電力行業(yè)發(fā)展概述

1、電力行業(yè)發(fā)展概述產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，變革未來第一節(jié) 電力工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和我國電力工業(yè)的發(fā)展 電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要部門之一。它承擔(dān)著把自然界提供的能源轉(zhuǎn)換為供人們直接使用的電能，它既為現(xiàn)代工業(yè)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國防提供必不可少的動力，又和廣大人民群眾的日常生活有著密切的關(guān)系。電力又是工業(yè)的先行，電力工業(yè)的發(fā)展必須優(yōu)先于其他的工業(yè)部門，整個國民經(jīng)濟(jì)才能不斷前進(jìn)。 第二節(jié) 電力系統(tǒng)的組成和特點(diǎn) 在電力工業(yè)發(fā)展的初期，發(fā)電廠都建設(shè)在用戶附近，規(guī)模很小，而且是孤立運(yùn)行的。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，用戶的用電量和發(fā)電廠的容量都在不斷增大。由于電能生產(chǎn)是一種能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換，發(fā)電廠宜于建設(shè)

2、在動力資源所在地，而蘊(yùn)藏動力資源的地區(qū)與電能用戶之間又往往隔有一定距離。例如，水能資源集中在河流落差較大的偏僻地區(qū)，熱能資源則集中在盛產(chǎn)煤、石油、天然氣的礦區(qū)；而大城市、大工業(yè)中心等用電部門則由于原材料供應(yīng)、產(chǎn)品協(xié)作配套、運(yùn)輸、銷售、農(nóng)副產(chǎn)品供應(yīng)等原因以及各種地理、歷史條件的限制，往往與動力資源所在地相距較遠(yuǎn)，為此就必須建設(shè)升壓變電所和架設(shè)高壓輸電線路以實現(xiàn)電能的遠(yuǎn)距離輸送。而當(dāng)電能輸送到負(fù)荷中心后，又必須經(jīng)過降壓變電所降壓，再經(jīng)過配電線路，才能向各類用戶供電。 一、電力系統(tǒng)的形成和優(yōu)越性 （一）電力系統(tǒng)的形成 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和用電量的增加，發(fā)電廠的數(shù)目也不斷增加。這樣一來，一個個發(fā)電廠再保持

3、孤立運(yùn)行的狀態(tài)就沒有什么好處了。當(dāng)一個個地理上分散在各處、原來孤立運(yùn)行的發(fā)電廠通過輸電線路、變電所等相互連接形成一個“電”的整體以供給用戶用電時，就逐步形成了現(xiàn)代的電力系統(tǒng)。換句話說，電力系統(tǒng)就是由發(fā)電廠、變電所、輸配電線路直到用戶等在電氣上相互連接的一個整體. 它包括了從發(fā)電、輸電、配電直到用電這樣一個全過程。另外，還把由輸配電線路以及由它所聯(lián)系起來的各類變電所總稱為電力網(wǎng)絡(luò)（簡稱電力網(wǎng)），所以，電力系統(tǒng)也可以看作是由各類發(fā)電廠和電力網(wǎng)以及用戶所組成的。 （二）系統(tǒng)聯(lián)系的優(yōu)越性與存在問題 1減少系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量 2合理利用動力資源，充分發(fā)揮水力發(fā)電廠的作用 3提高供電的可靠性 4提高運(yùn)行的

4、經(jīng)濟(jì)性 5系統(tǒng)增強(qiáng)所帶來的問題：事故波及二、電力系統(tǒng)的特點(diǎn)以及對電力系統(tǒng)的要求 （一）電力系統(tǒng)的特點(diǎn) （1）電能不易儲藏。由于電能生產(chǎn)是一種能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而要求生產(chǎn)與消費(fèi)同時完成。電能難于儲存，可以說是電能生產(chǎn)的最大特點(diǎn)。 （2）電能生產(chǎn)與國民經(jīng)濟(jì)各部門和人民生活有著極為密切的關(guān)系。 （3）暫態(tài)過程十分短暫。由于電是以光速傳播的，所以運(yùn)行情況發(fā)生變化所引起的電磁方面和機(jī)電方面的暫態(tài)過程都是十分迅速的。 （4）電力系統(tǒng)的地區(qū)性特點(diǎn)較強(qiáng)。 （二）對電力系統(tǒng)的要求 （1）最大限度地滿足用戶的用電需要，為國民經(jīng)濟(jì)的各個部門提供充足的電力。 （2）保證供電的可靠性。 （3）保證電能的良好質(zhì)量。 （4

5、）保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 把上述各點(diǎn)歸納起來可知：保證對用戶不間斷地供給充足、優(yōu)質(zhì)而又價廉的電能，這就是電力系統(tǒng)的基本任務(wù)。第三節(jié) 發(fā)電廠的類型及其生產(chǎn)過程簡介 一次能源，可以說與糧食和水一樣，是人類賴以生存以及支撐現(xiàn)代社會文明的主要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。從原始社會起，人類就是通過消耗能量而生活，并進(jìn)行各種社會活動的，目前世界上可以利用的一次能源資源主要為化石能源（煤、石油、天然氣）、可再生能源（水能、風(fēng)能、太陽能等）以及核能源等，電能主要通過這些一次性能源轉(zhuǎn)換而生產(chǎn)出來。能源形態(tài)與電能生產(chǎn)的相互關(guān)系，可簡略地用下圖1-2表示。 一、一次能源與電力生產(chǎn) 由于地球上的一次能源資源的儲存量是有限的，如

6、不注意節(jié)約與合理使用，必有一天人類將面臨能源枯竭的危險。因此，在21世紀(jì)中，對節(jié)約能源與開發(fā)新能源特別是對可再生能源利用的研究，將是人類社會的可持續(xù)發(fā)展所面臨的一項重大的課題。 火力發(fā)電廠是以煤、石油、天然氣等作為燃料，燃料燃燒時化學(xué)能被轉(zhuǎn)換為熱能，再借助汽輪機(jī)等熱力機(jī)械將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，并由汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)將機(jī)械能變?yōu)殡娔堋?jù)統(tǒng)計，全世界發(fā)電廠的總裝機(jī)容量中，火力發(fā)電廠占了70%以上。迄今，我國的發(fā)電廠總裝機(jī)容量中，火電廠占75%以上。 二、火力發(fā)電廠 一般火力發(fā)電廠多采用凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，故又稱為凝汽式發(fā)電廠圖1-3凝汽式發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖 水力發(fā)電廠是利用河流所蘊(yùn)藏的水能資源來發(fā)電

7、，水能資源是最干凈、價廉的可再生能源。 三、水力發(fā)電廠 水力發(fā)電廠可能的發(fā)電出力（容量）的大小決定于上下游的水位差（簡稱水頭）和流量的大小。因此，水力發(fā)電廠往往需要修建攔河大壩等水工建筑物以形成集中的水位差，并依靠大壩形成具有一定容積的水庫以調(diào)節(jié)河川流量。 水力發(fā)電廠的生產(chǎn)過程較簡單（以壩后式水電廠圖1-4為例進(jìn)行介紹） ，故它所需的運(yùn)行維護(hù)人員較少，且易于實現(xiàn)全盤自動化。再加之水力發(fā)電廠不消耗燃料，所以它的電能成本要比火力發(fā)電廠低得多。此外，水力發(fā)電機(jī)組的效率較高、承受變動負(fù)荷的性能較好，故在系統(tǒng)中的運(yùn)行方式較為靈活；水力發(fā)電機(jī)組起動迅速，在事故時能有力地發(fā)揮其后備作用。 水力發(fā)電廠的另一個

8、優(yōu)點(diǎn)是不像火力發(fā)電廠、核能發(fā)電廠那樣存在環(huán)境污染問題。水能資源是屬于可再生利用的清潔能源，這種發(fā)電方式對節(jié)能減排有利。 圖1-4 壩后式水電廠示意圖 核能發(fā)電的基本原理是：核燃料在反應(yīng)堆內(nèi)發(fā)生可控核裂變，即所謂鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，釋放出大量熱能，由冷卻劑（水或氣體）帶出，在蒸汽發(fā)生器中將水加熱為蒸汽，然后同一般火力發(fā)電廠一樣，用蒸汽推動汽輪機(jī)，再帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。冷卻劑在把熱量傳給水后，又被泵打回反應(yīng)堆里去吸熱，這樣反復(fù)使用就可以不斷地把核裂變釋放的熱能引導(dǎo)出來。 四、核能發(fā)電廠 核能發(fā)電廠與火力發(fā)電廠在構(gòu)成上的最主要區(qū)別是，前者用核蒸汽發(fā)電系統(tǒng)（核反應(yīng)堆、蒸汽發(fā)生器、泵和管道等）來代替后者的蒸汽鍋爐。所

9、以核能發(fā)電廠中的反應(yīng)堆又被稱為原子鍋爐。 根據(jù)核反應(yīng)堆的形式不同，核能發(fā)電廠可分為幾種類型。圖1-6為目前使用較廣的輕水堆型（包括沸水堆和壓水堆）核能發(fā)電廠的生產(chǎn)過程示意圖。 （a）沸水堆型反應(yīng)堆； （b）壓水堆型反應(yīng)堆 圖1-6 輕水堆型核能發(fā)電廠生產(chǎn)過程示意圖 核能發(fā)電廠的主要優(yōu)點(diǎn)之一是可以大量節(jié)省煤、石油等燃料。例如，1 kg的鈾裂變所產(chǎn)生的熱量，相當(dāng)于2700 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒產(chǎn)生的熱量。具體而言，一座容量為50萬kW的火力發(fā)電廠每年至少要燒掉150萬t煤，而同容量的核能發(fā)電廠每年只要消耗600 kg鈾燃料就夠了，從而可避免大量的燃料運(yùn)輸。 核能發(fā)電廠的另一個特點(diǎn)是燃燒時不需要空氣助燃，所

10、以核能發(fā)電廠可以建設(shè)在地下、山洞里、水下或空氣稀薄的高原地區(qū)。此外，從發(fā)電廠的建設(shè)投資和發(fā)電成本來看，核能發(fā)電廠的造價雖較火力發(fā)電廠的要高，但發(fā)電成本比火力發(fā)電廠的要低30%50%，它的規(guī)模愈大，單位千瓦投資費(fèi)用下降愈多。另外，核能發(fā)電廠適宜于擔(dān)任電力系統(tǒng)的基本負(fù)荷，這樣可以保證運(yùn)行時的效率最高。 核能發(fā)電廠的另一個主要優(yōu)點(diǎn)是較之一般燃煤電廠而言，它的CO2等溫室氣體的排放量要低得多，從而對節(jié)能減排有利。目前也有一種提法是“核電是清潔能源”。 核能發(fā)電廠的主要問題是對放射性泄漏污染的擔(dān)心。 在我國，核能發(fā)電廠的建設(shè)起步較晚。迄今，在全世界的總發(fā)電容量中，核能發(fā)電廠占了約16%，而我國核電僅占1

11、.6%， 據(jù)規(guī)劃，到2020年中國的核電裝機(jī)容量將達(dá)到4000萬kW，約占當(dāng)時全國裝機(jī)容量的4%。 一般而言，可再生利用的能源主要是指水能、風(fēng)能和太陽能。 五、可再生能源發(fā)電與分布式發(fā)電 在可再生能源中，以風(fēng)力發(fā)電最受重視。風(fēng)力發(fā)電有離網(wǎng)型和并網(wǎng)型兩種類型。并網(wǎng)型的風(fēng)電場可以得到大電力網(wǎng)的補(bǔ)償和支撐，可以更充分地開發(fā)可利用的風(fēng)能資源，這是近幾年來國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展的主要方向。 （一）風(fēng)力發(fā)電 并網(wǎng)型的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)又可以分為恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩種。 圖1-7 恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展主要依賴于大容量電力電子技術(shù)的成果，從結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方面可分為直接驅(qū)動的同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。 圖1-8直接驅(qū)動的同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)圖1-9雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 利用太陽能的轉(zhuǎn)換方式有光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種。（二）太陽能發(fā)電 太陽能電池是利用半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能的器件。單個太陽能電池不能作為電源使用，而要用若干片電池組成的電池陣進(jìn)行發(fā)電。圖1-10離網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng) 圖111并網(wǎng)屋頂太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖 最后再談一下分布式發(fā)電。它是指風(fēng)力、太陽能、潮汐、地?zé)?、植物秸稈發(fā)電