电力系统工程基础2.ppt

第二章发电系统,第一节能源及电能第二节火力发电厂第三节水力发电厂第四节核能发电厂第五节其他发电厂,第一节能源及电能,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,一、物质、能量和信息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，没有信息，物质和能量无从认识，也毫无意义。人类所认识的能量有如下形式机械能热能化学能辐射能核能电能,二、能源含义和能源分类,能源，顾名思义是能量的来源或泉源，即指人类取得能量的来源，包括已经开发可供直接使用的自然资源和经过加工或转换的能量来源，而尚未开发的自然资源称为能源资源。,一次能源和二次能源常规能源和新能源再生能源与非再生能源含能体能源和过程性能源,三、能源资源,能源资源是指蕴藏于自然界中的各种能源。中国拥有比较丰富而多样的能源资源。1.煤炭“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。据中国第二次煤田预测资料，埋深在1000m深度以内的煤炭总资源量达2.67104亿t。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能源。无论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，中国在世界各国中均居第一位。据1993年的初步估算，经济可开发水能资源的装机容量2.9亿kW，多年平均发电量1.26万亿kWh。,3.其他能源石油已成为一个国家综合国力和经济发展程度的重要标志，成为国家安全、繁荣的关键和文明的基础，成为现代工业的“血液”。截止至1996年底，中国石油探明储量约32.87亿t，居世界第9位。天然气是存于地下岩石储集层中以烃为主体的混合气体的统称。根据1993年全国天然气远景资源量的预测，中国天然气总资源量达38104亿m3。地球上的铀储量有限，已探明的仅500万t，其中有经济开发价值的仅占一半。中国的铀储量可供4000万kW核电站运行30年。,四、电能,电能与其他形式的能源相比，其特点有（1）便于大规模生产和远距离输送（2）方便转换和易于控制（3）损耗小（4）效率高（5）无气体和噪声污染。,五、发电厂将各种一次能源转变成电能的工厂，称为发电厂。按一次能源的不同发电厂分为火力发电厂（以煤、石油和天然气为燃料）、水力发电厂（以水的位能作动力）、核能发电厂以及风力发电厂、地热发电厂、太阳能发电厂、潮汐发电厂等。此外，还有直接将热能转换成电能的磁流体发电等。,第二节火力发电厂,一、火电厂的分类二、火电厂的电能生产过程三、火电厂的主要系统四、火电厂的特点,一、火电厂的分类按容量大容量电厂、大中容量电厂、中容量电厂、小容量电厂按原动机蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机发电厂、蒸汽－燃气轮机发电厂按燃料种类燃煤、燃油、燃气、余热,按输出能量凝汽式电厂和热电厂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,二、火电厂的电能生产过程,图2-1凝汽式火力发电厂生产流程图,三、火电厂的主要系统,火力发电厂的生产过程概括地说是把煤中含有的化学能转变为电能的过程。整个生产过程可分为三个系统①燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽，称为燃烧系统；②锅炉产生的蒸汽进入汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能，称为汽水系统；③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，称为电气系统。,图2-2火电厂燃烧系统流程示意图,图2-3火力发电厂汽水系统流程示意图,图2-4火力发电厂电气系统示意图,四、火电厂的特点,火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定。火电厂的一次性建造投资少，仅为水电厂的一半左右。火电厂建造工期短，发电设备年利用小时数较高，约为水电厂的1.5倍左右。火电厂耗煤量大，目前发电用煤约占全国煤炭总产量的50左右，加上运煤费用和大量用水，其生产成本比水力发电要高出34倍。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电厂，运行费用高。,大型发电机组由停机到开机并带满负荷需要几个到十余个个小时，并附加耗用大量燃料。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。火电厂担负调峰、调频或事故备用，相应的事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高。火电厂对空气和环境的污染较大。,第三节水力发电厂,水力发电就是利用水能发电的一种方式。从河流较高处或水库内引水，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。水电厂的发电容量取决于水流的水位落差和水流的流量，即,图2-5三峡工程鸟瞰图,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2引水式水电厂3混合式水电厂,2.按径流调节的程度分1无调节水电厂2有调节水电厂①日调节水电厂②年调节水电厂③多年调节水电厂,图2-6坝后式水电厂示意图,图2-7河床式水电厂示意图,图2-8引水式水电厂示意图,二、水电厂的特点1.可综合利用水能资源。除发电以外，还有防洪、灌溉、航运、供水、养殖及旅游等多方面综合效益，并且可以因地制宜，实行梯级开发。2.发电成本低、效率高。利用循环不息的水能发电，节省大量燃料。且发电成本仅是同容量火电厂的1/31/4或更低。3.运行灵活。由于水电厂设备简单，易于实现自动化，机组启动快，水电机组从静止状态到载满负荷运行只需45min，紧急情况可只用1min。水电厂能适应负荷的急剧变化，适合于承担系统的调峰、调频和作为事故备用。,4.水能可储蓄和调节。电能不能大量储存，而水能资源则可借助水库进行调节和储蓄，而且可兴建抽水蓄能发电厂，扩大利用水的能源。5.水力发电不污染环境。相反，大型水库可能调节空气的温度和温度，改善自然生态。6.水电厂建设投资较大，工期较长。7.水电厂建设和生产都受到河流的地形、水量及季节气象条件限制，因此发电量也受到水文气象条件的制约，有丰水期和枯水期之别，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。,三、抽水蓄能电厂1.工作原理一种特殊形式的发电厂，叫做抽水蓄能电厂，如图2-9所示。在抽水蓄能电厂中，必须兼备抽水和发电两类设施。在电力负荷低谷时（或丰水时期），利用电力系统的富裕电能（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（或枯水时期），再将上游水库中的水放下，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。,图2-9抽水蓄能电厂示意图,2.抽水蓄能电厂在电力系统中的作用（1）调峰电力系统的峰荷上升与下降变动比较剧烈，抽水蓄能机组响应负荷变动的能力很强，能够跟踪负荷的变化，在白天适合担任电力系统峰荷中的尖峰部分。例如，我国广东抽水蓄能电厂，装机容量为8300MW，在电力系统调峰中发挥了重要作用。（2）填谷在夜间或周末，抽水蓄能电厂利用电力系统富余电能抽水，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。填谷作用是抽水蓄能电厂独具的特色，常规水电厂即使是调峰性能最好，也不具备填谷作用。,（3）备用抽水蓄能机组启动灵活、迅速，从停机状态启动至载满负荷仅需12min，而由抽水工况转到发电工况也只需34min，因此抽水蓄能电厂宜于作为电力系统事故备用。（4）调频抽水蓄能机组跟踪负荷变化的能力很强，承、卸负荷迅速灵活。当电力系统周波偏离正常值时，它能立即调整出力，使周波维持在正常值范围内，而火电机组却远远适应不了负荷陡升陡降。（5）调相抽水蓄能电厂的同步发电机，在没有发电和抽水任务时，可用来调相。由于抽水蓄能电厂距离负荷中心较近，控制操作方便，对改善系统电压质量十分有利。,3.抽水蓄能电厂的功能（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）抽水蓄能电厂可用于蓄能,第四节核能发电厂,核能发电厂是利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火力发电厂的发电方式，将热能转换为机械能，再转换为电能，它的核反应堆相当于火电厂的锅炉。一、核能发电厂的组成二、核能发电厂的系统三、核能发电厂的运行,一、核能发电厂的组成核能发电厂，又称为核电厂。核电厂的系统和设备通常由两大部分组成核系统和设备，又称核岛；常规系统和设备，又称常规岛。目前世界上使用最多的是轻水堆核电厂，即压水堆核电厂示意图、参数和沸水堆核电厂示意图、参数。,图2-10压水堆核电厂的示意图,表2-1压水堆核电厂的主要参数,图2-11沸水堆核电厂的示意图,二、核能发电厂的系统1.核岛的核蒸汽供应系统核蒸汽供应系统包括以下子系统（1）一回路主系统，包括压水堆、冷却剂主泵、蒸汽发生器和稳压器等。（2）化学和容积控制系统，用于实现一回路冷却剂的容积控制和调节冷却剂中的硼浓度，以控制压水堆的反应性变化。（3）余热排出系统，又称停堆冷却系统。（4）安全注射系统，又称紧急堆芯冷却系统。（5）控制、保护和检测系统。,2.核岛的辅助系统核岛的辅助系统包括下以子系统1设备冷却水系统，用于冷却所有位于核岛内的带放射性水的设备。2硼回收系统，用于对一回路系统的排水进行贮存、处理和监测，将其分离成符合一回路水质要求的水及浓缩的硼酸溶液。3反应堆的安全壳及喷淋系统。安全壳喷淋系统则保证事故发生引起安全壳内的压力和温度升高时能对安全壳进行喷淋冷却。4核燃料的装换料及贮存系统。5安全壳及核辅助厂房通风和过滤系统。6柴油发电机组，为核岛提供应急电源。,3.常规岛的系统常规岛的系统与火电厂的系统相似，它通常包括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。,三、核能发电厂的运行核电厂的运行和火电厂相比有以下一些新的特点1.压水堆核电厂的反应堆，只能对反应堆堆芯一次装料，并定期停堆换料。2.反应堆的堆芯内，核燃料发生裂变反应释放核能的同时，也放出瞬发中子和瞬发射线。给电厂的运行和维修带来了一定的困难。3.反应堆在停闭后，运行过程中积累起来的裂变碎片和、衰变，将继续使堆芯产生余热（又称衰变热），因此堆停闭后不能立即停止冷却，还必须把这部分余热排出去。4.核电厂在运行过程中，会产生气态、液态和固态的放射性废物。5.与火力发电厂相比，核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便宜。,第五节其他发电厂,一、风力发电二、太阳能发电三、地热发电四、潮汐发电,一、风力发电风力发电是利用风的动能来生产电能。风力发电的过程是利用风力使风机的转子旋转，将风的动能转换成机械能，再通过变速和超速控制装置带动发电机发出电能。我国风力资源丰富，尤其在西北、东北和沿海地区，有着建设风力发电厂的天然优势。风能发电成本低，风能是清洁的能源和可以再生的能源，风力发电必将会得到更大的发展。,二、太阳能发电在新能源中，应用最广，最有发展前途的是太阳能发电。太阳能发电可以分为太阳的热能发电和太阳的光能发电。利用太阳的热能发电，有直接热电转换和间接热电转换两种形式。温差发电、热离子和磁流体发电等，属于直接转换方式。将太阳能聚集起来，通过热交换将水变为蒸汽来驱动汽轮发电机组发电则属于间接转换方式。因为太阳能取之不尽，用之不竭，太阳能发电具有安全可靠，使用寿命长，无噪声，不需要燃料，不污染环境等优点，所以倍受人们青睐。,三、地热发电地热发电是利用地表深处的地热能来生产电能。地热发电厂的生产过程与火电厂相似，只是以地热井取代锅炉设备，将地热蒸汽从地热井引出，滤除其中的固体杂质后，由地热蒸汽推动汽轮机旋转，将地热能转换为机械能，带动发电机发出电能。地球内部蕴藏着巨大的热能，据估计全世界可供开采利用的地热能相当于几万亿ｔ煤，因此，开发利用地热资源发电具有广阔的发展前景。,四、潮汐发电海水时进时退，海面时涨时落。海水的这种自然涨落现象，称为潮汐。潮汐是由月球和太阳的引力对海水的作用形成的。潮汐发电是利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电的。潮汐发电厂一般建在海岸边或河口地区，与水电厂建筑拦河坝一样，潮汐发电厂也需要在一定的地形条件下，建筑拦潮堤坝，以形成足够的潮汐潮差及较大的容水区。潮汐发电厂在涨潮和退潮时均可发电，即涨潮时将水通过闸门引入厂内发电并储水，退潮时打开另一闸门放水发电。我国的海岸线长，沿海的潮汐能量约有2亿kW。,本章结束点此进入下一章,