[科普中国]-水力发电中的机械能守恒定律

电力是人类社会发展的必需能源，通常人们可通过火力、水力、风力等各种形式来发电。你知道水资源发电是如何进行的吗？机械能守恒定律在水力发电中又是怎么体现的呢？

在只有重力或弹力的系统内，动能和势能可以相互转化，动能与势能之和，即总的机械能保持不变，这叫做机械能守恒定律，它是力学中的一条重要定律，是普遍的能量守恒的一种特殊情况。

水力发电是利用河川、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含的势能转换为水轮机的动能。根据机械能守恒定律，在水力发电中，水位差越大则水轮机所得动能越大，发出的电能越高。水力发电的形式有很多种，其中以惯例程水力发电、抽水蓄能水力发电和潮汐能发电较为常见。

惯例程水力发电就是在河川寻觅适当的一处地方，兴建一座水库，由引水隧道引水冲击水轮机转动，同步带动发电机发电，经变压器升高电压，链接至输电铁塔传送至各地使用。发电完成后的发电用水经由尾水路排至下游河川，继续供下游民生或发电使用。

抽水蓄能水力发电是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而产生的一种间接储存电能的方式。其利用下半夜过剩的电力驱动水泵，将水从下库抽到上库储存起来，然后在次日白天或上半夜将水放出发电,并流入下库。虽然整个过程会有一定的能量损失，但抽水蓄能电站仍是当今能量储存有效且经济的技术手段之一。

海洋潮汐能发电与抽蓄式水力发电有相似之处。潮汐能是在月球和太阳等引力作用下形成周期性海水涨落而产生的能量，它包括海面周期性的垂直升降和海水周期性的水平流动，垂直升降部分为潮汐的势能，被称为潮差能。目前比较成熟的潮汐能发电形式为水库式，即在海湾或海潮河口处建筑堤坝、闸门和厂房，将海湾或海潮河口与外海隔开围成水库，等到涨潮时向水库充满水，等到落潮后有一定水位差时再开闸，驱动水轮机组发电。

水电作为一种清洁可再生能源，将为社会的可持续发展提供新的动力。水电技术发展迅速，相信在科技的不断更新下，我国水电发展会有更加广阔的天地。

本文由石家庄藁城区兴安镇中学高级教师崔会欣进行科学性把关。

本作品为“科普中国-科学原理一点通”原创，转载时务请注明出处。