7、电力生产系统的多元化解析

电力生产系统的多元化解析

1. 水电系统

水电的利用可追溯到古代，不过在如今美国大力发展其他能源的背景下，水电的地位有所下降。20世纪初，水电发电系统开始发展。

水电系统通过利用流动水的能量来发电，其基本原理是：水被储存在大型水库中，通过控制闸门调节流量，水流经水轮机的叶片和控制叶片，使水轮机旋转，水轮机带动与其直接相连的发电机旋转，从而产生电力。然而，水电系统受限于大型水源的可用性。许多水电系统是多用途设施的一部分，例如用于防洪、娱乐或灌溉等项目。

1.1 水电系统运行

• 水轮机作为水电系统的机械能来源，效率很高，通常直接连接到三相发电机的轴上。
• 水从较高水位流入水轮机的螺旋叶片，水流冲击叶片使水轮机按所需方向旋转，然后水被引导到较低水位的湖泊或水库区域。
• 水轮机叶片的角度可以调节，以控制水轮机的旋转速度。由于要产生60Hz的频率，旋转速度必须保持恒定，因此需要不断调整叶片角度和流入叶片的水量。当发电机的负载需求增加时，需要相应增加水轮机的功率输入，这通过调节叶片角度和流入叶片的水量来实现，这些调节由伺服控制系统自动完成。

1.2 水轮机

• 水电系统产生电能依赖水轮机，水轮机将水流的能量转换为机械能，连接到水电厂发电机的轴上。由于发电厂的交流发电机必须以恒定速度旋转，水轮机也必须以固定速度转动，其效率超过85%，远高于大多数旋转机械。
• 水轮机的类型决定发电机是水平轴还是垂直轴设计，垂直轴设计最为常见。一些水电系统用作高峰负荷时的“备用”系统，启动速度比蒸汽驱动的发电系统快。在低需求时期，水电系统的发电机