见图1-2,水电站上、下游水位差称为水电站静水头,设水电站某时刻静水头为H0。

图1-2　水电站发电原理

1—水库;2—进水建筑物;3—隧洞;4—调压室;5—压力钢管;6—发电机;7—水轮机;8—蝶阀;9—泄水道

在时间t内有体积为V的水体经水轮机排入下游。若不考虑进出口水流动能变化和能量损失,则体积为V的水体在时间t内向水电站供给的能量等于水体所减少的位能。单位时间内水体向水电站所供给的能量称为水电站理论出力Nt(电站出力的单位用kW表示),即

式中,γ为水的容重(γ=9.81kN/m3);Q为水轮机流量,m3/s,Q=V/t;H0为水电站上、下游水位差,称为水电站静水头,m,H0=Z上-Z下。(www.daowen.com)

水头和流量是构成水能的两个基本要素,是水电站动力特性的重要表征。实际上,在由水能到电能的转变过程中,不可避免地会产生能量损失,这种损失表现在两个方面,即：一方面,在水流自上游引到下游的过程中存在引水道的水头损失;另一方面,在水轮机、发电机和传动设备中也将损失一部分能量。因此,水电站的实际出力小于由式(1-1)的理论出力。考虑引水道水头损失和水轮发电机组的效率后水电站的实际出力为

式中,η为水轮发电机组总效率;H为水轮机的工作水头,m。η的大小与设备的类型和性能、机组传动方式和机组工作状态等因素有关,同时也受设备生产和安装工艺质量的影响。在初步计算过程中可近似认为总效率η是一个常数。若令K=9.81η,则式(1-2)可改写为

式中,K为水电站出力系数,大、中型水电站K可取8.0～8.5,中、小型水电站K可取6.5～8.0。