水电站发电时下泄的水流仍含有巨大的动能为什么不能再次用于发电?
▍⊕水电站发电时下泄的水流仍含有巨大的动能为什么不能再次用于发电?
经过水轮发电机组的水流,其动能已经所剩无几了,说还有巨大动能的人,是想当然的想法,所以提出的问题也是想当然的问题。另外还有大坝泄洪闸排泄的水,这部分水量是因为洪水到来,水库装不下才排向下游的,只要机组足够多,是可以利用这部分水量发电的,主要问题是,利用这部分水量发电,需多装水轮发电机组,而利用这部分水一年也发不了几天电,发电收益无法收回水轮发电机组的投资成本,所以不考虑利用这部分水量发电,就让这部分水量直接从大坝的泄洪闸排向下游,这部分水排向下游时动能很大,所以必须采取消能措施,人们看到水电站大坝排水壮观的场面,就是大坝泄洪闸排水消能的方式。
▍↪水电站发电时下泄的水流仍含有巨大的动能为什么不能再次用于发电?
如果从水电站冲出来的水没有了动能,就没法发电了。说从水电站冲出来的水就是奔腾的烈马,发电机就是马拉着的车。只有马跑得快,车才跑得快,如果马站住了,马车也就不走了。
水力发电站通过建拦河坝,将上游的水截住,在坝底按上发电机,利用拦水坝两边巨大的水压差,使发电机叶轮转动来发电。水坝两边水位差距越大,水流得越快,发电机叶轮转得越快,发电越多。
如果从叶轮里流出的水被拦截了,水坝两边水位落差小了,发电机叶轮受到的水的冲击力减小,转速变慢,发电量就小了。
因此,水力发电机下泄的水流越快,发电越多。
发电机叶轮转速与下泄水流速度和发电量有一个最佳数值,都是计算好的,水的下泄口按几道发电叶轮都是最佳数,过多过少都是对水放源的浪费。
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不明白下泄水流含有巨大的动能是什么意思。水电站发电不是利用河水流动的动能发电,而是用叶片将水在高处的势能转化成低处发电机转子的动能,驱动发电机发电,和河水的动能没有任何关系。水从管道里落下驱动转轮发电后,就从底部排放出去,重新进入河道,流到下游去了。
提问者说的可能是水电站泄洪时看到的水流,轰轰烈烈,发出巨大的声响。这不是发电用的水,而是水坝水位太高,对坝体压力太大,主动排放,减轻压力。这种水流没有通过发电机,也没有必要专门安装发电机把它也利用起来,因为泄洪并不是常态。
水力发电不是利用河水流动的动能,而是利用水在高位的势能,所以一般都会有一个水库将水蓄积起来,通过管道驱动低位的发电机。只要你制造一个合适的落差,就可用来发电,相反,河道里流动的水,流速再快,也是不能用来发电的。当然,水电站流出的水,在下游依然可以蓄积起来,只要有足够的落差,又可以建电站发电了,事实一些落差大的河流上,本来就建有很多水电站。
▍▏水电站发电时下泄的水流仍含有巨大的动能为什么不能再次用于发电?
请注意水电站里的水万马奔腾式的下泄是在放水,并没有用来发电。
水电站不仅仅是在汛期的时候才会开闸泄洪,开闸放水对于水电站来说是一件常见的事情。比如下游干旱、下游航运、下游供水、库容到达临界点、上游需要释放库容进行基础建设、排沙等等。所以会有人误以为放水就是在发电,白白浪费水流中所蕴含的巨大的动能,其实平常水电站放水的时候开几道闸门、泄多少水都是有严格的执行依据,毕竟水发出来的电就是钱,没有人会跟钱过不去。
从引水管道流过水轮机里的水,绝大部分的重力势能和动能都被水轮机榨干了。
水力发电的利用率高达92%~96%左右,损失的4%~8%有流道损耗、机械损耗,尾水动能损耗是微乎其微的,发电产生的尾水水流速可谓是娟娟细流。尾水也不可能做到零流速,要不然流到哪里去?当前的技术已经到极限了,尾水已经不具备发电的价值。
这时很多人就要问:既然尾水没有发电价值,为什么同一条河还有那么多水电站?
一个水库、一个大坝的下游如果落差很小,基本是平坦的,那它就不具备建设梯级发电站的条件。
水之所以能用来发电是由于自高而低的过程中,将重力势能转化为了流动的动能,这也就是为什么瀑布的水是湍流之下的,而平坦的平原地区水是缓缓流动。
水力发电的基本过程是:从水库或者河流较高处引水,利用水的压力或者流速冲击水轮机旋转,将水的动能转变为机械能,水轮机再带动发电机旋转,发电机内的线圈通过切割磁场将机械能转变成电能,然后经过升压进行远距离输电,将电能送到负荷中心后,再降压供给工业和居民用电。
我们也并不需要担心水有一天会用光,因为地球的水资源是一个自循环的过程。地球是一个名副其实的蓝色水世界,海洋面积占了71%,而陆地的面积占了29%,这还没有算到陆地上的这些江河湖泊的面积,算上的话,地球的水域面积就占比更大了。
地球表面的水因为阳光的照射,吸收热能,由液态转变为气态,逐步上升到大气中,当然植物的蒸腾作用也会给大气中带去大量的水。气态的水分子上升至高空后逐渐凝结成云,云在气流的作用下搬运至内陆,凝结到一定程度最终产生降雨。在地表的降雨通过江河湖泊的地表径流流回了大海,而渗透到地下的水,也最终通过地下径流流回到大海中。所以水力发电才被誉为可再生的清洁能源,这个过程并不会产生污染和不可再生资源的消耗。
水力发电相比于火力发电就要强上太多了
火力发电站需要靠燃烧化石燃料(煤、天然气等)来产生热能,再通过各种旋转机械将热能转换为机械能。火力发电站发电会带来许多其他副产物,并产生诸多的环境影响。火力发电站的能量转换率不超过45%,但目前没有哪个国家能完全有办法摒弃火力发电站,因为太阳能发电、风力发电、水力发电都是要看天吃饭,比如水力发电站遇到旱季枯水期能发出来的电就少。
初中的物理课已经告诉我们了,任何一种能量的相互转化都不可能是100%,在转化的过程中总会以其他形式的能量流失。所以想要将水的动能完全用于发电一丁点都不浪费是不可能的。
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▍♁水电站发电时下泄的水流仍含有巨大的动能为什么不能再次用于发电?
水电站发电时下泄的水流,在一些条件具备的地区,其实是有被利用再次发电,比如在山区比较常见的梯级电站。
去过广东省惠州市博罗县,境内流经象头山的一条小溪,也就两三百米的山上的梯级电站,从山顶到山脚,就有七级电站。
这样的梯级电站,除了山顶的一级电站建有大坝水库蓄水,后面的每一级电站都没有建大坝、水库。其发电的原理就是充分利用两级电站之间的落差,由上一级发电后下泄的水流来带动下一级的水轮机发电。
当然这样的梯级电站基本上都是些小水电。不过因地制宜的小水电,对当地的经济发展还是有用的。
现在国家在长江、黄河、珠江等大江大河上规划的很多大型电站,其实也是梯级开发,这在长江上游最为明显。看报道,长江宜宾以上的金沙江段就规划了十几个大型水力发电站。因为这都是些装机容量超大的电站,所以每一个电站都需要建设世界级的大坝,世界级的水库,但基本的原理跟山区的梯级小电站是一样的。海拔高的水电站发电时下泄的水流,会流入下一级电站的水库,并再次被利用来发电。
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