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华北电力大学程瑜judychengyu@163.com掌握电力系统结构和特点的基本概念对各类发电设备的工作原理和特点有基本的认识掌握电力网络中电力设备及运行的基本知识了解国内外电力市场运营的基本情况具备一定的能源及电力系统基础分析能力卷面成绩：80分（闭卷，客观题+分析题）作业：20分（基础分6分+较好激励分6分+出色激励分8分）电力系统与电力生产概述常规及新能源发电技术电网中的电力设备及运行电力市场运营与电力营销第1讲电力系统与电力生产（1）电能是当今世界最为重要的二次能源名称基本概念常见能源品种一次能源以自然形态存在于自然界并可以利用的能源。煤炭、石油、天然气、水能、风能、核能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等二次能源由一次能源加工转换而来的能源电能、机械能、热能、氢能等常规能源人类能够大规模利用的能源煤炭、石油、天然气、水能、原子裂变能新能源人类尚未能大规模利用的能源风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等可再生能源用之不竭的能源水能、风能、太阳能、地热能等非再生能源随人类开发利用而逐渐减少的能源煤炭、石油、天然气、原子裂变能等能源的定义：《大英百科全书》：能源是一个包括所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量。我国的《能源百科全书》：能源是可以直接或经转化提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。我国的《科学技术百科全书》：能源是可以获得热、光和动力之类能量的资源。（1）电能是当今世界最为重要的二次能源能源是社会生产力的重要基础。随着能源技术的进步与变迁，能源品种和构成发生了重大变化。薪柴和木炭：人类取火的材料，脱离野蛮，步入文明煤炭的使用：18世纪初，煤炭在西方国家逐渐代替木炭蒸汽机：使第一次工业革命得以大规模开展1712年托马斯·纽科门和1769年詹姆斯·瓦特改良早期的工业蒸汽机。石油的大规模使用：内燃机、汽车、飞机等改变世界的新技术接踵而至。电力：最具革命性的发明。1831年法拉第发现了电磁感应定律。世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗于1世纪发明的汽转球纽科门的蒸汽机将蒸汽引入气缸后阀门被关闭，然后冷水被撒入汽缸，蒸汽凝结时造成真空。最初的真空蒸汽机被用来将矿井里的水抽出来。ThisatmosphericenginewasbuiltbyFrancisThompsonin.ItisnowdisplayedintheScienceMuseum.应对洪水进入矿井的问题瓦特蒸汽机1807年罗伯特·富尔顿第一个成功地用蒸汽机来驱动轮船第一艘建造用于横渡大西洋的蒸汽船SSGreatWestern的处女航1838（1）电能是当今世界最为重要的二次能源电力：最具革命性的发明。便捷的现代化生活，提供工业动力，并促进工业自动化，信息时代发展的动力基础发电机燃烧化石燃料蒸汽机热能电能机械能水轮机水的势能发电机机械能电能发电机聚变或裂变核燃料蒸汽机热能电能机械能发电环节基本的能量转化流程（1）电能是当今世界最为重要的二次能源开灯就有电，对很多人来说已成为最理所当然的事。但未来100年，即使现在能用上电的地区也许不再能做到这一点。（1）电能是当今世界最为重要的二次能源此外，根据世界银行统计，世界上仍有超过10亿的人口得不到电力供应，生活在狭小、分散、从未有过将来也不会有电线的居所中，尤其实在非洲、拉美和亚洲仍有很高比例的农村人口生活在没有电的世界里。（非洲国家的能源结构示例说明）电力的拥有者和缺乏者之间的差距非常悬殊，而且不断扩大。大城市的贫民窟中的偷电现象严重，引发人身安全和系统安全问题。（1）电能是当今世界最为重要的二次能源沿着电线走，你就会发现进入了这世界上最错综复杂的电力网络。电力系统中电能流示意图发电厂升压变电站降压变电站大用户降压变电站终端用户终端用户（2）国内外大停电事故回顾数据显示，2012年上半年，中国深圳、海口、南昌、西安等城市发生11起电网停电事件，其中尤以深圳“4.10”停电为最，停电用户数16.8万户。2013年5月马来西亚大停电（2013年5月5日）-马来西亚一些地区停电，大选票数被严重影响。这突破了2012年印度大停电的事故。7月30日，当地时间凌晨02:35，一条400kV电线发生短路，从而引发电网崩溃。所有受影响地区的主要发电站先后关闭。停电影响◦印度28个邦中的22个邦、超过6亿人（接近印度人口的一半）无电可用。◦交通瘫痪，超过300列城际列车和通勤线因停电而停止运行。想象一下对于个人生活最糟糕的停电情景。•美国东部(EDT)时间2003年8月14日16:11开始，美国东北部和加拿大东部联合电网发生了大面积停电事故•纽约:交通瘫痪、公路堵塞、人困在电梯和地隧道里、冒酷热步行回家•停电影响美国：俄亥俄州、密歇根州、纽约州、马萨诸塞州、康涅狄克州、新泽西州、宾夕法尼亚州、佛蒙特州（8个州）加拿大：安大略省、魁北克省（2个省）•损失负荷：6180万千瓦•5000万居民失去电力供应•恢复需几天时间-8月14日19：30恢复134万千瓦-8月14日23：00恢复2130万千瓦-8月15日11：00恢复4860万千瓦•美国切机20多台（含9台核电机组）美加共计切机百余台•美经济学家估计：美损失：300亿美元/天安大略省损失：50亿美元（3）我国及全球的电力消瓦特Watt，简称瓦，英文缩写W。是国际单位制的功率（power）计量单位。电力系统中通常也用“负荷”一词描述“功率”瓦特的定义是1焦耳/秒（1J/s），即每秒钟转换，使用或耗散的能量的速率。例如，1000MW的发电功率，表明发电机组每秒钟发出1000M焦耳的电能。1kW的用电功率，表明电气设备每秒钟消耗1K焦耳的电能。基本概念-功率的单位其它水平的功率单位千瓦kW◦1千瓦等于一千（103）瓦特，在中文常合并写成“瓩”。这个单位常用来表示发动机、电动机等机械的输出功率。一个小型家用电热器的功率大约1kW。兆瓦MW◦1兆瓦等于（106）瓦特。一个大型战舰、运输机、潜水艇的功率是兆瓦级的。欧洲之星的高速火车的功率约12MW。吉瓦GW◦1吉瓦等于（109）瓦特。该功率单位常用于表征大型发电厂和电网。例如大型核电站的单机输出功率是吉瓦级，截至2010年德国的风电机组装机容量是25.8GW。太瓦TW◦1太瓦等于（1012）瓦特。该功率单位常用于表示全世界用电功率，2006年是16TW。闪电的平均功率是1TW，但通常只持续30微秒。基本概念-功率的单位（3）我国及全球的电力消千瓦时，英文缩写kW·h。电量（energy）的计量单位，即人们日常生活中使用的“度电”的概念。电量是负荷（功率）在时间轴上的累积。电量=负荷（功率）×时间1kWh=1kW×1h(小时)基本概念-电量的单位其它水平的电量单位千瓦时kW·h◦1千瓦时等于一千（103）瓦时，一台小型电热器约持续一小时消耗的能量。兆瓦时MW·h◦1兆瓦时等于（106）瓦时。一艘战舰约持续一小时消耗的能量。吉瓦时GW·h◦1吉瓦时等于（109）瓦时。大型核电机组持续一小时发出的能力太瓦时TW·h◦1太瓦时等于（1012）瓦时。该电量指标可用于表征我国一年的用电量的数量级。基本概念-电量的单位我国电力总消费我国人均电力消费我国电力消费人口我国电力生产量我国电力生产量世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）世界能源消费趋势（从图上能获得哪些信息）（4）我国及全球的能源资源分布整体储量有限，我国油气资源尤其贫乏。能源资源分布与消费能力分布存在不均衡。66%18%6%10%煤炭消费总量(万吨标准煤)石油消费总量(万吨标准煤)天然气消费总量(万吨标准煤)水电、核电、风电消费总量(万吨标准煤)我国煤炭资源在地理分布上的总格局是西多东少、北富南贫。主要集中分布在目前经济还不发达的山西、内蒙古、陕西、新疆、贵州、宁夏等6省(自治区)，它们的煤炭资源总量为4.19万亿t,占全国煤炭资源总量的82.8%。水资源分布：以昆仑山—秦岭—大别山一线为界，以南水资源较丰富，以北水资源短缺。◦我国水力资源的特点决定了水电开发规划呈现流域梯级水电建设全面铺开的格局。我国水力资源主要富集于金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、乌江、长江上游、南盘江红水河、黄河上游、湘西、闽浙赣、东北、黄河北干流以及怒江等水电基地。未来水电开发规划重点是西南地区的大江大河的流域梯级水电。我国水力资源具有年际、年内径流分布不均，丰、枯季节流量相差较大的特点，流域梯级水电开发规划中尤其注重调节性能好的龙头电站建设，以提高水资源的利用效率。我国水电基地分布图内容：阐述如何分析我国城镇化建设对居民用电需求的影响？背景材料-国家新型城镇化发展规划(2014-2020)◦我国城镇化建设目标2012年我国常住人口城镇化率为53.7%，户籍人口城镇化率只有36%左右2020年发展目标是常住人口城镇化率为60%左右，户籍人口城镇化率只有45%左右◦关于人口和用电量水平的数据可以参考以下信息：国家统计局的年度数据库=hgnd文献“中国居民生活电力消费的分解分析”中的数据基本概念总装机容量系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和以千瓦（kW）、兆瓦(MW)、吉瓦(GW)计，现场还经常用万千瓦表示1MW=1000kW;1万千瓦=10MW;1GW=1000MW.当今电能是“即插即用”的，并由一个复杂的大系统来保证其生产和供给的。自电能产生以来，电力系统经历了从单个发电机--简单分布式系统—集中调度管理的大规模系统—分布式的微网系统的发展过程，这与电力工业生产技术的发展密切相关。单一发电机和单一负荷的简单示例：74~发电厂输配电网电力用户火电厂水电厂核电厂风电厂……工业用户商业用户居民用户农业用户……送电线路变电站开关站换流站大用户中小用户电力系统(PowerSystem)：◦由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或发电厂、变电所、输配电线路以及用户），按照一定规律连接而组成的发电、输电、变电、配电和用电相统一的整体。◦生产：发电机◦输送分配：变压器、输配电线路◦消费：用电设备电力网的构成◦变、配电所（变压器）：电力系统的中间环节，变换电压、接受并分配电能◦输、配电线路：输送、分配电能欧美电力工业发展简史◦1800年，福特，化学电池；◦1831年，法拉第，最早的发电机——法拉第盘；◦1866年，西门子，自激式发电机；◦1875年，火电厂，巴黎北火车站，由直流发电向附近照明供电；◦1879年，商用发电厂，旧金山；◦1879年，爱迪生，白炽灯；◦1881年，小型水电站，英国；◦1882年，爱迪生，简单的电力系统，美国纽约珍珠街；1英里、直流◦1882年，慕尼黑世博会，直流输电展示；57km◦1884年，英国，汽轮机；◦1885年，交流发电机和变压器；单相◦1891年，德国，简单三相交流系统；1831年：低压直流输电•电磁感应定律•交、直流发电机•直流电动机•100-400v低压直流电1882年：高压直流输电•电压：直流1500~2000V•输送功率：1.5kW•输送距离：57km1891：高压三相交流输电•电压：25000V•输送功率：75kW•输送距离：178km1885年：变压器水轮发电机组95V/25000V178km25000V/112V白炽灯电动机三相交流输电系统◦输电电压↑◦输送距离↑◦输送功率↑全国性和跨国性的电力系统特高压交流输电：交流输电电压1000kV，输电距离超过1000km，输电功率超过3000MW欧美电力工业发展简史（续）◦1893年，交流电动机；◦1894年，尼亚加拉大瀑布水电站、三相交流输电35km；结束了交直流之争◦1899年，加州柯尔盖特水电站至萨克拉门托1