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備考加油站：水力發(fā)電的原理與種類

水力是天然循環(huán)的豐富資源，如果能善加運用，對人類造福無窮。但是如果不能加以控制，不但資源浪費，而且必危害無窮。由于水對農(nóng)業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)及人民生活有密切的關(guān)?，人類的生活，不論直接或間接，都不能沒有水，因此各國對于水力的開發(fā)都極為重視。如果水力受到恰當?shù)目刂疲坏梢韵疄?zāi)及旱災(zāi)，而且還可以利用水力來提高人類的生活水準。

(一) 水力的開發(fā)

1.水-天然的再生能源雨水降落大地以后，除了一部份被泥土吸收或潛入地層，一部份直接被陽光蒸發(fā)及經(jīng)由植物蒸發(fā)之外，其余的都慢慢集合，匯流入溪澗河川。河流的流量與雨量有密切關(guān)?，雨季流量大，旱季流量小。而河流中每一秒鐘水流體積的移動量叫做“流量”，流量的單位是每秒鐘多少立方米。而水從高地流到低地的垂直距離叫做“落差”，又稱為“水頭”。如果水量一定，則落差越高所產(chǎn)生的“水力”也就越大。

2.水力的開發(fā)與運用水庫的開發(fā)如果只是為了某一特定的目標，例如發(fā)電或灌溉，稱為“單一開發(fā)”;如果同時能解決多項問題，例如防洪灌溉發(fā)電等，稱為“多元開發(fā)”，以經(jīng)濟部水利署所屬的石門水庫來說，就是多元開發(fā)。在這彥我們只著重于發(fā)電方面的開發(fā)，所以只就「水力發(fā)電」的部分闡述。水力開拓的必要條件是“落差”與“流量”。而落差和流量的取用方法是在河流上游適當?shù)牡胤浇ㄖ蛔畨危瑪r阻河水，抬高水位或使水流順著輸水管路送到下游的水力發(fā)電廠取得落差，以推動廠內(nèi)的水輪發(fā)電機，使天然的水力轉(zhuǎn)變成電力。另外，水的能量包括動能與位能，水力機械中的水輪機可以把這兩種能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，同時加以有效利用。

3.水輸出的功率若總落差的高度為H 公尺，流量為每秒Q 立方公尺的水，功率如用千瓦 (kW) 為單位表示時，水輸出的功率就是P ?9.8ηQH (kW)， 式中的η為整體效率。以實例說明：有一發(fā)電廠總落差為100 公尺，其流量為每秒10 立方公尺，則其理論上所能產(chǎn)生之輸出功率即為：P = 9.8×0.9×10×100= (kW)

(二) 水力發(fā)電的原理與流程

高山上的雨水受重力作用而向下奔流，滔滔不絕，力量巨大，如果我們能想辦法加以利用，這個巨大不息的力量，就可以為人類做許多工作。

1.水力發(fā)電的原理以具有位能或動能的水沖水輪機，水輪機即開始轉(zhuǎn)動，若我們將發(fā)電機連接到水輪機，則發(fā)電機即可開始發(fā)電。如果我們將水位提高來沖水輪機，可發(fā)現(xiàn)水輪機轉(zhuǎn)速增加。因此可知水位差愈大則水輪機所得動能愈大，可轉(zhuǎn)換之電能愈高。這就是水力發(fā)電的基本原理。

2.慣常水力發(fā)電流程慣常水力發(fā)電的流程為：河川的水經(jīng)由攔水設(shè)施攫取后，經(jīng)過壓力隧道、壓力鋼管等水路設(shè)施送至電廠，當機組須運轉(zhuǎn)發(fā)電時，打開主閥(類似家中水龍頭之功能)，后開啟導(dǎo)翼(實際控制輸出力量的小水門)使水沖擊水輪機，水輪機轉(zhuǎn)動后帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機加入勵磁后，發(fā)電機建立電壓，并于斷路器投入后開始將電力送至電力系統(tǒng)。如果要調(diào)整發(fā)電機組的出力，可以調(diào)整導(dǎo)翼的開度增減水量來達成，發(fā)電后的水經(jīng)由尾水路回到河道，供給下游的用水使用。

3.抽蓄式水力電廠

抽蓄式水力電廠與慣常水力電廠不同，它的水流是雙方向，設(shè)有上池及下池。白天發(fā)電流程與慣常水力電廠相同，于夜間電力系統(tǒng)離峰時段，利用原有的發(fā)電機的運轉(zhuǎn)，帶動水輪機將下池的水抽到上池。如此循環(huán)利用，原則上發(fā)電后的水并不排掉。

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