發(fā)電廠電氣部分第一章能源和發(fā)電

發(fā)電廠電氣部分第一章能源和發(fā)電第1頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)能源和電能第二節(jié)火力發(fā)電廠第三節(jié)水力發(fā)電廠第四節(jié)核能發(fā)電廠第五節(jié)新能源發(fā)電內(nèi)容提綱第2頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)能源和電能第二節(jié)火力發(fā)電廠第三節(jié)水力發(fā)電廠第四節(jié)核能發(fā)電廠第五節(jié)新能源發(fā)電目錄第3頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一一、物質(zhì)、能量和信息物質(zhì)、能量和信息是構成客觀世界的三大基礎能量是物質(zhì)的屬性，是一切物質(zhì)運動的動力能量轉換必然遵循能量守恒定律到目前為止，人類所認識的能量有如下形式：機械能熱能化學能輻射能核能電能能源和電能第4頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一二、能源含義和能源分類

能源：是能量的來源或源泉，即指人類取得能量的來源。能源形式多樣，有如下四種分類方法: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。如煤、石油、水能、風能、太陽能等二次能源：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。

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。2、按被利用的程度分能源和電能第5頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一可再生能源：不斷再生并有規(guī)律地得到補充的能源3、按能否再生分非再生能源：隨人類的利用而越來越少，總有枯竭之時的能源。含能體能源：可以直接儲存的能源，如煤、石油、天然氣等。4、按能源本身的性質(zhì)過程性能源：無法直接儲存的能源，如水能、風能、電能等。能源和電能第6頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一三、能源資源鈾12345能源資源是指蘊藏于自然界中的各種能源煤炭水能資源石油天然氣能源和電能第7頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一1、煤炭(非再生能源)

注：據(jù)有關專家透露，按現(xiàn)在的煤炭消耗速度計算，當前所預測煤炭資源大約還能維持100年左右。

我國煤炭資源儲量較豐富，而且質(zhì)量優(yōu)良，分布面廣，品種也很齊全。主要分布在新疆、內(nèi)蒙古自治區(qū)、山西和陜西等省區(qū)?！懊禾俊笔枪I(yè)的糧食，是傳統(tǒng)的能源，也是重要的燃料和化工原料。能源和電能第8頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一我國水能資源蘊藏量6.76億kW年發(fā)電量5.92×104億kW.h可開發(fā)量為3.78億kW居世界首位，主要集中在西南地區(qū)2、水能資源

水能資源又稱水力資源，是指天然水流的位能和動能所蘊藏的可再生資源。能源和電能第9頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一（1）石油：地質(zhì)儲量68.1億噸?，F(xiàn)代工業(yè)的“血液”據(jù)有關專家透露，按現(xiàn)在的消耗速度計算，當前所預測石油資源大約還能維持50年左右。（2）天然氣：包括油田氣(伴生氣)和氣田氣(非伴生氣)。我國天然氣遠景資源量達47.14萬億m3，主要分布在中部和西部地區(qū)。(西氣東輸工程:塔里木盆地—上海)（3）鈾：地球上的鈾儲量有限，已探明的僅500萬噸。我國的鈾儲量可供4000萬kW核電廠運行30年。3、其它資源能源和電能第10頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一四、電能電能在使用時沒有污染，噪聲小12345電能與其他形式的能源相比，其特點有電能可以大規(guī)模生產(chǎn)和遠距離輸送電能方便轉換和易于控制電能輸送的損耗小電能效率高現(xiàn)代文明中，電被視為與空氣和水一樣重要能源和電能第11頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一五、發(fā)電廠水電廠（1）堤壩式水電廠（2）引水式水電廠（3）抽水蓄能電廠核電廠（1）壓水堆核電廠（2）沸水堆核電廠將各種一次能源轉變成電能的工廠，稱為發(fā)電廠。新能源電廠風電場太陽能光伏電站潮汐發(fā)電廠地熱發(fā)電廠生物質(zhì)發(fā)電廠火電廠（1）燃煤火電廠（2）燃油火電廠（3）燃氣火電廠（LNG電廠）能源和電能第12頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)能源和電能第二節(jié)火力發(fā)電廠第三節(jié)水力發(fā)電廠第四節(jié)核能發(fā)電廠第五節(jié)新能源發(fā)電目錄第13頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一

火力發(fā)電廠

火力發(fā)電廠簡稱火電廠，指用煤、石油和天然氣作為燃料的發(fā)電廠。燃燒系統(tǒng)汽水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)能量轉換過程：火力發(fā)電廠第14頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一火電廠的分類按燃料分燃煤發(fā)電廠燃油發(fā)電廠燃氣發(fā)電廠余熱發(fā)電廠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)電廠超超臨界壓力發(fā)電廠火力發(fā)電廠第15頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一按原動機分：凝汽式汽輪機發(fā)電廠燃氣輪機發(fā)電廠內(nèi)燃機發(fā)電廠蒸汽-燃氣輪機發(fā)電廠按輸出能源分：凝汽式發(fā)電廠熱電廠火力發(fā)電廠第16頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一火電廠外景火力發(fā)電廠第17頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一▉

火力發(fā)電廠—凝汽式火電廠生產(chǎn)過程示意圖火力發(fā)電廠第18頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一三、火電廠的電能生產(chǎn)過程【以凝汽式火電廠為例】

（1）燃燒系統(tǒng)：燃料的化學能在鍋爐中燃燒轉變?yōu)闊崮埽訜徨仩t中的水使之變?yōu)檎魵?。?）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，在發(fā)電機定子繞組中感應出電動勢,把機械能變?yōu)殡娔堋?/p>

整個生產(chǎn)過程可分為三個系統(tǒng)：火力發(fā)電廠第19頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一1、燃燒系統(tǒng)

它由運煤、磨煤、燃燒、風煙、灰渣等系統(tǒng)組成?；鹆Πl(fā)電廠第20頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一2、汽水系統(tǒng)它包括給水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)和補充給水系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。

3、電氣系統(tǒng)火力發(fā)電廠第21頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一一次性建造投資少，建造工期短2布局選址靈活31動力設備繁多，發(fā)電機組控制操作復雜，運行費用高4耗煤量大，生產(chǎn)成本高33由停機到開機并帶滿負荷需要時間長，耗用大量燃料35火電廠的特點擔負調(diào)峰、調(diào)頻或事故備用時事故增多，強迫停運率高，廠用電率高36排放物對環(huán)境的污染大37火力發(fā)電廠第22頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)能源和電能第二節(jié)火力發(fā)電廠第三節(jié)水力發(fā)電廠第四節(jié)核能發(fā)電廠第五節(jié)新能源發(fā)電目錄第23頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一水力發(fā)電廠水電廠是把水的勢能和動能轉換成電能的工廠。水能→機械能→電能水庫：集中大量的水和造成大的水位落差水輪機：水的壓力或流速沖動水輪機旋轉發(fā)電機：水輪機旋轉帶動發(fā)電機轉子旋轉，在發(fā)電機定子繞組中感應出電動勢水力發(fā)電廠第24頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一一、水電廠的分類1、按集中落差的方式分類1)堤壩式水電廠：在河床上修建攔河壩，形成水庫，將水積蓄起來，抬高上游水位形成發(fā)電水頭。根據(jù)廠房布置的位置，又分：①壩后式

②河床式

水力發(fā)電廠第25頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一

壩后式水電站：廠房建在壩后，全部水頭的壓力由壩體承受，水庫的水由壓力水管引入廠房，推動水輪發(fā)電機組發(fā)電，如三峽水電站，廠房采用全封閉式結構。

圖1-3壩后式水電站示意圖水力發(fā)電廠第26頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一圖1-4河床式水電站示意圖

河床式水電站：廠房代替一部分壩體，廠房也起擋水作用,直接承受上游水的壓力。由于廠房修建在河床中，故稱河床式，如葛洲壩水電站。水力發(fā)電廠第27頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一新安江水電站烏江渡口水電站三門峽水電站第28頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一圖1-5引水式水電站示意圖

2)引水式水電站：建在山區(qū)水流湍急的河道上或河床坡度較陡的地段，由引水渠道提供水頭，一般不需要修建堤壩，或只修低堰，適用于水頭比較高的情況。

3)混合式水電廠：它兼有堤壩式和引水式兩種水電站的特點。

水力發(fā)電廠第29頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第30頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一

1)無調(diào)節(jié)水電廠：庫容很小，出力的變化，主要取決于天然來水流量，往往是枯水季節(jié)水量不足，出力很小，而洪水期流量很大，產(chǎn)生棄水。

2)有調(diào)節(jié)水電廠：庫容較大，能按照發(fā)電用水要求對天然來水量進行調(diào)節(jié)。有調(diào)節(jié)水電廠又有日調(diào)節(jié)、月調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)和多年調(diào)節(jié)水電廠之分2、按徑流調(diào)節(jié)的程度分類水力發(fā)電廠第31頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一三峽工程鳥瞰圖水力發(fā)電廠第32頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)電成本低、效率高2可綜合利用水資源：發(fā)電、防洪、灌溉、航運、供水31水能可儲蓄和調(diào)節(jié)4運行靈活，機組啟動快承擔調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用33水力發(fā)電不污染環(huán)境35水電廠的特點水力發(fā)電廠第33頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一由于水庫興建，淹沒土地、移民搬遷，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)8水電廠的特點36建設投資大，工期較長37發(fā)電量受到水文氣象條件的制約，發(fā)電不平衡水力發(fā)電廠第34頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一（3）抽水蓄能電廠

利用電力系統(tǒng)低谷負荷時的剩余電力抽水到高處蓄存，在高峰負荷時放水發(fā)電的水電站。發(fā)電：上水庫→水輪機→發(fā)電機→電網(wǎng)↓下水庫抽水蓄能：上水庫←水泵←電動機←電網(wǎng)↑下水庫

水力發(fā)電廠第35頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一圖1-9抽水蓄能電站示意圖“四度電抽水,只能發(fā)出三度電”?水力發(fā)電廠第36頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一

2、抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的作用1）調(diào)峰。(白天承擔峰荷中的尖峰部分)2）填谷。在夜間或周末負荷低谷時，可使火電機組不必降低出力（或停機）和保持在熱效率較高的區(qū)間運行，提高火電發(fā)電效率、減少火電啟停損失,從而節(jié)省燃料。

3）事故備用。（從停機啟動至帶滿負荷只需1-2min)4）調(diào)頻。(負荷短時平衡困難一般由蓄能機組承擔)5）調(diào)相(調(diào)壓)。同步發(fā)電機距離負荷較近

6）黑啟動。(220V蓄電池組直流電源起勵)7）蓄能。

水力發(fā)電廠第37頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第38頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一廣州蓄能水電站第39頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一我國抽水蓄能電站發(fā)展概況

我國抽水蓄能電站的研發(fā)始于20世紀60年代后期,并先后于1968和1973年建成崗南和密云兩座小型混合式抽水蓄能電站,裝機容量分別為11和22MW。20世紀80年代開始,隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,負荷需求快速增長,電網(wǎng)規(guī)模也不斷增加,電網(wǎng)調(diào)峰容量缺乏,修建抽水蓄能電站以解決調(diào)峰問題逐漸成為共識,抽水蓄能電站在我國迎來了建設高潮,很多地區(qū)電網(wǎng)都建設了抽水蓄能電站。第40頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一我國已建成投產(chǎn)的主要抽水蓄能電站如右表。電網(wǎng)省份電站名稱投產(chǎn)容量/MW東北吉林白山2×150華北山東泰安4×250北京密云2×11河北崗南1×11河北潘家口3×90北京十三陵4×200河北張河灣4×250華東浙江天荒坪6×300浙江溪口2×40江蘇沙河2×50安徽瑯琊山4×150浙江桐柏4×300安徽響洪甸2×40華中湖北天堂2×35四川寸塘口2×10河南回龍2×60南方廣東廣蓄8×300廣東惠州8×300西藏西藏羊卓雍湖4×22.5第41頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一目前，我國在建或擬建的主要抽水蓄能電站如右表。可以看到，全國各大區(qū)域電網(wǎng)的負荷中心都在大力發(fā)展建設抽水蓄能電站。電網(wǎng)省份電站名稱投產(chǎn)容量/MW東北遼寧蒲石河4×300華北山西西龍池4×300河北豐寧12×300山東文登6×300華東安徽佛磨2×80浙江溪口2×200浙江天荒坪二期8×300浙江仙居4×300江蘇宜興4×250江蘇句容4×300江蘇溧陽6×250安徽響水澗4×250華中湖北白蓮河4×300湖南黑糜峰2×300河南寶泉4×300河南信陽4×250南方廣東深圳4×300廣東陽江8×300廣東五華8×300廣東清遠4×320第42頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)能源和電能第二節(jié)火力發(fā)電廠第三節(jié)水力發(fā)電廠第四節(jié)核能發(fā)電廠第五節(jié)新能源發(fā)電目錄第43頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一核電廠核電廠是將原子核的裂變能轉換為電能。核電廠的生產(chǎn)過程與一般火電廠相似：它的核反應堆相當于火電廠的鍋爐，以核燃料在核反應堆中裂變鏈式反應產(chǎn)生熱能，來加熱水使之變成蒸汽。蒸汽通過管路進入汽輪機，推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。一般說來，核電站的汽輪發(fā)電機及電器設備與普通火電站大同小異，其奧妙主要在于核反應堆。

核能發(fā)電廠第44頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一自核電站問世以來，在工業(yè)上成熟的發(fā)電堆主要有以下四種：輕水堆重水堆石墨氣冷堆快中子增殖反應堆目前世界上使用最多的是輕水堆核電廠輕水堆又分為：壓水堆核電站：一回路和二回路通過蒸汽發(fā)生器分開(圖1-10)沸水堆核電站：省去了既大又貴的蒸汽發(fā)生器，但有將放射性物質(zhì)帶入汽輪機的危險(圖1-11)核能發(fā)電廠第45頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一核裂變能量核聚變能量核能發(fā)電廠第46頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一目前中國現(xiàn)有核電廠一、浙江嘉興的秦山核電廠二、廣東深圳的大亞灣核電廠

三、江蘇省連云港市連云區(qū)田灣的田灣核電廠四、廣東深圳大鵬半島東南側的嶺澳核電廠。

中國在建核電廠廣東陽江、臺山，海南昌江，山東海陽(2臺AP1000)，浙江三門(2臺AP1000)，遼寧紅沿河，福建寧德、福清國家核電技術公司、中國廣東核電集團有限公司

核能發(fā)電廠第47頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一AP1000技術引進全面進入消化吸收階段;推動三代核電設備國產(chǎn)化取得新突破;國產(chǎn)AP1000標準設計的初步設計已經(jīng)完成;大型先進壓水堆重大專項CAP1400核電站初步設計基本完成……這是國家核電技術公司在2011年交出的“成績單”。

AP1000是否安全可靠?這是“后福島時代”人們最關心的問題。

在福島事件發(fā)生后的第一時間,“國家核電”與技術合作伙伴美國西屋公司對AP1000進行了“壓力測試”。

“我們把造成此次福島事故的幾個最重要參數(shù)9級地震、14米海嘯、5米洪水持續(xù)浸泡等,輸入到AP1000的安全設計中進行了測試。”國家核電技術公司董事長王炳華說,“結果表明,在這樣的情況下,AP1000核電站的堆芯或乏燃料池不會發(fā)生燃料破損,安全殼可維持其完整性。72小時內(nèi)無需人員干預。這說明,AP1000具備預防和緩解超嚴重事故的能力,足以抵御福島事故這樣的地震、海嘯和洪水等超設計基準的巨大沖擊?！?/p>

核能發(fā)電廠第48頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一反應堆在運行中或停閉后，都有很強的放射性2反應堆只能對堆芯一次裝料，并定期停堆換料31運行過程中會產(chǎn)生氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)的放射性廢物4反應堆停閉后不能立即停止冷卻，必須除去衰變熱33與火電廠相比，建設費用高，但燃料所占費用較為便宜35核電廠的特點核能發(fā)電廠第49頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)能源和電能第二節(jié)火力發(fā)電廠第三節(jié)水力發(fā)電廠第四節(jié)核能發(fā)電廠第五節(jié)新能源發(fā)電目錄第50頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第五節(jié)新能源發(fā)電廠

包括風力發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電、地熱發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電及垃圾電廠等。

新能源發(fā)電廠第51頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一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，所以對風能的應用技術上比較復雜。圖1-８是風力發(fā)電裝置的示意圖。由此圖可以看出風力發(fā)電機生產(chǎn)過程的簡單描述。1、風力發(fā)電圖1-8風力發(fā)電裝置的示意圖1—風力機2—升速齒輪箱3—發(fā)電機4—控制系統(tǒng)5—改變方向的驅(qū)動裝置6—底板7—塔架8—控制和保護裝置9—基礎10—電纜線路11—配電裝置新能源發(fā)電廠第52頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一風力發(fā)電廠新能源發(fā)電廠第53頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一第54頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一我國最大的風電場：內(nèi)蒙古赤峰賽罕壩風電場，2008年總裝機容量67萬kW。是目前世界最大的在役風電場。大唐赤峰賽罕壩風力發(fā)電有限公司規(guī)劃在“十一五”期間將賽罕壩風電場建成全國第一個百萬千瓦級風電場。廣東汕頭南澳風電場，2010年底總裝機容量已達14.3萬kW，是亞洲地區(qū)最大的海島風電場（VSC-HVDC）廣東揭陽惠來風電場，預計總裝機容量10萬kW（在建）新能源發(fā)電廠第55頁，共65頁，2023年，2月20日，星期一

①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。

②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。

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