發(fā)電廠電氣部分第一章

第一章能源和發(fā)電重點：通過本章的學習，了解能源的種類，掌握發(fā)電廠、變電站的類型及其特點。重點掌握火力發(fā)電廠的電能生產(chǎn)過程。學習目的：發(fā)電廠的類型和特點；變電站的類型和特點。難點：火力發(fā)電廠的電能生產(chǎn)過程。第一節(jié)能源和發(fā)電獲得方法一、能源的類型一次能源二次能源利用程度常規(guī)能源新能源能否再生可再生能源不可再生能源能源本身性質(zhì)含能體能源（可直接存儲的能源）過程性能源（無法直接存儲的能源）二、我國的能源資源煤炭：我國是世界上煤炭產(chǎn)量最多、增長速度最快的國家。水能：我國水能資源蘊藏量與可開發(fā)的水能資源均占世界第一。其他能源：風能、太陽能、石油、天然氣。三、電能隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電能的應用不僅影響到社會物質(zhì)生產(chǎn)的各個層面，也愈來愈廣泛地滲透到人類生活的每個層次。一旦失去電能，我們的世界將……???電氣化程度已成為衡量社會物質(zhì)文明發(fā)展水平的重要標志！四、發(fā)電廠1、發(fā)電廠的概念：生產(chǎn)電能的工廠，將各種天然能源轉(zhuǎn)化為電能。2、發(fā)電廠的分類：按一次能源取得的方式不同分：火力發(fā)電廠：70%水力發(fā)電廠：核電廠：其它形式電廠：第二節(jié)、火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)換過程燃料的化學能熱能機械能電能第二節(jié)火力發(fā)電廠一、火電廠類型按照燃料分類：燃煤電廠燃油電廠燃氣電廠余熱電廠蒸汽壓力和溫度分類：中低壓電廠高壓電廠超高壓電廠亞臨界壓力電廠一、火電廠類型按原動機分類：汽輪機電廠燃氣輪機電廠內(nèi)燃機電廠按輸出能源分類：凝汽式電廠熱電廠按發(fā)電廠裝機容量分類：小容量電廠（100MW以下）中容量電廠（100~250MW）大中容量電廠（250~1000MW）大容量電廠（1000MW以上）容量大，靠近燃料產(chǎn)區(qū)，經(jīng)高壓或超高壓線路送往負荷中心。單純供電。蒸汽全部排入凝汽器冷卻成水，又重新送回鍋爐。蒸汽中大量熱量被浪費。效率只有30~40%。容量中小，靠近負荷中心。既供電又供熱。效率高：可達60～70％。但運行方式不如凝汽式電廠靈活，因為需根據(jù)熱需求調(diào)整出力。凝汽式電廠生產(chǎn)流程：燃料蒸汽鍋爐汽輪機發(fā)電機電力系統(tǒng)冷凝器蒸汽水熱電廠生產(chǎn)流程：燃料蒸汽鍋爐汽輪機發(fā)電機電力系統(tǒng)冷凝器水蒸汽抽汽供熱二、火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程燃料的化學能熱能機械能電能燃燒系統(tǒng)汽水系統(tǒng)電氣系統(tǒng)1、主要組成兩大部分：熱力部分和電氣部分三大核心設備：鍋爐、汽輪機和發(fā)電機大型火力發(fā)電廠一般都有燃煤、鍋爐、汽機、電氣、化學、熱工、水處理等車間（或稱分場）。2、生產(chǎn)過程燃料的化學能煙氣的熱能熱能傳遞給水、蒸汽和空氣汽輪機軸上的機械能發(fā)電機送出的電能（加上勵磁機送進的磁能）氣流的動能二、火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程1、燃燒系統(tǒng)輸煤系統(tǒng)磨煤系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)風煙系統(tǒng)灰渣系統(tǒng)2、生產(chǎn)過程—燃燒系統(tǒng)—輸煤系統(tǒng)煤礦經(jīng)火車或輪船運到電廠存放在儲煤場再經(jīng)碎煤機打碎大塊煤鍋爐原煤倉經(jīng)皮帶：通過電磁分離器吸凈鐵屑煤從給煤機送至磨煤機，加上熱風道來的熱風煤被磨制和干燥后，送到粗粉分離器旋風分離器進行氣粉分離熱風進入排風機帶上從給粉機來的煤粉由噴燃器噴入爐膛燃燒細粉進入煤粉倉2、生產(chǎn)過程—燃燒系統(tǒng)—磨煤制粉系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)——運煤冷空氣經(jīng)送風機，進入空氣預熱器一部分熱風送磨煤機，一部分熱風直送噴燃器爐膛中熱風與煤粉混合燃燒，產(chǎn)生大量熱量煙氣經(jīng)吸風機引至煙囪，排入大氣熱量經(jīng)過金屬表面?zhèn)鹘o鍋爐的水冷壁管、

過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器2、生產(chǎn)過程—燃燒系統(tǒng)—風煙系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)——煙囪與灰?guī)於?、火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程2、汽水系統(tǒng)給水系統(tǒng)補給水系統(tǒng)循環(huán)水系統(tǒng)給水泵打水經(jīng)高壓加熱器、省煤器加熱送入汽包汽包內(nèi)的水經(jīng)水冷壁下降管及下聯(lián)箱進入上升管

汽進入過熱器，經(jīng)蒸汽管道引入汽輪機蒸汽膨脹，高速沖擊葉片，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動水吸熱汽化，汽水混合物上升到汽包進行汽水分離2、生產(chǎn)過程—汽水系統(tǒng)作功后蒸汽溫度壓力下降排入凝汽器冷卻凝結(jié)成水循環(huán)使用發(fā)電機發(fā)電除去廠用電后經(jīng)變壓器升壓送入電網(wǎng)2、生產(chǎn)過程—汽水系統(tǒng)3、生產(chǎn)過程—電氣系統(tǒng)汽水系統(tǒng)——冷水塔汽水系統(tǒng)——冷水塔二、火力發(fā)電廠生產(chǎn)過程3、電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機、勵磁裝置、廠用電、升壓變電站等汽輪機發(fā)電機廠用電電網(wǎng)勵磁裝置發(fā)電機發(fā)電除去廠用電后經(jīng)變壓器升壓送入電網(wǎng)電氣系統(tǒng)——汽輪機和發(fā)電機電氣系統(tǒng)——汽輪機和發(fā)電機三、火力發(fā)電廠特點1、布局靈活，裝置容量可根據(jù)需要決定；2、投資少，設備年利用率高；3、動力設備多，機組操作復雜；4、煤耗多，污染大。第三節(jié)水力發(fā)電廠水的位能機械能電能第三節(jié)水力發(fā)電廠水電廠的類型：按集中落差分堤壩式引水式混合式壩后式河床式建在河流中上游山區(qū)峽谷地段。單獨筑壩，壩身高，水位高，廠房建在壩后，不承受水壓。特點：形成蓄水庫，以調(diào)節(jié)流量，電站規(guī)模大。適用于河床平緩地區(qū)，落差小，廠房和壩建在一起，承受上游水壓水的壓力，起擋水作用。特點：水頭低，擋水建筑物長。：不修堤壩，只由引水渠形成發(fā)電水頭。：兼有堤壩式，引水式的特點第三節(jié)水力發(fā)電廠各種水電廠示意圖

在河流中落差較大的適宜地段攔河建壩，形成水庫，將水積蓄起來，抬高水位，形成發(fā)電水頭。第三節(jié)水力發(fā)電廠各種水電廠示意圖水電廠建在山區(qū)水流急的水道上或河床坡度較陡的地方。由引水渠道形成水頭，一般不需要修壩或只修低堰。三峽工程簡介：總庫容為393億m3，裝機容量為1820萬kW，年平均發(fā)電量為847億kWh。三峽為世界上最大的水電站。三峽工程鳥瞰第三節(jié)水力發(fā)電廠我國規(guī)劃在缺少水能的華北、華東、東北地區(qū)興建較多的200~1000MW抽水蓄能電廠。——抽水蓄能電廠※調(diào)峰※填谷※備用※調(diào)頻※調(diào)相作用：天荒坪抽水蓄能電站

裝機容量180萬kW，投資近百億。電站建設鉆透整座大山，地下廠房、上、下水庫落差607米。電站上水庫蓄水湖面廣達28公頃，是一個晝夜水位高低變幅29米多的動態(tài)湖泊。抽水蓄能電站可視為利用水的勢能做成的一個大容量蓄電池。第三節(jié)水力發(fā)電廠水電廠的特點：1、可綜合利用水資源；2、發(fā)電成本低，效率高，無污染。3、運行靈活；4、水能可以存儲和調(diào)節(jié)；5、初期投資大，工期長；6、受水文天氣影響，可能影響環(huán)境。第四節(jié)核能發(fā)電廠工作原理：核燃料（鈾U）在反應堆內(nèi)發(fā)生核裂變，釋放出大量熱量，由水或氣體作為冷卻劑帶出，在蒸汽發(fā)生器中把水熱變成蒸汽推動汽輪發(fā)電機做功獲得電能。又稱為原子能發(fā)電廠，利用原子核內(nèi)的變化所釋放的核能轉(zhuǎn)變成電能的工廠。其生產(chǎn)過程類似于火電廠。一個1000MW的火電廠一天燃煤近萬噸，同樣容量的核電廠只要3.3kg的U235。核電廠生產(chǎn)流程：核反應堆U型管汽輪機電力系統(tǒng)蒸汽發(fā)生器高壓水發(fā)電機冷凝器第三節(jié)核能發(fā)電廠核電廠的特點：1、高效能源，消耗資源少；

核能比化學能大得多，消耗的核燃料比同樣功率的火電廠消耗的化石燃料要少的多。如一座百萬千瓦級的火電廠每年消耗300萬噸原煤，而同樣容量的核電廠每年僅需30噸核燃料。2、核是清潔能源，環(huán)境影響小；3、核電是安全能源，事故概率小。發(fā)電廠—新能源發(fā)電

新能源發(fā)電是利用太陽能、風能、地熱、潮汐、海浪、海洋溫差、沼氣、垃圾、燃料電池等能源生產(chǎn)電能的發(fā)電廠。太陽能發(fā)電廠利用太陽光能和熱能生產(chǎn)電能就是太陽能發(fā)電，分為光熱發(fā)電和光伏發(fā)電；后者是近些年來發(fā)展最快，最具活力的技術(shù)研究領域。光伏發(fā)電技術(shù)應用中，尚待解決的技術(shù)問題還有很多，如：如何降低太陽能電池的生產(chǎn)成本；如何提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率；高效率、低成本的電能儲存技術(shù)；如何實現(xiàn)太陽能電池的最佳輸出匹配等。這些問題涉及了現(xiàn)代科技的許多領域：材料科學、半導體技術(shù)、電池技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)、以及電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)等。光伏發(fā)電：根據(jù)光生伏打效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機械部件，所以，光伏發(fā)電設備極為精煉，可靠穩(wěn)定壽命長、安裝維護簡便。光伏發(fā)電的最基本元件是太陽電池（片），有單晶硅、多晶硅、非晶硅和薄膜電池等。太陽能發(fā)電廠太陽能電廠太陽能電廠太陽能電廠太陽能電廠地熱發(fā)電廠地心溫度約為4000℃，熱能持續(xù)不斷地流向地面。地熱發(fā)電利用地下熱水和蒸汽為動力的一種新型發(fā)電技術(shù)?；驹砼c普通火力發(fā)電相似，根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理，首先把地熱能轉(zhuǎn)換為機械能，然后又把機械能變?yōu)殡娔?。主要有兩類：地熱蒸汽發(fā)電系統(tǒng)和雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。前者因技術(shù)成熟，運行安全可靠，廣泛應用。地熱發(fā)電廠西藏羊八井地熱發(fā)電廠風力發(fā)電廠風能是由于太陽對大氣層造成的溫差和地球表面不規(guī)則而引起。

我國風能資源豐富，陸地理論儲量32億千瓦，可開發(fā)的裝機容量約2.53億千瓦，居世界首位，商業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展?jié)摿薮蟆?.風力發(fā)電流動空氣所具有的能量，稱為風能。將風能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電方式，稱為風力發(fā)電。在風能豐富的地區(qū)，按一定的排列方式成群安裝風力發(fā)電機組，組成集群，稱為風力發(fā)電場。風力發(fā)電裝置如圖所示。1－風力機；2－升速齒輪箱；3－發(fā)電機；4－控制系統(tǒng)；5－驅(qū)動裝置；6－底板和外罩；7－塔架；8－控制和保護裝置；9－土建基礎；10－電纜線路；11－配電裝置風力機1將風能轉(zhuǎn)化為機械能，升速齒輪箱2將風力機軸上的低速旋轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)，帶動發(fā)電機3發(fā)出電能；經(jīng)電纜線路10引至配電裝置11，然后送入電網(wǎng)。中國最大的風力發(fā)電廠——新疆達坂城風力發(fā)電廠內(nèi)蒙古風力發(fā)電廠南澳風力發(fā)電廠潮汐發(fā)電與水力發(fā)電原理相似，潮汐發(fā)電是利用潮差推動水輪機轉(zhuǎn)動，再由水輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；潮汐發(fā)電須選擇有利的海岸地形，修建潮汐水庫，漲潮時蓄水，落潮時利用其勢能發(fā)電；①單庫單向型：只能在落潮時發(fā)電。②單庫雙向型：在漲、落潮時都能發(fā)電。③雙庫雙向型：可以連續(xù)發(fā)電，但經(jīng)濟上不合算，未見實際應用。潮汐發(fā)電站潮汐發(fā)電站全國潮汐能資源理論蘊藏量為1.9×108kw，可開發(fā)利用的裝機容量為2157×104kw，可開發(fā)的年發(fā)電量為618xl08kw·h，占世界潮汐能總量的1／10。1980年建成的江廈潮汐電站（浙江省溫嶺縣江廈港的下游）是我國第一座雙向潮汐電站，也是目前世界上較大的一座雙向潮汐電站，其總機容量為3200千瓦，年發(fā)電量為1070萬度。潮汐發(fā)電原理浙江溫嶺江廈潮汐發(fā)電站浙江溫嶺江廈潮汐發(fā)電站3.地熱發(fā)電利用地下蒸汽或熱水等地球內(nèi)部熱能資源發(fā)電，稱為地熱發(fā)電。地熱蒸汽發(fā)電的原理和設備與火電廠基本相同。利用地下熱水發(fā)電，有兩種基本類型。（1）閃蒸地熱發(fā)電系統(tǒng)（又稱減壓擴容法）。使地下熱水變?yōu)榈蛪赫羝┢啓C做功。（2）雙循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)（又稱中間介質(zhì)法）。這種系統(tǒng)的熱水和工質(zhì)各自構(gòu)成獨立系統(tǒng)。5.生物質(zhì)能發(fā)電主要是綠色植物將太陽能轉(zhuǎn)化為化學能而儲存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量，屬可再生能源。薪柴、農(nóng)作物秸稈、人畜糞便、有機垃圾及工業(yè)有機廢水等，是主要的生物質(zhì)能資源。生物質(zhì)發(fā)電系統(tǒng)是以生物質(zhì)能為能源的發(fā)電，如垃圾焚燒發(fā)電、沼氣發(fā)電、秸稈發(fā)電等。6.磁流體發(fā)電亦稱等離子體發(fā)電，極高溫度并高度電離的氣體高速

（1000m/s）流經(jīng)強磁場而直接發(fā)電?？稍诓挥眯D(zhuǎn)機械的情況下將熱能直接轉(zhuǎn)換為電能。2004年上半年磁流體動力船已經(jīng)下水。第五節(jié)變電站作用：變化和分配電能※樞紐變電站※中間變電站※地區(qū)變電站※終端變電站一、按其地位和作用不同，可分為幾類：二、變電所的基本類型

變電所起著變換和分配電能的作用。

從發(fā)電廠送出的電能，升壓遠距離輸送，再經(jīng)過多次降壓后才供給用戶使用，所以電力系統(tǒng)中的變電所的數(shù)量多于發(fā)電廠，變壓器的容量約是發(fā)電機容量的7~10倍。

變電所分為發(fā)電廠的變電所（升壓變電所）和電力網(wǎng)的變電所（降壓變電所），根據(jù)變電所在電力系統(tǒng)的地位與供電范圍，可以將其分為以下幾類。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用。1.樞紐變電站2.中間變電站3.地區(qū)變電站4.終端變電站樞紐變電站位于電力系統(tǒng)的樞紐點，連接電力系統(tǒng)高、中壓的幾個部分，匯集有多個電源和多回大容量聯(lián)絡線，變電容量大，電壓（指其高壓側(cè)，以下同）等級為330～500kV。全站停電時，將引起系統(tǒng)解列，甚至癱瘓。中間變電站一般位于系統(tǒng)的主要環(huán)路線路中或系統(tǒng)主要干線的接口處，匯集有2～3個電源，高壓側(cè)以交換潮流為主，同時又降壓供給當?shù)赜脩簦饕鹬虚g環(huán)節(jié)作用，電壓等級為220～330kV