什么是水能利用?

[拼音]：shuineng liyong

[外文]：hydropower utilization

开发利用水体蕴藏的能量的生产技术。天然河道或海洋内的水体，具有位能、压能和动能三种机械能。水能利用主要是指对水体中位能部分的利用。

河道中水的位能在自然状态下绝大部分都消耗于沿途摩擦作用，或挟带沙石、冲刷河床等作功过程中。因此即使高山上的水流具有大量位能，但它向下流达海洋时，其位能亦已消失殆尽。要开发利用水的位能，首先必须将位能汇集一处，形成集中的水位差。例如在河道上筑坝壅高水位（图a），或者修筑平缓的引水道与原河道间构成很大落差(图b)，或者利用天然瀑布等。然后，通过简单机械作功或通过水电站，将水能转变为电能。此外，在沿海地区，还可以利用海湾水面的潮汐涨落时所具有的位能，造成集中的水位差发电（见潮汐电站）。

在图中，设河道上断面1和2处的位能分别为E1和E2，两断面间可以利用的能量E等于其位能之差，若记两断面的水位差为H，流动水体的体积为W，水的容重为γ，流量为Q，则


，其功率


，实际利用时，一部分能量将消耗在引水道、水轮机和水轮发电机等设备上。其可用的功率为：N＝9.81HQz。式中N为功率(kW)；H为水头，也即水位差(m)；Q为流量(m3/s);z为总效率，一般在0.7～0.9之间。可见，水头H越高，流量Q越大，可以获得的发电功率也越大。

早在2000多年前，在埃及、中国和印度已出现水车、水磨和水碓等利用水能于农业生产。18世纪30年代开始有新型水力站。随着工业发展，18世纪末这种水力站发展成为大型工业的动力，用于面粉厂、棉纺厂和矿石开采。但从水力站发展到水电站，是在19世纪末远距离输电技术发明后才蓬勃兴起。

水能利用的另一种方式是通过水轮泵或水锤泵扬水。其原理是将较大流量和较低水头形成的能量直接转换成与之相当的较小流量和较高水头的能量。虽然在转换过程中会损失一部分能量，但在交通不便和缺少电力的偏远山区进行农田灌溉、村镇给水等，仍不失其应用价值。20世纪60年代起水轮泵在中国得到发展，也被一些发展中国家所采用。

水能利用是水资源综合利用的一个重要组成部分。近代大规模的水能利用，往往涉及整条河流的综合开发，或涉及全流域甚至几个国家的能源结构及规划等。它与国家的工农业生产和人民的生活水平提高息息相关。因此，需要在对地区的自然和社会经济综合研究基础上，进行微观和宏观决策。前者包括电站的基本参数选择和运行、调度设计等。后者包括河流综合利用和梯级方案选择、地区水能规划、电力系统能源结构和电源选择规划等。实施水能利用需要应用到水文、 测量、 地质勘探，水能计算、水力机械和电气工程、水工建筑物和水利工程施工以及运行管理和环境保护等范围广泛的各种专业技术。

参考书目

C.Simeons， Hydro-power， Pergamon Press， Oxford，1980.