值班時自動化可以進(jìn)行運(yùn)作。與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并行的水力發(fā)電的水輪機(jī)調(diào)系統(tǒng)自動化是在水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的擺動、甩負(fù)荷、接力器開關(guān)等試驗(yàn)，隨后進(jìn)行生成實(shí)驗(yàn)報告[2]。

2.4 水能氣動發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用

水能氣動發(fā)電技術(shù)是將水中的能量轉(zhuǎn)化成空氣，流動的空氣進(jìn)行發(fā)電的工作。由水到氣的轉(zhuǎn)換倉是防水不透氣的，是由混凝土建造的、坐落在河床之上，設(shè)置在氣室上游面及下游面的翻門的上檐的最低水位以下，一旦出現(xiàn)漏氣，系統(tǒng)的效率會大大降低。在水能氣動發(fā)電裝置的氣室內(nèi)，水流的能量被轉(zhuǎn)化成壓縮空氣能量，閘或者壩迫使水流從氣室流過，壓迫空氣，流動的空氣在廠房內(nèi)的空氣渦輪發(fā)電機(jī)得到開發(fā)。水在氣室里的動態(tài)是像水流入一條河的水閘，上游的氣閘門敞開，下游的氣閘門關(guān)閉，水在氣室上升，壓縮了上部空氣，另一部分空氣通過管子出來，驅(qū)動空氣渦輪機(jī)在水位達(dá)到上游的測水池水位，上游側(cè)的門即關(guān)閉，下右側(cè)的門打開水流出。這樣氣室就成了部分真空，空氣就又流到氣室，這也就是水能氣動發(fā)電的過程?？諝鉁u輪機(jī)最早是含裝在一根軸上的反向旋轉(zhuǎn)的兩個葉片組，這樣的渦輪機(jī)即使有一個葉片，也能達(dá)到一定的工作效率。

3 我國水力發(fā)電的發(fā)展趨勢

我國水力發(fā)電首先應(yīng)該卡發(fā)性能更加完善的發(fā)電站，全國的電力公司正在向更好的方向發(fā)展，但是更加應(yīng)該注意建設(shè)不產(chǎn)生浪費(fèi)、合理使用水資源的更加完善的水電站，需要協(xié)調(diào)各個水電站的儲電儲能，將開發(fā)與可持續(xù)同時發(fā)展，減少排污量，避免破壞環(huán)境。我國需要階梯性的建設(shè)水電基地，發(fā)揮西部地區(qū)在地理位置的優(yōu)勢，豐富使用水力資源，促進(jìn)我國電力發(fā)展，從而改善我國電力的結(jié)構(gòu)，滿足社會生產(chǎn)所需電力，促進(jìn)平衡能源與優(yōu)化電力配置。我國的小型水電站數(shù)目眾多，小型的水電站儲電儲能量不容小覷，小型水電站不會影響大氣污染，也可以使用再生資源，成本使用較低，且容易修建，在技術(shù)上也相對成熟，更加適合農(nóng)村和山區(qū)的建設(shè)。小型水電站可以采用當(dāng)?shù)夭牧?，雇傭?dāng)?shù)貏趧恿Γ档土私ㄔO(shè)成本，帶動了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。在此同時我國對于水電技術(shù)的研發(fā)與改造也是重要內(nèi)容，水力發(fā)電技術(shù)的研發(fā)與改造所需成本小，更加利于自動化水平的提高、電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行、電力系統(tǒng)的可靠性[3]。

4 結(jié)語

綜上所述，我國水力發(fā)電已經(jīng)得到了良好的發(fā)展，目前的運(yùn)行狀況已經(jīng)相對成熟，但仍需要更多的完善與改進(jìn)。我國需要在水力發(fā)電建設(shè)中注意三維地質(zhì)建模技術(shù)、蜂窩式水力發(fā)電技術(shù)、水力發(fā)電自動化技術(shù)等技術(shù)的使用，提高水電站的電能質(zhì)量、電能產(chǎn)量，提高供電穩(wěn)定性、供電可靠性及供電效率，保障我國電力事業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張群.我國水力發(fā)電的現(xiàn)狀和前景[J].科技風(fēng)，2016，（08）：104.

[2]喻德輝.螺旋葉片式水力發(fā)電裝置試驗(yàn)研究與樣機(jī)開發(fā)[D].江蘇大學(xué)，2017.

[3]郭建輝.自動化技術(shù)在水力發(fā)電廠的應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2014，（14）：245.