江河水流一瀉千里，蘊(yùn)藏著巨大能量，把天然水能加以開發(fā)利用轉(zhuǎn)化為電能，就是水力發(fā)電。構(gòu)成水能的兩個(gè)基本要素是流量和落差，流量由河流本身決定，直接利用河水的動(dòng)能利用率會(huì)很低，因?yàn)椴豢赡茉谡麄€(gè)河流的截面水布滿水輪機(jī)。

　　水力利用主要利用勢能，利用勢能必須有落差，但河流自然落差一般沿河流逐漸形成，在較短距離內(nèi)水流自然落差較低，需通過適當(dāng)?shù)墓こ檀胧?，人工提高落差，也就是將分散的自然落差集中，形成可利用的水頭。

　　水力發(fā)電的原理與基本類型

　　常用的集中落差方式有筑壩、引水方式或兩者混合方式。

　　筑壩發(fā)電方式

　　在落差較大的河段修建水壩，建立水庫蓄水提高水位，在壩外安裝水輪機(jī)，水庫的水流通過輸水道（引水道）到壩外低處的水輪機(jī)，水流推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后通過尾水渠到下游河道，這是筑壩建庫發(fā)電的方式。圖1是壩式發(fā)電原理圖。

　　圖1  筑壩建庫發(fā)電原理圖

　　由于壩內(nèi)水庫水面與壩外水輪機(jī)出水面有較大的水位差H0，水庫里大量的水通過較大的勢能進(jìn)行做功，可獲得很高的水資源利用率。采用筑壩集中落差的方法建立的水電站稱壩式水電站，主要有壩后式水電站與河床式水電站。

　　引水發(fā)電方式

　　在河流高處建立水庫蓄水提高水位，在較低的下游安裝水輪機(jī)，通過引水道把上游水庫的水引到下游低處的水輪機(jī)，水流推動(dòng)水輪機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，然后通過尾水渠到下游河道，引水道會(huì)較長并穿過山體，這是一種引水發(fā)電的方式。圖2是引水發(fā)電原理圖。

　　圖2  引水發(fā)電原理圖

　　由于上游水庫水面與下游水輪機(jī)出水面有較大的水位差H0，水庫里大量的水通過較大的勢能進(jìn)行做功，可獲得很高的水資源利用率。采用引水方式集中落差的水電站稱為引水式水電站，主要有有壓引水式水電站與無壓引水式水電站。

　　水電站主要工作參數(shù)

　　通過水電站主要工作參數(shù)可以對水電站工作原理進(jìn)一步了解。水電站主要工作參數(shù)包括流量、水頭、出力等。

　　1.流量Q為單位時(shí)間內(nèi)通過水輪機(jī)的水體積，單位m3／s。

　　2.靜水頭Ho（也稱毛水頭，即水的落差）單位m

　　水電站上游水位為Zu，下游水位為Zd，則有：

　　Ho =Zu- Zd

　　3.出力  單位時(shí)間內(nèi)的天然水能Pt稱為水電站理論出力，即

　　水電站的實(shí)際出力要小于理論出力。在由水能轉(zhuǎn)化為電能過程中，會(huì)產(chǎn)生能量損失，主要有水頭損失與能量轉(zhuǎn)化損失：

　　水流經(jīng)輸水道后會(huì)損失一部分能量，稱為水頭損失Ah，它與流道長度、截面形狀和尺寸、構(gòu)造材料、鋪設(shè)方式等等因素有關(guān)，須在電站總體布置完成后才可做出較精確的計(jì)算。初步計(jì)算時(shí)，可估計(jì)Ah=（1%～10%）Ho，輸水道長、流速大的取大值，輸水道短、流速小的取小值。

　　除此外在能量轉(zhuǎn)化過程中還將損失一些能量，水輪機(jī)的效率約90%至95%、發(fā)電機(jī)的效率約90%至98%、傳動(dòng)設(shè)備也會(huì)有能量損失，水電站實(shí)際出力P為

　　式中：ηt 為水輪發(fā)電機(jī)組總效率，k為水電站出力系數(shù)。對中小型電站，k值一般取為6.5～8.0。