节能原理与技术 第四章电能

第四章电能电能是与电荷流动与聚集有关的一种能量，它是由其他一次能源转换而来的二次能源，由于电能输送、控制、转换和使用都非常方便，又不污染环境，因此是一种非常优质的二次能源。国民经济电气化的重要意义20世纪划时代的进步标志就是电能在社会生产和人民生活中的普遍应用。电气化是实现工业自动化和农业现代化的基础用电能替代其他能源可大大降低单位产值的能耗，节约能源电气化为迅速提高现代社会的生活水平及文明程度奠定了物质基础。发展电能是新能源的广泛应用和建立可持续发展能源系统的必然结果。电能与国民经济的关系以电能替代非电能源是一个不可逆转的发展趋势。由于电能的重要性，因此其作为提供电力的电力工业必须优先发展，其发展速度要高于国民经济的部门。在能源构成中，电能消耗的指数通常标志着一个国家的发达程度和工业化水平。电能的特点发电、传输、用电都同时发生，由于目前尚不能大规模地储存电能，因此电能生产过程中的发电、供电、配电必须紧密配合，具有不间断连续工作的功能，用户在每一个瞬间需要电，就能供多少电。电能的生产发电机：机械能-电能。燃料电池：化学能-电能太阳能电池：辐射能-电能核电池：核能-电能磁流体发电、热电偶温差发电：热能-电能机械能转换成电能将机械能转换成电能是目前获得电能的主要手段，驱动同步电动机的动力机械有蒸汽轮机、燃气轮机、内燃机、水轮机、风力机等。它们的转换效率从小发电机的50%到大型交流发电机的90%以上。电能的输送与分配为了把发电厂发出的电能安全可靠地送到用户，并使得输送到损耗减至最小，必须有专门的输电系统（电力网）。由发电厂、电力网和电力用户所组成的大系统称为电力系统。采用大机组发电，建设大电网，提高输电电压成为电力工业发展的趋势。电能的输送升压和降压变压器我国电能输送存在的问题电压等级偏低，电压层次过多，造成重复容量多，线路长、线损高，事故多，调度不灵。输电方式单一，缺乏超高压直流输电。电网容量小，联网发展缓慢，影响了电网整体效益的发挥。变配电设备陈旧老化，难以适应电力输送发展的需要。电能的储存蓄电池发展方向：廉价、高效、能大规模储能。静电场和感应电场（1）电容器在直流电路中广泛用作储能装置，在交流电路中则用于提高电力系统或负荷的功率因数，调整电压；（2）高电压技术、高能核物理、激光技术、地震勘探等方面采用的直流高压电容器；（3）超导磁铁蓄能。蓄电池作为电能储存系统燃料电池储能世界电力工业的基本情况以工业发达国家为主体的经济合作与发展组织的29个成员国发电量与终端消费量接近世界发电总量的2/3。由于化石燃料对环境的污染，世界各国都日益重视水电、核能和其他可再生能源，如地热、太阳能、风能、生物质能的发电。发达国家对非化石燃料的开发程度远远高于中国和发展中的国家。世界发电量年增长率趋缓，发展中国家仍然维持着较高的电力增长速度；电力技术的发展向效率、环保的更高目标迈进；电力管理体制和经营方式发生变革，由垄断经营逐步转向市场开放。2007年美国电力生产构成在美国电力生产中天然气发电量占美国发电总量的21.5％，煤电占发电总量的48.6％，核电占发电总量的19.4％，水电发电量占发电总量的6.0％，石油发电量占发电总量的1.6％，其他为3.0％。中国电力工业1882年中国第一台发电机组在上海安装发电，从此诞生了中国的电力工业。经过50多年的努力，从1996年起，全国发电装机容量和发电量均一直稳居世界第二位。1990年底，中国发电装机容量仅为美国发电装机容量的20.3%；至2007年底，中国发电装机容量已达到美国的68%左右，差距大大缩小。截至2007年底，中国的发电装机容量已大致相当于世界前10位电力大国中的日本、德国、加拿大、法国和英国5个国家的发电装机容量的总和。中国在年投产发电装机容量和发展速度上，均创造了世界电力发展史上难以逾越的新纪录。中国近年来电力的发展（一）在不到５年的时间，中国电力装机连续实现４亿千瓦、５亿千瓦、６亿千瓦、７亿千瓦四次大的标志性跨越。２００７年底，中国发电装机规模已达７．１８亿千瓦——这个数字是１９７８年的１２．６倍。１９７８年，全国３５千伏及以上输电线路回路长度仅为２３．０５万千米，到２００７年底，已达１１０．６３万千米；除西藏、新疆、海南及台湾外，全国性的互联电网已初步形成。2007年，我国发电能力快速提升，2007年全国基建新增的发电装机容量10009万千瓦，其中水电1306.5万千瓦，火电8158.35万千瓦，风电296.17万千瓦。其中火电新增生产能力占全部新增生产能力的81.5%。电力工业在不断优化火电结构的同时，也加快了水电、核电、气电、风电和可再生能源发电等清洁能源发电的建设步伐，使水电、核电、气电、风电和其他能源发电方式的装机容量比例逐步增加，实现了电力工业的可持续发展。

中国近年来电力的发展（二）中国近年来电力的发展（二）2007年，水电的比重虽然绝对值在增加，但是比重在下降，下降到20.4%。核电有所增长，1.2%。风电也有所增长，0.8%。火电占了77.6%，这个比重不仅没有下降，而且还在增加。水电的发展当前，开发西部水电，“西电东送”三大通道建设的快速发展和电力输送容量的迅速增加，已成为“西部大开发”战略的重要内容和支撑；2004年，全国水电装机容量突破1亿千瓦，2007年底达到1.48亿千瓦，跃居世界首位；一批大型水电建设项目开工建设，将在2010年至“十二五”期间(2011年至2015年)进入新的投产高峰期，发电结构将进一步优化。核电的发展核电建设政策已从“适度发展”调整为“积极发展”，并确立了核电发展技术路线。截至2007年底，全国核电装机容量达885万千瓦，一批核电项目相继开工建设和进入开工准备阶段，在建规模达1195万千瓦。中国力争到2020年时，核电装机容量占电力总装机容量的比重达到5%以上。可再生能源发电的发展风电、生物质能发电等可再生能源开发提速，截至2007年底，全国风电并网装机总容量达到420万千瓦，最大风电单机容量达2000千瓦，风机国产化率达到85.7%。全国投产和在建秸秆发电装机容量达到120万千瓦。自2005年以来，我国每年的风电新增装机容量连年翻番，今年底我国风电装机容量将突破１０００万千瓦，两年后将突破２０００万千瓦，中国不久将成为最大的风力发电国家。

输变电和电网的发展到2007年底，全国35千伏及以上输电线路回路长度达到110.63万千米，变电设备容量达到24.24亿千伏安，分别是1978年的4.8倍和19.3倍；其中220千伏及以上输电线路回路长度和变电设备容量分别是1978年的14.1倍和48.7倍。全国大部分地区已形成了以500千伏为主（西北地区为330千伏）的电网主网架；750千伏输变电示范工程已投入运行；±800千伏特高压直流输电工程和1000千伏特高压交流输电示范工程的开工建设，标志着中国已进入更高等级输电发展的探索阶段。全国性的互联电网已初步形成。我国电力工业存在的问题电力供应不能适应国民经济的发展人均装机容量和发电量低（2007年我国供电煤耗356克/千瓦时）电源结构不合理电力技术装备水平低，经济性较差电网的建设滞后于电源的建设，供电的自动化低环境污染严重（脱硫比重已经提高到了45%）我国电力发展策略坚持可持续方针大力发展水电，尽快形成几大水电基地。加强电网建设,加快全国联网优化煤电积极发展核电