1、.,第一章 能源和發(fā)電,第一節(jié) 能源和電能 一、物質、能量和信息 物質、能量和信息是構成客觀世界和三大基礎，到目前為止，人類所認識的能量有如下六種形式： 機械能、熱能、化學能、輻射能、核能、電能,.,二、能源含義和能源分類 能源：是能量的來源或泉源，分類方法： 1、按獲得的方法分 一次能源自然界中現(xiàn)成存在，可直接取用 二次能源指由一次能源經(jīng)過加工而轉換成的另一種形態(tài)的能源 2、按被利用的程度分 常規(guī)能源已經(jīng)被人們廣泛利用的能源 新能源用新發(fā)展的技術開發(fā)，并采用先進的方法加以廣泛利用的能源。,.,3、按能否再生分 可再生能源不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源 非再生能源隨人類的利用而越來越少，總有

2、枯竭之時的能源。 4、按能源本身的性質分 含能體能源可以直接儲存的能源，如煤、石油等。 過程性能源無法直接儲存的能源，如水能、風能 5、按對環(huán)境的污染程度分 清潔能源對環(huán)境無污染或污染很少的能源，如太陽能、水能等 非清潔能源對環(huán)境污染較大的能源，如煤炭、石油等,.,三、能源資源 指為人類提供能量的天然物質。 1、煤炭【非再生能源】 2、水力資源 3、其它資源 （1）石油 （2）天然氣 （3）鈾,注意資源的有效利用,.,四、電能 電能被視為與空氣和水一樣重要，如果沒有了電，現(xiàn)代文明社會將 不復存在。它與其它形式的能源相比，具有如下特點： 1、便于大規(guī)模生產和遠距離輸送； 2、可簡便地轉換成另一種

3、形式的能量； 3、用電容易控制，可實現(xiàn)自動化和遠動化操作； 4、損耗小，效率高，經(jīng)濟效益好。 5、無氣體和噪聲污染。,.,五、發(fā)電廠 發(fā)電廠是“生產”電能的工廠，它將各種一次能源（天然能源），如煤炭、水能、核能等轉換為電能。 1)按輸入一次能源形式及轉換過程的不同，可將發(fā)電廠分為下列四類：,.,2）按發(fā)電廠的規(guī)模和供電范圍分： 區(qū)域性發(fā)電廠、地方發(fā)電廠和自備專用發(fā)電廠等,.,一、一次能源（燃料） 主要是煤、還有石油、天然氣。 二、主要設備 鍋爐、汽輪機、發(fā)電機及各種輔機 三、電能生產過程 燃料在鍋里里燃燒 使水變成蒸汽 推動汽輪機轉子旋轉 帶動發(fā)電機轉子旋轉 發(fā)電機產生電能,第二節(jié)、火力發(fā)電廠

4、,.,其能量轉換過程：,按輸出能源的形式可分下列兩種： 凝汽式火電廠： 只向外供應電能的發(fā)電廠。 熱電廠： 同時向外供應電能和熱能的發(fā)電廠。,.,火電廠的電能生產過程,整個生產過程可分為三個系統(tǒng)： （1）燃燒系統(tǒng)：燃料的化學能在鍋爐 中燃燒轉變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變?yōu)檎魵狻?（2）汽水系統(tǒng)：蒸汽進入汽輪機，沖動汽輪機旋轉，將熱能轉變?yōu)闄C械能。 （3）電氣系統(tǒng)：汽輪機帶動發(fā)電機轉動，把機械能變?yōu)殡娔堋?.,1）燃燒系統(tǒng)【見圖1-1所示】 燃料的化學能在鍋爐里燃燒中轉變?yōu)闊崮?，加熱鍋爐中的水使之變成蒸汽 燃燒系統(tǒng)由運煤、磨煤、燃燒、風煙、灰渣等系統(tǒng)組成。,.,.,.,2）汽水系統(tǒng)： 由鍋爐、

5、汽輪機、凝氣器、除氧器、加熱器等設備及管道構成 它包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補充給水系統(tǒng)。,.,.,3）電氣系統(tǒng) 包括發(fā)電機、勵磁裝置、廠用電系統(tǒng)、升壓變電站等,.,.,., 火力發(fā)電廠 凝汽式火電廠生產過程示意圖,電氣系統(tǒng),燃燒系統(tǒng),汽水系統(tǒng),.,North China Electric Power University,page20,2020/7/14,輸煤系統(tǒng),輸煤皮帶,輸煤棧道,磨煤機,給粉機,.,North China Electric Power University,page21,2020/7/14,汽輪機,汽輪機管道,汽輪機廠房,汽輪機,控制臺,操作系統(tǒng),.,North Chi

6、na Electric Power University,page22,2020/7/14,鍋爐,晾水塔,鍋爐,送風機,機爐控制室,.,North China Electric Power University,page23,2020/7/14,發(fā)電機,發(fā)電機,單元控制室,保護屏,模擬屏,.,North China Electric Power University,page24,2020/7/14,電氣系統(tǒng),變電站,互感器,網(wǎng)控室,主變壓器,.,North China Electric Power University,page25,2020/7/14,發(fā)電廠電氣主接線,.,四、火電廠類型

7、（1）按燃料分,燃煤發(fā)電 燃油發(fā)電廠 燃氣發(fā)電廠 余熱發(fā)電廠 垃圾發(fā)電廠 工業(yè)廢料發(fā)電廠,.,2）按蒸汽壓力和溫度分,中低壓發(fā)電廠： 高壓發(fā)電廠： 超高壓發(fā)電廠： 亞臨界壓力發(fā)電廠： 超臨界壓力發(fā)電廠： 及以上,.,3）按原動機分,凝氣式汽輪機發(fā)電廠 燃氣輪機發(fā)電廠 內燃機發(fā)電廠 蒸汽燃氣輪機發(fā)電廠,.,4）按輸出能源分,凝氣式火力發(fā)電廠發(fā)電廠,只能生產電能 效率較低：30%40%,供熱式火力發(fā)電廠熱電廠,既能生產電能又供應熱能 效率較低：60%70%,.,五、火電廠的特點 （1）火電廠布局靈活，裝機容量的大小可按需要決定; （2）火電廠的一次性建造投資少，僅為同容量水電廠的一半左右。 （3）

8、火電廠耗煤量大; （4）火電廠動力設備繁多，發(fā)電機組控制操作復雜，廠用電量和運行人員都多于水電廠，運行費用高; （5）機動性較差。大型發(fā)電機組由停機到開機并帶滿負荷需要幾小時到十幾小時，乃至幾十小時，并附加耗用大量燃料; （6）熱效率低，只有3240%; （7）在電力系統(tǒng)中主承擔基荷; （8）火電廠對空氣和環(huán)境的污染大。,.,五、火電廠的特點 優(yōu)點 1）布局靈活，裝機容量的大小可按需要決定; 2）一次性建造投資少，建設周期較短。 缺點 1）耗煤量大，發(fā)電成本高; 2）動力設備繁多，控制操作復雜，運行費用高; 3）啟動時間長（幾小時到十幾小時，乃至幾十小時），啟動費用高; 4）擔負調峰、調頻時，

9、煤耗增加、事故增多 5）對空氣和環(huán)境的污染大,.,內蒙古一火電廠,.,內蒙古能源“金三角”地區(qū)的神華準格爾火電廠廠區(qū)碧空如洗,.,一、一次能源（燃料） 水的位能或動能。 二、主要設備 壓力水管、水輪機、發(fā)電機 三、電能生產過程 高處的水經(jīng)壓力水管 推動水輪機轉子旋轉 帶動發(fā)電機轉子旋轉 發(fā)電機發(fā)出電能,第三節(jié)、水力發(fā)電廠,.,其能量轉換過程：,四、類型 （1）堤壩式水電廠,壩后式水電廠 河床式水電廠,.,壩后式水電廠,廠房建在壩的后面，不承受上游水壓,.,特點：形成蓄水庫，以調節(jié)流量，引用流量大，電站規(guī)模大，綜合效益高。適用高、中水頭 三門峽、劉家峽（總裝機容量122.5萬KW，最大水頭114

10、m ）、三峽水電站,.,三門峽水電站,.,三峽水電站,.,河床式水電廠,廠房代替一部分壩體，也起攔水作用，直接承受上游水壓,.,適用于平原上河床平緩地區(qū)，落差小，廠房和壩建在一起，構成攔河建筑物的一個組成部分。廠房承受上游水的壓力，起擋水作用。 特點是：水頭低（小于3040米）；擋水建筑物長 葛洲壩（總裝機271.5萬KW，最大水頭27m )、西津水電廠,.,溢流式水電站： 廠房建在溢流壩后，泄洪水流從廠房頂部越過泄入下流河道，適用于河谷狹窄，水庫下泄洪水流量大，溢洪與發(fā)電分區(qū)布置有一定困難的情況。 如浙江的新安江水電站（總裝機66.25萬KW，最大水頭84.3m ）,.,岸邊式水電站： 廠房

11、建在攔河壩下游河岸邊的地面上，引水道及壓力管道明鋪于地面或埋設于地下，如松花江上游的白山水電站（總裝機容量150萬KW，最大水頭126m ) 地下式水電站： 引水道和廠房都建在壩側地下，如四川的二灘水電站（總裝機330萬KW，最大水頭189m ）,.,壩內式水電站： 壓力管道和廠房都建混泥土壩的空腔內，且常設在溢流壩段內，適用于河谷狹窄，下泄洪水流量大的情況,.,（2）引水式水電廠,建筑在山區(qū)水流湍急河道上，或河床坡度較陡的地方， 由引水渠道造成水頭 一般不需要修壩或只修低堰,.,North China Electric Power University,page46,2020/7/14,引水

12、式,無壓引水,有壓引水,在河流上游，當河床坡度較大時，可以借助坡降較小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水頭，以獲取最大落差。 特點是：水頭較高（最高為1020米），流量小，無蓄水池調節(jié)流量；綜合利用價值低，電站規(guī)模也較小。,.,.,（3）混合式水電廠： 根據(jù)河流特點建造的兼有堤壩式和引水式兩種特點的水電廠 2、按徑流調節(jié)的程度分類 無調節(jié)水電廠： 有調節(jié)水電廠： 3、抽水蓄能式水電廠,.,工作原理,以一定水量作為能量載體，通過能量轉換向電力系統(tǒng)提供電能 在電力系統(tǒng)負荷低時，抽水、蓄能 在電力系統(tǒng)負荷高峰時，放水、發(fā)電,.,在系統(tǒng)中的作用,調峰 填谷 備用 調頻 調相,功能,降低電力系統(tǒng)

13、的燃料消耗 提高火電設備利用率 可作為發(fā)電成本低的峰荷電源 對環(huán)境沒污染且能美化環(huán)境 可用于蓄能,.,五、水電廠的特點 優(yōu)點:,發(fā)電成本低 對環(huán)境沒有污染 運行靈活方便 可防洪、灌溉、航運等,缺點：,一次投資大 建設周期長 受水文氣象影響 淹沒土地、移民搬遷等,.,第四節(jié)、核能發(fā)電廠,1985 年中國開始興建第一座核電站浙江秦山核電站,容量 30 萬千瓦,壓水堆型,1991 年 12 月 15 日并網(wǎng)發(fā)電,1994 年4月1日商業(yè)運行,1995年7月1日通過國家驗收。目前正擴建二期工程二臺國產 60 萬千瓦核電機組,和三期工程二臺自加拿大引進的重水堆型 70 萬千瓦核電機組。,.,廣東深圳大亞

14、灣核電站,是中國興建的第二座大型核電站,引進英、法兩國設備,安裝二臺90萬千瓦壓水堆型核電機組。1988年8月8日澆注第一罐混凝土,1993 年 8 月31日一號機組平網(wǎng)發(fā)電,1994 年2月1日商業(yè)運行;二號機組于1994年5月6日商業(yè)運行。,.,目前在建的項目有:大亞灣第二核電站-嶺澳核電站,安裝四臺壓水堆型 100 萬千瓦核電機組;江蘇連云港核電站,由俄羅斯引進二臺100萬千瓦核電機組;廣東省規(guī)劃建設第三座核電站, 即陽江核電站,安裝6臺100 萬千瓦核電機組。,.,一、一次能源（燃料） 核燃料（鈾或钚）。 二、主要設備 核反應堆+核蒸汽發(fā)生系統(tǒng)=鍋爐 、水輪機、發(fā)電機 三、電能生產過程

15、 核燃料在反應堆內進行核裂變的鏈式反應，產生大量熱量，由冷卻劑（水或空氣）帶出，在蒸汽發(fā)生器中把熱量傳給水，將水加熱成蒸汽來轉動汽輪發(fā)電機發(fā)電。,.,能量轉換： 熱能（汽輪機）機械能 電能,.,North China Electric Power University,page57,2020/7/14,核電廠的系統(tǒng),核島的核蒸汽供應系統(tǒng) 一回路系統(tǒng) 化學和容積控制系統(tǒng)： 余熱排出系統(tǒng)/停堆冷卻系統(tǒng)：停堆時導出余熱 安全注射系統(tǒng)/緊急堆芯冷卻系統(tǒng) 控制、保護和檢測系統(tǒng),常規(guī)島系統(tǒng) 二回路系統(tǒng)： 循環(huán)冷卻水系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)及廠用電設備,組成：核島+常規(guī)島 +輔助系統(tǒng)+控制系統(tǒng)+安全系統(tǒng),.,壓水堆,

16、用高壓輕水作慢化劑、冷卻劑、一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)分開,四、類型,.,中央那個立式設備就是反應堆壓力容器，四個躺著的是蒸汽發(fā)生器，后面那個立式設備是穩(wěn)壓器，三個露頭的是主泵。,.,沸水堆（重水堆）：,用重水作冷卻劑，水會沸騰，汽輪機等設備可能受污染,.,秦山一期：30萬kW，原型壓水堆，1985年開工，1991年并網(wǎng) 秦山二期：260萬kW，壓水堆，1996年開工，2002年并網(wǎng) 秦山三期：272.8萬kW，重水堆，1998年開工，2002、2003年并網(wǎng)（與加拿大合建） 大亞灣：298.4萬kW，壓水堆，94年投入運行 嶺澳：299萬kW，壓水堆，2002、2003年投入運行，“九五”最大的

17、能源項目,.,大亞灣核電站,.,大亞灣核電站,.,特點： a.消耗燃燒少如容量為50萬kw的大電廠，需燃燒150萬噸/年;而容量為50萬kw的大電廠，需鈾燃料20噸/年。 b.燃燒時不需要空氣助燃 ，可建在地下、水下、山上 c.容量越大越經(jīng)濟 d.有放射性污染,.,第四節(jié) 新能源發(fā)電廠,包括太陽能發(fā)電 、風力發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、生 物質能發(fā)電及垃圾電廠等。 1、太陽能發(fā)電 太陽能熱發(fā)電：它是將吸收的太陽輻射熱能轉換成電能的裝置， 其基本組成與常規(guī)火力電廠相似。,.,太陽能光發(fā)電：太陽能光發(fā)電不通過熱過程而直接將太陽的光能轉換成電能，其中光伏電池是一種主要的太陽能光發(fā)電形式，也叫光伏發(fā)電。

18、,光伏發(fā)電：是把照射到太陽能電池上的光直接變換成電能的一種發(fā)電形式，它是目前太陽能發(fā)電研究的方向。,.,光伏太陽能。在德國巴伐利亞州一個農場里，屋頂上的太陽能板通過太陽光照射，光能將半導體如硅晶體中的電子激發(fā)出來發(fā)電。不同于聚光太陽能，光伏太陽能系統(tǒng)可以在小范圍內高效地產生電能,.,位于拉斯維加斯的內華達太陽一號太陽能發(fā)電廠的凹面鏡在采集陽光，從而使裝有水的鋼管溫度升高產生蒸汽，生產出6400萬兆瓦電量。與昂貴的光伏太陽能板相比，政府部門往往更青睞于這種方式。,.,2、風力發(fā)電 將風能轉換成電能的發(fā)電方式稱為風力發(fā)電。風能屬于再生能源，又是一種過程性的能源，無法直接儲存，還具有隨機性，所以對風

19、能的應用技術上比較復雜。,.,風力發(fā)電廠,.,葉片將風能轉化為機械能，升速齒輪箱將風力機軸上的低速旋轉變?yōu)楦咚傩D，帶動發(fā)電機發(fā)出電能，經(jīng)電纜線路引至配電裝置，然后送入電網(wǎng)。,.,哥本哈根風力發(fā)電廠于2001年建成，是目前世界上四大海上風電場之一,.,3、地熱發(fā)電 地球本身是個大熱庫，地熱資源遍布世界各地。僅地表10公里以內就有可供開采的熱能，地熱能的儲量很大，它的總量大約是煤炭的一億七千萬倍。但是，目前世界上實際能利用的地熱資源很少，主要限于蒸汽田和熱水田，這兩者統(tǒng)稱為地熱田。地熱電站是清潔的能源。它的發(fā)電成本比水電和火電都低，而且地熱發(fā)電后排出的熱水還可以供采暖、醫(yī)療、提取化學物質等利用，

20、所以目前地熱發(fā)電發(fā)展很快。,.,4、潮汐發(fā)電 潮汐能是地球在自轉過程中，海水受月球重力牽引產生的。還有小部分潮汐是受太陽引力牽引形成的。海水漲落的周期為12小時25分鐘，同時在海底造成三角流。 利用潮汐的落差推動水輪機而發(fā)電稱之為潮汐發(fā)電。即在海灣或河流入?？谔幹鸬虊危瑵q潮時蓄水，高潮時關閉。退潮時形成足以使水輪機工作的落差時才開始放水，將蓄水放出，驅動水輪發(fā)電機發(fā)電。,.,世界最大的潮汐發(fā)電站：法國北部LaRance河，Pe=240MW 世界最高的潮汐發(fā)電站：加拿大Fundy高達39英尺Pe=20MW 世界首座海底潮汐發(fā)電站：挪威北部Kvalsund Pe=300KW （無生態(tài)污染，無噪音、不占地）投資1億美元。,.,.,第五節(jié) 變電所,按其地位和作用：樞紐變電所、中間變電所、地區(qū)變電所、企業(yè)變電所、終端變電所,電力系統(tǒng)是由發(fā)電廠、變電所、線路和用戶組成。變電所是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié),變電所是匯集電源、升降電壓和分