1、1.1 能源和电能1.2 火力发电厂1.3 水力发电厂1.4 核能发电厂,第一章 能源和发电,本章大纲要求,掌握能源的形式发电厂和变电站的类型各种形式发电厂和变电站的特点。其中以火力发电厂的电能生产过程为主。,一、物质、能量和信息机械能热能化学能辐射能核能电能,1.1 能源和电能,二、能源含义和分类,一次能源：直接由自然界采用的能源。如煤、石油、天然气等。二次能源：由一次能源经加工转换而获得的另一种形态的能源。如电力、汽油、煤气等。,电是一种二次能源，是在各种发电厂内由其它能源（比如煤、水等天然能源）转换而来的。,发电厂是把各种天然能源，如煤炭、水能、核能等转换成电能的工厂。,根据发电厂所使用
2、的一次能源的不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核发电厂等类型。,三、电能,1.2 火力发电厂,天津大港电厂,深圳妈湾电厂,山西阳城电厂,内蒙古达拉特电厂,埃迪斯通电厂（美）,台中电厂,尼德奥森电厂（德）,按输出能源分为：,a.凝汽式电厂（200MW及以上的机组）,容量大，靠近燃料产区（坑口、矿口），燃烧劣质煤。电能经高压或超高压线路送往负荷中心。单纯供电。,特点：水循环使用，即在汽轮机内作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷却成水，又重新送回锅炉。蒸汽中含有的大量热量被浪费。,效率低：3040,一、火电厂的分类,b.热电厂（几十到几百MW的机组）,容量中小，靠近城市和负荷中心。电能在满足地方需求
3、后，经高压线路送进电网。既供电又供热。,特点：在汽轮机中段抽出已作功蒸汽，或直接供热给热用户（化工、纺织、造纸、制药、公用事业和居民取暖等），或送给水加热器将水加热供给用户。,效率高：可达6070。但运行方式不如凝汽式电厂灵活，因为需根据热需求调整出力。,一、火电厂的分类,按原动机,凝汽式汽轮发电厂 燃气轮机发电厂 内燃机发电厂 蒸汽-燃气轮机发电厂,燃煤气发电厂燃油发电厂燃气发电厂余热发电厂,按燃料,按蒸汽压力和温度,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超超临界压力发电厂,二、火电厂的电能生产过程,两大部分：热力部分和电气部分,三大核心设备：锅炉、汽轮机和发电机
4、,大型火力发电厂一般都有燃煤、锅炉、汽机、电气、化学、热工、水处理等车间（或称分场）。,1.主要组成,锅炉,晾水塔,锅炉,送风机,机炉控制室,汽轮机,汽轮机管道,汽轮机厂房,汽轮机,控制台,操作系统,发电机,发电机,单元控制室,保护屏,模拟屏,电气系统,变电站,互感器,网控室,主变压器,发电厂电气主接线,作者：版权所有,2、生产过程,燃烧系统燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能 汽水系统锅炉产生的蒸汽进入汽轮机、冲动汽轮机的转子旋转，将热能转化为机械能 电气系统由汽轮机转子旋转的机械能带动发电机旋转，把机械能变为电能,作者：版权所有,2、生产过程,发电厂的生产过程实际上是能量的传递和转换过程,燃
5、料的化学能,烟气的热能,热能传递给水、蒸汽和空气,汽轮机轴上的机械能,发电机送出的电能（加上励磁机送进的磁能）,气流的动能,生产过程燃烧系统,火电厂燃烧系统流程示意图,作者：版权所有,生产过程燃烧系统,(1)运煤系统,煤矿,经火车或轮船运到电厂,存放在储煤场,再经碎煤机打碎大块煤,锅炉原煤仓,经皮带：通过电磁分离器吸净铁屑,输煤系统,输煤皮带,输煤栈道,磨煤机,给粉机,作者：版权所有,生产过程燃烧系统,(2)磨煤制粉系统,煤从给煤机送至磨煤机，加上热风道来的热风,煤被磨制和干燥后，送到粗粉分离器,旋风分离器进行气粉分离,细粉进入煤粉仓,作者：版权所有,生产过程燃烧系统,(3)燃烧系统,煤粉由可
6、调节的给粉机，按锅炉需要,一次风管,喷燃器,喷入炉膛燃烧,由旋风分离器送来的气体，由排粉机提高压头,作者：版权所有,生产过程燃烧系统,(4)风烟系统,冷空气经送风机，进入空气预热器,一部分热风送磨煤机，一部分热风直送喷燃器,炉膛中热风与煤粉混合燃烧，产生大量热量,烟气经引风机引至烟囱，排入大气,热量经过金属表面传给锅炉的水冷壁管、过热器、省煤器、空气预热器、除尘器,作者：版权所有,生产过程燃烧系统,(5)灰渣系统,炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒,经除尘器收集的细灰,冲灰沟,经灰渣泵将细灰和碎炉渣经冲灰管道排往灰场,大块炉渣进入渣斗,经碎渣机破碎后,生产过程汽水系统,火电厂汽水系统流程示意图,作者
7、：版权所有,生产过程汽水系统,(1)给水系统,给水泵打水,经高压加热器加热送入汽包,汽包内的水经水冷壁下降管及下联箱进入上升管,汽进入过热器，经蒸汽管道引入汽轮机,蒸汽膨胀，高速冲击叶片，带动发电机转子转动,水吸热汽化，汽水混合物上升到汽包进行汽水分离,作者：版权所有,生产过程汽水系统,(2)补充给水系统,避免有汽、水泄漏，为维持汽水循环的正常进行,不断向系统补充经过化学处理的软化水,补入除氧器或凝汽器，即补充给水系统,(3)循环水系统,汽轮机中作过功后排入凝汽器中的乏汽,由循环水泵从凉水塔抽取大量的冷却水送入凝汽器,冷却水吸收乏汽的热量后再回到凉水塔冷却，冷却水循环使用,作者：版权所有,生产
8、过程电气系统,发电机发电,除去厂用电后经变压器升压送入电网,包括发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站,火电厂电气系统示意图,火电厂的特点：,布局灵活，装机容量的大小可按需要决定；一次性建造投资少；耗煤量大；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；燃煤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，并附加耗用大量燃料；担负调峰、调频或事故备用，相应事故多，强迫停运率增高，厂用电率增高；各种排放物（烟气、灰渣和废水）对环境的污染较大。,1.3 水力发电厂,水利发电厂简称水电厂，又称水电站，是把水的势能和动能转换成电能的工厂。它的基本生产过程：从河流较
9、高处或水库内引水，利用水的压力或流速冲动水轮机旋转，将水能转变成机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换成电能。,水电厂的发电容量,为通过水轮机的水流量（）；为作用于水电厂的水位落差，也称水头（m）；为水轮发电机组的效率。,水力发电厂：水为原料，水轮机为原动机,根据取水的方式不同，又可以分为：,a.坝后式水电厂堤坝蓄水，抬高水位，形成发电水头。坝后式水电厂：厂房在堤坝后面,一、水电厂的分类,1.按集中落差的方式分（1）堤坝式水电厂,坝后式水电厂,河床式水电厂,河床式：厂房组成堤坝的一部分,（2）引水式水电厂不修堤坝，只由引水渠道形成发电水头。,（3）混合式水电厂兼有堤坝式，引水式的特点
10、,2.按径流调水的程度分（依赖水库调节水流量）,无调节水电厂有调节水电厂根据水库对径流的调节程度，分为日调节水电厂年调节水电厂多年调节水电厂,3.抽水蓄能电厂利用深夜或丰水期剩余电力，使水轮机以水泵方式工作，将下游的水抽到高水位蓄水池内，再在需要时用来发电，作负荷调峰之用。,工作原理,在电力负荷低谷时（或丰水时期），利用电力系统待供的富裕电能（或季节性电能），将下游水库中的水抽到上游水库，以位能形式储存起来；待到电力系统负荷高峰时（或枯水期），再将上游水库中的水放出来，驱动水轮发电机组发电，并送往电力系统，这时用以发电的水又回到下游水库。,火电和水电的简单比较,火电厂投资相对少，建设工期相对短
11、，但原料储量不如水电丰富，而且有污染。,火电机组不如水电机组起停迅速，所以火电大多承担系统基荷，而水电既可承担基荷（丰水期），也可承担腰荷，以及调峰、调频、调相和各种备用任务。,1.4 核能发电厂,基本原理同火力发电厂，只不过是用核反应堆代替了火力发电厂的锅炉设备。利用反应堆中核燃料裂变链式反应产生热能。一个1000MW的火电厂一天燃煤9600t，同样大的核电厂只要3.3kg的U235。,核分裂反应如何持续发生,核电厂分类,压水堆核电厂沸水堆核电厂,压水式核反应器示意图,一回路系统和二回路系统，彼此隔绝,沸水式核反应器示意图,无蒸汽发生器,核电厂系统,核岛的核蒸汽供应系统（1）一回路主系统（2
12、）化学和容积控制系统（3）余热排出系统（4）安全注射系统（5）控制、保护和检测系统核岛的辅助系统（1）设备冷却水系统（2）硼回收系统（3）反应堆的安全壳及喷淋系统（4）核燃料的装换料及储能系统（5）安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统（6）柴油发电机组,常规岛的系统,与火电厂相似，包括：（1）二回路系统，又称汽轮发电机系统，由蒸汽系统、汽轮发电机组、凝汽器、蒸汽排放系统、给水加热系统及辅助给水系统等组成。（2）循环冷却水系统；（3）电气系统及厂用电设备。,其它能源发电太阳能风力地热潮汐燃料电池垃圾磁流体,三种方法:其一：直接将日光转换为电流。其二：产生蒸汽推动发电机。其三：利用日光将水分解，利用氢
13、作为发电的燃料。上述三种方法均须有稳定的日照及广大的土地,太阳能发电,利用聚热装置，将太阳热能聚集以产生蒸汽，带动涡轮发电机产生电力。,太阳能的利用方式,利用光电效应来产生电力,风力发电,20KW变速恒频风力发电机组,地热发电 地热蒸汽电能,潮夕发电,加拿大安纳波利斯潮汐试验电站,1968年建于法国兰斯河口的潮汐发电站,潮夕发电示意图,波浪电站,燃料电池还被称为静止发电机,垃圾焚烧发电技术,作者：版权所有,发电厂的其他分类,根据电厂的地位和作用，又可分为：,区域性发电厂、地区发电厂和自备发电厂,区域性发电厂：主力电厂，多为大型水电厂或凝汽式火电厂，担负主要供电任务。,地区发电厂和自备发电厂：中小型电厂，多建在负荷中心附近或大厂矿企业内，直接供该地区或该厂用电。,作者：版权所有,发电厂的其他分类,根据电厂的地位和作用，又可分为：,基荷电厂、腰荷电厂和峰荷电厂,主要是指设备的利用率不同。基荷电厂：年利用小时在 5000 以上腰荷电厂：年利用小时在 30005000 之间峰荷电厂：年利用小时在 3000 以下,问题：（1）中国抽水蓄能电厂现状，在电力系统中作用，试举例分析；（2）中国能源发展现状，能源安全分析，以煤、石油为例说明，需要结合国际形势；（3）中国核电发展现状，核电安全性分析；,
