发电厂电气部分第一章能源和发电

发电厂电气部分第一章能源和发电第1页，共65页，2023年，2月20日，星期一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2页，共65页，2023年，2月20日，星期一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3页，共65页，2023年，2月20日，星期一一、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第4页，共65页，2023年，2月20日，星期一二、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第5页，共65页，2023年，2月20日，星期一可再生能源：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。能源和电能第6页，共65页，2023年，2月20日，星期一三、能源资源铀12345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第7页，共65页，2023年，2月20日，星期一1、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。能源和电能第8页，共65页，2023年，2月20日，星期一我国水能资源蕴藏量6.76亿kW年发电量5.92×104亿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。能源和电能第9页，共65页，2023年，2月20日，星期一（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m3，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第10页，共65页，2023年，2月20日，星期一四、电能电能在使用时没有污染，噪声小12345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第11页，共65页，2023年，2月20日，星期一五、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12页，共65页，2023年，2月20日，星期一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13页，共65页，2023年，2月20日，星期一

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：火力发电厂第14页，共65页，2023年，2月20日，星期一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第15页，共65页，2023年，2月20日，星期一按原动机分：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第16页，共65页，2023年，2月20日，星期一火电厂外景火力发电厂第17页，共65页，2023年，2月20日，星期一▉

火力发电厂—凝汽式火电厂生产过程示意图火力发电厂第18页，共65页，2023年，2月20日，星期一三、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：火力发电厂第19页，共65页，2023年，2月20日，星期一1、燃烧系统

它由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。火力发电厂第20页，共65页，2023年，2月20日，星期一2、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第21页，共65页，2023年，2月20日，星期一一次性建造投资少，建造工期短2布局选址灵活31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33由停机到开机并带满负荷需要时间长，耗用大量燃料35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36排放物对环境的污染大37火力发电厂第22页，共65页，2023年，2月20日，星期一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23页，共65页，2023年，2月20日，星期一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第24页，共65页，2023年，2月20日，星期一一、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

水力发电厂第25页，共65页，2023年，2月20日，星期一

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第26页，共65页，2023年，2月20日，星期一图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。水力发电厂第27页，共65页，2023年，2月20日，星期一新安江水电站乌江渡口水电站三门峡水电站第28页，共65页，2023年，2月20日，星期一图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。

水力发电厂第29页，共65页，2023年，2月20日，星期一第30页，共65页，2023年，2月20日，星期一

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第31页，共65页，2023年，2月20日，星期一三峡工程鸟瞰图水力发电厂第32页，共65页，2023年，2月20日，星期一发电成本低、效率高2可综合利用水资源：发电、防洪、灌溉、航运、供水31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33水力发电不污染环境35水电厂的特点水力发电厂第33页，共65页，2023年，2月20日，星期一由于水库兴建，淹没土地、移民搬迁，影响农业生产和生态8水电厂的特点36建设投资大，工期较长37发电量受到水文气象条件的制约，发电不平衡水力发电厂第34页，共65页，2023年，2月20日，星期一（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

水力发电厂第35页，共65页，2023年，2月20日，星期一图1-9抽水蓄能电站示意图“四度电抽水,只能发出三度电”?水力发电厂第36页，共65页，2023年，2月20日，星期一

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。

水力发电厂第37页，共65页，2023年，2月20日，星期一第38页，共65页，2023年，2月20日，星期一广州蓄能水电站第39页，共65页，2023年，2月20日，星期一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。第40页，共65页，2023年，2月20日，星期一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第41页，共65页，2023年，2月20日，星期一目前，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42页，共65页，2023年，2月20日，星期一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43页，共65页，2023年，2月20日，星期一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。

核能发电厂第44页，共65页，2023年，2月20日，星期一自核电站问世以来，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)核能发电厂第45页，共65页，2023年，2月20日，星期一核裂变能量核聚变能量核能发电厂第46页，共65页，2023年，2月20日，星期一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

核能发电厂第47页，共65页，2023年，2月20日，星期一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。”

核能发电厂第48页，共65页，2023年，2月20日，星期一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31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33与火电厂相比，建设费用高，但燃料所占费用较为便宜35核电厂的特点核能发电厂第49页，共65页，2023年，2月20日，星期一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50页，共65页，2023年，2月20日，星期一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。

新能源发电厂第51页，共65页，2023年，2月20日，星期一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第52页，共65页，2023年，2月20日，星期一风力发电厂新能源发电厂第53页，共65页，2023年，2月20日，星期一第54页，共65页，2023年，2月20日，星期一我国最大的风电场：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）新能源发电厂第55页，共65页，2023年，2月20日，星期一

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