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第一章能源和发电第一节能源和电能一、物质、能量和信息物质、能量和信息是构成客观世界和三大基础，到目前为止，人类所认识的能量有如下六种形式：机械能、热能、化学能、辐射能、核能、电能二、能源含义和能源分类能源：是能量的来源或泉源，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2、按被利用的程度分常规能源——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。3、按能否再生分可再生能源——不断再生并有规律地得到补充的能源非再生能源——随人类的利用而越来越少，总有枯竭之时的能源。4、按能源本身的性质分含能体能源——可以直接储存的能源，如煤、石油等。过程性能源——无法直接储存的能源，如水能、风能5、按对环境的污染程度分清洁能源——对环境无污染或污染很少的能源，如太阳能、水能等非清洁能源——对环境污染较大的能源，如煤炭、石油等三、能源资源——指为人类提供能量的天然物质。1、煤炭【非再生能源】2、水力资源3、其它资源（1）石油（2）天然气（3）铀注意资源的有效利用四、电能电能被视为与空气和水一样重要，如果没有了电，现代文明社会将不复存在。它与其它形式的能源相比，具有如下特点：1、便于大规模生产和远距离输送；2、可简便地转换成另一种形式的能量；3、用电容易控制，可实现自动化和远动化操作；4、损耗小，效率高，经济效益好。5、无气体和噪声污染。五、发电厂发电厂是“生产”电能的工厂，它将各种一次能源（天然能源），如煤炭、水能、核能等转换为电能。1)按输入一次能源形式及转换过程的不同，可将发电厂分为下列四类：火力发电厂水力发电厂原子能发电厂（核电厂）风力发电厂太阳能发电厂新能源发电厂地热发电厂潮汐发电厂2）按发电厂的规模和供电范围分：区域性发电厂、地方发电厂和自备专用发电厂等一、一次能源（燃料）主要是煤、还有石油、天然气。二、主要设备锅炉、汽轮机、发电机及各种辅机三、电能生产过程燃料在锅里里燃烧使水变成蒸汽推动汽轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机产生电能第二节、火力发电厂其能量转换过程：按输出能源的形式可分下列两种：①凝汽式火电厂：只向外供应电能的发电厂。②热电厂：同时向外供应电能和热能的发电厂。火电厂的电能生产过程整个生产过程可分为三个系统：（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，把机械能变为电能。1）燃烧系统【见图1-1所示】燃料的化学能在锅炉里燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变成蒸汽燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等系统组成。输煤皮带煤斗冷空气送风机空气预热器锅炉除尘器炉渣冲灰沟灰渣泵经烟囱排向大气引风机细灰至灰场冲灰水排粉风机煤粉煤热空气热空气磨煤机图1-1火电厂燃烧系统流程示意图二次风一次风2）汽水系统：由锅炉、汽轮机、凝气器、除氧器、加热器等设备及管道构成它包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。图1-2火电厂汽水系统流程锅炉除氧器蒸汽过热器过热蒸汽汽轮机中间再热器给水泛汽凝汽器冷却水凝结水泵给水泵发电机低压加热器高压加热器水处理设备生水补充给水省煤器汽水系统图1-2火电厂汽水系统流程及电气系统图厂用变主变压器发电机断路器隔离开关厂用高压母线主母线电气系统励磁装置升压变电站厂用电系统3）电气系统包括发电机、励磁装置、厂用电系统、升压变电站等▉火力发电厂—凝汽式火电厂生产过程示意图电气系统燃烧系统汽水系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage202020/1/27输煤系统输煤皮带输煤栈道磨煤机给粉机NorthChinaElectricPowerUniversitypage212020/1/27汽轮机汽轮机管道汽轮机厂房汽轮机控制台操作系统NorthChinaElectricPowerUniversitypage222020/1/27锅炉晾水塔锅炉送风机机炉控制室NorthChinaElectricPowerUniversitypage232020/1/27发电机发电机单元控制室保护屏模拟屏NorthChinaElectricPowerUniversitypage242020/1/27电气系统变电站互感器网控室主变压器NorthChinaElectricPowerUniversitypage252020/1/27发电厂电气主接线四、火电厂类型（1）按燃料分燃煤发电燃油发电厂燃气发电厂余热发电厂垃圾发电厂工业废料发电厂2）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：及以上25NPMW100NPMW200NPMW=300~1000NPMW=600800NPMW、3）按原动机分凝气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4）按输出能源分凝气式火力发电厂——发电厂只能生产电能效率较低：30%~40%供热式火力发电厂——热电厂既能生产电能又供应热能效率较低：60%~70%五、火电厂的特点（1）火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定;（2）火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右。（3）火电厂耗煤量大;（4）火电厂动力设备繁多，发电机组控制操作复杂，厂用电量和运行人员都多于水电厂，运行费用高;（5）机动性较差。大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几小时到十几小时，乃至几十小时，并附加耗用大量燃料;（6）热效率低，只有32—40%;（7）在电力系统中主承担基荷;（8）火电厂对空气和环境的污染大。五、火电厂的特点优点1）布局灵活，装机容量的大小可按需要决定;2）一次性建造投资少，建设周期较短。缺点1）耗煤量大，发电成本高;2）动力设备繁多，控制操作复杂，运行费用高;3）启动时间长（几小时到十几小时，乃至几十小时），启动费用高;4）担负调峰、调频时，煤耗增加、事故增多5）对空气和环境的污染大内蒙古一火电厂内蒙古能源“金三角”地区的神华准格尔火电厂厂区碧空如洗一、一次能源（燃料）水的位能或动能。二、主要设备压力水管、水轮机、发电机三、电能生产过程高处的水经压力水管推动水轮机转子旋转带动发电机转子旋转发电机发出电能第三节、水力发电厂其能量转换过程：四、类型（1）堤坝式水电厂坝后式水电厂河床式水电厂坝后式水电厂厂房建在坝的后面，不承受上游水压特点：形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。适用高、中水头三门峡、刘家峡（总装机容量122.5万KW，最大水头114m）、三峡水电站三门峡水电站三峡水电站河床式水电厂厂房代替一部分坝体，也起拦水作用，直接承受上游水压适用于平原上河床平缓地区，落差小，厂房和坝建在一起，构成拦河建筑物的一个组成部分。厂房承受上游水的压力，起挡水作用。特点是：水头低（小于30～40米）；挡水建筑物长葛洲坝（总装机271.5万KW，最大水头27m)、西津水电厂溢流式水电站：厂房建在溢流坝后，泄洪水流从厂房顶部越过泄入下流河道，适用于河谷狭窄，水库下泄洪水流量大，溢洪与发电分区布置有一定困难的情况。如浙江的新安江水电站（总装机66.25万KW，最大水头84.3m）岸边式水电站：厂房建在拦河坝下游河岸边的地面上，引水道及压力管道明铺于地面或埋设于地下，如松花江上游的白山水电站（总装机容量150万KW，最大水头126m)地下式水电站：引水道和厂房都建在坝侧地下，如四川的二滩水电站（总装机330万KW，最大水头189m）坝内式水电站：压力管道和厂房都建混泥土坝的空腔内，且常设在溢流坝段内，适用于河谷狭窄，下泄洪水流量大的情况（2）引水式水电厂建筑在山区水流湍急河道上，或河床坡度较陡的地方，由引水渠道造成水头一般不需要修坝或只修低堰NorthChinaElectricPowerUniversitypage462020/1/27引水式无压引水有压引水在河流上游，当河床坡度较大时，可以借助坡降较小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水头，以获取最大落差。特点是：水头较高（最高为1020米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。（3）混合式水电厂：根据河流特点建造的兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂2、按径流调节的程度分类①无调节水电厂：②有调节水电厂：3、抽水蓄能式水电厂工作原理以一定水量作为能量载体，通过能量转换向电力系统提供电能在电力系统负荷低时，抽水、蓄能在电力系统负荷高峰时，放水、发电在系统中的作用调峰填谷备用调频调相功能降低电力系统的燃料消耗提高火电设备利用率可作为发电成本低的峰荷电源对环境没污染且能美化环境可用于蓄能五、水电厂的特点优点:发电成本低对环境没有污染运行灵活方便可防洪、灌溉、航运等缺点：一次投资大建设周期长受水文气象影响淹没土地、移民搬迁等第四节、核能发电厂1985年中国开始兴建第一座核电站——浙江秦山核电站,容量30万千瓦,压水堆型,1991年12月15日并网发电,1994年4月1日商业运行,1995年7月1日通过国家验收。目前正扩建二期工程二台国产60万千瓦核电机组,和三期工程二台自加拿大引进的重水堆型70万千瓦核电机组。广东深圳大亚湾核电站,是中国兴建的第二座大型核电站,引进英、法两国设备,安装二台90万千瓦压水堆型核电机组。1988年8月8日浇注第一罐混凝土,1993年8月31日一号机组平网发电,1994年2月1日商业运行;二号机组于1994年5月6日商业运行。目前在建的项目有:大亚湾第二核电站-岭澳核电站,安装四台压水堆型100万千瓦核电机组;江苏连云港核电站,由俄罗斯引进二台100万千瓦核电机组;广东省规划建设第三座核电站,即阳江核电站,安装6台100万千瓦核电机组。一、一次能源（燃料）核燃料（铀或钚）。二、主要设备核反应堆+核蒸汽发生系统=锅炉、水轮机、发电机三、电能生产过程核燃料在反应堆内进行核裂变的链式反应，产生大量热量，由冷却剂（水或空气）带出，在蒸汽发生器中把热量传给水，将水加热成蒸汽来转动汽轮发电机发电。能量转换：热能→（汽轮机）机械能→电能NorthChinaElectricPowerUniversitypage572020/1/27核电厂的系统核岛的核蒸汽供应系统一回路系统化学和容积控制系统：余热排出系统/停堆冷却系统：停堆时导出余热安全注射系统/紧急堆芯冷却系统控制、保护和检测系统常规岛系统二回路系统：循环冷却水系统电气系统及厂用电设备组成：核岛+常规岛+辅助系统+控制系统+安全系统压水堆用高压轻水作慢化剂、冷却剂、一回路系统和二回路系统分开四、类型中央那个立式设备就是反应堆压力容器，四个躺着的是蒸汽发生器，后面那个立式设备是稳压器，三个露头的是主泵。沸水堆（重水堆）：用重水作冷却剂，水会沸腾，汽轮机等设备可能受污染秦山一期：30万kW，原型压水堆，1985年开工，1991年并网秦山二期：2×60万kW，压水堆，1996年开工，2002年并网秦山三期：2×72.8万kW，重水堆，1998年开工，2002、2003年并网（与加拿大合建）大亚湾：2×98.4万kW，压水堆，94年投入运行岭澳：2×99万kW，压水堆，2002、2003年投入运行，“九五”最大的能源项目大亚湾核电站大亚湾核电站特点：a.消耗燃烧少——如容量为50万kw的大电厂，需燃烧150万吨/年;而容量为50万kw的大电厂，需铀燃料20吨/年。b.燃烧时不需要空气助燃，可建在地下、水下、山上c.容量越大越经济d.有放射性污染第四节新能源发电厂包括太阳能发电、风力发电、地热发电、潮汐发电、生物质能发电及垃圾电厂等。1、太阳能发电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。