发电厂电气部分能源和发电模板 65页

能源和发电 第一章 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂 第五节 新能源发电 内容提纲 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂 第五节 新能源发电 目 录 一、 物质、能量和信息 物质、能量和信息是构成客观世界的三大基础 能量是物质的属性，是一切物质运动的动力 能量转换必然遵循能量守恒定律 到目前为止，人类所认识的能量有如下形式： 机械能 热能 化学能 辐射能 核能 电能 能源和电能 二、能源含义和能源分类 能源 ：是能量的来源或源泉，即指人类取得能量的来源。 能源形式多样，有如下四种分类方法 : 1 、按获得的方法分 一次能源 ：自然界中现成存在，可直接取用。如煤、石油、水能、风能、太阳能等 二次能源 ：指由一次能源经过加工而转换成的另一种形态的能源。 常规能源 ：已经被人们广泛利用的能源 　　　　　　　　 新能源 ： 用新发展的技术开发，并采用先进的方法加以广泛利用的能源。 2 、按被利用的程度分 能源和电能 可再生能源 ：不断再生并有规律地得到补充的能源 3 、按能否再生分 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。 含能体能源 ：可以 直接储存的能源， 如煤、石油、天然气等。 4 、按能源本身的性质 过程性能源 ： 无法直接储存的能源， 如水能、风能、电能等。 能源和电能 三、 能源资源 铀 1 2 3 4 5 能源资源是指蕴藏于 自然界中的各种能源 煤炭 水能资源 石油 天然气 能源和电能 1 、煤炭 ( 非再生能源 ) 注：据有关专家透露，按现在的煤炭消耗速度计算，当前所预测煤炭资源大约还能维持 100 年左右 。 我国煤炭资源储量较丰富，而且质量优良，分布面广，品种也很齐全。主要分布在 新疆、内蒙古自治区、山西和陕西 等省区。 “ 煤炭”是工业的粮食，是传统的能源，也是重要的燃料和化工原料。 能源和电能 我国水能资源蕴藏量 6.76 亿 kW 年发电量 5.92×10 4 亿 kW.h 可开发量为 3.78 亿 kW 居世界首位，主要集中在 西南地区 2 、水能资源 水能资源又称水力资源，是指 天然水流的位能和动能 所蕴藏的 可再生资源 。 能源和电能 （ 1 ） 石油 ：地质储量 68.1 亿吨。现代工业的“血液” 据有关专家透露，按现在的消耗速度计算，当前所预测石油资源大约还能维持 50 年左右。 （ 2 ） 天然气 ：包括油田气 ( 伴生气 ) 和气田气 ( 非伴生气 ) 。 我国天然气远景资源量达 47.14 万亿 m 3 ，主要分布在中部和西部地区。 ( 西气东输工程 : 塔里木盆地 — 上海 ) （ 3 ） 铀 ：地球上的铀储量有限，已探明的仅 500 万吨。我国的铀储量可供 4000 万 kW 核电厂运行 30 年。 3 、其它资源 能源和电能 四、 电能 电能在使用时没有 污染，噪声小 1 2 3 4 5 电能与其他形式的 能源相比，其特点有 电能可以大规模 生产和远距离输送 电能方便转换 和易于控制 电能输送 的损耗小 电能效率高 现代文明中，电被视为与空气和水一样重要 能源和电能 五、发电厂 水电厂 （ 1 ）堤坝式水电厂 （ 2 ）引水式水电厂 （ 3 ）抽水蓄能电厂 核电厂 （ 1 ）压水堆核电厂 （ 2 ）沸水堆核电厂 将各种一次能源转变成电能的工厂，称为发电厂。 新能源 电厂 风电场 太阳能光伏电站 潮汐发电厂 地热发电厂 生物质发电厂 火电厂 （ 1 ）燃煤火电厂 （ 2 ）燃油火电厂 （ 3 ）燃气火电厂（ LNG 电厂） 能源和电能 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂 第五节 新能源发电 目 录 火力发电厂 火力发电厂简称火电厂，指用煤、石油和天然气作为燃料的发电厂。 燃烧系统 汽水系统 电气系统 能量转换过程： 火力发电厂 火电厂的分类 按燃料分 燃煤发电厂 燃油发电厂 燃气发电厂 余热发电厂 按蒸汽压力和温度分： 中低压发电厂 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 火力发电厂 按原动机分： 凝汽式汽轮机发电厂 燃气轮机发电厂 内燃机发电厂 蒸汽 - 燃气轮机发电厂 按输出能源分： 凝汽式发电厂 热电厂 火力发电厂 火电厂外景 火力发电厂 ▉ 火力发电厂 — 凝汽式火电厂生产过程示意图 火力发电厂 三、火电厂的电能生产过程 【 以凝汽式火电厂为例 】 （ 1 ） 燃烧系统 ：燃料的化学能在锅炉中燃烧转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸气。 （ 2 ） 汽水系统 ：蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机旋转，将热能转变为机械能。 （ 3 ） 电气系统 ：汽轮机带动发电机转动，在发电机定子绕组中感应出电动势 , 把机械能变为电能。 整个生产过程可分为三个系统： 火力发电厂 1 、燃烧系统 它由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。 火力发电厂 2 、汽水系统 它包括给水系统、循环水系统和补充给水系统 三个子系统。 3 、电气系统 火力发电厂 一次性建造投资少，建造工期短 2 布局选址灵活 3 1 动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，运行费用高 4 耗煤量大，生产成本高 3 3 由停机到开机并带满负荷需要时间长，耗用大量燃料 3 5 火电厂的特点 担负调峰、调频或事故备用时事故增多，强迫停运率高，厂用电率高 3 6 排放物对环境的污染大 3 7 火力发电厂 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂 第五节 新能源发电 目 录 水力发电厂 水电厂是把水的势能和动能转换成电能的工厂。 水 能→机械能→电能 水库： 集中大量的水和造成大的水位落差 水轮机： 水的压力或流速冲动 水轮机旋转 发电机：水轮机旋转带动发电机转子旋转，在发电机定子绕组中感应出电动势 水力发电厂 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 ： 在河床上修建拦河坝，形成水库 ， 将水积蓄起来，抬高上游水位形成发电水头。 根据厂房布置的位置，又分： ①坝后式 ②河床式 水力发电厂 坝后式水电站 ： 厂房建在坝后，全部水头的压力由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机组发电， 如三峡水电站，厂房采用全封闭式结构 。 图 1-3 坝后式水电站示意图 水力发电厂 图 1-4 河床式水电站示意图 河床式水电站 ： 厂房代替一部分坝体，厂房也起挡水作用 , 直接承受上游水的压力。由于厂房修建在河床中，故称河床式， 如葛洲坝水电站 。 水力发电厂 新安江水电站 乌江渡口水电站 三门峡水电站 图 1-5 引水式水电站示意图 2) 引水式水电站： 建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。 3) 混合式水电厂： 它兼有堤坝式和引水式两种水电站的特点。 水力发电厂 1) 无调节水电厂 ： 库容很小，出力的变化，主要取决于天然来水流量，往往是枯水季节水量不足，出力很小，而洪水期流量很大，产生弃水。 2) 有调节水电厂 ： 库容较大，能按照发电用水要求对天然来水量进行调节。 有调节水电厂又有日调节、月调节、季调节、年调节和多年调节水电厂之分 2 、按径流调节的程度分类 水力发电厂 三峡工程鸟瞰图 水力发电厂 发电成本低、效率高 2 可综合利用水资源：发电、防洪、灌溉、航运、供水 3 1 水能可储蓄和调节 4 运行灵活，机组启动快 承担调峰、调频和 事故备用 3 3 水力发电不污染环境 3 5 水电厂的特点 水力发电厂 由于水库兴建，淹没土地、移民搬迁，影响农业生产和生态 8 水电厂的特点 3 6 建设投资大，工期较长 3 7 发电量受到水文气象条件的制约，发电不平衡 水力发电厂 （ 3 ）抽水蓄能电厂 利用电力系统低谷负荷时的剩余电力抽水到高处蓄存，在高峰负荷时放水发电的水电站。 发电：上水库→水轮机→发电机→电网 ↓ 下水库 抽水蓄能：上水库←水泵←电动机←电网 ↑ 下水库 水力发电厂 图 1-9 抽水蓄能电站示意图 “ 四度电抽水 , 只能发出三度电 ” ? 水力发电厂 2 、抽水蓄能电厂在电力系统中的作用 1 ）调峰。 ( 白天承担峰荷中的尖峰部分 ) 2 ）填谷。 在夜间或周末负荷低谷时，可使火电机组不必降低出力（或停机）和保持在热效率较高的区间运行，提高火电发电效率、减少火电启停损失 , 从而节省燃料。 3 ）事故备用。（从停机启动至带满负荷只需 1-2min) 4 ）调频。 ( 负荷短时平衡困难一般由蓄能机组承担 ) 5 ）调相 ( 调压 ) 。同步发电机 距离负荷较近 6 ）黑启动。 (220V 蓄电池组直流电源起励 ) 7 ）蓄能。 水力发电厂 广州蓄能水电站 我国抽水蓄能电站发展概况 我国抽水蓄能电站的研发始于 20 世纪 60 年代后期 , 并先后于 1968 和 1973 年建成岗南和密云两座小型混合式抽水蓄能电站 , 装机容量分别为 11 和 22MW 。 20 世纪 80 年代开始 , 随着我国经济社会的快速发展 , 负荷需求快速增长 , 电网规模也不断增加 , 电网调峰容量缺乏 , 修建抽水蓄能电站以解决调峰问题逐渐成为共识 , 抽水蓄能电站在我国迎来了建设高潮 , 很多地区电网都建设了抽水蓄能电站。 我国已建成投产的主要抽水蓄能电站如右表。 电网 省份 电站名称 投产容量 /MW 东北 吉林 白山 2×150 华北 山东 泰安 4×250 北京 密云 2×11 河北 岗南 1×11 河北 潘家口 3×90 北京 十三陵 4×200 河北 张河湾 4×250 华东 浙江 天荒坪 6×300 浙江 溪口 2×40 江苏 沙河 2×50 安徽 琅琊山 4×150 浙江 桐柏 4×300 安徽 响洪甸 2×40 华中 湖北 天堂 2×35 四川 寸塘口 2×10 河南 回龙 2×60 南方 广东 广蓄 8×300 广东 惠州 8×300 西藏 西藏 羊卓雍湖 4×22.5 目前，我国在建或拟建的主要抽水蓄能电站如右表。可以看到， 全国各大区域电网的负荷中心都在大力发展建设抽水蓄能电站 。 电网 省份 电站名称 投产容量 /MW 东北 辽宁 蒲石河 4×300 华北 山西 西龙池 4×300 河北 丰宁 12×300 山东 文登 6×300 华东 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 江苏 宜兴 4×250 江苏 句容 4×300 江苏 溧阳 6×250 安徽 响水涧 4×250 华中 湖北 白莲河 4×300 湖南 黑糜峰 2×300 河南 宝泉 4×300 河南 信阳 4×250 南方 广东 深圳 4×300 广东 阳江 8×300 广东 五华 8×300 广东 清远 4×320 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂 第五节 新能源发电 目 录 核电厂 核电厂是将原子核的裂变能转换为电能。核电厂的生产过程与一般火电厂相似： 它的 核反应堆 相当于火电厂的锅炉，以核燃料在核反应堆中 裂变链式反应 产生热能，来加热水使之变成蒸汽。蒸汽通过管路进入汽轮机，推动汽轮发电机发电。 一般说来，核电站的汽轮发电机及电器设备与普通火电站大同小异，其奥妙主要在于核反应堆。 核能发电厂 自核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下四种： 轻水堆 重水堆 石墨气冷堆 快中子增殖反应堆 目前世界上使用最多的是轻水堆核电厂 轻水堆又分为： 压水堆核电站：一回路和二回路通过蒸汽发生器分开 ( 图 1-10) 沸水堆核电站：省去了既大又贵的蒸汽发生器，但有将放射性物质带入汽轮机的危险 ( 图 1-11) 核能发电厂 核裂变 能量 核聚变 能量 核能发电厂 目前中国现有核电厂 一、浙江 嘉兴 的 秦山核电 厂 二、广东 深圳 的 大亚湾核电 厂 三、 江苏 省 连云港 市连云区田湾的 田湾核电 厂 四、广东 深圳 大鹏半岛 东南侧的 岭澳核电 厂。 中国在建核电厂 广东阳江、台山，海南昌江，山东海阳 (2 台 AP1000) ，浙江三门 (2 台 AP1000) ，辽宁红沿河，福建宁德、福清 国家核电技术公司、中国广东核电集团有限公司 核能发电厂 AP1000 技术引进全面进入消化吸收阶段 ; 推动三代核电设备国产化取得新突破 ; 国产 AP1000 标准设计的初步设计已经完成 ; 大型先进压水堆重大专项 CAP1400 核电站初步设计基本完成 …… 这是国家核电技术公司在 2011 年交出的 “ 成绩单 ” 。               AP1000 是否安全可靠 ? 这是 “ 后福岛时代 ” 人们最关心的问题。        在福岛事件发生后的第一时间 ,“ 国家核电 ” 与技术合作伙伴美国西屋公司对 AP1000 进行了 “ 压力测试 ” 。       “ 我们把造成此次福岛事故的几个最重要参数 9 级地震、 14 米海啸、 5 米洪水持续浸泡等 , 输入到 AP1000 的安全设计中进行了测试。 ” 国家核电技术公司董事长王炳华说 ,“ 结果表明 , 在这样的情况下 ,AP1000 核电站的堆芯或乏燃料池不会发生燃料破损 , 安全壳可维持其完整性。 72 小时内无需人员干预。这说明 , AP1000 具备预防和缓解超严重事故的能力 , 足以抵御福岛事故这样的地震、海啸和洪水等超设计基准的巨大冲击。 ” 核能发电厂 反应堆在运行中或停闭后，都有很强的放射性 2 反应堆只能对堆芯一次装料，并定期停堆换料 3 1 运行过程中会产生气态、液态和固态的放射性废物 4 反应堆停闭后不能立即停止冷却，必须除去衰变热 3 3 与火电厂相比，建设费用高，但燃料所占费用较为便宜 3 5 核电厂的特点 核能发电厂 第一节 能源和电能 第二节 火力发电厂 第三节 水力发电厂 第四节 核能发电厂 第五节 新能源发电 目 录 第五节 新能源发电厂 包括风力发电、太阳能发电 、潮汐发电、地热发电、生物质能发电及垃圾电厂等。 新能源发电厂 　　 将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂。图 1- ８是风力发电装置的示意图。由此图可以看出风力发电机生产过程的简单描述。 1 、风力发电 图 1-8 风力发电装置的示意图 1 — 风力机 2 — 升速齿轮箱 3 — 发电机 4 — 控制系统 5 — 改变方向的驱动装置 6 — 底板 7 — 塔架 8 — 控制和保护装置 9 — 基础 10 — 电缆线路 11 — 配电装置 新能源发电厂 风力发电厂 新能源发电厂 我国最大的风电场 ： 内蒙古赤峰赛罕坝风电场， 2008 年总装机容量 67 万 kW 。是目前世界最大的在役风电场。 大唐赤峰赛罕坝风力发电有限公司规划在“十一五”期间将赛罕坝风电场建成全国第一个百万千瓦级风电场。 广东汕头南澳风电场 ， 2010 年底总装机容量已达 14.3 万 kW ，是亚洲地区最大的海岛风电场（ VSC-HVDC ） 广东揭阳惠来风电场，预计总装机容量 10 万 kW （在建） 新能源发电厂 ① 太阳能热发电： 它是将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似。 ②太阳能光发电： 太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。 光伏发电： 是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向。 2 、太阳能发电 新能源发电厂 太阳能发电 —— 光伏发电 新能源发电厂 目前发电功率 : 约 170W/m 2 3 、潮汐发电 　 　利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。 新能源发电厂 潮 汐发 电示 意 图 新能源发电厂 新能源发电厂 浙江省江厦潮汐电站 4 地热发电 地热发电是 利用地下热水和蒸汽为动力源 的一种新型发电技术 ，地热发电和火力发电的基本原理是一样的，都是将蒸汽的热能经过汽轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。 我国最大的地热电厂 ： 西藏羊八井 第一、二地热电厂总装机容量 2.518 万 KW ； 新能源发电厂 5 生物质能发电 利用生物质本身的能量，将其转化为可驱动发电机的能量形式，如燃气、燃油、酒精等，再按照通用的发电技术发电，然后直接提供给用户或并入电网提供给用户。 送风（氧） 秸秆破碎机 加压器 炭化炉 （无氧高温分解） 生物炭 可燃气 焦油 锅炉 燃烧 汽轮机 秸秆棒 或块 （运输） 饱和蒸汽 a b c 新能源发电厂 本章小结 重点掌握内容： 思考题： 1-2 、 1-3 、 1-4 、 1-5 1 、电能的特点 2 、 火力发电厂的电能生产过程、特点。 3 、水力发电厂的电能生产过程、特点及分类。 4 、抽水蓄能电厂的工作原理、在电力系统中的作用。 本章小结