第一章+能源和发电

发电厂电气主系统1-1■发电厂电气主系统邵阳学院电气工程系罗庆跃主讲第一章能源和发电电话：[phone]E-mail：[e-mail]发电厂电气主系统1-2■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。◆计划授课时数4课时。课堂讲授3课时，参观发电厂模型或观看电化教学录像片１课时。◆学完后，学生应具备的能力具备初步的电力生产和运行管理方面的基本知识。发电厂电气主系统1-3■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:发电厂电气主系统1-4■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：⑴机械能⑵热能⑶化学能⑷辐射能⑸核能⑹电能一、物质、能量和信息发电厂电气主系统1-5■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。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。发电厂电气主系统1-6■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、风能等。发电厂电气主系统1-7■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。据预测资料可知，埋深在1000m深度内的煤炭总资源量达2.67×104亿吨，主要分布在新疆、内蒙古自治区、山西和陕西等省区。发电厂电气主系统1-8■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、水力资源发电厂电气主系统1-9■（1）石油：地质储量68.1亿吨。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：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、其它资源发电厂电气主系统1-10■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、电能发电厂电气主系统1-11■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：发电厂电气主系统1-12■第二节火力发电厂(重点）一、火电厂的电能生产过程二、火电厂的特点主要内容:火力发电厂简称火电厂，指用煤【包括油和天然气】为燃料的发电厂。【燃料的种类：固体、液体、汽体】，能量转换过程：电能机械能热能化学能发电机汽轮机锅炉燃烧系统汽水系统电气系统发电厂电气主系统1-13■火电厂外景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，热效率低发电厂电气主系统1-14■热电厂外景②热电厂：同时向外供应电能和热能的发电厂它除了对外供电外，还要利用在汽轮机中做功后的蒸汽，对近区企业及城市供热，实现热、电联产。热效率可达60-70%发电厂电气主系统1-15■一、火电厂的电能生产过程（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：【以凝汽式火电厂为例】发电厂电气主系统1-16■1、燃烧系统【见图1-1所示】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发电厂电气主系统1-17■1运煤系统煤从煤场储煤场2磨煤系统煤经过筛选后从储煤场原煤仓煤斗磨煤机细粉旋风分离器煤粉仓输煤皮带粗粉粗粉分离器3燃烧系统细粉从煤粉仓一次风管炉堂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堂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给煤机风发电厂电气主系统1-18■2、汽水系统【见图1-2所示】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。发电厂电气主系统1-19■2补充水系统生水水处理除氧器3循环水系统水从凉水塔凝汽器(1)给水系统乏汽凝汽器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3、电气系统【见图1-2所示】发电厂电气主系统1-20■（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）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。二、火电厂的特点发电厂电气主系统1-21■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：电能机械能水能发电机水轮机发电厂电气主系统1-22■一、水电厂的分类根据水力枢纽布置的不同，可分为下列三种：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1、按集中落差的方式分类发电厂电气主系统1-23■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发电厂电气主系统1-24■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。发电厂电气主系统1-25■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。发电厂电气主系统1-26■1)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发电厂电气主系统1-27■二、水电厂的特点1）可综合利用水能资源【航运、灌溉等】。2）发电成本低，效率高。3）运行灵活，启、停迅速。适用于用作调频、调峰。4）水能可储蓄和调节。5）水力发电不污染环境，相反，还可改善自然生态。6）投资大（单位kW），且建设周期长。7）位于山区，地形复杂。8）设备利用率低。调峰电站为1500-3000小时/年。发电厂电气主系统1-28■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发电厂电气主系统1-29■1）降低电力系统燃料消耗。2）提高火电设备利用率。3）可作为发电成本低的峰荷电源。4）对环境没有污染且可美化环境。5）可用于蓄能。2、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）事故备用。4）调相。3、功能发电厂电气主系统1-30■第四节核能发电厂[略讲]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。一、分类1、压水堆核电厂2、沸水堆核电厂二、核电厂系统1、核岛系统2、常规岛系统发电厂电气主系统1-31■第五节新能源发电厂[略讲]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。②太阳能光发电：太阳能光发电不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电。光伏发电：是把照射到太阳能电池上的光直接变换成电能的一种发电形式，它是目前太阳能发电研究的方向。1、太阳能发电发电厂电气主系统1-32■太阳能发电——光伏发电发电厂电气主系统1-33■将风能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂。图1-８是风力发电装置的示意图。由此图可以看出风力发电机生产过程的简单描述。2、风力发电图1-8风力发电装置的示意图1—风力机2—升速齿轮箱3—发电机4—控制系统5—改变方向的驱动装置6—底板7—塔架8—控制和保护装置9—基础10—电缆线路11—配电装置发电厂电气主系统1-34■风力发电厂发电厂电气主系统1-35■地球本身是个大热库，地热资源遍布世界各地。仅地表10公里以内就有可供开采的热能，地热能的储量很大，它的总量大约是煤炭的一亿七千万倍。但是，目前世界上实际能利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和热水田，这两者统称为地热田。地热电站是清洁的能源。它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利用，所以目前地热发电发展很快。3、地热发电发电厂电气主系统1-36■地热发电厂发电厂电气主系统1-37■4、潮汐发电利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，高潮时关闭。退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。发电厂电气主系统1-38■潮汐发电示意图发电厂电气主系统1-39■小结重点掌握内容：作业【见书P27】：1-2、1-3、1-41、火力发电厂的生产流程、特点。2、水力发电厂的生产流程、特点及分类。3、抽水蓄能电厂的工作原理、作用。