电力生产概论-0-1章

电力生产概论课程简介目的：了解电力生产的基本过程（发电、变电、供电、配电）和基本知识，包括火力、水力、核电、新能源发电等内容。重点：火力发电、水力发电生产过程；电网运行。难点：发电厂经济运行和调度。课时：13周共52课时。第3页成绩评定期末考试:

40%平时成绩：

60%

其中：纪律和课堂表现

20%

过程考核80%绪论能源：指产生机械能、热能、光能、电磁能、化学能等各种能量的自然资源。一次能源：自然界现成存在、可直接取得又不改变其基本形态的能源称一次能源。二次能源：通过人类的生产活动，依靠一次能源制取的能源称二次能源。能源一次能源二次能源：电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、油制品、沼气蒸汽、热水等常规能源新能源再生能源：水力非再生能源：煤、石油、天然气、核裂变燃料再生能源：太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能非再生能源：核聚变燃料能源分类基本分5个环节：生产→传输→变换→分配→销售（发电）（送电）（变电）（配电）（营业）1、发电：自然能→电能发电厂：把各种自然能转换成电能的工厂。根据所利用的能源形式不同，发电厂可分为火电厂、水电厂、核电厂、太阳能发电厂、风力发电厂、潮汐发电厂、地热发电厂、磁流体发电厂等。2、输电：把电能从发电厂→用电负荷中心分几个电压等级：500kv,220kv,110kv。一、电力生产过程3、配电：把电能从负荷中心→用户，分几个电压等级：35kv,10kv,0.4kv4、变电：升高电压便于传输、降低损耗；降低电压便于配送使用。

电能的3个特点：①便于集中、传输、分配、转换，称为“方便的能源”②可以提高效率，被称为“节约的能源”③没有污染，称为“无污染的能源”。一、电力生产过程1、电能的生产和消费是在同一时间实现的电能不能储存、每时每刻的发电量取决于同一时刻的用电量。也即要求发电厂不间断地、可靠地供应电能，随时保持电源与负荷间的功率平衡。要求电能的5个生产环节必须相互依赖、密切配合，其中任何一个元件故障都会影响电力系统的正常工作。二、电力生产特点2、电能的生产应服从统一调度和管理、合理利用动力资源各电厂电能生产任务都由电力中心调度所统一规划、统一调度，便于协调水、火电厂经济运行。如：火电厂一般担任基荷、腰荷，水电厂担任系统调频、调峰、负荷备用等；又如：在洪水期水电厂多发电，在枯水期则火电厂多发电。二、电力生产特点3、电能生产与国民经济部门和人民生活有着极为密切的关系现代工业、农业、交通运输业等都广泛用电能作为生产的动力，而且电气化程度会越来越高，对电能的要求也越高。从世界各国经济发展的进程来看，国民经济每增长1%，就要求电力工业增长1.3～1.5%左右，才能适应生产发展的需要。二、电力生产特点1.

第一个火电厂1882年，由外国人在上海租界建立，安装一台发电机，容量12千瓦。

2.

第一个水电厂

1912年，距云南昆明40公里的螳螂川上，建成石龙坝水电厂安装两台240千瓦的水轮机组。3.

旧中国1882～1949，共68年全国发电设备容量185万千瓦，居世界第21位全国年发电量43亿度，居世界第25位低压小机组，最大单机容量25MW发电煤耗700～800克/度电网很小三、我国电力工业发展概况4.

新中国1949～2007年装机容量和发电量的发展年份装机容量（万kW）年发电量（亿kWh）1949184.8643.1198710000496019952100010000200030000130002004440702187020077.13亿kW3255920087.92亿kW3433420098.74亿kW36639年人均电量约：我国：2700kW·h中等发达国家：7000kW·h北欧、美国：18000kW·h三、我国电力工业发展概况4.

新中国1949～2007年220kV以上的输电线路66.85万公里，变电容量11.53亿KVA。已建成50万伏高压交流输电网。1981年，姚孟火电厂——武汉已建成50万伏直流输电工程1988年，葛洲坝—上海全长1080km/电压+500kV/电流1200A

额定功率：双极运行1200MW/单极地回路运行600MW。跨省跨地区的大电网（装机容量3000万kW）e.g.华北、东北、华中、华东、西北、南方三、我国电力工业发展概况4.

新中国1949～2007年装机容量在100万千瓦及以上的电厂沙角电厂388万kW大型发电机组，单机容量60、100万千瓦最早：元宝山电厂60万kW，外高桥第二发电厂90万kW，

山东邹县2*100万；浙江玉环2*100万核电建设（浙江秦山，广东大亚湾、岭奥）三峡水电机组：32×70万kW抽水蓄能（广东从化8*30万kW）电力系统的自动化（SKADA,EMS,DMS,MIS）。

微机控制、微机保护、计算机管理三、我国电力工业发展概况5、发展规划

①“十一·五”规划：2010年，总装机容量达6.5亿KW，提高水电比例到24%②中长期规划：2020年，总装机容量达9.5亿KW，综合利用各种能源，加大新能源开发。6、我国电力之最①总装机容量最大的火电厂：福建漳州后石电厂一期工程360万KW②总装机容量最大的水电厂：湖北宜昌三峡电厂2240万KW③总装机最大的核电厂：浙江的秦山核电厂320万KW三、我国电力工业发展概况截至2014年底，我国发电装机容量136019万千瓦，同比增长8.7%。全国基建新增发电设备容量10350万千瓦，其中，水电新增2185万千瓦，火电新增4729万千瓦，核电新增547万千瓦，并网风电新增2072万千瓦，并网太阳能发电新增817万千瓦。

2015年我国全口径电力装机容量达到150673万千瓦。三、我国电力工业发展概况

2016年

1月15日，国家能源局发布2015年全社会用电量等数据。2015年，全社会用电量55500亿千瓦时，同比增长0.5%。分产业看，第一产业用电量1020亿千瓦时，同比增长2.5%；第二产业用电量40046亿千瓦时，同比下降1.4%；第三产业用电量7158亿千瓦时，同比增长7.5%；城乡居民生活用电量7276亿千瓦时，同比增长5.0%。

2015年，全国6000千瓦及以上电厂发电设备累计平均利用小时为3969小时，同比减少349小时。其中，水电设备平均利用小时为3621小时，同比减少48小时；火电设备平均利用小时为4329小时，同比减少410小时。

2015年，全国电源新增生产能力（正式投产）12974万千瓦，其中，水电1608万千瓦，火电6400万千瓦。三、我国电力工业发展概况我国最高交流电压等级是750KV（兰州---官亭线），国家电网公司正在实验1000KV特高压交流输电.我国最高直流电压等级为正负500KV（葛洲坝---上海南桥线、天生桥---广州线、贵州---广东线、三峡---广东线），另有正负50KV（上海---嵊泗群岛线），100KV（宁波---舟山线），南方电网公司将建设正负800KV特高压直流输电线。三、我国电力工业发展概况开发与节约并重；大力发展水电；继续发展火电；适当发展核电；积极发展新能源发电；同步发展电网，促进全国联网。四、我国电力工业发展方针1、电力市场化改革。打破垄断，引入竞争2、更加广泛使用电力。解决环境污染问题3、转向燃气蒸汽联合循环发电。降低造价，提高效率4、大力发展洁净煤技术。解决煤炭利用对生态环境的不利影响5、大力发展可再生能源发电。重点开发太阳能、风能、地热能和生物质能6、提倡分散的电力工业。用那些靠近符合中心的小型和清洁的发电方式最终取代那些大型且远离负荷中心的电厂7、积极推广电力需求侧管理。合理的电价结构可以改变电力负荷曲线的形状：电价越高，用电量越少；电价越低，用电量越多。五、国外电力工业发展动态转换方便；能源利用效率高；“节约的能源：电动机——柴油机，节能50％电气机车——蒸汽机车，效率8％上升到30％环保、洁净电力工业特点电力的产品是看不见、摸不着的电能，其生产过程自动化程度高，技术性强。电能不能大量储存，发、供、用电同时进行，必须随时保持平衡。电力的生产、输送、分配和消费在功率和能量上，必须严格保持平衡，并需留有足够的容量和能量的备用。这是电力企业充足、可靠、合格地向用户供电的基本条件。发、送、变、配和用电各个部分相互连接，形成一个整体，不可分割，各显其能，共同实现目标。电力系统过渡过程十分短暂。电的传播速度是以光速30×104km/s进行的，一旦发生事故

，就会造成巨大损失。电力工业的特征以安全为中心，保证安全经济发、供电，以满足国民经济各部门的电能需求，是电力工业的根本任务。根据资源和负荷的分布，布置、建设和扩大电网，实行电网高度集中统一管理。(电力工业以电网的形式出现)为适应国民经济的发展需要，电力工业要超前发展。要求电能质量合乎标准，电力供应高度可靠。电力工业发展基本规律第1章概述

第2章锅炉设备

第3章汽轮机设备

第4章汽轮发电机

第5章辅助生产系统

第6章火力发电厂运行火电篇第1章概述火力发电厂定义：火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。（热力电厂）

火力发电厂的分类火力发电厂根据不同的分类方法，得出不同的类型，如表1.1所示：1、按燃料分类燃煤发电厂：以煤为燃料的发电厂；燃油发电厂：以石油（实际是提取汽油、煤油、柴油后的油渣）为燃料的发电厂；燃气发电厂：以天然气、煤气等可燃气体为燃料的发电厂；余热发电厂：用工业企业的各种余热进行发电的发电厂；此外，还有利用垃圾及工业废料作为燃料的发电厂。§1.1火电厂分类2、按能量供应分凝气式发电厂：单纯用来发电的电厂。一般建在燃料基地或矿区附近，发出的电能用高压线路送往负荷中心，这样免去了燃料的长途运输，提高了能量输送效益，同时又防止煤灰对城市周围地区环境污染。

供热式发电厂：既发电又兼供热的电厂。由于供热网络不能太长，所以一般都建设在热用户附近靠近工业区或大城市。发电与供热必须兼顾，在电力系统中的运行方式远不如凝气式电厂灵活，但其热效率较高。§1.1火电厂分类3、按原动机分类汽轮机发电厂：又称蒸汽发电，它利用燃料在锅炉中燃烧产生蒸汽，用蒸汽冲动汽轮机，再由汽轮机带动发电机发电。这种发电方式在火力发电中居主要地位，占世界火力发电总装机的95％以上。内燃机发电厂：主要指功率较大的柴油机发电。柴油机系统压缩点火式发动机，将吸入的空气用活塞压缩到高温与喷入的燃油着火燃烧产生高温高压，推动机械旋转运动，带动发电机发电。它的缺点是使用燃料价格高，发电成本贵、容量小、维修工作量大、运行周期短，除特殊场合外，多用作尖峰供用电电源和应急电源。§1.1火电厂分类燃气轮机发电厂：它通过压气机将空气压缩后送入燃烧室，与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压燃气，进入透平机膨胀做功，推动发电机发电。它的单机容量远比汽轮机小，最大功率13～21.6万KW，净发电效率可达35%以上，主要用于尖峰负荷。

把燃气发电和蒸汽发电组合起来就是燃气、蒸汽联合循环发电，有较高的电能转换效率。§1.1火电厂分类4、按发电装机容量的多少分类小容量发电厂：100MW以下的发电厂；中容量发电厂：100—250MW范围内的发电厂；大中容量发电厂：250—600MW范围内的发电厂，常规30万kW和60万kW燃煤机组将是中国目前和今后一段时期内火电发展的主要机组；大容量发电厂：600—1000MW范围内的发电厂；特大容量发电厂：1000MW以上的发电厂。§1.1火电厂分类5、按供电范围分类区域性发电厂：在电网内运行，承担一定区域性供电的大中型发电厂；孤立发电厂：不并入电网内，单独运行的发电厂；自备发电厂：由大型企业自己建造，主要供本单位用电的发电厂（一般也与电网连）。移动式发电厂：主要供火车、轮船等交通工具上的用电§1.1火电厂分类§1.2火力发电厂的燃料火力发电厂主要的燃料是煤，其次是重油和天然气。一、煤的组成煤的成分有：碳、挥发分、灰分、水分。它们是衡量煤质量好坏的主要指标。1、碳：是主要可燃元素，含量占燃料重量的45%~90%，当它完全燃烧时放出大量热量。C+O2→CO2+33662kJ/kg2、挥发分：是判明煤炭着火特性的首要指标。挥发分含量越高，着火越容易，使燃料易于燃烧完全。3、灰分：煤完全燃烧后的固态残余物。灰分含量会使火焰传播速度下降，着火时间推迟，燃烧不稳定，炉温下降，使受热面积灰、结渣、腐蚀。4、水分：水分是燃烧过程中的有害物质之一，它在燃烧过程中吸收大量的热，使发热量降低，使炉内燃烧温度降低，造成燃烧着火困难或燃烧不完全。对燃烧的影响比灰分大得多。§1.2火力发电厂的燃料5、煤的发热量：指每公斤燃料完全燃烧后所放出的热量，单位是kJ/kg。煤的发热量也是煤的特征之一，它是评价媒质的重要指标。煤的发热量越高，燃烧时放出热量越多，发同样多的电所耗煤量越少。标准煤：规定发热量为29270kJ/kg的煤为标准煤。各个发电厂计算煤耗量都要折算成标准煤来计算。§1.2火力发电厂的燃料二、四种煤火力发电厂燃用的煤通常称为动力煤，其分类方法主要是依据煤的挥发分进行分类。主要有4种煤：1、无烟煤：含碳量多，发热量最多（最好）2、烟煤：挥发物多，容易着火；（次差）3、褐煤：水分多，发热量最低；（最差）4、贫煤:灰分多，但发热量较多。（次好）重油含灰分水分少，是一种优质燃料。§1.2火力发电厂的燃料一般把含灰分及水分多的煤称为劣质煤，它们不仅发热量低，且积灰较多，影响受热面的传热，增加磨损，对金属表面腐蚀。但由于发电用煤数量很大，所以尽量就近采用劣质煤，把优质煤留给冶金、化工部门。在燃煤电厂，只有在锅炉启动点火或特殊情况下为维持炉膛稳定燃烧，才使用少量重油。我国煤种含量：烟煤37.95%，无烟煤16.74%，褐煤17.9%，贫煤7.79%，其余未分类煤占19.36%§1.2火力发电厂的燃料§1.3火力发电厂的基本生产过程§1.3.1水蒸气性质1、工质：把在热能转换和传递过程中携带热能的媒介物质叫工作物质，简称工质。在火电厂中，通常用水蒸气作为工质，它是由水在锅炉中进行加热汽化而形成的。2、描述水蒸气状况的3个基本状态参数：

温度t：指物体的冷热程度。有绝对温度T和摄氏温度t

压力P：表示工质作用于容器壁单位面积上的垂直力，也称压强。

比容v：单位质量的物体所占的容积。它的倒数是密度。3、水蒸气定压形成过程（几个概念）水的饱和温度ts：水沸腾时的温度。未饱和水：在热力工程中把未达到沸腾状态的水称为“未饱和水”。饱和水：沸腾状态的水称为“饱和水”。饱和蒸汽：既有水又有蒸汽的蒸汽状态，有湿蒸汽和干蒸汽。温度等于饱和温度。过热蒸汽：温度高于饱和温度的蒸汽。过热度D=t-ts§1.3.1水蒸气性质蒸汽形成过程如图所示：

总的来说，水蒸汽等压下汽化过程分为3个阶段：预热阶段→汽化阶段→过热阶段1kg0℃未饱和水沸腾、饱和水﹙饱和温度Ts﹚﹙饱和压力Ps﹚水蒸气﹙湿蒸汽﹚t↑v↑加热v↑，t=Ts，p=Ps干饱和蒸汽﹙干蒸气﹚过热蒸汽v↑，t↑t>ts临界点§1.3.1水蒸气性质4、饱和温度和压力的关系随着压力的增加，饱和温度随之升高。如：1atm—100℃；30atm—232.76℃；100atm—309.53℃；0.07atm—38.665、过热蒸汽优点火力发电厂都是应用过热蒸汽，因为它一方面性能接近于气体，比较稳定；另一方面，在过热过程中所加进去的热量使蒸汽进入汽轮机中膨胀时，能作更多功，进而使发电机发出更多电，有利于提高经济性。§1.3.1水蒸气性质1、煤炭在锅炉内燃烧放出的热量，将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽2、然后蒸汽沿管道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发出电来。3、在汽轮机中做完功的蒸汽排入凝汽器中并凝结成水，然后被凝结水泵送入除氧器。水在除氧器中被来自抽气管的汽轮机抽汽加热并除去所含气体，最后又被给水泵送回锅炉中重复参加上述循环过程。§1.3.2基本生产过程显然，在这种火力发电厂中存在着三种型式的能量转换过程：1、锅炉：煤的化学能→热能；2、汽轮机：蒸汽的热能→汽轮机的旋转机械能；3、发电机：机械能→电能。进行能量转换的主要设备——锅炉、汽轮机和发电机，被称为火力发电厂的三大主机，而锅炉则是三大主机中最基本的能量转换设备。如图1.1所示§1.3.2基本生产过程火力发电厂由三大主要设备——锅炉、汽轮机、发电机及相应辅助设备组成，它们通过管道或线路相连构成生产主系统，即热力系统（包括燃烧系统和汽水系统）和电气系统组成。1、燃烧系统如图，包括锅炉的燃烧部分和输煤、除灰和烟气排放系统等。煤由皮带输送到锅炉车间的煤斗，进入磨煤机磨成煤粉，然后与经过预热器预热的空气一起喷入炉内燃烧，将煤的化学能转换成热能，烟气经除尘器清除灰分后，由引风机抽出，经高大的烟囱排入大气。炉渣和除尘器下部的细灰由灰渣泵排至灰场。§1.3.3主要系统组成汽水系统流程如图所示，包括锅炉、汽轮机、凝汽器及给水泵等组成的汽水循环和水处理系统、冷却水系统等。给水泵→高压加热器→省煤器→汽包-下降管-下联箱-水冷壁-→汽包→过热器→汽轮机→凝汽器→凝结水泵→低压加热器→除氧器→给水泵2.汽水系统电气系统如图1.3所示，包括发电机、励磁系统、厂用电系统和升压变电站等。发电机的机端电压和电流随其容量不同而变化，其电压一般在10～20kV之间，电流可达数千安至20kA。因此，发电机发出的电，一般由主变压器升高电压后，经变电站高压电气设备和输电线送往电网。极少部分电，通过厂用变压器降低电压后，经厂用电配电装置和电缆供厂内风机、水泵等各种辅机设备和照明等用电。

3．电气系统§1.4火力发电厂的效率火力发电的重要问题是提高热效率，办法是提高锅炉的