1、第一章 能源和发电,本章主要叙述能源和电能的基本概念，能源分类，能源资源和电能的特点，火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂的电能生产过程及其特点。,第一章 能源和发电,1-1 能源和电能,本节将从能源的形式、能源的分类、能源资源、电能、发电厂五部分来阐述。,机械能。包括固体和流体的动能、势能、弹性能及表面张力能等。热能。由构成物体的微观原子及分子振动与运动的动能。化学能。物质结构能的一种，即原子核外进行化学反应时放出的能量。辐射能。物质以电磁波形式发射的能量。核能。蕴藏在原子核内部的粒子间相互作用而释放的能。电能。与电子流动和积累有关的能量,通常由电池中化学能转换而来的，或通过发电机将机械能转换
2、得到的。,一、能源的形式,二、能源分类,1、按获得的方法分为一次能源和二次能源,由于能源形式多样，因此有下述不同分类方法。,一次能源：自然界中存在，可直接取得和利用而不改变其形态的能源，如煤、石油、天然气、水能、风能等。二次能源：指由一次能源经加工转换成的另一种形态的能源，如电力、蒸汽、煤气、焦炭、汽油等。,2、按被利用的程度分为常规能源和新能源,3、按能否再生分为可再生能源和非再生能源,4、按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源,常规能源：在一定历史时期和科学技术水平下，已经被人们广泛利用的能源，如煤、石油、天然气、水能等。新能源：许多古老的能源，采用先进的方法加以广泛利用，以及用新发展
3、的技术开发的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、氢能等。,可再生能源：自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，例如水能、风能、太阳能、海洋能等。非再生能源：随人类的利用而越来越少总有枯竭之时的能源，例如煤、石油、天然气、核燃料等。,含能体能源：可以直接储存的能源，如煤、石油、天然气、核燃料、地热、氢能等。过程性能源：无法直接储存的能源，如水能、风能、海洋能、电能等；,三、能源资源,1、煤炭,2、水能资源,3、其他能源,我国水能资源蕴藏量及可开发装机容量居世界第一位。分布不均匀，西南占67.8%，西北占9.9%，中南占15.5%,华东占3.6%,东北占2%,华北占1.2%。,石
4、油，天然气，铀,据我国第二次煤田预测资料，埋深在1000m深度以内的煤炭总资源量达2.67104亿吨，其中大别山秦岭昆仑山一线以北地区资源量为2.45104亿吨。新疆、内蒙古、山西和陕西等4省区占全国资源总量的81.3%，东北3省占1.6%，华东7省占2.8%，江南9省占1.6%。,四、电能,五、发电厂：将各种一次能源转变成电能的工厂。,电能特点：便于大规模生产和远距离输送；方便转换和易于控制；损耗小；效率高；无气体和噪声污染。,1-2 火力发电厂,火力发电厂是利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。能量的转换过程：燃料化学能热能机械能电能。,一、火电厂的分类,2、按燃料分类,燃煤发电厂；
5、燃油发电厂； 燃气发电厂； 余热发电厂。 还有利用垃圾及工业废料作为燃料的发电厂。,1、按原动机分类,凝汽式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂和蒸汽燃气轮机发电厂等。,凝汽式发电厂，只向外供应电能，效率30%40%；热电厂，同时向外供应电能和热能，效率60%70%。,3、按蒸汽压力和温度分类,4、按输出能源分类,中低压发电厂，其蒸气压力在3.92MPa，温度在450的发电厂，单机功率小于25MW； 高压发电厂； 超高压发电厂； 亚临界压力发电厂；超临界压力发电厂；超超临界压力发电厂。,发电厂电气部分,1-2 火力发电厂,二、火电厂的电能生产过程,燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热
6、锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；锅炉产生的蒸汽进入汽轮机,冲动汽轮机的转子旋转,将热能转变为机械能,称为汽水系统；由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能，称为电气系统。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,1、燃烧系统,(1)运煤系统,火电厂的用煤量很大，装机容量430万kW的发电厂，煤耗率按 360g/kWh计，每天需用标准煤10368吨。,(2)磨煤系统,煤经初步筛选处理，用输煤皮带送到锅炉间的原煤仓；煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，再经空气预热器来的一次风烘干并带至粗粉分离器；在粗粉分离器中将不合格的粗粉分离返回磨煤机再行磨制，
7、合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。,(3)燃烧系统,(4)风烟系统,煤粉由给粉机送入一次风管，同时由旋风分离器送来的气体，由排粉风机将进入一次风管的煤粉经喷燃器喷入锅炉炉膛内燃烧。炉膛内壁有彼此紧密排列的水冷壁管，炉膛内的高温火焰将水冷壁管内的水加热成汽水混合物上升进入汽包。,送风机将冷风送到空气预热器加热，加热后的气体一部分经磨煤机、排粉风机进入炉壁，另一部分经喷燃器外侧套筒直接进入炉膛。炉膛内燃烧形成的高温烟气，沿烟道经过热器、省煤器、空气预热器逐渐降温，再经除尘器除去90%99%(电除尘器可除去99%)的灰尘，经引风机送入烟囱，排向大气。,(5)灰渣系统,
8、炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒，经除尘器收集成细灰排入冲灰沟，燃烧中因结焦形成的大块炉渣，下落到锅炉底部的渣斗内，经碎渣机破碎后也排入冲灰沟，再经灰渣泵将细灰和碎炉渣经冲灰管道排往灰场。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,2、汽水系统,(1)给水系统,汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。,由锅炉产生的过热蒸汽沿主蒸汽管道进入汽轮机，冲动汽轮机叶片转动，带动发电机旋转产生电能。做功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水(循环水)冷却凝结成水(称为凝结水)。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热，再经除氧器除氧并继
9、续加热。由除氧器出来的水(叫作锅炉给水)，经给水泵升压和高压加热器加热，最后送入锅炉汽包。,(2)补充给水系统,(3)循环水系统,在汽水循环过程中难免有汽、水泄漏，为维持汽水循环的正常进行，必须不断地补充经过化学处理的软化水，这些补充给水一般补入除氧器或凝汽器中。,为了将汽轮机中做过功后排入凝汽器中的乏汽冷却成水，需由循环水泵从凉水塔抽取大量的冷却水送入凝汽器，冷却水吸收乏汽的热量后再回到凉水塔冷却。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,3、电气系统,电气系统包括：发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。发电机端电压和电流随着容量的不同而各不相同，额定电压一般在1020
10、kV之间，而额定电流可达20kA及以上。发电机发出的电能，其中一部分(约占发电量的4%8%)，由厂用变压器降低电压后，经厂用配电装置由电缆供给水泵、送风机、磨煤机等各种辅机和电厂照明等用电，称为厂用电(或自用电)；其余大部分电能，由主变压器升压后，经高压配电装置、输电线路送入电力系统。,第一章 能源和发电,占8%左右,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,火电厂的特点(1)火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定(2)火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右。火电厂建造工期短，2300MW机组，工期为34年。发电设备年利用小时数较高，约为水电厂的1.5倍左右。(3)火电厂耗煤量大，
11、目前发电用煤约占全国煤炭总产量的50左右，加上运煤费用和大量用水，其单位电量发电成本比水电厂要高出34倍。(4)火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高。(5)大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时乃至几十小时，并附加耗用大量燃料。一台12万kW发电机组启停一次耗煤可达84吨之多。(6)火电厂一般不担负调峰、调频或事故备用。(7)火电厂对空气和环境的污染大。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,1-3 水力发电厂,水力发电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂。基本生产过程：从河流较高处或水库内引水，利用水的压力或流
12、速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。,一、水电厂的分类,1、按集中落差的方式分类,(1)堤坝式水电厂,坝后式水电厂,河床式水电厂,(2)引水式水电厂,(3)混合式水电厂,2、按径流调节的程度分类,(1)无调节水电厂,河川径流在时间上的分布往往与水电厂的用水要求不相一致。不能对径流进行调节，称为无调节水电厂或径流式水电厂。出力变化，主要取决于天然来水流量，往往是枯水期出力很小，而洪水期产生弃水。,(2)有调节水电厂,日调节水电厂年调节水电厂多年调节水电厂,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,二、水电厂的特点(1)可综合利用水能
13、资源。除发电以外，还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游等多方面综合效益；(2)发电成本低、效率高。(3)运行灵活。易于实现自动化，机组启动快，从静止到带满负荷运行只需45min，紧急情况可只用lmin。适应负荷的急剧变化，适合系统调峰、调频和作为事故备用。(4)水能可储蓄和调节。(5)水力发电不污染环境。(6)水电厂建设投资较大，工期较长。(7)受河流的地形、水量及季节气象条件限制，发电量也相应制约，有丰水期和枯水期之别，因而发电不均衡。(8)由于水库兴建，淹没土地，移民搬迁，给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度破坏自然界的生态平衡。,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发
14、电,三、抽水蓄能电厂,1、工作原理,在电网用电低谷时，将系统富裕的电力用来抽水，把大量的水由水库下游打回到水库上游，使电能转换成水的位能存贮起来。当用电高峰期电力供应紧缺时，放水,即被储存的大量水的位能重新转换成电能以供电网。这种类型的水力发电站称为储能电站或蓄能电站。,2、抽水蓄能电厂在电力系统中的作用,(1)调峰。能够跟踪负荷的变化，担任系统尖峰负荷。(2)填谷。利用系统富裕电能抽水，使火电机组不必降低出力(或停机)和保持在热效率较高区间运行，节省燃料，并提高系统运行的稳定性。(3)备用。启动灵活、迅速，从停机状态启动至带满负荷仅需12min，而由抽水工况转到发电工况也只需34min，因此
15、宜于作为电力系统事故备用。(4)调频。当电力系统频率偏离正常值时，能立即调整出力，使频率维持在正常值范围内。(5)调相；（6）黑启动； （7）蓄能,广州一期4300MW、二期4300MW； 天荒坪（浙江安吉县）6300MW； 桐柏（浙江天台县）4300MW； 泰安（山东泰安市）4250MW； 宜兴（江苏省宜兴市） 4250MW； 十三陵（北京） 4200MW；,3、我国抽水蓄能电厂建设情况,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,我国水电资源分布,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,第一章 能源和发电,第一章 能源和发电,
16、发电厂电气部分,位于巴西与巴拉圭之间的界河巴拉那河(世界第五大河)上，是目前世界最大的水电站，由巴西与巴拉圭共建，发电机组和发电量由两国均分。目前共有18台发电机组（每台70万千瓦），总装机容量1260万千瓦，年发电量790亿度。 伊泰普水电站于1974年10月17日动工修建，1991年5月6日竣工，历时17载。,巴西/伊泰普/巴拉那河/1260万kW,世界大型水电站,美国/大古力/哥伦比亚河/1083万KW 委内瑞拉/古里/卡罗尼河/1030万KW 巴西/图库鲁伊/ 托坎廷斯河/800万KW 加拿大/拉格兰德二级/拉格兰德河/732.6万KW 俄罗斯/萨扬舒申斯克/叶尼塞河/640万KW 俄
17、罗斯/克拉斯诺雅尔斯克/叶尼塞河/600万KW,第一章 能源和发电,三峡工程的建设周期 总工期17年 第一阶段（1993-1997年）为施工准备及一期工程 第二阶段（1998-2003年）为二期工程 第三阶段（2004-2009年）为三期工程,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,第一章 能源和发电,三峡工程的主要建筑物 大坝:混凝土重力坝，坝轴线全长2309.47米，最大坝高181.00米；泄洪坝段设有23个泄洪深孔，22个泄洪表孔。电站共安装32台单机容量为700MW的水轮发电 机组，总装机容量22400MW；通航建筑物包括双线连续梯级五级船闸和过船能力，为3000吨级船舶的垂直升船机。,发
18、电厂电气部分,第一章 能源和发电,第一章 能源和发电,人员配置和组织机构目前在岗员工261人，人均发电容量达到国际同类先进水平。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,机组投产情况 首台机组于2003年7月10日投产发电； 2003年投产机组6台； 2004年投产机组5台； 2005年左岸14台机组全部投产。 2007年右岸12台机组，投产7台，其中国产化机组3台。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,在电网中的地位 15回500kV输电线路,其中送往华东、广东3个换流站. 主要供电范围：华中电网(湖南、湖北、河南)华东电网(上海、江苏、浙江、安徽)广东重庆 1回至重庆万州，实现华中、川渝电网联
19、网； 3回至宜昌龙泉直流换流站，连接华东电网； 3回至荆州江陵直流换流站，连接南方电网； 是全国跨大区互联电网的中心枢纽点。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,1-4 核能发电厂,核能发电厂简称核电厂,是利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为机械能,再转换为电能,核反应堆相当于火电厂锅炉。核能能量密度高，1gU235全部裂变时所释放的能量相当于2.7t标准煤完全燃烧时所释放的能量。作为发电燃料，运输量非常小，发电成本低。如一座1000MW的火电厂，每年约需三四百万吨原煤，相当于每天需8列火车用来运煤。同样容量的核电厂，若采有U 235
20、作燃料只需130t。,第一章 能源和发电,第一章 能源和发电,发电厂电气部分,压水堆核电厂的示意图,二次回路系统,一次回路系统,世界核电发展情况1954年，前苏联建成了世界上第一座原子能发电站。英国和美国分别于1956年和1959年建成原子能发电站。 截止到2004.9.28，世界上31个国家，有439座原子能反应堆在运行，总容量为3.646亿千瓦。 法国建成59座，原子能发电量占其整个发电量的78%； 日本建成54座，原子能发电量占其整个发电量的25%； 美国建成104座，原子能发电量占其整个发电量的20%； 俄罗斯建成29座，原子能发电量占其整个发电量15% 。,发电厂电气部分,第一章 能
21、源和发电,我国核电建设情况 秦山核电基地 秦山一期 是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站，位于浙江省海盐县。 1985年3月20日开工，1991年12月15 日并网发电。使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第7个能够自行设计、建造核电站的国家。秦山二期装设2台65万千瓦压水堆机组。2台机组先后于1996年6月2日、1997年3月23日开工，经过近8年建设，分别于2002年4月15日、2004年5月3日投入商业运行。秦山二期扩建工程 于2006年一季度开工，预计2011年前后，3、4号机组将先后投入商业运行。届时，秦山二期核电站的装机容量将达到260万千
22、瓦。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,秦山三期是我国首座商用重水堆核电站，电站采用加拿大重水堆核电技术，建造2台700兆瓦核电机组。1998年6月8日开工，2003年7月24日，比合同工期提前了112天全面建成投产。,大亚湾核电基地 是我国第一座百万千瓦级大型商用核电站，拥有2台98.4万千瓦的压水堆核电机组。1987年8月主体工程开工，1994年5月建成投入运行。,岭澳核电基地一期拥有2台99万千瓦的压水堆核电机组。1997年5月开工，2003年1月建成投入商业运行。 二期规划建设2台百万千瓦级压水堆核电机组。2005年12月正式开工；两台机组将分别于2010年和2011年建成并投入商业
23、运行。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,田湾核电基地田湾核电站是中俄两国最大的技术经济合作项目。位于江苏省连云港市连云区田湾，按4台百万千瓦级核电机组规划，并留有再建4台的余地。一期建设2台106万千瓦的俄罗斯压水堆核电机组。1号机组于1999年10月20日开工，2005年10月18日开始首次装料，12月20日反应堆首次达到临界，2007年5月17日正式投入商业运行。2号机组于2000年9月20日开工，2007年5月1日反应堆首次达到临界，5月14日首次并网成功。田湾核电站具有得天独厚的地理、地质、水文优势，可容纳8台百万千瓦级机组，总装机容量可达8001000万千瓦，年发电600700亿
24、千瓦时，产值250亿元以上。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,浙江三门核电基地2004年9月1日，国家发改革委正式批复三门核电一期工程项目建议书，批准三门核电按6台百万千瓦级核电机组规划建设。一期工程建设2台，并明确将通过招标引进国际上先进的第三代压水堆核电技术。2004年9月28日，国家核电自主化依托项目对外招标，并于2005年2月28日截标。2007年开工建设。广东阳江核电基地阳江核电站位于广东省阳江市东平镇，是国家十五计划的重要能源项目之一，规划建设6台百万千瓦级或更大容量的核电机组，分两到三期建设，首期2台，2007年开工，2012年左右投入商业运行。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,福建福清核电基地福建福清核电有限公司成立于2006年5月16日。规划装机容量为6台百万千瓦级压水堆核电机组。一次规划、分期建设。一期工程建设2台百万千瓦级核电机组，总投资约228亿元人民币。到2020年,我国核电发电量占总发电量的4%，装机容量达4000万千瓦左右。,发电厂电气部分,第一章 能源和发电,
