水利工程的实际应用.ppt

1、第五章 电力工业的发展与特点,福州大学电气工程与自动化学院 高伟,5.1 电力工业发展概况,21世纪初，电力工程被美国工程院评为20世纪对人类影响最大的工程技术成果。 一、发电厂的发展概况 1831年，法拉第发现电磁感应原理，奠定了发电机的理论基础。 1866年西门子发明了励磁电机。 1870年格拉姆发明了实用自激直流发电机 1875年巴黎北火车站建成世界上第一个小型火电厂。,1876年，俄国雅布洛奇科夫建立了为照明供电用的小型交流电厂。 1882年乌萨金在全俄展览会上展出了升压变压器和降压变压器。 1883年在英国伦敦博览会上展出格拉尔和吉布斯的变压器，容量为5kVA。 1885年匈牙利德里

2、研制出闭合磁路的单相干式变压器。 1879年，旧金山建成世界上第一座商用发电厂。 1882年，爱迪生建成世界上第一座较正规的发电厂。,1886年，美国开始建设单相交流发电厂。英国、俄国电厂先后建成。 1888年，俄国多利沃多布罗沃利斯发明了三相制。 1891年，法国劳芬水电站至德国法兰克福的三相高压输电线路建成。始端升压变压器容量为20kVA，电压90/15 200V，终端有降压变压器。 美国在1882年仅有3座电厂，1902年增至3621座。 标志着人类进入了电气化时代。,原动机的发展,早期为效率不高的蒸汽机。 1884年，英国帕森斯首先创造可供实用的汽轮机。 1889年，他又成立了专门制造

3、汽轮机发电机组的公司。 随后，法国拉托发明了多级冲动式汽轮机。 后来，汽轮机的工作温度，压力、热效率不断提高，容量也相应提高。,冷却技术和材料,早期为表面通风的直冷式。 1950S，发展为内冷和外冷结合的多重间接冷却，采用低密度、高比热的氢气为冷却材料。 磁性材料有热轧硅钢片到冷轧硅钢片、非晶态钢等，降低了铁芯损耗，提高了效率。 绝缘材料由沥青、云母发展到各种耐热弹性材料。,单机容量,1960年，美国制成50万kW汽轮发电机。 1963年，美国制成100万kW双轴汽轮发电机。 1973年，美国将BBC公司制造的130万kW双轴汽轮发电机投入运行。 1971年，原苏联单轴80万kW机组投入运行。

4、 1980年，科斯特罗姆火电厂单轴120万kW机组投入运行，这是世界上唯一的单轴最大机组。 中国自行设计制造的最大发电机组为60万kW。,二、断路器,定义：能够通、断大电流、高耐压的开关设备。 最简单的是使用金属棒与盛有水银的容器。 1893年，芝加哥世博会上，多利沃多布罗夫斯基展出断路器。 1897年，英国布朗研制出羊角形触头的断路器。 1895年，英国费朗梯设计出油断路器。,三、电力传输,1874年，俄国的皮罗茨基进行了直流输电试验。 1880年，俄国电杂志的创刊号发表了拉切若夫的论文，提出了当传输的电能增加或距离加长时必须升高电压。 1881年，又发表了M.德普列“长距离输电”论文。 1

5、881年，德普列在法国建造了57km的输电线路，将密士巴赫水电站的电能输送到巴黎展览会现场。输送功率为3kW，始端电压为1413V，终端电压为850V，所用导线为4.5m，线路损耗为78%。,电压等级的提高,主要为设备的绝缘强度提高。如：变压器、断路器、绝缘子等。 1906年，悬链式绝缘子问世，比针柱式承受更高的电压、更大的重量。 采用分裂导线减少电晕损耗。 高压断路器灭弧技术的提高。磁吹、油吹、压缩空气气吹等。 19551965年研制出六氟化硫气体封闭式组合电器（GIS）。,针柱式绝缘子,悬链式绝缘子,在110kV以上的变电所和线路上，时常能听到“陛哩”的放电声和淡蓝色的光环，这就是电晕。

6、电晕是极不均匀电场中所特有的电子崩流注形式的稳定放电。,分裂导线,1908年，美国出现110kV输电线路。 1923年，输电电压提高到220kV。其后欧洲许多国家也相继建成了220kV的线路。 1936年，美国有了287kV的线路。 1954年，瑞典首先建成第一条380kV输电线路，此后美国、加拿大等欧美国家使用330345kV输电系统。 1959年，前苏联建成了500kV的输电线路。 1965年，前苏联建成400kV直流输电线路。,这条高压直流线路长达2500公里，电压等级为600千伏。该线路可以将巴西西北部两座新建水电站的电能顺利输送到巴西的经济中心圣保罗，同时把输送过程中的电力损耗降到最

7、低。这是ABB为巴西建造的第二条600千伏高压直流输电线路。,世界上最长的直流输电线路,1965年，加拿大建成765kV输电线路。 1989年，前苏联建成一条世界上最高电压1150kV，长1900km的交流输电线路。 1970s，中国在西部建成330kV的线路。 80年代在华中、华北和东北建成了500kV的输电线路。 2006年中国开始建成由山西经河南到湖北的1000kV特高压交流输电线路。,四、电力系统继电保护,电力系统对安全可靠性要求很高。 为减少事故的影响范围，一方面要求改进系统中设备的设计，另一方面是设置保护装置。 早期的线路只装有简单的熔断器、避雷器。 1930年，研制出多种电磁继电

8、器和相应的保护设施。 以后又引入电力电子技术，及计算机技术。,五、电力网络,随着电能的应用日益广泛，许多电厂通过输电线互相连接，形成功率强大、遍及广大区域的电力网。 优点：提高供电可靠性， 并使电力系统以最经济的方式运行。 以大机组、大电厂、高电压、大电网、高度自动化为特点的现代化电力工业子啊许多国家已经形成或正在形成。,5.2 中国电力工业的发展,一、中国电力工业发展史 1879年3月，上海公共租界装设7.5kW直流发电机，用于照明供电。 1882年7月，英国人Little在上海成立上海电气公司，在中国建立第一个功率为12kW的商用发电厂，供招商码头电弧灯照明。 1888年张之洞批准华侨黄秉

9、常在广州总督衙门附近建立15kW电厂。 1911年民族资本经营电力共12 275kW。 1949年，全国装机容量为185万kW，发电量为43亿kWh。 19411942年日本在东北建成154kV和220kV输电线路。 新中国成立后，电力工业的增长先于国民经济其他行业1.3% 1.5%的速度发展。,1978年后： 1、到2000年200MW以上机组为545台。 2、形成6大跨省区电网。 3、形成500kV和330kV主干网，覆盖所有的城市和大部分农村。 4、大区电网互联初步形成。 5、装机容量跃居世界第二。,二、国内外电力工业的比较 （1）单机容量 美国：1973年投入130万kW机组。 日本：

10、1974年投入100万kW机组。 前苏联：1981年投入120万kW机组。 中国：1975年投入单机容量为30万kW，2007年三峡电站投入单机容量世界上最大的水电发电机组，单机容量为70万kW。,（2）总装机容量（2006年为例） 美国：9.9亿kW。 日本：2.9亿kW。 印度：1.4亿kW。 中国：6.22亿kW,2008年发电设备容量,（3）人均电量 美国年人均电量已达13 000kWh。 中国年人均电量达2600kWh，刚好达到世界平均水平。 （4）煤耗 发达国家煤耗为330360g/kWh。 中国为370g/kWh。 （5）线损 发达国家基本在6%左右，我国在7.18%。,（6）厂

11、用电率 发达国家厂用电比例在4.0%左右，我国平均在5.87%。 （7）自动化水平 美国：1974年，平均职工人数为0.131人/MW。 日本：平均职工人数为0.114人/MW。 中国：2005年，平均职工人数为0.65人/MW。 （8）核电（以2000年为例） 美国：装机13 60016 500万kW。 日本：58007800万kW。 法国：8600万kW。 德国：30003800万kW。 中国：210250万kW。,（9）水电开发： 瑞典：达到100%。 法国：接近90%。 美国：30%40%。 中国：不到10%。,三、中国电力工业发展方针 中国能源发展采取以电力为中心，以煤炭为基础的方针

12、。大力发展水电，坚持优化水电结构，适当发展核电，因地制宜地发展多种新能源发电，同步发展电网，促进全国联网。 1、行业发展导向 （1）调整电网与电源比例。 （2）调整东西部的电源布局，实施“西电东送”。 （3）调整电源中水、火、核电的比例，加大水电开发力度，适当发展核电、因地制宜发展新能源发电等。 （4）采用多种能源，引进清洁能源、发展新能源发电。 （5）加大“以大代小”和技术改造力度。,2、大力发展水电 水力资源理论蕴藏量680 000MW，可供开发的水能资源约为378 000MW，相当于能发电量19 200亿kWh，居世界第一。 我国国土面积与巴西、俄罗斯、加拿大和美国相当，年径流总量均小于

13、这些国家，但水能蕴藏量却超过这些国家而位居世界之首，主要得益于我国大陆东西部之间高落差的阶梯状地理特征。从“世界第三极”青藏高原到海拔仅50m 的沿海平原之间存在着高达4000m 以上的大面积落差，这是世界绝无仅有的。,在我国小水电被定义为装机容量不超过50 MW(含50 MW)的小型及微型水电站。中小支流遍布全国，小水电资源十分丰富。据初步普查资料统计，小水电资源的蕴藏量为160GW。相应的年电能约为1300TWh；5 万kW（含5 万kW）以下的小水电资源可开发量达到1.28 亿kW。至2004 年我国已开发小水电装机容量为3865 万kW，已开发的小水电资源占可开发资源的32，已开发的小

14、水电占整个水电装机的约40，小水电发展潜力也是很大的。 我国小水电资源广泛分布在全国1600 多个山区县，主要集中在中西部地区，其中西部地区小水电技术可开发量占全国的63.6%；中部地区小水电可开发量占全国的17.8%。东部地区小水电可开发量为18.5%。我国西部小水电资源目前仅开发了900 多万kW，占可开发水电资源的2.1%。开发水平偏低，存在着极大的发展空间。我国小水电资源剩余技术可开发量及分布见图2。,三峡工程全称为长江三峡水利枢纽工程。整个工程包括一座混凝重力式大坝，泄水闸，一座堤后式水电站，一座永久性通航船闸和一架升船机。三峡工程建筑由大坝、水电站厂房和通航建筑物三大部分组成。大坝

15、坝顶总长3035米，坝高185米，水电站左岸设14台，右岸12台，共表机26台，单机容量为70万千瓦的水轮发电机组，总装机容量为1820万千瓦时，年发电量847亿千瓦时。通航建筑物位于左岸。,三峡工程分三期，总工期18年。一期5年（1992一1997年），主要工程除准备工程外，主要进行一期围堰填筑，导流明渠开挖。修筑混凝土纵向围堰，以及修建左岸临时船闸（120米高），并开始修建左岸永久船闸、升爬机及左岸部分石坝段的施工。二期工程6年（1998-2003年），工程主要任务是修筑二期围堰，左岸大坝的电站设施建设及机组安装，同时继续进行并完成永久特级船闸，升船机的施工。三期工程6年（2003一200

16、9年），本期进行的右岸大坝和电站的施工，并继续完成全部机组安装。届时，三峡水库将是一座长远600公里，最宽处达2000米，面积达10000平方公里，水面平静的峡谷型水库。,三峡电站包括左岸电厂、右岸电厂和电源电站三个分部，总装机容量1852万kW，员工却只有450人，其中前台操作人员仅值班长和值班员2人。在这样的人员配置下，三峡电站2008年完成发电量800多亿千瓦时，创建站5年来年发电量的历史纪录。,3、坚持优化火电结构 （1）煤炭基地的开发和交通运输建设要统一规划，加快发展大型坑口、港口和路口电站。 （2）建设大容量电厂，采用大型机组，限值小火电发展；推行“以大代小”工程，电力结构从速度、

17、数量型向质量、效益型转变。 （3）做好环境保护工作，鼓励建设一批大型循环流化床电站。 （4）加强电力建设的前期工作，扩大在建规模，选择最佳方案，发挥火电单位成本低、建设周期短、资金回收快的优势，提高投资效益。 （5）因地制宜地发展热电联产，提高燃料的综合利用率，改善环境卫生。 （6）提高火电厂的自动化水平，所有机组采用计算机分散控制系统，实现管理自动化。,4、适当地发展核电 建设一台1000MW核电机组，每年可代替300万吨原煤；核电成本比火电成本低1/31/2；核燃料存储运输量少；电厂占地面积小；可用率和可行性与火电不相上下。,一、核电发展的现状 (一)核电在世界能源结构中的地位 自20世纪

18、50年代中期第一座商业核电站投产以来，核电发展已历经50年。根据国际原子能机构2005年10月发表的数据，全世界正在运行的核电机组共有442台，其中：压水堆占60%，沸水堆占21%，重水堆占9%，石墨堆等其它堆型占10%。这些核电机组已累计运行超过1万堆年。全世界核电总装机容量为3.69亿千瓦，分布在31个国家和地区；核电年发电量占世界发电总量的17%。 核电发电量超过20%的国家和地区共16个，其中包括美、法、德、日等发达国家。各国核电装机容量的多少，很大程度上反映了各国经济、工业和科技的综合实力和水平。核电与水电、火电一起构成世界能源的三大支柱，在世界能源结构中有着重要的地位。,(二)我国

19、核电发展取得的成绩 我国是世界上少数几个拥有比较完整核工业体系的国家之一。为推进核能的和平利用，上世纪七十年代国务院做出了发展核电的决定，经过三十多年的努力，我国核电从无到有，得到了很大的发展。自1983年确定压水堆核电技术路线以来，目前在压水堆核电站设计、设备制造、工程建设和运行管理等方面已经初步形成了一定的能力，为实现规模化发展奠定了基础。,1、核电建设和运营取得良好业绩。 自1991年我国第一座核电站秦山一期并网发电以来，我国有6座核电站共11台机组906.8万千瓦先后投入商业运行，8台机组790万千瓦在建(岭澳二期、秦山二期扩建、红沿河一期)。 截至目前，我国核电站的安全、运行业绩良好

20、，运行水平不断提高，运行特征主要参数好于世界均值；核电机组放射性废物产生量逐年下降，放射性气体和液体废物排放量远低于国家标准许可限值。秦山一期核电站已安全运行14年，最近一个燃料循环周期还创造了连续安全运行400天的新记录。大亚湾核电站近年的运行水平与核能发达国家的水平相当，运行业绩进入了世界先进行列。我国投运和在建核电项目情况见表1。,2.发展目标 根据保障能源供应安全，优化电源结构的需要，统筹考虑我国技术力量、建设周期、设备制造与自主化、核燃料供应等条件，到2020年，核电运行装机容量争取达到4000万千瓦；核电年发电量达到2600-2800亿千瓦时。在目前在建和运行核电容量1696.8万千瓦的基础上，新投产核电装机容量约2300万千瓦。同时，考虑核电的后续发展，2020年末在建核电容量应保持1800万千瓦左右。核电建设项目进度设想见表2。,5.3 电力工业的特点,一、社会对电力生产、供给的要求 （1）安全可靠 （2）力求经济 （3）保证质量 （4）控制污染,二、电力工业的三个特点,1、社会公用事业 2、技术密集产业 3、资金密集产业,三、电力生产的特征,现代电力系统六大特征