FDC第一章能源与发电90张LYD2013-3-19

2019/8/13发电厂、变电所电气部分刘耀丹2019/8/13第一章能源和发电◆主要教学内容本章主要阐述能量、能源和电能的基本概念，主要讲述火力发电厂、水力发电厂生产过程和生产特点。◆教学重点及难点1、发电厂类型及电能的生产过程；2、能量的转换过程。2019/8/13第一节能源和电能一、物质、能量和信息二、能源含义和能源分类三、能源资源四、电能五、发电厂主要内容:2019/8/13一、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。世界是由物质构成的，是客观存在的；能量是物质的属性，是一切物质运动的动力信息是客观事物和主观认识相结合的产物2019/8/13目前，人类所认识的能量有如下六种形式：(1)机械能⑵热能⑶化学能⑷辐射能⑸核能⑹电能2019/8/13二、能源含义和能源分类能源：是能量的来源或泉源.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2019/8/13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、风能等。2019/8/132019/8/13三、能源资源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。能源资源是指蕴藏于自然界中的各种能源•“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。2019/8/13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。2019/8/13（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、气田气、煤层气、泥火山气和生物生气等。总资源量达38×104亿m3，主要分布在中部和西部地区。【西气东送工程】（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2019/8/132019/8/132019/8/13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。电能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。四、电能2019/8/13风力发电厂太阳能发电厂地热发电厂潮汐发电厂是我国目前的两大主力发电厂火力发电厂水力发电厂原子能发电厂（又称核电厂）新能源发电厂五、发电厂发电厂是“生产电能”的工厂，它将其它的一次能源转换为电能。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：2019/8/132019/8/132019/8/132019/8/132019/8/132019/8/132019/8/13第二节火力发电厂(重点）一、火电厂的分类二、火电厂的电能生产过程三、火电厂的特点主要内容: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。锅炉汽轮机发电机化学能热能机械能电能燃烧系统汽水系统电气系统能量转换过程：2019/8/13一、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2019/8/13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按发电厂总装机容量的多少分：小容量发电厂中容量发电厂大中容量发电厂大容量发电厂2019/8/13火电厂外景2019/8/13热电厂外景2019/8/13三、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，把机械能变为电能。整个生产过程可分为三个系统：2019/8/132019/8/13“十一五”国家级规划教材图1-1凝汽式发电厂生产过程示意图2019/8/13“十一五”国家级规划教材（一）燃烧系统燃烧系统由运煤、磨煤、燃烧、风烟、灰渣等环节组成，其流程如图所示。2019/8/131、燃烧系统它由运煤、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2019/8/13(1)运煤系统：煤从煤场储煤场(2)磨煤系统：煤经过筛选从储煤场原煤仓输煤皮带给煤机细粉旋风分离器粗粉煤粉仓风煤斗磨煤机粗粉分离器(3)燃烧系统：细粉从煤粉仓一次风管炉膛可调给粉机排粉风机(4)风烟系统：冷风送风机空气预热器磨煤机炉膛过热器省煤器空气预热器除尘器引风机烟囱大气(5)灰渣系统：细灰、炉渣冲灰沟灰场灰渣泵煤粉2019/8/132、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断路器隔离开关厂用高压母线主母线低压加热器高压加热器水处理设备生水补充给水省煤器电气系统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。2019/8/13“十一五”国家级规划教材图1-3火电厂汽水系统流程示意图2019/8/13(1)给水系统：乏汽凝汽机凝结水泵低压加热器除氧器给水泵高压加热器省煤器锅炉(2)补充水系统：生水水处理除氧器(3)循环水系统：水从流水塔凝汽器3、电气系统【见图1-2所示】2019/8/13“十一五”国家级规划教材（三）电气系统发电厂的电气系统，包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等，如图所示。图1-4火电厂电气系统流程示意图2019/8/13（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）火电厂担负急剧升降的负荷时，必须付出附加燃料消耗的代价。（7）在电力系统中主要承担基荷。二、火电厂的特点2019/8/13(8)火电厂对空气和环境的污染大。(9)需燃料及运输费用，但不受自然条件影响(10)效率与蒸汽参数有关(11)受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%，中温中压75%)2019/8/132019/8/13临界压力：225大气压，临界温度374℃效率：中温中压24.5%高温高压30.5%超高压力37.0%超临界压力40.0%热电厂＞50%联合循环机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率2019/8/132019/8/13第三节水力发电厂一、水电厂的分类二、水电厂的特点三、抽水蓄能电厂主要内容:水力发电厂：是利用水的动能和势能作为动力的发电厂，其能量转换过程：水轮机发电机水能机械能电能2019/8/13水力发电厂的发电容量：取决于水流的水位落差和水流的流量，即P=9.8ηQHP-水电厂的发电容量（KW）Q-通过水轮机的水的流量（m³/s）H-作用于水电厂的水位落差，也称水头（m）η-水轮发电机组的效率，一般为0.80~0.85如：葛洲坝二江电厂#1、#2机水头18.6米，最大27米，流量1130m³/sPN=170MW，UN=13.8KV，IN=8125A葛洲坝二江电厂#3~#7机水头18.6米，最大27米，流量825m³/sPN=125MW，UN=13.8KV2019/8/13一、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，将水积蓄起来，抬高水位形成发电水头。根据厂房布置的位置，又分：①坝后式②河床式2019/8/13坝后式水电站：发电机厂房建在坝后，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2019/8/13图1-4河床式水电站示意图河床式水电站：发电机厂房和挡水堤连成一体，厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式，如葛洲坝水电站。2019/8/13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。2019/8/131)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2019/8/13二、水电厂的特点1）可综合利用水能资源。2）发电成本低，效率高。3）运行灵活，启、停迅速。4）水能可储蓄和调节。5）水力发电不污染环境。6）水电厂建设投资大，工期较长。7）水电厂的建设和生产都受到河流的地形、水量及季节气象条件限制，因而发电不均衡。8）由于水库的兴建，淹没土地，移民搬迁，给农业生产带来一些不利，还可能在一定程度破坏自然界的生态平衡。2019/8/13三、抽水蓄能电厂1、工作原理：是一种特殊电站，水工建筑具有上库与下库，既有水轮发电机组，又有电动水泵机组，低谷负荷时蓄水【作为用户】，高峰负荷时发电【作为发电厂】，主要用于调峰。图1-6抽水蓄能电站示意图2019/8/132、在电力系统中的作用1）调峰。2）填谷。在低谷负荷时，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，从而节省燃料，并提高电力系统运行的稳定性。3）备用。4）调频。5）调相。2019/8/133、抽水蓄能电厂的功能降低电力系统燃料消耗。提高火电设备利用率。可作为发电成本低的峰荷电源。对环境没有污染且可美化环境。可用于蓄能。2019/8/13第四节核能发电厂核电厂发电的原理与火电厂相似，都要有一个热源，将水加热成蒸汽，进而推动汽轮机旋转并带动发电机转动而发出电能。不同的是核电厂所用的热源不是煤或石油，它的热源是原子核的裂变能。核电是一种安全清洁的能源，利用它可以大大地节约煤和减少污染。一个1000MW的火电厂一天燃烧的煤是9600t，而相应1000MW的核电厂，一天只要3.3kg的U235，同样容量的电厂其用燃料量竟相差300万倍。2019/8/13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•沸水堆核电站核电厂系统1、核岛系统2、常规岛系统2019/8/13核电厂发电可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备一次投资大，