第一節(jié)能源開發(fā)與利用

第一節(jié)能源開發(fā)與利用2024/3/11第一節(jié)能源開發(fā)與利用第一節(jié)能源開發(fā)與利用一、能源資源能源資源是指為人類提供能量的天然物質(zhì)。它包括煤、石油、天然氣、水能等，也包括太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、地?zé)崮?、海洋能、核能等新能源。能源資源是一種綜合的自然資源?？v觀社會發(fā)展史，人類經(jīng)歷了柴草能源時(shí)期、煤炭能源時(shí)期和石油天然氣能源時(shí)期，目前正向新能源時(shí)期過渡，并且無數(shù)學(xué)者仍在不懈地為社會進(jìn)步尋找開發(fā)更新更安全的能源。但是，目前人們能利用的能源仍以煤炭、石油、天然氣為主，在世界一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，這三者的總和約占93%左右。2第一節(jié)能源開發(fā)與利用第一節(jié)能源開發(fā)與利用能源按其來源可以分為四類：第一類是來自太陽能。除了直接的太陽輻射能之外，煤、石油、天然氣等石化燃料以及生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、海洋能等資源都是間接來自太陽能。第二類是以熱能形式儲藏于地球內(nèi)部的地?zé)崮埽绲叵聼崴?、地下蒸汽、干熱巖體等。第三類是地球上的鈾、釷等核裂變資源和氘、氚、鋰等核聚變資源。第四類是月球、太陽等星體對地球的引力，而以月球引力為主所產(chǎn)生的能量，如潮汐能。3第一節(jié)能源開發(fā)與利用第一節(jié)能源開發(fā)與利用能源按使用情況進(jìn)行分類，如表1-1所示。凡從自然界可直接取得而不改變其基本形態(tài)的能源稱為一次能源。由一次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換成另一種形態(tài)的能源稱為二次能源。在一定歷史時(shí)期和科學(xué)技術(shù)水平下，已被人們廣泛應(yīng)用的能源，稱為常規(guī)能源。那些雖古老但采用了新的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)而加以廣泛應(yīng)用的能源稱為新能源。凡在自然界中可以不斷再生并有規(guī)律地得到補(bǔ)充的能源，稱為可再生能源。經(jīng)過億萬年形成的，在短期內(nèi)無法恢復(fù)的能源稱為非可再生能源。4第一節(jié)能源開發(fā)與利用第一節(jié)能源開發(fā)與利用能源一次能源常規(guī)能源可再生能源：水力非可再生能源：煤、石油、天然氣、核裂變新能源可再生能源：太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能、地?zé)崮芊强稍偕茉矗汉司圩儾牧隙文茉措娏?、焦炭、煤氣、汽油、煤油、柴油、重油、沼氣、蒸汽、熱水?-1能源分類5第一節(jié)能源開發(fā)與利用第一節(jié)能源開發(fā)與利用二、資源的有效利用從人類發(fā)展的歷史過程來考察，人類生產(chǎn)和生活始終面臨著一個無法避免的和不可改變的事實(shí)，即資源稀缺。即使人類可通過自己的勞動來改變自然界的物品，創(chuàng)造更多的物質(zhì)財(cái)富，但是在一定的時(shí)期內(nèi)，物質(zhì)資料生產(chǎn)不可能生產(chǎn)出無窮無盡的物質(zhì)生活資料，不可能完全滿足人類的一切需要。因此，需要的無限性和物質(zhì)資料的有限性，將伴隨人類社會發(fā)展的始終。如何實(shí)現(xiàn)資源的有效配置，是我們研究的核心問題。6第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電水電站是將水能轉(zhuǎn)變成電能的工廠，其能量轉(zhuǎn)換的基本過程是：水能→機(jī)械能→電能。按利用能源的種類，水電站可分為：

（1）將河川中水能轉(zhuǎn)換成電能的常規(guī)水電站，也是通常所說的水電站，按集中落差的方法它又有三種基本形式，即堤壩式、引水式和混合式；（2）調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)峰谷負(fù)荷的抽水蓄能式水電站；（3）利用海洋能中的水流的機(jī)械能進(jìn)行發(fā)電的水電站，即潮汐電站、波浪能電站、海流能電站。7第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電圖1－1水電站示意圖1－水庫；2－壓力水管；3－水電站廠房；4－水輪機(jī)5－發(fā)電機(jī)；6－尾水渠道8第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電一、壩式水電站在河道上攔河筑壩建水庫抬高上游水位，集中發(fā)電水頭，并利用水庫調(diào)節(jié)流量生產(chǎn)電能的水電廠，稱為壩式水電站。按照水電站廠房與壩的相對位置的不同，壩式水電站可分為河床式和壩后式兩種基本型式。二、引水式水電站在河流中上游，河流多彎曲或河道坡降較陡的河段，修筑較短的引水明渠或隧道（無壓或有壓）集中水頭，用引水管把水引入河段下游的水電站，這稱作引水式水電站（無壓或有壓）。還可以利用相鄰兩條河流的高程差，進(jìn)行跨河流引水發(fā)電。如圖1－3所示。9第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電圖1－2河床式水電站示意圖10第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電圖1－3無壓引水式水電站示意圖11第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電三、混合式水電站如果條件適宜，則可較經(jīng)濟(jì)地建壩集中部分水頭又用引水系統(tǒng)，共同集中水頭，具有壩式和引水式兩方面的特點(diǎn)，稱為混合式水電站。一條河流上的天然落差往往很大，一般水電站開發(fā)利用有一定的限制，就要合理地分段開發(fā)利用。在河段上有若干水電站，一個接一個，可以采用不同的類型，稱為梯級水電站。12第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電四、抽水蓄能式水電站抽水蓄能電站是特殊形式的水電站。當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷處于低谷時(shí)，它利用網(wǎng)內(nèi)富余的電能，采用機(jī)組為電動機(jī)運(yùn)行方式，將下游（低水池）的水抽送到高水池，能量蓄存在高水池中。在電力系統(tǒng)高峰負(fù)荷時(shí)，機(jī)組改為發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式，將高水池的水能用來發(fā)電（如圖1－5所示）。因此，在電力系統(tǒng)中抽水蓄能電站既是電源又是負(fù)荷，是系統(tǒng)內(nèi)唯一的削峰填谷電源，具有調(diào)頻、調(diào)相、負(fù)荷備用、事故備用的功能。13第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電圖1－5抽水蓄能式水電站14第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電五、水電站的主要動力設(shè)備常規(guī)水電站主要由擋水建筑物、泄水建筑物、排沙設(shè)施、發(fā)電引水系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)以及其他引水設(shè)施和過壩設(shè)施等組成。這里，僅介紹發(fā)電設(shè)備中的主要動力設(shè)備——水輪機(jī)。水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的水力原動機(jī)。按照水流作用于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪時(shí)的能量轉(zhuǎn)換方式，分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。僅利用水流的動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的水輪機(jī)稱為沖擊式水輪機(jī)。同時(shí)利用水流的壓能、動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的水輪機(jī)稱為反擊式水輪機(jī)，反擊式水輪機(jī)是應(yīng)用最廣泛的一種水輪機(jī)。15第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電1、沖擊式水輪機(jī)根據(jù)水流沖擊轉(zhuǎn)輪的部位和方向的不同，沖擊式水輪機(jī)可分為水斗式、斜擊式和雙擊式。后兩種效率低、適用水頭較小，只用于小型水電站。圖1－6所示的水斗式水輪機(jī)，是沖擊式水輪機(jī)中應(yīng)用最廣泛的機(jī)型，它的主要部件有轉(zhuǎn)輪、噴嘴、噴針、折向器、主軸和機(jī)殼。圖1－6沖擊式水輪機(jī)1－轉(zhuǎn)輪；2－噴嘴；3－轉(zhuǎn)輪室；4－機(jī)殼；5－調(diào)節(jié)手輪；6－針閥16第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電2、反擊式水輪機(jī)反擊式水輪機(jī)種類很多，有混流式、斜流式、軸流式（定漿式、轉(zhuǎn)漿式）、貫流式（全貫流式、半貫流式），但構(gòu)造上有著相同特點(diǎn)，主要由水輪機(jī)室、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪和泄水機(jī)構(gòu)四大部分組成。（1）水輪機(jī)室水輪機(jī)室是反擊式水輪機(jī)的引水機(jī)構(gòu)，其形狀像一個大的蝸牛殼，常稱蝸殼（如圖1－7所示），其作用是將引水管來的水流沿圓周方向均勻?qū)蜣D(zhuǎn)輪。17第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電（2）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用是使水流沿著有利的方向進(jìn)入水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，并依靠調(diào)整導(dǎo)葉的開度改變水流流道斷面，調(diào)節(jié)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的流量，從而改變水輪機(jī)的輸出功率。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉導(dǎo)葉，可使水輪機(jī)停止運(yùn)行。圖1－7蝸殼外形圖18第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電（3）轉(zhuǎn)輪水輪機(jī)是轉(zhuǎn)輪是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的核心部件，浸沒在水流中。從導(dǎo)葉出來的旋轉(zhuǎn)水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪，經(jīng)扭曲的轉(zhuǎn)輪葉片組成的流道改變方向后流出轉(zhuǎn)輪體，轉(zhuǎn)輪葉片正反面形成壓力差，水流對葉片產(chǎn)生反作用力，其在輪周方向的分力推動葉片旋轉(zhuǎn)，將水流的壓能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。各種類型的反擊式水輪機(jī)的區(qū)別，主要在于轉(zhuǎn)輪的外形和工作特性的不同，通常由葉片、轉(zhuǎn)輪體（輪轂）、泄水錐等組成。19第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電（4）尾水管尾水管（如圖1-8所示）是水流流過水輪機(jī)的最后部件，連接轉(zhuǎn)輪與下游水面的泄水機(jī)構(gòu)，也稱吸出管。由于轉(zhuǎn)輪出口的水流還有剩余動能未被利用，尾水管的作用就是回收部分動能提高水輪機(jī)的效率，并將水排至下游。圖1－8尾水管示意圖20第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電六、水力發(fā)電的特點(diǎn)水力發(fā)電主要有以下特點(diǎn)：（1）水能是可再生能源，并且發(fā)過電的天然水流本身并沒有損耗，一般也不會造成水體污染，仍可為下游用水部門利用。（2）水力發(fā)電是清潔的電力生產(chǎn)，不排放有害氣體、煙塵和灰渣，沒有核廢料。（3）水力發(fā)電的效率高，常規(guī)水電廠的發(fā)電效率在80%以上。（4）水力發(fā)電可同時(shí)完成一次能源開發(fā)和二次能源轉(zhuǎn)換。（5）水力發(fā)電的生產(chǎn)成本低廉。無需購買、運(yùn)輸和貯存燃料；所需運(yùn)行人員較少、勞動生產(chǎn)率較高；管理和運(yùn)行簡便，運(yùn)行可靠性較高。（6）水力發(fā)電機(jī)組起停靈活，輸出功率增減快、可變幅度大，是電力系統(tǒng)理想的調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用電源。21第一節(jié)能源開發(fā)與利用第二節(jié)水力發(fā)電（7）水力發(fā)電開發(fā)投資大，工期長。如在建的三峽工程，1994年12月開工，計(jì)劃2009年竣工，按1993年5月不變價(jià)格計(jì)算，其靜態(tài)設(shè)計(jì)總概算為900億人民幣。（8）受河川天然徑流豐枯變化的影響，無水庫調(diào)節(jié)或水庫調(diào)節(jié)能力較差的水電站，其可發(fā)電力在年內(nèi)和年際間變化較大，與用戶用電需要不相適應(yīng)。（9）水電站的水庫可以綜合利用，承擔(dān)防洪、灌溉、航運(yùn)、城鄉(xiāng)生活和工礦生產(chǎn)用水、養(yǎng)殖、旅游等任務(wù)。如安排得當(dāng)，可以做到一庫多用、一水多用，獲得最優(yōu)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。（10）建有較大水庫的水電站，有的水庫淹沒損失較大，移民較多，并改變了人們的生產(chǎn)生活條件；水庫淹沒影響野生動植物的生存環(huán)境；水庫調(diào)節(jié)徑流，改變了原有水文情況，對生態(tài)環(huán)境有一定影響。（11）水能資源在地理上分布不均，建壩條件較好和水庫淹沒損失較少的大型水電站站址往往位于遠(yuǎn)離用電中心的偏僻地區(qū)，施工條件較困難并需要建設(shè)較長的輸電線路，增加了造價(jià)和輸電損失。22第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電火力發(fā)電廠簡稱火電廠，是利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學(xué)能生產(chǎn)電能的工廠。我國電源構(gòu)成是以火電為主，至2004年底，全國總裝機(jī)容量為44070萬kW，火電裝機(jī)容量為32490萬kW,占我國發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘康?3.7%。火電廠按使用燃料的不同可分為燃煤、燃油和燃?xì)獾葞最愲姀S。我國的煤炭資源比較豐富，燃煤火電廠是我國目前電能生產(chǎn)的主要方式。23第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電一、火電廠生產(chǎn)過程火電廠按照原動機(jī)不同可分為汽輪機(jī)電廠、燃?xì)廨啓C(jī)電廠、蒸汽—燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠。但從能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)分析，其基本過程都是：燃料的化學(xué)能→熱能→機(jī)械能→電能。圖1－9蒸汽動力發(fā)電廠原理圖1－鍋爐；2－汽輪機(jī)；3－發(fā)電機(jī)；4－凝汽器；5－凝結(jié)水泵；6－回?zé)峒訜崞鳎?－給水泵24第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電鍋爐將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽熱能，蒸汽機(jī)將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)是常規(guī)火力發(fā)電廠的三大主機(jī)。動力設(shè)備就是指鍋爐、汽輪機(jī)及其附屬設(shè)備與熱力系統(tǒng)（如圖1—10所示）。火電廠的實(shí)際生產(chǎn)過程要復(fù)雜得多，還需要很多輔助系統(tǒng)以維持其正常生產(chǎn)，如輸煤系統(tǒng)、除灰系統(tǒng)，供水系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等。25第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電圖1－10凝汽式火力發(fā)電廠生產(chǎn)系統(tǒng)組合示意圖26第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電二、鍋爐1、鍋爐鍋爐是火力發(fā)電廠的主要熱力設(shè)備之一，其作用是：燃料在爐膛內(nèi)燃燒將其化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊煔鉄崮?；煙氣熱能加熱給水，水經(jīng)過預(yù)熱、汽化、過熱三個階段成為具有一定壓力、溫度的過熱蒸汽。鍋爐由鍋爐本體和輔助設(shè)備兩大部分組成。（1）鍋爐本體實(shí)際上就是一個龐大的熱交換器，由“鍋”和“爐”兩部分組成的。（2）鍋爐的輔助設(shè)備主要包括供給空氣的送風(fēng)機(jī)、排除煙氣的引風(fēng)機(jī)、煤粉制備系統(tǒng)以及除渣、除塵設(shè)備等。27第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電2、鍋本體（1）省煤器（2）汽包（3）下降管（4）水冷壁（5）過熱器（6）再熱器3、爐本體（1）爐膛（2）燃燒器（3）空氣預(yù)熱器28第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電三、汽輪機(jī)1、汽輪機(jī)的工作原理汽輪機(jī)是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，具有功率大、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，是火電廠及核電廠中采用的原動機(jī)。汽輪機(jī)利用工質(zhì)的動能做功，即利用具有一定速度的工質(zhì)沖動其轉(zhuǎn)動部分，從而輸出機(jī)械功。2、汽輪機(jī)的組成及其工作過程汽輪機(jī)由汽輪機(jī)本體和汽輪機(jī)輔助設(shè)備兩部分組成，如圖1—11所示。汽輪機(jī)本體由靜止部分、轉(zhuǎn)動部分、主汽門、調(diào)節(jié)汽門等組成。汽輪機(jī)輔助設(shè)備主要包括凝汽設(shè)備、回?zé)峒訜嵩O(shè)備、調(diào)節(jié)保安裝置、供油系統(tǒng)等。汽輪機(jī)本體及其輔助設(shè)備由管道和閥門連成一個整體，稱為汽輪機(jī)設(shè)備。汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的組合稱為汽輪發(fā)電機(jī)組。29第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電圖1－11汽輪機(jī)設(shè)備組合示意圖1－主汽門；2－調(diào)節(jié)閥；3－汽輪機(jī)；4－凝汽器；5－抽汽器；6－循環(huán)水泵；7－水泵凝結(jié)；8－低壓加熱器；9－除氧器；10－給水泵；11－高壓加熱器；12－供油系統(tǒng)；13－調(diào)節(jié)裝置；14－保護(hù)裝置30第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電3、汽輪機(jī)本體主要結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)本體由靜止、轉(zhuǎn)動兩大部分組成。

靜子主要包括汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等；

轉(zhuǎn)子主要包括主軸、葉輪、動葉、聯(lián)軸器等。31第一節(jié)能源開發(fā)與利用第三節(jié)火力發(fā)電四、汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)與保護(hù)系統(tǒng)1、汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是根據(jù)用電負(fù)荷的大小自動改變進(jìn)汽量，調(diào)整汽輪機(jī)的輸出功率以滿足用戶數(shù)量上的需求；控制轉(zhuǎn)速在額定范圍以保證供電質(zhì)量。2、汽輪機(jī)是保護(hù)裝置為保證汽輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，設(shè)有必要的保護(hù)系統(tǒng)，在事故或異常情況下及時(shí)切斷汽源（關(guān)閉高中壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門），系統(tǒng)主要由超速（110%－114%額定轉(zhuǎn)速）保護(hù)和參數(shù)超限保護(hù)組成。32第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電風(fēng)能就是指流動的空氣所具有的能量，是由太陽能轉(zhuǎn)化而來的。風(fēng)能是一種干凈的自然能源、可再生能源，同時(shí)風(fēng)能的儲量十分豐富。據(jù)估算，全球大氣中總的風(fēng)能量約為1017kW，其中可被開發(fā)利用的風(fēng)能約為2×1010kW，比世界上可利用的水能大10倍。因此，風(fēng)能的開發(fā)利用具有非常廣闊的前景。33第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)

從能量轉(zhuǎn)換觀點(diǎn)來看，風(fēng)力發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換過程為：空氣動能→旋轉(zhuǎn)機(jī)械能→電能，因此發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵在于將截獲的流動空氣所具有的動能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置即風(fēng)力機(jī)。如果將一塊翼形薄板放在氣流中，并且與氣流方向呈一角度（也稱沖角、攻角）時(shí)（如圖1—12），在其上表面形成低壓區(qū)而下表面形成高壓區(qū)，則產(chǎn)生一垂直于氣流方向的升力，同時(shí)沿氣流方向?qū)a(chǎn)生一正面阻力，若改變攻角的角度，升力與阻力的大小會發(fā)生變化。如果角度慢慢變大，開始時(shí)升力的增加大于阻力的增加，但攻角增大到某一個角度（約20°）時(shí)，升力突然下降而阻力繼續(xù)增加，這時(shí)翼形薄板已經(jīng)失速。34第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電圖1－12氣流中的翼形薄板a翼形薄板壓力分布圖b翼形薄板受力風(fēng)力機(jī)形式多種多樣、數(shù)不勝數(shù)，目前采用的風(fēng)力機(jī)可分為兩類：水平軸式，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸與風(fēng)向平行；垂直軸式，風(fēng)輪轉(zhuǎn)軸垂直于風(fēng)向或地面。如圖1—13所示。目前應(yīng)用廣泛的是水平軸風(fēng)力機(jī)，它須對風(fēng)裝置，隨風(fēng)向改變轉(zhuǎn)動又有很高的塔架；而垂直軸風(fēng)力機(jī)無須對風(fēng)，可不要塔架。35第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電圖1－13風(fēng)力機(jī)a水平軸風(fēng)力機(jī)b垂直軸風(fēng)力機(jī)36第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電圖1－14典型并網(wǎng)風(fēng)力機(jī)的剖面圖目前商用大中型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，由風(fēng)輪、升速齒輪箱、發(fā)電機(jī)、偏航裝置（對風(fēng)裝置）、控制系統(tǒng)、塔架等部件所組成。37第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電二、風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)所組成，其中風(fēng)力機(jī)完成風(fēng)能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，發(fā)電機(jī)及其控制系統(tǒng)完成機(jī)械能到電能的轉(zhuǎn)換。風(fēng)力發(fā)電的運(yùn)行方式通?？煞譃楠?dú)立運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。1、獨(dú)立運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的獨(dú)立運(yùn)行是指機(jī)組生產(chǎn)的電能直接供給相對固定的用戶的一種運(yùn)行方式。獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出的電能經(jīng)蓄電池蓄能，再供應(yīng)用戶使用。為了實(shí)現(xiàn)不間斷的供電，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可與其他動力源聯(lián)合使用，互為補(bǔ)充，如風(fēng)力—柴油發(fā)電系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行，風(fēng)力—太陽能電池發(fā)電聯(lián)合運(yùn)行。38第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電圖1－15獨(dú)立運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)39第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電2、并網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接，向電網(wǎng)輸送電能的運(yùn)行方式，是克服風(fēng)的隨機(jī)性而帶來的蓄能問題的最穩(wěn)妥易行的運(yùn)行方式，并可達(dá)到節(jié)約礦物燃料的目的。10kW以上直至兆瓦級的風(fēng)力發(fā)電機(jī)皆可采用這種運(yùn)行方式。在風(fēng)能資源良好的地區(qū)，將幾十、幾百臺或幾千臺單機(jī)容量從數(shù)十千瓦、數(shù)百千瓦直至兆瓦級以上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組按一定的陣列布局方式成群安裝而組成的風(fēng)力發(fā)電機(jī)群體，稱為風(fēng)力發(fā)電場，簡稱風(fēng)電場。風(fēng)力發(fā)電場屬于大規(guī)模利用風(fēng)能的方式，其發(fā)出的電能全部經(jīng)變電設(shè)備送往大電網(wǎng)。40第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電三、風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)（1）風(fēng)能是可再生能源，不存在資源枯竭的問題。（2）風(fēng)力發(fā)電是清潔的電能生產(chǎn)方式，不會造成空氣污染。（3）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組建設(shè)工期短，單臺機(jī)組安裝僅需幾周，從土建、安裝到投產(chǎn)，只需半年至一年時(shí)間。投資規(guī)模靈活，可根據(jù)資金多少來確定，而且安裝一臺可投產(chǎn)一臺。（4）運(yùn)行簡單，可完全做到無人值守。（5）實(shí)際占地少，機(jī)組與監(jiān)控、變電等建筑僅占風(fēng)電場約1%的土地，其余場地仍可供農(nóng)、牧、漁使用，而且對土地要求低，在山丘、海邊、河堤、荒漠等地形條件下均可建設(shè)，還可建設(shè)大型海上風(fēng)力發(fā)電場。41第一節(jié)能源開發(fā)與利用第四節(jié)風(fēng)力發(fā)電（6）偏遠(yuǎn)地區(qū)地廣、人稀、風(fēng)力資源豐富，風(fēng)力發(fā)電獨(dú)立運(yùn)行方式便于解決其供電問題。（7）風(fēng)能具有間歇性，風(fēng)力發(fā)電必須和一定的其他形式供能或儲能方式結(jié)合。（8）風(fēng)能的能量密度低，空氣的密度僅約為水的密度的1/800，因此，同樣單機(jī)容量下，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的體積大、造價(jià)高，單機(jī)最大容量也受到限制。（9）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出噪聲及金屬葉片對電視機(jī)與收音機(jī)的信號接收會造成干擾，對環(huán)境有一定影響。42第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電太陽能是可再生能源，它資源豐富、遍地都有，既可免費(fèi)使用、又無需開采和運(yùn)輸，還是清潔而無任何污染的能源。太陽能由于可以轉(zhuǎn)換成多種其他形式的能量，其應(yīng)用的范圍非常廣泛，主要有太陽能發(fā)電、太陽能熱利用、太陽能動力利用、太陽能光化利用、太陽能生物利用和太陽能光—光利用等。但是太陽能的能流密度較低，還具有間歇性和不穩(wěn)定性，給開發(fā)利用帶來不少的困難。43第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電一、太陽能熱發(fā)電將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電技術(shù)稱太陽能熱發(fā)電技術(shù)，它包括兩大類型：一是利用太陽熱能直接發(fā)電；二是太陽熱能間接發(fā)電，就是利用光—熱—電轉(zhuǎn)換，即通常所說的太陽能熱發(fā)電。44第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電圖1－16典型太陽能熱發(fā)電站熱力循環(huán)系統(tǒng)原理圖45第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電二、太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)1、塔式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)2、拋物面槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)3、拋物面盤式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)4、平板式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)5、太陽池?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)6、太陽能熱氣流發(fā)電系統(tǒng)46第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電圖1－17塔式太陽能發(fā)電系統(tǒng)原理圖1－定日鏡；2－接收器；3－塔；4－熱鹽槽；5－冷鹽槽6－蒸汽發(fā)生器；7－汽輪發(fā)電機(jī)組；8－凝汽器47第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電圖1－18拋物面槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)原理圖48第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電圖1－19太陽池?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)原理圖49第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電三、太陽能光發(fā)電

太陽能光發(fā)電是指不通過熱過程直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能的太陽能發(fā)電方式，可分為光伏發(fā)電、光感應(yīng)發(fā)電、光化學(xué)發(fā)電、光生物發(fā)電，其中光伏發(fā)電是太陽能光發(fā)電的主流，通常所說的太陽能光發(fā)電就指光伏發(fā)電。

光伏發(fā)電是根據(jù)光生伏打效應(yīng)原理，利用太陽能電池（光伏電池）將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能。50第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電光伏發(fā)電具有安全可靠、無噪聲、無污染、制約少、故障率低、維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，在包括西藏在內(nèi)的我國西部廣袤嚴(yán)寒、地形多樣的農(nóng)牧民居住地區(qū)，發(fā)展太陽能光伏發(fā)電有著得天獨(dú)厚的條件和非常現(xiàn)實(shí)的意義。太陽能電池（光伏電池）發(fā)電系統(tǒng)一般由太陽能電池方陣、防反充二極管、儲能蓄電池、充電控制器、逆變器等設(shè)備組成（如圖1—20所示）。51第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電圖1－20太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電具有以下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，體積小且重量輕；容易安裝，方便運(yùn)輸，建設(shè)周期短；容易啟動，維護(hù)簡單，隨時(shí)使用，保證供應(yīng)；清潔，安全，無噪聲；可靠性高，壽命長；太陽能無處不有，應(yīng)用范圍廣；降價(jià)速度快，能量償還時(shí)間有可能縮短；主要缺點(diǎn)：能量分散，占地面積大；間歇性大；地域性強(qiáng)。52第一節(jié)能源開發(fā)與利用第五節(jié)太陽能發(fā)電風(fēng)力－太陽能互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力－柴油發(fā)電系統(tǒng)圖53第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電一、核能發(fā)電核電廠是利用核裂變能轉(zhuǎn)化為熱能，再按火電廠的發(fā)電方式，將熱能轉(zhuǎn)換為電能，它的原子核反應(yīng)堆相當(dāng)于鍋爐。核反應(yīng)堆中，除裝有核燃料外，還以重水或高壓水作為慢化劑和冷卻劑，所以，反應(yīng)堆又可分為重水堆、壓水堆等。圖1—21為壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖。核反應(yīng)堆內(nèi)，鈾-235在中子撞擊下，使原子核發(fā)生裂變，產(chǎn)生的巨大能量主要以熱能形式被高壓水帶至蒸汽發(fā)生器，在此產(chǎn)生蒸汽，送至汽輪發(fā)電機(jī)組。1kg鈾-235所發(fā)出的電力約等于2700t標(biāo)準(zhǔn)煤所發(fā)出的電力。54第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電圖1－21壓水堆核電廠發(fā)電方式示意圖55第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電二、生物質(zhì)能發(fā)電生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量。生物質(zhì)能是由太陽能轉(zhuǎn)化而來，是可再生能源。生物質(zhì)能發(fā)電廠的種類較多，規(guī)模大小受生物質(zhì)能資源的制約，主要有；垃圾焚燒發(fā)電廠、沼氣發(fā)電廠、木煤氣發(fā)電廠、薪柴發(fā)電廠、蔗渣發(fā)電廠等。56第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電從能源轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)和動力系統(tǒng)的構(gòu)成來看，生物質(zhì)能發(fā)電廠分為2種：一是將生物質(zhì)原料直接或處理后送入鍋爐燃燒把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，以蒸汽作為工質(zhì)進(jìn)入汽輪機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，如垃圾焚燒發(fā)電廠。二是將生物質(zhì)原料處理后，形成液體燃料或氣體燃料直接進(jìn)入發(fā)電機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電，如沼氣發(fā)電廠。利用生物質(zhì)能發(fā)電關(guān)鍵在于生物質(zhì)原料的處理和轉(zhuǎn)化技術(shù)。除了直接燃燒外，利用現(xiàn)代物理、生物、化學(xué)等技術(shù)，可以把生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化為液體、氣體或固體形式的燃料和原料。57第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電二、生物質(zhì)能發(fā)電的特點(diǎn)（1）生物質(zhì)能發(fā)電的重要配套技術(shù)是生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)化技術(shù)，且轉(zhuǎn)化設(shè)備必須安全可靠、維護(hù)方便。（2）利用當(dāng)?shù)厣镔Y源發(fā)電的原料必須具有足夠數(shù)量的儲存，以保證連續(xù)供應(yīng)。（3）發(fā)電設(shè)備的裝機(jī)容量一般較小，且多為獨(dú)立運(yùn)行的方式。（4）利用當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)能資源就地發(fā)電、就地利用，不需外運(yùn)燃料和遠(yuǎn)距離輸電，適用于居住分散、人口稀少、用電負(fù)荷較小的農(nóng)牧業(yè)區(qū)及山區(qū)。（5）城市糞便、垃圾和工業(yè)有機(jī)廢水對環(huán)境污染嚴(yán)重，用于發(fā)電，化害為利，變廢為寶。（6）生物質(zhì)能發(fā)電所用能源為可再生能源，資源不會枯竭、污染小、清潔衛(wèi)生，有利于環(huán)境保護(hù)。58第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電目前我國城市垃圾處理以填埋和堆肥為主，既侵占土地又污染環(huán)境。垃圾焚燒技術(shù)可以在高溫下對垃圾中的病原菌徹底殺滅達(dá)到無害化處理目的，焚燒后灰渣只占原體積的5%，達(dá)到減量化的目的。采用垃圾焚燒發(fā)電，不僅具有以上優(yōu)點(diǎn)，還可回收能源，是目前發(fā)達(dá)國家廣泛采用的城市垃圾處理技術(shù)。

沼氣發(fā)電在工礦企業(yè)、山區(qū)農(nóng)村、小城鎮(zhèn)以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)、少煤缺水的地區(qū)得到應(yīng)用。沼氣電站具有規(guī)模小、設(shè)備簡單、建設(shè)快、投資省；制取沼氣的資源豐富、分布廣泛、價(jià)格低廉、不受季節(jié)影響可全年發(fā)電；可以凈化環(huán)境、促進(jìn)生態(tài)平衡；容易實(shí)現(xiàn)與太陽能、風(fēng)能的聯(lián)合利用等優(yōu)點(diǎn)。59第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電圖1－22沼氣發(fā)電系統(tǒng)工藝流程示意圖60第一節(jié)能源開發(fā)與利用第六節(jié)其他能源發(fā)電三、地?zé)岚l(fā)電地球本身就是一個巨大的熱庫，其內(nèi)部蘊(yùn)藏的熱能即“地?zé)崮堋?，是取之不盡的可再生能源。在未來一段時(shí)期內(nèi)能夠經(jīng)濟(jì)、合理地利用的地?zé)崮芊Q為地?zé)豳Y源，目前人類只是開發(fā)利用了其中的極少一部分。1、地?zé)豳Y源的類型地?zé)豳Y源根據(jù)其在地下儲熱中存在的不同形式，可以分為五種類型：（1）蒸汽型地?zé)豳Y源。（2）熱水型地?zé)豳Y源。（3）地壓型地?zé)豳Y源。