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(一)水力发电原理简述:水力发电的基本原理是利用水位落差,用水流来推动水轮机,将水的势能转换为水轮机的机械能,再以机械能带动发电机,将机械能转换为电能。
通常水力发电的流程为:具有较高势能的水体直接进入水轮机或者经过压力管道或压力隧洞进入水轮机转轮流道;水轮机的转轮在水流冲击作用下旋转,水的势能转化为机械能;水轮机转轮带动同轴发电机旋转;发电机定子切割转子绕组产生的磁场磁力线,根据电磁感应原理发电,完成机械能到电能的转换;产生的电经升压变压器后与电力系统联网,送至电网。
水电站发电原理示意图
中金企信国际咨询公布的《2022-2028年中国水电站行业现状分析及赢利性研究预测报告》
(二)水电站的主要分类:水电站按开发方式可分为四类:坝式水电站、引水式水电站、混合式水电站、抽水蓄能电站。
1、坝式水电站:坝式水电站,是在河流上拦河筑坝,壅高水位,以形成发电水头的水电站。坝式水电站,按厂房与坝的相对位置,可分为河床式、坝后式、坝内式、厂房顶溢流式、岸边式和地下式等,发行人下辖沙坡头水电站就是坝式电站的典型代表。
2、引水式水电站:引水式水电站,是采用引水建筑物集中天然河道落差以形成发电水头的水电站。根据引水道的水力条件,引水式水电站可分为无压与有压两类,錾高水电站、木扎提河三级水电站就是其中的典型代表。
3、混合式水电站:混合式水电站,是由挡水建筑物和引水系统共同形成发电水头的水电站,发电水头的一部分靠拦河挡水闸坝雍高水位取得,另一部分靠引水道集中落差取得。混合式水电站通常兼有坝式和引水式水电站的工程特点,具有较好的综合利用效益。新疆新华的阿尔塔什水利枢纽工程属于混合式水电站,该工程是国家“十三五”期间100个重大项目之一,被业内专家称为“新疆的三峡工程”,建成后将惠及新疆南部的克州、喀什地区及和田地区。
4、抽水蓄能水电站:抽水蓄能电站,是具有上、下水库,利用电力系统中低谷多余电能,把下水库的水抽到上水库内,以位能的形式蓄能,需要时再从上水库放水至下水库进行发电的水电站。按水源不同,抽水蓄能电站又可分为纯抽水蓄能电站、混合式抽水蓄能电站、调水式抽水蓄能电站。抽水蓄能电站的工作原理请参见下图:
根据研究资料:河南五岳抽水蓄能电站项目主体工程已于2020年12月开工建设。该电站是河南省“十三五”能源发展规划、电力发展规划重点项目,也是国务院批复的振兴大别山革命老区的重点能源项目。五岳抽水蓄能电站机组具有启停便捷、反应迅速、快速“爬坡”等优良的动态特性,可充分发挥“稳定器”“调节器”“平衡器”的作用,是保障河南电网安全稳定运行的理想电源。
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(三)水电站发展前景分析:
(1)水电行业发展前景长期依然向好:随着全球能源供求关系的深刻变化,我国能源资源的开发约束力也日益加剧,生态环境问题突出,调整结构、提高能效和保障能源安全的压力进一步加大。由于水力发电不消耗矿物能源,开发水电有利于减少温室气体排放和生态环境保护,有利于提高资源利用和经济社会的综合利益,水电行业发展前景长期依然向好。
(2)抽水蓄能电站发展前景广阔:在碳达峰、碳中和“3060”目标驱动下,风电、光伏等新能源逐步成为电力供给侧的增量主体,中央财经委员会第九次会议指出要构建“以新能源为主体的新型电力系统”。风光发电具有间歇性和波动性特征,规模化发展风光电对电网安全稳定运行带来巨大压力,“新型电力系统”对储能的需求日益凸显。
抽水蓄能电站能够承担电力系统的调峰、调频、事故备用及黑启动等功能,可以改善和平衡电力系统负荷,提高电力系统的供电质量和经济效益,是确保电网安全、经济、稳定运行的支柱,被喻为电网安全运行的“稳定器”“调节器”“平衡器”,具备超大容量、经济可靠、生态环保等显著优势,是现阶段最安全、最稳定的储能方式和稀缺的调节资源,是当下保障电力系统安全稳定的必然选择,是新型电力系统的重要组成部分。
目前我国抽水蓄能装机容量远不能满足新能源快速发展的需要,未来抽水蓄能建设步伐还将进一步加快,发展前景十分广阔。
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(3)“智慧水电站”提升发电效能:智慧电站利用新的信息技术,以全面感知、全面数字、全面互联、全面智能为主攻方向,推进智慧企业建设工作,实现企业的智能生产、智慧管理。将云计算、大数据分析、人工智能等技术,与水电生产建设、经营管理等环节深度融合。通过智慧工程、智慧大坝、智慧调度、智慧检修、智慧安全等工程建设,建设流域梯级电站群智慧化管控平台,实现企业“风险识别自动化、决策管理智能化、纠偏升级自主化”的柔性组织形态和智慧企业管理模式,提升企业管理能力和发电效能。