第1章 能源和发电(1).ppt

发电厂电气部分（第三版）,2008.09电气工程及其自动化,第一章能源和发电,2008.09,主要内容,能源和电能火力发电厂水力发电厂核能发电厂变电所的类型（补充）,电力系统概述,电力系统的构成发电厂、变电所、输配电线路、用户电力网各种不同等级的电力线路和变配电所构成的网络发电厂将各种天然能源（化学能、水能、核能等）转化为电能变电站联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用,,电力系统发电输送--分配用户发电机变压器--输电线路用电设备电网,1.1能源和电能,一、能量的形式机械能；热能；化学能；辐射能；核能；电能；,二、能源分类,1．按获得的方法分为一次能源和二次能源一次能源如煤、石油、天然气、水能、风能等。二次能源如电力、蒸汽、煤气、焦炭。汽油等2．按被利用的程度分为常规能源和新能源常规能源如煤、石油、天然气、水能等新能源如太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、氢能等。所谓绿色能源是指通过特定的发电设备，将风能、太阳能、生物质能、海洋能和地热能等可再生能源转换得来的电能，其最大特点是生产过程中不排放或很少排放对环境有害的废气和废水等污染物。,二、能源分类,3．按能否再生分为可再生能源和非再生能源可再生能源如水能、风能、太阳能、海洋能等。非再生能源如煤、石油、天然气、核燃料等。4．按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源含能体能源如煤、石油、天然气核燃料、地热、氢能等过程性能源如水能、风能、海洋能、电能等。5．按对环境的污染程度分为清洁能源和非清洁能源。清洁能源如太阳能、水能、海洋能等。非清洁能源如煤、石油等。,电能利用的发展历程火力发电1875年,法国巴黎火车站电厂建成,安装了法国格兰姆创建并以他的名字命名的直流发电机,专供车站弧光之用。1882年,发明家爱迪生在纽约兴建了一家规模较大的火力发电厂,装有6台直流发电机,总容量660千瓦,是世界上第一座比较正规的大型发电厂。其后各发达国家纷纷兴建火力发电厂,成为国力的一种象征。二战结束后,电力需求剧增,许多先进国家开始兴建100万千瓦以上的大型火力发电厂。其中最大的是加拿大的南帝考克电厂,装机容量为400万千瓦。最大的燃油发电厂为日本的鹿儿岛电厂,装机容量为440万千瓦。火力发电一直是电能中的主力军,水力发电我国的水能资源最为丰富,居世界第一位。其次是巴西、美国、俄罗斯、加拿大、扎伊尔和印度等国。各国开发水力发电站一般都从小水电站开始,随着用电需要的增长和机械技术、输电技术的进步,逐步发展中型和大型水电站。巴西和乌拉圭合建的伊泰普水电站,装机总容量为1260万千瓦。我国长江三峡水电站建成后,总容量为1820万千瓦,将成为世界最大水电站。,核电的崛起世界上第一台核电机组于1954年6月在莫斯科近郊奥布宁斯克核电站投入运行。到了90年代初期,全世界已有30多个国家和地区建有核电站。当前世界上最大的核电站是日本福岛第一核电站。1989年,前苏联切尔诺贝利核电站发生严重核泄漏事故,周围数百万居民受到核辐射威胁。联系到公害问题及核电站的发展,一些工业国家,对核电站安全标准的要求越来越高。但总的说来,发展核电乃是大势所趋,它仍是世界电力发展的重要途径。,地热发电意大利是最早利用地热发电的国家。1904年,意大利用拉德雷洛地区地热蒸汽发电成功,点亮了4盏电灯。1913年,世界第一座地热发电站拉德雷洛发电站第一台机组投入运行。在1972年以前,意大利地热电站的总容量居世界首位,1973年被美国赶上。菲律宾近年来地热发电发展很快,现正超过意大利而跃居世界第二位。,风力发电荷兰被称为是风车之国,因为它是世界上利用风能最多的国家。利用风能发电的创始人是丹麦的拉库尔教授。他在1891年用风轮驱动了两台9千瓦的直流发电机。早先,风力发电仅用于农业排灌和照明,到了50年代后,一些国家研制100-1000千瓦的风力发电试验机组。但由于其技术性能、经济效益和安全可靠性都远不如水、火电机组,不久就相继停止运行。直到70年代中期,因石油涨价,能源短缺,风力发电才重新引起重视。,潮汐发电海洋面积占地球面积的71,蕴藏着丰富的功能资源,可以用来发电的有潮汐能、海水温差能、波浪海流能等。由于潮汐能比较集中,并且又在海岸线上,因此最早被利用来发电,其它的海洋能发电还在研究实验阶段。世界上第一座实验性潮汐发电站是德国的希苏姆电站,建于1912年。迄今世界上最大的潮汐能发电站是法国的朗斯电站,共装有24台1万千瓦机组。除了意大利和法国外,利用潮汐发电较好的国家是日本、加拿大、韩国和俄罗斯。,太阳能发电人类利用太阳能发电迄今还只有40年历史。太阳能发电有两种形式,一是通过光电器材,将太阳能直接转换成电能,称为太阳能电池发电,另一种由太阳辐射能变为热能,用常规火力发电厂的方式发电,称为太阳能热力发电。太阳能电池发电于1953年诞生于贝尔实验室,它是利用半导体材料制成硅电池、硫化镉电池或砷化镓电池而发电的。1958年,美国首先将太阳能电池应用于宇宙航行,作为“先锋号”人造卫星的电源。现在世界上有2000多颗卫星是用太阳能电池作为动力源的。1984年美国建成1.5万千瓦太阳能热力发电站,是目前世界上最大的。,1.2火力发电厂,利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的发电厂,固体（煤）液体（石油）气体（天然气）,化学能,,热能,机械能,电能,,,燃烧,发电机,蒸汽,汽轮机,1.2.1火电厂的分类,按燃料分按蒸气压力和温度分按原动机分按输出能源分按总装机容量分,凝气式火力发电厂（简称火电厂）,燃料在炉膛内燃烧发出热量，被锅炉本体的水吸收后产生高温高压的蒸汽，送到汽轮机，使汽轮机转子高速旋转带动发电机发出电能。已做过功的蒸气进入汽轮机末端的凝汽器，被冷却水还原为水后又重新送回锅炉。在凝汽器中，大量的热量被循环水（冷却水）带走，带有热量的冷却水再进入冷却池或冷却塔进一步冷却。所以整个系统效率低，仅30---40左右。,火电厂的电能生产过程,燃烧系统燃料的化学能在锅炉燃烧中转变为热能，加热锅炉中的水使之变为蒸汽；汽水系统锅炉产生的蒸汽进人汽轮机，冲动汽轮机的转子旋转，将热能转变为机械能；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。,,供热式火力发电厂（简称热电厂）,和火电厂的区别仅在于，已做过功的蒸气进入汽轮机的末端的热交换器，将冷水加热，把热水供企业和居民有偿使用，降温后的蒸汽还原成水后再回锅炉加热。这样以来使系统效率大大提高，能达60-70，目前在大力发展热电厂。,火电厂的特点,火电厂布局灵活，装机容量大小可按需要决定火电厂的一次性建造投资少。建造工期短。发电设备年利用小时数较高。火电厂耗煤量大，单位发电成本比水电厂高3-4倍动力设备繁多，控制操作复杂。,火电厂的特点（续）,大型机组停机到开机并带满负荷时间长，附加耗用大量燃料担负急剧升降负荷时，需要付出附加燃料消耗的代价。若担任调峰、调频、事故备用，则相应事故增多，强迫停运率增高，厂用电率增高。应尽可能担负较均匀负荷。对空气、环境污染大。,1.3水力发电厂,水的势能和动能转换为电能的发电厂基本生产过程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，将水能转变为机械能，然后由水轮机带动发电机旋转，将机械能转换为电能。,一、水电厂的分类,按集中落差的方式分类堤坝式水电厂在河流中落差较大的适宜地段拦河建坝，形成水库，将水积蓄起来抬高上游水位形成发电水头，这种开发模式称为堤坝式。坝后式水电厂如长江三峡、黄河刘家峡等河床式水电厂如长江葛洲坝水电厂引水式水电站混合式水电站,三峡电站鸟瞰,三峡电站鸟瞰,图解三峡电站,图解三峡电站,三峡电站资料,,,装机容量18.20GW26台700MW年发电量846．8亿kWh送电线路15*500kV线路其中，3*HVDC线路，12*HVAC线路正式开工时间1994.12.14首机发电时间2003.7.10首回HVDC投运时间2002.12.21全机发电时间2009,,三常工程,2．按径流调节的程度分类,无调节水电厂有调节水电厂日调节水电厂年凋节水电厂多年调节水电厂。,二、水电厂的特点,可综合利用水资源发电成本低，效率高运行灵活可存储和调节不污染环境投资较大，工期较长受水文条件制约淹没土地，生态环境,三、抽水蓄能电厂,利用系统低谷负荷（或丰水期）时的富余电力抽水到上游水库存储；在高峰负荷（或枯水期）时，放水发电的水电站。填谷调峰电源在以火电、核电为主的系统中，建设适当比例的抽水蓄能电站可以提高系统运行的经济性和可靠性。,,抽水蓄能电厂在系统中的作用,调峰填谷备用调频调相,抽水蓄能电厂的功能,降低电力系统燃料消耗提高火电设备利用率可作为发电成本低的峰荷电源无污染美化环境蓄能,核能发电厂,核电机组和普通火力发电机组中的汽轮机、发电机部分基本相同，不同的是以核反应堆和蒸汽发生器代替了锅炉设备，核能发电是将原子核裂变时产生的核能转变为电能。核电的单机容量比火电厂大，一般为600～900MW。,核能发电厂,核电厂中最多的是轻水堆核电厂（89％）压水堆核电厂沸水堆核电厂,压水,沸水,核电厂运行,建设费用高，燃料费用便宜，带基荷运行,风力发电厂,风力发电场是利用风力推动风车，风车带动发电机旋转来发电。由于受自然风的影响较大，运行很不稳定，功率也不稳定。我国最大的风电场是新疆达坂城风电场，2006年6月底已有6种机型、171台机组投入运行，总装机容量为5.75万kw。如何解决多台风力发电机同步和频率稳定是风力发电的核心技术问题。风力发电的系统摸式很多，常用的方式是将每台发电机发的电送给蓄电池储存，变为直流电，再经过逆变器变为固定频率和一定电压的交流电后与电网并网。,风力发电厂,太阳能发电厂,太阳能发电是利用太阳光或太阳热发电。太阳光发电是利用单晶硅太阳光电池将太阳光直接转换为电能。世界上最大的太阳电池发电场是建在美国加州，容量为6500kw，光电转换效率为11。太阳热发电是利用太阳的辐射热，将水加热成高温蒸汽，推动汽轮机带动发电机发电。,变电站,变电站是联系发电厂和用户的中间环节，它的作用是变换电能电压、接受和分配电能。主要由变压器、断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、电抗器、避雷器、控制室等组成。,1．变电站按功能分类,根据其在电力系统中的地位和作用，可以分为以下几类1枢纽变电站位于电力系统的枢纽点，它连接电力系统高压和中压的几个部分，汇集多个电源，电压等级较高，如330～500kV等。若枢纽变电所发生事故出现全所停电时，将导致系统解列，甚至出现全系统崩溃的灾难局面。西安南郊的330枢纽变电站,位于西安南郊的330枢纽变电站（图中看到的240MVA巨型变压器）,2中间变电所高压侧以穿越功率为主，在系统中起交换功率的作用或使高压长距离输电线路分段的变电所，称为中间变电所。它一般汇集23个电源，电压等级多为220kV～330kV，除供系统交换功率外，同时还降压供给所在地区用户用电。因此，这样的变电所主要起中间环节的作用，并由此而得名中间变电所．有时又称穿越变电所。当全所停电时，将引起区域网络解列，影响较大。,220/110中间变电站鸟瞰（图中可以看到有两路110KV母线）,220/110中间变电所自动化系统结构图,