第一章 能源与发电

发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源与发电第一节能源和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发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电第一节能源与电能一、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——物质、能量和信息是构成客观世界的三大基础。

宇宙间一切运动着的物体都有能量的存在和转换。

能量是物质的一种形态，既不能创造，也不能消灭，

只能从一种形态转换到另一种形态，并且能量转换必

然遵守能量守恒定律。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电能量的形式（1）机械能（2）热能（3）化学能（4）辐射能（5）核能（6）电能发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电二、能源含义和能源分类——能源，顾名思义是能量的来源或源泉，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已经加工或转换的能量来源——尚未开发的自然资源称为能源资源。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电能源的分类1.按获得的方法分为一次能源和二次能源

（1）一次能源，指自然界中现成存在，可直接取得和利用而不改变其基本形态的能源。例如煤、石油、天然气、水能、风能等。（2）二次能源，指由一次能源经加工转换成的另一种形态的能源。如电力、蒸汽、煤气、焦炭、汽油等，它们使用方便，易于利用，是高品质的能源。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电2.按被利用的程度分为常规能源和新能源（1）常规能源，指在一定的历史时期和科学水平下，已经被人们广泛利用的能源。例如煤、石油、天然气、水能等（2）新能源，指许多古老的能源，采用先进的方法加以广泛利用，以及用新发展的技术开发的能源。例如太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能、氢能等。核能通常也被看作新能源，因此从被利用程度看还远不能和已有的常规能源相比，此外，核能利用技术非常复杂，可控核聚变反应至今还未实现，这也是将核能视为新能源的主要原因之一。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电3.按是否再生分为可再生能源和非再生能源（1）可再生能源，指自然界中可以不断再生并规律地得到补充的能源例如水能、风能、太阳能、海洋能等。（2）非再生能源，指随人类的利用而越来越少，总有枯竭之时的能量例如煤、石油、天然气、核燃料等。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电4.

按能源本身的性质分为含能体能源和过程性能源（1）含能体能源，指可以直接储存的能源例如煤、石油、天然气、核燃料、地热、氢能等（2）过程性能源，指无法直接储存的能源例如水能、风能、海洋能、电能等。为了储存流水的能量就要修筑拦水大坝；为了储存电能，就要建立抽水蓄能电站或利用蓄电池将其转换为其他形式的能量形态。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电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，指对环境无污染或污染很少的能源

如太阳能、水能、海洋能等。——非清洁能源，指对环境污染较大的能源如煤、石油等。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电三、能源资源能源资源是指蕴藏于自然界中的各种能源。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。我国煤炭资源存储量交丰富，而且质量优良，分布面广，品种也很齐全。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电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。我国的河流很多，水系庞大而复杂，流量大，落差大，蕴藏着非常丰富的水能资源，开发条件优越，技术经济指标良好。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电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。天然气是存于地下岩石储集层以碳氢化合物为主体的混合气体的统称，包括油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气等。地球上的铀储量有限，已探明的仅500万吨，其中有经济开发价值的仅占一半。我国的铀储量可供4000万KW核电厂运行30年。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电四、电能电能是由一次能源经加工转换成的能源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）无气体和噪声污染发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电五、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》潮汐能发电厂等。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电第二节火力发电厂火力发电厂简称火电厂，是利用煤、石油或天然气作为燃料生产电能的工厂。其能量的转换过程是：燃料的化学能——热能——机械能——电能。一、火电厂的分类（1）按燃料分：燃煤发电厂、燃油发电厂、燃气发电厂、余热发电厂，还有利用垃圾及工业废料作为燃料的发电厂。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电（2）按蒸汽的压力和温度分：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（3）按原动机分：凝气式汽轮机发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂、蒸汽-燃气轮机发电厂等。（4）按输出能源分：凝气式发电厂，即只向外供应电能的发电厂，其效率较低，只有30-40%；热电厂，即同时向外供应电能和热能的发电厂，其效率较高，可达60-70%发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电（5）按发电厂的总装机容量的多少分：小容量发电厂，其装机总容量在100MW以下的发电厂；中容量发电厂，其装机总容量在100-250MW范围内的发电厂；大中容量发电厂，其装机容量在250-1000MW范围内的发电厂；大容量发电厂，其装机总容量在1000MW及以上的发电厂。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电二、火电厂的电能生产过程火电厂的生产过程概括的说就是把煤中含有的化学能转变成电能的过程。整个生产过程可分为三个系统：①燃烧系统②汽水系统③电气系统

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。石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分第一章能源和发电

1、燃烧系统

(1)运煤系统

(2)磨煤系统

(3)燃烧系统

(4)风烟系统

(5)灰渣系统石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电（1）运煤系统：火电厂的用煤量很大，装机容量4×30万kW的发电厂，煤耗率按360g/kW·h计，每天需用标准煤10368吨。（2）磨煤系统：

煤经初步筛选处理，用输煤皮带送到锅炉间的原煤仓；煤从原煤仓落入煤斗，由给煤机送入磨煤机磨成煤粉，再经空气预热器来的一次风烘干并带至粗粉分离器；在粗粉分离器中将不合格的粗粉分离返回磨煤机再行磨制，合格的细煤粉被一次风带入旋风分离器，使煤粉与空气分离后进入煤粉仓。（3）燃烧系统：煤粉由给粉机送入一次风管，同时由旋风分离器送来的气体，由排粉风机将进入一次风管的煤粉经喷燃器喷入锅炉炉膛内燃烧。炉膛内壁有彼此紧密排列的水冷壁管，炉膛内的高温火焰将水冷壁管内的水加热成汽水混合物上升进入汽包。（4）风烟系统：送风机将冷风送到空气预热器加热，加热后的气体一部分经磨煤机、排粉风机进入炉壁，另一部分经喷燃器外侧套筒直接进入炉膛。炉膛内燃烧形成的高温烟气，沿烟道经过热器、省煤器、空气预热器逐渐降温，再经除尘器除去90%~99%(电除尘器可除去99%)的灰尘，经引风机送入烟囱，排向大气。（5）灰渣系统：炉膛内煤粉燃烧后生成的小灰粒，经除尘器收集成细灰排入冲灰沟，燃烧中因结焦形成的大块炉渣，下落到锅炉底部的渣斗内，经碎渣机破碎后也排入冲灰沟，再经灰渣泵将细灰和碎炉渣经冲灰管道排往灰场。发电厂电气部分

2、汽水系统

(1)给水系统

汽水系统由锅炉、汽轮机、凝汽器、除氧器、加热器等设备及管道构成，包括给水系统、循环水系统和补充给水系统。(2)补充给水系统

(3)循环水系统石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电（1）给水系统：

由锅炉产生的过热蒸汽沿主蒸汽管道进入汽轮机，冲动汽轮机叶片转动，带动发电机旋转产生电能。做功后的蒸汽，其温度和压力大大降低，最后排入凝汽器并被冷却水(循环水)冷却凝结成水(称为凝结水)。凝结水由凝结水泵打至低压加热器中加热，再经除氧器除氧并继续加热。由除氧器出来的水(叫作锅炉给水)，经给水泵升压和高压加热器加热，最后送入锅炉汽包。（2）循环水系统：

为了将汽轮机中做过功后排入凝汽器中的乏汽冷却成水，需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。（3）补充给水系统：在汽水循环过程中难免有汽、水泄漏，为维持汽水循环的正常进行，必须不断地补充经过化学处理的软化水，这些补充给水一般补入除氧器或凝汽器中。发电厂电气部分第一章能源和发电

3、电气系统

电气系统包括：发电机、励磁装置、厂用电系统和升压变电站等。发电机端电压和电流随着容量的不同而各不相同，额定电压一般在10~20kV之间，而额定电流可达20kA及以上。发电机发出的电能，其中一部分(约占发电量的4%~8%)，由厂用变压器降低电压后，经厂用配电装置由电缆供给水泵、送风机、磨煤机等各种辅机和电厂照明等用电，称为厂用电(或自用电)；其余大部分电能，由主变压器升压后，经高压配电装置、输电线路送入电力系统。石大胜利学院第一章能源和发电占8%左右发电厂电气部分第一章能源和发电

三、火力发电厂的特点

(1)火电厂布局灵活，装机容量的大小可按需要决定

(2)火电厂的一次性建造投资少，仅为同容量水电厂的一半左右。火电厂建造工期短，2×300MW机组，工期为3~4年。发电设备年利用小时数较高，约为水电厂的1.5倍左右。

(3)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，其单位电量发电成本比水电厂要高出3~4倍。

(4)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。

(5)大型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乃至几十小时，并附加耗用大量燃料。一台12万kW发电机组启停一次耗煤可达84吨之多。

(6)火电厂一般不担负调峰、调频或事故备用。

(7)火电厂对空气和环境的污染大。石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电第三节水力发电厂

水力发电厂是把水的位能和动能转换成电能的工厂。

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。一、水电厂的分类

1、按集中落差的方式分类：堤坝式水电厂、引水式水电厂、混合式水电厂发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电（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)混合式水电厂发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电2、按径流调节的程度分类：(1)无调节水电厂

河川径流在时间上的分布往往与水电厂的用水要求不相一致。不能对径流进行调节，称为无调节水电厂或径流式水电厂。出力变化，主要取决于天然来水流量，往往是枯水期出力很小，而洪水期产生弃水。

(2)有调节水电厂日调节水电厂年调节水电厂多年调节水电厂发电厂电气部分第一章能源和发电

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；(2)发电成本低、效率高。(3)运行灵活。易于实现自动化，机组启动快，从静止到带满负荷运行只需4~5min，紧急情况可只用lmin。适应负荷的急剧变化，适合系统调峰、调频和作为事故备用。(4)水能可储蓄和调节。(5)水力发电不污染环境。(6)水电厂建设投资较大，工期较长。(7)受河流的地形、水量及季节气象条件限制，发电量也相应制约，有丰水期和枯水期之别，因而发电不均衡。(8)由于水库兴建，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。石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电

三、抽水蓄能电厂1、工作原理在电网用电低谷时，将系统富裕的电力用来抽水，把大量的水由水库下游打回到水库上游，使电能转换成水的位能存贮起来。当用电高峰期电力供应紧缺时，放水,即被储存的大量水的位能重新转换成电能以供电网。这种类型的水力发电站称为储能电站或蓄能电站。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电

2、抽水蓄能电厂在电力系统中的作用

(1)调峰。能够跟踪负荷的变化，担任系统尖峰负荷。(2)填谷。利用系统富裕电能抽水，使火电机组不必降低出力(或停机)和保持在热效率较高区间运行，节省燃料，并提高系统运行的稳定性。(3)备用。启动灵活、迅速，从停机状态启动至带满负荷仅需1~2min，而由抽水工况转到发电工况也只需3~4min，因此宜于作为电力系统事故备用。(4)调频。当电力系统频率偏离正常值时，能立即调整出力，使频率维持在正常值范围内。(5)调相；（6）黑启动；（7）蓄能发电厂电气部分第一章能源和发电3、我国抽水蓄能电厂建设情况广州一期4×300MW、二期4×300MW；天荒坪（浙江安吉县）6×300MW；桐柏（浙江天台县）4×300MW；泰安（山东泰安市）4×250MW；宜兴（江苏省宜兴市）4×250MW；十三陵（北京）4×200MW；石大胜利学院第一章能源和发电第一章能源和发电发电厂电气部分

位于巴西与巴拉圭之间的界河—巴拉那河(世界第五大河)上，是目前世界最大的水电站，由巴西与巴拉圭共建，发电机组和发电量由两国均分。目前共有18台发电机组（每台70万千瓦），总装机容量1260万千瓦，年发电量790亿度。

伊泰普水电站于1974年10月17日动工修建，1991年5月6日竣工，历时17载。巴西/伊泰普/巴拉那河/1260万kW

世界大型水电站美国/大古力/哥伦比亚河/1083万KW

委内瑞拉/古里/卡罗尼河/1030万KW

巴西/图库鲁伊/

托坎廷斯河/800万KW

加拿大/拉格兰德二级/拉格兰德河/732.6万KW

俄罗斯/萨扬舒申斯克/叶尼塞河/640万KW

俄罗斯/克拉斯诺雅尔斯克/叶尼塞河/600万KW石大胜利学院第一章能源和发电

三峡工程的建设周期总工期17年第一阶段（1993-1997年）为施工准备及一期工程第二阶段（1998-2003年）为二期工程第三阶段（2004-2009年）为三期工程发电厂电气部分第一章能源和发电石大胜利学院第一章能源和发电

三峡工程的主要建筑物

大坝:混凝土重力坝，坝轴线全长2309.47米，最大坝高181.00米；泄洪坝段设有23个泄洪深孔，22个泄洪表孔。电站共安装32台单机容量为700MW的水轮发电机组，总装机容量22400MW；通航建筑物包括双线连续梯级五级船闸和过船能力，为3000吨级船舶的垂直升船机。发电厂电气部分第一章能源和发电石大胜利学院第一章能源和发电第四节核能发电厂核能指原子核能，又称原子能。是原子结构发生变化时放出的能量。目前，从实用来讲，核能指的是一些重金属元素铀、钚的原子核发生分裂反应（又称裂变）或轻元素氘、氚的原子核发生聚合反应（又称聚变）时，所放出的巨大能量，前者称为裂变能，后者称为聚变能。目前实用的核能主要是裂变能。通常所说的核能是指可控核裂变链式反应产生的能量。核能发电的核心装置是核反应堆。核能发电厂简称核电厂,是利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的发电方式，将热能转换为机械能,再转换为电能,核反应堆相当于火电厂锅炉。石大胜利学院发电厂电气部分第一章能源和发电发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电二、核电站的分类：自从核电站问世以来在工业上成熟的发电堆主要有以下四种（1）轻水堆：它是用轻水作为慢化剂和冷却剂，是目前核电站使用最多的堆型，可以分为压水堆核电厂和沸水堆核电厂（2）重水堆（3）石墨气冷堆（4）快中子增殖反应堆石大胜利学院第一章能源和发电发电厂电气部分压水堆核电厂的示意图二次回路系统一次回路系统三、核电厂的运行（1）一回路系统及其辅助系统的运行和控制有一定的复杂性。（2）电厂的运行和维修带来了一定的困难。（3）在任何事故工况下，保证对反应堆进行冷却（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）与火电厂相比，核电厂的建设费用高，但燃料所占费用较为便宜石大胜利学院发电厂电气部分第一章能源和发电第一章能源和发电发电厂电气部分核电站的安全防护和三废处理一、核电站的安全防护系统二、核电站的三废处理三、核电站的“乏”燃料处理

石大胜利学院第一章能源和发电世界核电发展情况

1954年，前苏联建成了世界上第一座原子能发电站。英国和美国分别于1956年和1959年建成原子能发电站。截止到2004.9.28，世界上31个国家，有439座原子能反应堆在运行，总容量为3.646亿千瓦。法国建成59座，原子能发电量占其整个发电量的78%；日本建成54座，原子能发电量占其整个发电量的25%；美国建成104座，原子能发电量占其整个发电量的20%；俄罗斯建成29座，原子能发电量占其整个发电量15%。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电我国核电建设情况秦山核电基地秦山一期是我国自行设计、建造和运营管理的第一座30万千瓦压水堆核电站，位于浙江省海盐县。1985年3月20日开工，1991年12月15日并网发电。使我国成为继美、英、法、前苏联、加拿大、瑞典之后世界上第7个能够自行设计、建造核电站的国家。

秦山二期装设2台65万千瓦压水堆机组。

2台机组先后于1996年6月2日、1997年3月23日开工，经过近8年建设，分别于2002年4月15日、2004年5月3日投入商业运行。

秦山二期扩建工程

于2006年一季度开工，预计2011年前后，3、4号机组将先后投入商业运行。届时，秦山二期核电站的装机容量将达到260万千瓦。发电厂电气部分石大胜利学院第一章能源和发电

秦山三期

是我国首座商用重水堆核电站，电站采用加拿大重水堆核电技术，建造2台700兆瓦核电机组。

1998年6月8日开工，2003年7月24日，比合同工期提前了112天全面建成投产。

大亚湾核电基地是我国第一座百万千瓦级大型商用核电站，拥有2台98.4万千瓦的压水堆核电机组。

1987年8月主体工程开工，1994年5月建成投入运行。

岭澳核电基地

一期拥有2台99万千瓦的压水堆核电机组。

1997年5月开工，2003年1月建成投入商业运行