《电能生产过程》学习笔记三

电能生产过程—学习笔记三主题：《电能生产过程》学习笔记内容：《电能生产过程》学习笔记三——电能生产过程之核能、风力发电一、核能发电利用核能转换为热能产生蒸汽推动汽轮机，汽轮机再带动发电机生产电能的电厂称为核电厂。由于核反应堆类型不同，核电厂采用的设备与系统也有一定的差别。目前核电厂常用的反应堆有压水堆、沸水堆、重水堆和改进气冷堆等，其中应用最广泛的是压水反应堆。1、压水堆核电厂压水堆核电厂以压水堆为热源，具有双循环结构（主要由核岛和常规岛组成）。核岛中的四大部件是蒸汽发生器、稳压器、主泵和堆芯。在核岛中，系统设备主要有压水堆本体，一回路系统，以及支持一回路系统正常运行和保证反应堆安全的辅助系统。常规岛主要包括汽轮机组及二回路系统，其形式与常规火电厂类似。2、沸水堆核电厂沸水堆核电厂以沸腾轻水为慢化剂和冷却剂并在反应堆压力容器内直接产生饱和蒸汽为动力源，同常规火电厂一样一般只有一个主循环过程。来自汽轮机系统的给水进入反应堆压力容器后，流过堆芯受热并部分汽化，汽水混合物经汽水分离器分离后，蒸汽经干燥出堆，通往汽轮发电机做功发电。汽轮机乏汽冷凝后经净化、加热再由给水泵送入反应堆压力容器，形成闭合循环。3、重水堆核电厂重水堆核电厂是发展较早的核电厂，以重水作慢化剂的反应堆为动力源，可以直接利用天然铀作为核燃料。以圆筒形反应堆厂房为中心，周围为燃料厂房、核辅助厂房、汽轮机厂房、电气和控制厂房等。二、风力发电风能属于可再生能源，与存在于自然界中的其他一次能源如煤、石油、天然气等不同，不会随着其本身的转化和人类的利用而日趋减少。风能又是一种过程性能源，与煤、石油、天然气等近代广为开发利用的能源不同，不能直接储存起来，只有转化成其他形式的可以储存的能量才能储存。1、风力发电风力发电机组(简称风电机组)是将风能转化为电能的设备。风力机的工作原理：空气流经风轮叶片产生升力或阻力，推动叶片转动，将风能转化为机械能。如果将一块薄板放在气流中，并且与气流方向呈一角度（又称攻角），当气流流经翼型叶片时，叶片上面气流速度增高，压力下降，叶片下面几乎保持原来的气流压力，作用在翼形上的气动力效应使得沿气流方向产生一正面阻力Fx和一垂直于气流方向的升力Fy，其值分别由下式确定2xx2yy1212FCSvFCSv式中：Cx和Cy分别为由实验得出的薄板随攻角而变化的阻力系数和升力系数；S为薄板的面积；ρ为空气的质量密度；v为气流速度。电能生产过程—学习笔记三在以风轮作为风能收集器的风力机上，如果由作用于风轮叶片上的阻力Fx而使风轮转动，称为阻力风轮；若由升力Fy而使风轮转动，则称为升力型风轮，现代风力机一般都采用升力型风轮。由于升力是设计高效风力机的动力，因而要求在特定条件下升阻比尽可能大。对于同一翼型，其升力系数与阻力系数之比值xyCkC，称为它的升阻比，其主要因素有翼型、攻角、雷诺数和粗糙度等。2、风力发电系统构成风力发电系统包括风力发电机组、机舱、塔架和基座等部件。风力发电机组是该系统的核心部件。机舱由底盘、整流罩和机舱罩组成，底盘上安装机组发电系统、变桨距系统及偏航系统等主要部件。其中，风力机（风轮机）是风力发电机组的重要部件，风以一定的速度和攻角作用在风力机的桨叶上，使风轮受到旋转力矩的作用而旋转，同时将风能转换成机械能来驱动发电机旋转。风力机的转速很低，一般在十几～几十圈每分钟范围内，需要经过传动机构升速后，才能驱动发电机运行。偏航系统主要用于水平轴风力机的调向，以调整风力机的风轮叶片旋转平面与空气流动方向的相对位置。因为当风轮叶片旋转平面与气流方向垂直时，也即是迎着风向时，风力机从流动的空气中获取的能量最大，风力机的输出功率最大。3、风力发电机简介风力发电机可简称为风机，是风力发电的必要设备之一。根据发电机类型不同，可分为鼠笼式异步发电机、双馈异步发电机和永磁型同步发电机,根据风机能否变桨和变速运行，又可分为定桨定速和变桨变速两大类。—定桨定速型风机定桨定速型风机主要特点是桨叶与轮毂固定连接在一起，风速变化时桨叶的角度不会变，其桨叶经过特殊的设计，可以依靠其气动特性保持叶轮转速相对不变。当风速超过额定值时，叶片会通过自动失速来调节功率，防止转速过快造成过载，所以又称失速式风机。发电机采用笼式异步发电机，为了提高发电机的效率，多采用双绕组发电机（大/小发电机），控制系统根据不同的风速切换大/小电机，低风速时切入小发电机，高风速时大发电机工作。—变桨变速型风机变桨变速型风机的特点是桨叶与轮毂之间通过轴承相连，变桨指桨叶可以沿轴向0～90°的范围内变化，变速指电机的转速是随着风速变化的，输出频率由变频装置来恒定，变桨变速型风机一般是1MW以上级居多，是目前风机的主流产品。采用的发电机类型主要可分双馈异步发电机和永磁同步发电机。定桨定速型风机和采用双馈发电机的风机，由于其额定转速较高，必须要采用齿轮箱来增速。—直驱式风力发电机直驱式风力发电机可分为电激磁同步发电机和永磁同步发电机两大类，其中永磁同步发电机的风机是目前正在研发的新一代风机。由于永磁同步电机容易实现多极化，可省去或简化齿轮增速箱结构，其叶轮主轴与发电机可以直接耦合，不经齿轮增速而直接驱动发电机，因此称为直驱（半直驱）式。4、风力发电运行风力发电的运行方式主要有两类。一类是独立运行供电系统，即在电网未通达的偏远地区，用小型风电机组为蓄电池充电，再通过逆变器转换成交流电向终电能生产过程—学习笔记三端电器供电，单机容量一般为100W~l0kW；或者采用中型风电机组与柴油发电机组成混合供电系统，系统的容量约为l0~200kW，可解决小的社区用电问题。另一类是作为常规电网的电源，与电网并联运行，联网风力发电是大规模利用风能的最经济方式，机组单机容量范围在200~2500kW之间，既可以单独并网，也可以由多台，甚至成百上千台组成风力发电场，简称风电场。