热力发电与新能源利用技术作业指导书

热力发电与新能源利用技术作业指导书TOC\o"1-2"\h\u27985第1章热力发电技术概述 3304841.1热力发电原理及分类 352101.2热力发电系统及设备 462831.3热力发电技术的发展与现状 45344第2章火力发电技术 5282472.1煤炭发电技术 5314862.1.1煤炭燃烧过程 5155052.1.2煤炭燃烧设备 5269252.1.3煤炭发电污染物控制 5224132.2油气发电技术 559572.2.1油气燃烧过程 5167132.2.2油气燃烧设备 5109212.2.3油气发电污染物控制 539562.3燃料电池发电技术 6145272.3.1燃料电池原理 6180582.3.2燃料电池类型 636092.3.3燃料电池发电系统 6314372.3.4燃料电池发电应用 626622第3章水力发电技术 6200163.1水力发电原理及分类 6315473.1.1水力发电原理 6231463.1.2水力发电分类 6149363.2水轮机及发电机 7206833.2.1水轮机 778523.2.2发电机 796093.3水电站设计及运行 748403.3.1水电站设计 727133.3.2水电站运行 721257第4章核能发电技术 8241604.1核能发电原理及分类 8299104.1.1核裂变发电 852984.1.2核聚变发电 895564.2核反应堆 853694.2.1核反应堆类型 8191604.2.2核反应堆结构 878114.3核电站的设计与安全 9308744.3.1核电站设计 931364.3.2核电站安全 918425第5章新能源发电技术 9234215.1风力发电技术 932835.1.1风力发电原理 9136595.1.2风力发电机组类型 9178185.1.3风力发电技术的发展趋势 9309905.2太阳能发电技术 10279145.2.1太阳能发电原理 10300095.2.2太阳能电池类型 10170785.2.3太阳能发电技术的发展趋势 10124975.3生物质能发电技术 1022385.3.1生物质能发电原理 10267345.3.2生物质能发电类型 10267305.3.3生物质能发电技术的发展趋势 1019202第6章地热发电技术 10318796.1地热发电原理及分类 1064626.1.1干热岩发电 10142606.1.2湿蒸汽发电 1195246.1.3地热发电分类 11199656.2地热发电系统及设备 11235436.2.1地热发电系统 11175316.2.2地热发电设备 1144226.3地热电站的运行与管理 1178936.3.1运行 11177976.3.2管理 128655第7章潮汐能发电技术 1283397.1潮汐能发电原理及分类 1269897.1.1发电原理 12287367.1.2分类 12254597.2潮汐能发电装置 12121377.2.1潮汐涡轮机 12101877.2.2发电机 127767.2.3输电系统 12226807.3潮汐电站的设计与运行 13175977.3.1电站选址 1345447.3.2电站设计 13119247.3.3电站运行 13255807.3.4环境保护 136684第8章节能减排技术 13183878.1热力发电厂的节能措施 1353838.1.1优化热力系统 1353318.1.2余热回收利用 13245498.1.3节能改造 13238688.1.4优化运行管理 14204208.2环保技术在热力发电中的应用 14261008.2.1烟气脱硫技术 1445348.2.2烟气脱硝技术 14236618.2.3除尘技术 1419248.2.4脱汞技术 14176568.3新能源在节能减排中的作用 14284528.3.1开发利用新能源 14115128.3.2提高新能源发电效率 14211588.3.3新能源与化石能源的耦合利用 14183188.3.4促进新能源产业技术创新 1427823第9章新能源并网技术 1442699.1新能源并网原理 14199109.1.1电压等级与电网结构 14127239.1.2并网控制策略 15125329.1.3并网保护与安全 15317469.2并网设备与技术 1588489.2.1并网逆变器 15125929.2.2并网变压器 15292219.2.3电压源型柔性输电技术 15198979.2.4孤岛检测技术 15288869.3新能源并网对电力系统的影响 15292849.3.1电压与频率稳定性 15183599.3.2电力系统可靠性 15106849.3.3电力市场运营 15199379.3.4电网规划与建设 1529251第10章新能源利用与电力市场 151749810.1新能源发电成本分析 163156410.1.1成本构成 161997310.1.2影响因素 161270310.1.3降本途径 162769410.2新能源电力市场政策与发展 162517810.2.1政策概述 161957610.2.2市场发展现状 161168710.2.3市场发展趋势 162334810.3新能源利用与能源结构调整前景展望 16414910.3.1新能源利用前景 172595710.3.2能源结构调整 171681310.3.3前景展望 17第1章热力发电技术概述1.1热力发电原理及分类热力发电是利用燃料燃烧产生的热量，通过热机转换为机械能，再由发电机转换为电能的一种发电方式。其基本原理是热力学第一定律和第二定律，即能量守恒和能量转换效率的限制。热力发电按燃料类型可分为：（1）化石燃料发电：以煤、石油、天然气等为主要燃料的发电方式。（2）核燃料发电：利用核裂变或核聚变产生的能量进行发电。（3）可再生能源发电：利用太阳能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源进行发电。按热机类型可分为：（1）蒸汽轮机发电：以水为工质，通过燃料燃烧产生高温高压蒸汽推动蒸汽轮机旋转，进而驱动发电机发电。（2）燃气轮机发电：以空气为工质，燃料燃烧产生高温高压气体推动燃气轮机旋转，驱动发电机发电。（3）内燃机发电：燃料在气缸内燃烧，推动活塞运动，通过曲柄连杆机构转换为旋转运动，驱动发电机发电。1.2热力发电系统及设备热力发电系统主要包括燃料供应系统、燃烧系统、热能转换系统、冷却系统、电气系统等。（1）燃料供应系统：负责将燃料从储存地点输送到燃烧设备。（2）燃烧系统：实现燃料的燃烧，产生高温高压气体或蒸汽。（3）热能转换系统：将热能转换为机械能，主要包括蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机等热机。（4）冷却系统：将热机排放的热量传递给冷却介质，以保证热机正常工作。（5）电气系统：将热机输出的机械能转换为电能，主要包括发电机、变压器、配电设备等。热力发电设备主要包括锅炉、汽轮机、发电机、冷却塔、变压器等。1.3热力发电技术的发展与现状热力发电技术自19世纪末诞生以来，经过100多年的发展，已成为全球电力市场的主导技术。在我国，热力发电技术也得到了长足的发展。（1）热力发电技术不断优化，提高发电效率。目前蒸汽轮机发电效率已达到40%以上，燃气轮机发电效率可达60%以上。（2）热力发电设备容量和参数不断提高。目前我国已具备年产100台套60万千瓦及以上火电机组的能力。（3）清洁能源发电技术得到广泛应用。太阳能发电、风能发电、生物质能发电等可再生能源发电技术逐渐成熟，并在我国得到了广泛的应用。（4）热力发电环保水平不断提高。采用脱硫、脱硝、除尘等环保技术，降低污染物排放，实现清洁生产。（5）热力发电与新能源利用技术相结合。如热力发电与太阳能发电、风力发电等新能源发电技术相结合，实现能源的高效利用。热力发电技术在不断进步，为我国电力事业的发展提供了有力保障。但是热力发电仍面临着资源消耗、环境污染等问题，未来需进一步优化技术，提高能源利用效率，降低环境污染。第2章火力发电技术2.1煤炭发电技术2.1.1煤炭燃烧过程煤炭发电技术的核心在于煤炭的燃烧过程。煤炭在锅炉内燃烧，产生高温高压的蒸汽，推动蒸汽轮机旋转，从而驱动发电机发电。2.1.2煤炭燃烧设备煤炭燃烧设备主要包括层燃炉、煤粉炉和循环流化床锅炉等。各种燃烧设备在设计、运行和效率方面有所不同，但共同目标都是实现煤炭的高效、清洁燃烧。2.1.3煤炭发电污染物控制煤炭发电过程中会产生二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和颗粒物等污染物。采用脱硫、脱硝和除尘等技术对污染物进行控制，降低对环境的影响。2.2油气发电技术2.2.1油气燃烧过程油气发电技术以石油和天然气为燃料，通过燃烧产生高温高压的蒸汽或燃气，推动轮机旋转，实现发电。2.2.2油气燃烧设备油气燃烧设备包括燃油锅炉、燃气轮机和联合循环发电装置等。这些设备在燃烧效率、排放功能和可靠性方面具有较高优势。2.2.3油气发电污染物控制油气发电过程中的污染物主要包括氮氧化物（NOx）、二氧化碳（CO2）和颗粒物等。采用低氮氧化物燃烧技术、二氧化碳捕集与封存技术等对污染物进行控制。2.3燃料电池发电技术2.3.1燃料电池原理燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其原理是通过氢气与氧气在电解质中的反应产生电流。2.3.2燃料电池类型燃料电池可分为质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）等。不同类型的燃料电池在功能、应用领域和运行条件方面各有特点。2.3.3燃料电池发电系统燃料电池发电系统包括燃料电池堆、供氢系统、氧气供应系统、热管理系统和控制系统等。通过优化系统设计，提高燃料电池发电效率，降低运行成本。2.3.4燃料电池发电应用燃料电池发电技术在分布式发电、备用电源、新能源汽车等领域具有广泛的应用前景。技术的成熟和成本的降低，燃料电池将在能源领域发挥重要作用。第3章水力发电技术3.1水力发电原理及分类3.1.1水力发电原理水力发电是利用水流能量转换为电能的一种可再生能源发电方式。其基本原理是通过拦截河流，形成水位差，水流从高处流向低处时，驱动水轮机旋转，进而带动发电机发电。3.1.2水力发电分类水力发电根据水电站的布局和利用水源的方式，可分为以下几类：（1）坝式水电站：在河流中游修建大坝，形成水库，调节水位和流量，提高水头，以获得较大的发电能力。（2）引水式水电站：通过引水渠道或隧道，将水从上游引至下游，利用高程差发电。（3）混合式水电站：结合坝式和引水式两种形式，兼有调节功能和发电效益。（4）潮汐水电站：利用潮汐的涨落产生的水位差，驱动水轮机发电。（5）波浪能水电站：利用海浪的上下波动，通过波浪能转换装置发电。3.2水轮机及发电机3.2.1水轮机水轮机是将水流的动能转换为旋转机械能的装置，根据其工作原理可分为冲击式、反击式和混合式水轮机。（1）冲击式水轮机：适用于水头高、流量小的水电站，具有结构简单、运行稳定等优点。（2）反击式水轮机：适用于水头较低、流量较大的水电站，具有效率高、适应性强等优点。（3）混合式水轮机：结合冲击式和反击式水轮机的特点，适用于特定条件的水电站。3.2.2发电机发电机是将水轮机旋转机械能转换为电能的设备。水轮发电机通常分为同步发电机和异步发电机两种类型。（1）同步发电机：具有较高的效率和稳定的电压输出，在水力发电中应用广泛。（2）异步发电机：结构简单，但效率相对较低，适用于部分特殊场合。3.3水电站设计及运行3.3.1水电站设计水电站设计主要包括以下几个方面：（1）水工设计：包括大坝、水库、引水系统、厂房等建筑物及其结构设计。（2）电气设计：包括发电、输电、变电等电气设备选型及配置。（3）环境保护设计：保证水电站建设和运行过程中，对生态环境和水资源的影响降至最低。3.3.2水电站运行水电站运行主要包括以下几个方面：（1）调度管理：根据电力系统的负荷需求，合理调度水库水位、发电机组启停等。（2）设备维护：定期检查、维修水轮机、发电机等设备，保证设备安全、稳定运行。（3）安全监测：对水工建筑物、电气设备等进行实时监测，预防发生。（4）环境保护：加强环境保护设施运行管理，降低对周边环境的影响。第4章核能发电技术4.1核能发电原理及分类核能发电是利用核反应产生的热能，通过热交换器将水加热成蒸汽，推动蒸汽轮机旋转，进而带动发电机发电的一种技术。核能发电按其核反应类型可分为两大类：核裂变和核聚变。4.1.1核裂变发电核裂变是指重核在中子轰击下分裂成两个或多个较轻的核，同时释放出巨大的能量。核裂变发电以铀235和钚239为燃料，通过可控链式反应实现能量释放。4.1.2核聚变发电核聚变是指轻核在高温、高压的条件下，发生核反应并释放出能量。核聚变发电以氢的同位素氘和氚为燃料，具有原料丰富、无放射性废物等优点，但目前尚处于实验研究阶段。4.2核反应堆4.2.1核反应堆类型核反应堆根据其用途和设计特点，可分为以下几种类型：（1）压水堆（PWR）：以加压水作为慢化剂和冷却剂，是目前应用最广泛的核反应堆类型。（2）沸水堆（BWR）：以水直接沸腾产生蒸汽，驱动发电机发电。（3）重水堆（CANDU）：以重水作为慢化剂，天然铀为燃料。（4）气冷堆：以二氧化碳或氦气作为冷却剂，石墨作为慢化剂。4.2.2核反应堆结构核反应堆主要由燃料组件、慢化剂、冷却剂、控制棒、反射层和屏蔽层等组成。（1）燃料组件：包含核燃料棒，是核反应堆的核心部分。（2）慢化剂：减缓中子速度，以维持链式反应。（3）冷却剂：将核反应产生的热量带出反应堆，用于发电。（4）控制棒：用于调节核反应堆的功率。（5）反射层：增加中子在燃料组件中的利用率。（6）屏蔽层：保护反应堆外环境免受放射性辐射。4.3核电站的设计与安全4.3.1核电站设计核电站的设计主要包括反应堆设计、热力系统设计、电气系统设计、安全系统设计等。设计时需充分考虑安全性、经济性、可靠性和环境保护等因素。4.3.2核电站安全核电站安全主要包括以下方面：（1）防止核泄漏：采用多级安全措施，保证核燃料在正常和工况下不泄漏。（2）冷却系统：保证核反应堆在停堆后，仍能长时间保持冷却，避免燃料熔化。（3）安全壳：在极端工况下，防止放射性物质泄漏到环境。（4）应急响应：制定完善的应急预案，保证在发生时迅速采取措施，降低影响。（5）废物处理：对核电站产生的放射性废物进行安全处理和处置，保护环境。第5章新能源发电技术5.1风力发电技术5.1.1风力发电原理风力发电是利用风的动能转换为电能的一种可再生能源发电方式。风力发电机通过风轮捕获风能，驱动发电机转动，进而产生电能。5.1.2风力发电机组类型风力发电机组主要分为水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。其中，水平轴风力发电机组在市场上占据主导地位。5.1.3风力发电技术的发展趋势风力发电技术的不断进步，风电机组单机容量和效率不断提高，海上风力发电技术逐渐成熟，微风发电技术也取得了一定的突破。5.2太阳能发电技术5.2.1太阳能发电原理太阳能发电是利用太阳光照射到半导体材料上，产生光伏效应，从而实现将光能直接转换为电能的一种发电方式。5.2.2太阳能电池类型太阳能电池主要分为硅太阳能电池、薄膜太阳能电池和新兴太阳能电池。硅太阳能电池又可分为单晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池和非晶硅太阳能电池。5.2.3太阳能发电技术的发展趋势太阳能电池效率的提高和成本的降低，太阳能发电技术在地面电站、分布式发电和光伏建筑一体化等领域得到了广泛的应用。5.3生物质能发电技术5.3.1生物质能发电原理生物质能发电是利用生物质作为燃料，通过燃烧或生物化学转换过程产生热能，进而驱动发电机发电的一种可再生能源发电方式。5.3.2生物质能发电类型生物质能发电主要包括直接燃烧发电、生物质气化发电和生物质发酵发电等技术。5.3.3生物质能发电技术的发展趋势生物质能发电技术的不断优化，生物质能发电在提高能源利用率、减少污染排放和促进农业废弃物资源化利用方面具有重要作用。未来，生物质能发电将在农村能源、城市垃圾处理和工业生产等领域得到更广泛的应用。第6章地热发电技术6.1地热发电原理及分类地热发电是利用地球内部热能进行发电的一种方式。其基本原理是：通过地热能的采集、转换和利用，将地下的热能转化为电能。地热发电主要分为干热岩发电和湿蒸汽发电两种类型。6.1.1干热岩发电干热岩发电是利用地下高温干热岩体的热能进行发电。其原理是通过人工制造裂缝，将水注入干热岩层，利用地热能将水加热至蒸汽状态，再通过蒸汽驱动涡轮机发电。6.1.2湿蒸汽发电湿蒸汽发电是利用地热蒸汽田中的湿蒸汽进行发电。其原理是通过钻井获取地热蒸汽，然后利用蒸汽驱动涡轮机，进而带动发电机发电。6.1.3地热发电分类地热发电技术根据温度等级可分为低温、中温和高温地热发电。低温地热发电适用于地下温度低于150℃的地区，中温地热发电适用于地下温度在150℃250℃之间的地区，高温地热发电适用于地下温度高于250℃的地区。6.2地热发电系统及设备6.2.1地热发电系统地热发电系统主要包括地热能采集系统、能量转换系统和发电系统。（1）地热能采集系统：包括地热井、注入井、地热流体循环系统等，用于采集地下的热能。（2）能量转换系统：包括蒸汽发生器、热交换器、涡轮机等，用于将地热能转换为机械能。（3）发电系统：包括发电机、变压器、配电设备等，用于将机械能转化为电能。6.2.2地热发电设备地热发电设备主要包括以下几种：（1）地热钻机：用于钻井获取地热能。（2）热交换器：用于将地热流体中的热能传递给工作流体。（3）涡轮机：用于将高温高压的蒸汽转化为机械能。（4）发电机：将涡轮机的机械能转化为电能。6.3地热电站的运行与管理6.3.1运行地热电站的运行主要包括以下几个方面：（1）地热能采集：通过地热井、注入井等设备，不断采集地热能。（2）能量转换：将采集的地热能转换为蒸汽，驱动涡轮机发电。（3）发电：通过发电机将涡轮机的机械能转化为电能。（4）电力输出：将发电产生的电能送入电网。6.3.2管理地热电站的管理主要包括以下几个方面：（1）设备管理：对地热发电设备进行定期检查、维修和保养。（2）生产管理：合理安排生产计划，保证电站安全、稳定、高效运行。（3）安全管理：严格遵守安全规程，保证电站运行安全。（4）环境保护：加强环保设施建设，降低地热电站对环境的影响。第7章潮汐能发电技术7.1潮汐能发电原理及分类7.1.1发电原理潮汐能发电是利用潮汐水位变化产生的动能转换为电能的一种可再生能源发电方式。其基本原理是通过潮汐涨落引起的水位差，驱动涡轮机旋转，进而带动发电机发电。7.1.2分类潮汐能发电技术可分为两类：单向潮汐能发电和双向潮汐能发电。（1）单向潮汐能发电：利用涨潮或落潮时的单向水流驱动涡轮机发电。（2）双向潮汐能发电：可以在涨潮和落潮时均可发电，通过双向涡轮机实现。7.2潮汐能发电装置7.2.1潮汐涡轮机潮汐涡轮机是将潮汐流的动能转换为机械能的关键设备，主要包括水平轴涡轮机和垂直轴涡轮机两种类型。7.2.2发电机发电机是将涡轮机旋转的机械能转换为电能的装置。根据潮汐涡轮机的类型，可选择同步发电机、异步发电机或双向发电机。7.2.3输电系统潮汐能发电站的输电系统包括升压变压器、输电线路和降压变压器等，将发电的电能输送至电网。7.3潮汐电站的设计与运行7.3.1电站选址潮汐电站的选址应考虑以下因素：潮汐资源丰富程度、地形地貌、地质条件、生态环境影响、电网接入条件等。7.3.2电站设计潮汐电站设计包括潮汐发电装置选型、电站规模、建筑物结构、电气设备配置等。设计时要充分考虑安全性、可靠性和经济性。7.3.3电站运行潮汐电站运行主要包括以下几个方面：（1）水位控制：通过调节进水口和出水口的水闸，控制水位变化，提高发电效率。（2）设备维护：定期检查和维护潮汐涡轮机、发电机等设备，保证电站安全稳定运行。（3）能量管理：根据电网需求，合理调整电站发电量，实现与电网的优化调度。7.3.4环境保护潮汐电站建设与运行过程中，要充分考虑生态环境保护，采取措施减少对海洋生态环境的影响，实现可持续发展。第8章节能减排技术8.1热力发电厂的节能措施8.1.1优化热力系统热力发电厂应优化热力系统，提高热效率，降低能源消耗。具体措施包括：采用高效锅炉、提高蒸汽参数、降低汽轮机排汽温度、减少热损失等。8.1.2余热回收利用充分利用热力发电过程中的余热，进行余热回收和利用。例如：采用余热锅炉、热泵技术、热管技术等，提高能源利用率。8.1.3节能改造对热力发电设备进行节能改造，提高设备效率。包括：锅炉燃烧优化、汽轮机通流部分改造、电机变频调速等。8.1.4优化运行管理加强热力发电厂的运行管理，降低能源消耗。如：优化调度、提高操作水平、开展能效对标等。8.2环保技术在热力发电中的应用8.2.1烟气脱硫技术采用烟气脱硫技术，降低燃煤热力发电厂排放的二氧化硫，减轻大气污染。8.2.2烟气脱硝技术运用烟气脱硝技术，降低氮氧化物的排放，减少对环境的影响。8.2.3除尘技术采用高效除尘技术，降低烟尘排放，改善空气质量。8.2.4脱汞技术研发和应用脱汞技术，减少汞排放，保护生态环境。8.3新能源在节能减排中的作用8.3.1开发利用新能源积极开发利用风能、太阳能、生物质能等新能源，替代化石能源，降低温室气体排放。8.3.2提高新能源发电效率通过技术创新，提高新能源发电效率，降低能源消耗。8.3.3新能源与化石能源的耦合利用摸索新能源与化石能源的耦合利用方式，实现能源的互补和优化。8.3.4促进新能源产业技术创新加大新能源产业技术创新力度，推动新能源技术在节能减排领域的应用。第9章新能源并网技术9.1新能源并网原理新能源并网是指将风能、太阳能等可再生能源发电系统通过特定的设备和技术，与传统的电力系统相互连接，实现能源的共享与优化配置。新能源并网原理主要涉及以下几个方面：9.1.1电压等级与电网结构介绍新能源并网时应考虑的电压等级、电网结构及并网方式，分析不同电压等级和电网结构对新能源并网的影响。9.1.2并网控制策略阐述新能源并网控制策略，包括有功功率控制、无功功率控制、频率控制、电压控制等，以实现新能源发电系统与电网的稳定运行。9.1.3并网保护与安全分析新能源并网过程中可能出现的故障类型，介绍相应的保护措施，保证并网运行的安全可靠。9.2并网设备与技术9.2.1并网逆变器介绍并网逆变器的工作原理、结构、功能参数及其在新能源并网中的应用。9.2.2并网变压器阐述并网变压器的作用、选型原则及其在新能源并网系统中的配置方法。9.2.3电压源型柔性输电技术介绍电压源型柔性输电技术（如SVG、FACTS等）在新能源并网中的应用，分析其优势与局限性。9.2.4孤岛检测技术介绍孤岛检测技术的原理、方法及其在新能源并网系统中的应用。9.3新能源并网对电力系统的影响9.3.1电压与频率稳定性分析新能源并网对电力系统电压与