发电厂电气部分第一章

第一章能源和发电重点：通过本章的学习，了解能源的种类，掌握发电厂、变电站的类型及其特点。重点掌握火力发电厂的电能生产过程。学习目的：发电厂的类型和特点；变电站的类型和特点。难点：火力发电厂的电能生产过程。第一节能源和发电获得方法一、能源的类型一次能源二次能源利用程度常规能源新能源能否再生可再生能源不可再生能源能源本身性质含能体能源（可直接存储的能源）过程性能源（无法直接存储的能源）二、我国的能源资源煤炭：我国是世界上煤炭产量最多、增长速度最快的国家。水能：我国水能资源蕴藏量与可开发的水能资源均占世界第一。其他能源：风能、太阳能、石油、天然气。三、电能随着科学技术的发展，电能的应用不仅影响到社会物质生产的各个层面，也愈来愈广泛地渗透到人类生活的每个层次。一旦失去电能，我们的世界将……???电气化程度已成为衡量社会物质文明发展水平的重要标志！四、发电厂1、发电厂的概念：生产电能的工厂，将各种天然能源转化为电能。2、发电厂的分类：按一次能源取得的方式不同分：火力发电厂：70%水力发电厂：核电厂：其它形式电厂：第二节、火力发电厂火力发电厂能量转换过程燃料的化学能热能机械能电能第二节火力发电厂一、火电厂类型按照燃料分类：燃煤电厂燃油电厂燃气电厂余热电厂蒸汽压力和温度分类：中低压电厂高压电厂超高压电厂亚临界压力电厂一、火电厂类型按原动机分类：汽轮机电厂燃气轮机电厂内燃机电厂按输出能源分类：凝汽式电厂热电厂按发电厂装机容量分类：小容量电厂（100MW以下）中容量电厂（100~250MW）大中容量电厂（250~1000MW）大容量电厂（1000MW以上）容量大，靠近燃料产区，经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。蒸汽全部排入凝汽器冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中大量热量被浪费。效率只有30~40%。容量中小，靠近负荷中心。既供电又供热。效率高：可达60～70％。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。凝汽式电厂生产流程：燃料蒸汽锅炉汽轮机发电机电力系统冷凝器蒸汽水热电厂生产流程：燃料蒸汽锅炉汽轮机发电机电力系统冷凝器水蒸汽抽汽供热二、火力发电厂生产过程燃料的化学能热能机械能电能燃烧系统汽水系统电气系统1、主要组成两大部分：热力部分和电气部分三大核心设备：锅炉、汽轮机和发电机大型火力发电厂一般都有燃煤、锅炉、汽机、电气、化学、热工、水处理等车间（或称分场）。2、生产过程燃料的化学能烟气的热能热能传递给水、蒸汽和空气汽轮机轴上的机械能发电机送出的电能（加上励磁机送进的磁能）气流的动能二、火力发电厂生产过程1、燃烧系统输煤系统磨煤系统燃烧系统风烟系统灰渣系统2、生产过程—燃烧系统—输煤系统煤矿经火车或轮船运到电厂存放在储煤场再经碎煤机打碎大块煤锅炉原煤仓经皮带：通过电磁分离器吸净铁屑煤从给煤机送至磨煤机，加上热风道来的热风煤被磨制和干燥后，送到粗粉分离器旋风分离器进行气粉分离热风进入排风机带上从给粉机来的煤粉由喷燃器喷入炉膛燃烧细粉进入煤粉仓2、生产过程—燃烧系统—磨煤制粉系统燃烧系统——运煤冷空气经送风机，进入空气预热器一部分热风送磨煤机，一部分热风直送喷燃器炉膛中热风与煤粉混合燃烧，产生大量热量烟气经吸风机引至烟囱，排入大气热量经过金属表面传给锅炉的水冷壁管、

过热器、省煤器、空气预热器、除尘器2、生产过程—燃烧系统—风烟系统燃烧系统——烟囱与灰库二、火力发电厂生产过程2、汽水系统给水系统补给水系统循环水系统给水泵打水经高压加热器、省煤器加热送入汽包汽包内的水经水冷壁下降管及下联箱进入上升管

汽进入过热器，经蒸汽管道引入汽轮机蒸汽膨胀，高速冲击叶片，带动发电机转子转动水吸热汽化，汽水混合物上升到汽包进行汽水分离2、生产过程—汽水系统作功后蒸汽温度压力下降排入凝汽器冷却凝结成水循环使用发电机发电除去厂用电后经变压器升压送入电网2、生产过程—汽水系统3、生产过程—电气系统汽水系统——冷水塔汽水系统——冷水塔二、火力发电厂生产过程3、电气系统包括发电机、励磁装置、厂用电、升压变电站等汽轮机发电机厂用电电网励磁装置发电机发电除去厂用电后经变压器升压送入电网电气系统——汽轮机和发电机电气系统——汽轮机和发电机三、火力发电厂特点1、布局灵活，装置容量可根据需要决定；2、投资少，设备年利用率高；3、动力设备多，机组操作复杂；4、煤耗多，污染大。第三节水力发电厂水的位能机械能电能第三节水力发电厂水电厂的类型：按集中落差分堤坝式引水式混合式坝后式河床式建在河流中上游山区峡谷地段。单独筑坝，坝身高，水位高，厂房建在坝后，不承受水压。特点：形成蓄水库，以调节流量，电站规模大。适用于河床平缓地区，落差小，厂房和坝建在一起，承受上游水压水的压力，起挡水作用。特点：水头低，挡水建筑物长。：不修堤坝，只由引水渠形成发电水头。：兼有堤坝式，引水式的特点第三节水力发电厂各种水电厂示意图

在河流中落差较大的适宜地段拦河建坝，形成水库，将水积蓄起来，抬高水位，形成发电水头。第三节水力发电厂各种水电厂示意图水电厂建在山区水流急的水道上或河床坡度较陡的地方。由引水渠道形成水头，一般不需要修坝或只修低堰。三峡工程简介：总库容为393亿m3，装机容量为1820万kW，年平均发电量为847亿kWh。三峡为世界上最大的水电站。三峡工程鸟瞰第三节水力发电厂我国规划在缺少水能的华北、华东、东北地区兴建较多的200~1000MW抽水蓄能电厂。——抽水蓄能电厂※调峰※填谷※备用※调频※调相作用：天荒坪抽水蓄能电站

装机容量180万kW，投资近百亿。电站建设钻透整座大山，地下厂房、上、下水库落差607米。电站上水库蓄水湖面广达28公顷，是一个昼夜水位高低变幅29米多的动态湖泊。抽水蓄能电站可视为利用水的势能做成的一个大容量蓄电池。第三节水力发电厂水电厂的特点：1、可综合利用水资源；2、发电成本低，效率高，无污染。3、运行灵活；4、水能可以存储和调节；5、初期投资大，工期长；6、受水文天气影响，可能影响环境。第四节核能发电厂工作原理：核燃料（铀U）在反应堆内发生核裂变，释放出大量热量，由水或气体作为冷却剂带出，在蒸汽发生器中把水热变成蒸汽推动汽轮发电机做功获得电能。又称为原子能发电厂，利用原子核内的变化所释放的核能转变成电能的工厂。其生产过程类似于火电厂。一个1000MW的火电厂一天燃煤近万吨，同样容量的核电厂只要3.3kg的U235。核电厂生产流程：核反应堆U型管汽轮机电力系统蒸汽发生器高压水发电机冷凝器第三节核能发电厂核电厂的特点：1、高效能源，消耗资源少；

核能比化学能大得多，消耗的核燃料比同样功率的火电厂消耗的化石燃料要少的多。如一座百万千瓦级的火电厂每年消耗300万吨原煤，而同样容量的核电厂每年仅需30吨核燃料。2、核是清洁能源，环境影响小；3、核电是安全能源，事故概率小。发电厂—新能源发电

新能源发电是利用太阳能、风能、地热、潮汐、海浪、海洋温差、沼气、垃圾、燃料电池等能源生产电能的发电厂。太阳能发电厂利用太阳光能和热能生产电能就是太阳能发电，分为光热发电和光伏发电；后者是近些年来发展最快，最具活力的技术研究领域。光伏发电技术应用中，尚待解决的技术问题还有很多，如：如何降低太阳能电池的生产成本；如何提高太阳能电池的光电转化效率；高效率、低成本的电能储存技术；如何实现太阳能电池的最佳输出匹配等。这些问题涉及了现代科技的许多领域：材料科学、半导体技术、电池技术、电网技术、以及电子技术、自动化控制技术等。光伏发电：根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，光伏发电设备极为精炼，可靠稳定寿命长、安装维护简便。光伏发电的最基本元件是太阳电池（片），有单晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜电池等。太阳能发电厂太阳能电厂太阳能电厂太阳能电厂太阳能电厂地热发电厂地心温度约为4000℃，热能持续不断地流向地面。地热发电利用地下热水和蒸汽为动力的一种新型发电技术。基本原理与普通火力发电相似，根据能量转换原理，首先把地热能转换为机械能，然后又把机械能变为电能。主要有两类：地热蒸汽发电系统和双循环发电系统。前者因技术成熟，运行安全可靠，广泛应用。地热发电厂西藏羊八井地热发电厂风力发电厂风能是由于太阳对大气层造成的温差和地球表面不规则而引起。

我国风能资源丰富，陆地理论储量32亿千瓦，可开发的装机容量约2.53亿千瓦，居世界首位，商业化、规模化发展潜力巨大。1.风力发电流动空气所具有的能量，称为风能。将风能转换为电能的发电方式，称为风力发电。在风能丰富的地区，按一定的排列方式成群安装风力发电机组，组成集群，称为风力发电场。风力发电装置如图所示。1－风力机；2－升速齿轮箱；3－发电机；4－控制系统；5－驱动装置；6－底板和外罩；7－塔架；8－控制和保护装置；9－土建基础；10－电缆线路；11－配电装置风力机1将风能转化为机械能，升速齿轮箱2将风力机轴上的低速旋转变为高速旋转，带动发电机3发出电能；经电缆线路10引至配电装置11，然后送入电网。中国最大的风力发电厂——新疆达坂城风力发电厂内蒙古风力发电厂南澳风力发电厂潮汐发电与水力发电原理相似，潮汐发电是利用潮差推动水轮机转动，再由水轮机带动发电机发电；潮汐发电须选择有利的海岸地形，修建潮汐水库，涨潮时蓄水，落潮时利用其势能发电；①单库单向型：只能在落潮时发电。②单库双向型：在涨、落潮时都能发电。③双库双向型：可以连续发电，但经济上不合算，未见实际应用。潮汐发电站潮汐发电站全国潮汐能资源理论蕴藏量为1.9×108kw，可开发利用的装机容量为2157×104kw，可开发的年发电量为618xl08kw·h，占世界潮汐能总量的1／10。1980年建成的江厦潮汐电站（浙江省温岭县江厦港的下游）是我国第一座双向潮汐电站，也是目前世界上较大的一座双向潮汐电站，其总机容量为3200千瓦，年发电量为1070万度。潮汐发电原理浙江温岭江厦潮汐发电站浙江温岭江厦潮汐发电站3.地热发电利用地下蒸汽或热水等地球内部热能资源发电，称为地热发电。地热蒸汽发电的原理和设备与火电厂基本相同。利用地下热水发电，有两种基本类型。（1）闪蒸地热发电系统（又称减压扩容法）。使地下热水变为低压蒸汽供汽轮机做功。（2）双循环地热发电系统（又称中间介质法）。这种系统的热水和工质各自构成独立系统。5.生物质能发电主要是绿色植物将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量，属可再生能源。薪柴、农作物秸秆、人畜粪便、有机垃圾及工业有机废水等，是主要的生物质能资源。生物质发电系统是以生物质能为能源的发电，如垃圾焚烧发电、沼气发电、秸秆发电等。6.磁流体发电亦称等离子体发电，极高温度并高度电离的气体高速

（1000m/s）流经强磁场而直接发电。可在不用旋转机械的情况下将热能直接转换为电能。2004年上半年磁流体动力船已经下水。第五节变电站作用：变化和分配电能※枢纽变电站※中间变电站※地区变电站※终端变电站一、按其地位和作用不同，可分为几类：二、变电所的基本类型

变电所起着变换和分配电能的作用。

从发电厂送出的电能，升压远距离输送，再经过多次降压后才供给用户使用，所以电力系统中的变电所的数量多于发电厂，变压器的容量约是发电机容量的7~10倍。

变电所分为发电厂的变电所（升压变电所）和电力网的变电所（降压变电所），根据变电所在电力系统的地位与供电范围，可以将其分为以下几类。变电站是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。1.枢纽变电站2.中间变电站3.地区变电站4.终端变电站枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，连接电力系统高、中压的几个部分，汇集有多个电源和多回大容量联络线，变电容量大，电压（指其高压侧，以下同）等级为330～500kV。全站停电时，将引起系统解列，甚至瘫痪。中间变电站一般位于系统的主要环路线路中或系统主要干线的接口处，汇集有2～3个电源，高压侧以交换潮流为主，同时又降压供给当地用户，主要起中间环节作用，电压等级为220～330kV