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1、1,第一章 发电厂概述,本章导学: 电力工业是国民经济的一项基础工业和国民经济发展的先行产业，是一个庞大而复杂的系统工程。 电能易于传输、转换与控制，在人类社会中被广泛地、大量地采用。生产、生活离不开电能。停电会造成减产和人民生活的极大不便，大面积的停电就是灾难，在世界各地相继发生的电力系统大停电事故证明了此点。 发电厂是将一次能源转换成电能的工厂。 我国电力工业的现状,2,1.1 能源开发与利用 1.2 水力发电 1.3 火力发电 1.4 风力发电 1.5 太阳能发电 1.6 其他新能源发电 重点：水力和火力发电厂的生产原理与过程,3,第一节 能源开发与利用,一、能源资源 能源资源是指为人类
2、提供能量的天然物质。包括煤、石油、天然气、太阳能等。 目前人们能利用的能源仍以煤炭、石油、天然气为主，在世界一次能源消费结构中，这三者的总和约占93%左右。 能源按其来源可以分为四类： 第一类：太阳能。 第二类：以热能形式储藏于地球内部的地热能。 第三类：是地球上的铀、钍等核裂变资源和氘、氚、锂等核聚变资源。 第四类：是月球、太阳等星体对地球的引力。（潮汐）,4,表1-1 能源分类,凡从自然界可直接取得而不改变其基本形态的能源称为一次能源。由一次能源经过加工或转换成另一种形态的能源称为二次能源。,5,二、资源的有效利用 从人类发展的历史过程来考察，人类生产和生活始终面临着一个无法避免的和不可改
3、变的事实，即资源稀缺。 如何实现资源的有效配置，是研究的核心问题。 我国坚持能源开发与节约并重，并在当前把节能、节电放在首位。,6,我国能源利用概况,7,8,9,我国的电力现状,2010年9月20日，国家能源局和中电联在人民大会堂共同为中广核集团岭澳核电站二期工程1号机组成为我国电力装机容量突破9亿千瓦标志性机组授牌，标志着我国电力工业特别是非化石能源发电上了一个新台阶。 对比2002年底的3.57亿千瓦，电力体制改革8年来，我国电力工业取得了举世瞩目的成就，有力地支撑了国民经济快速健康发展对电力的需求。但要清醒看到，成绩的背后还存在诸多问题，科学发展仍然任重道远。,10,电源结构不断优化,电
4、源结构加快调整，火电机组向大容量、高参数、环保型发展。 30万千瓦及以上机组占全部火电机组的比重已从2000年的38.86%提高到2009年底的69.43%。 截至目前，我国水电装机超过2亿千瓦，占总装机容量的22.5%，是世界上水电装机规模最大的国家。核电装机已经突破千万千瓦，列世界第九位； 截至目前，核电在建施工规模约2640万千瓦，居世界第一位。风电装机容量实现连续四年翻番，截至2010年8月底，已接近2300万千瓦，列世界第二位。,11,电网建设明显加强,全国35kv及以上输电线路长度增长69%，先后建成了750kv、1000kv特高压、正负800kv直流输电线路。 2009年底全国2
5、20kv及以上输电线路回路长度达39.94万公里，电网规模已超过美国，列世界首位。特别是晋东南南阳荆门1000kv特高压交流试验示范工程正式投产，800kv向家坝-上海特高压直流示范工程投入运行，800kv云南-广东特高压直流工程投产运行，使我国直流、 交流最高电压等级分别由500kv和750kv提高到800kv和1000kv，远距离大容量输电能力增强，为全国资源优化配置提供了更高等级的网络平台。 今年7月青藏联网工程全线开工以及新疆与西北电网联网工程拟于11月投运，标志着我国深入实施西部大开发战略、加强西部地区电网基础设施建设，加大“西电东送”通道规模又迈出重要的一步。,12,科技水平显著提
6、高,特高压输电技术取得重大突破，并实际应用。直流输电、灵活交流输电技术达到国际先进水平，超超临界机组、大型风冷、循环流化床、大型脱硫脱硝等先进技术进一步推广，核电技术的装备自主化不断实现重大突破，随着岭澳核电站二期1号机组建成投产，我国将全面掌握二代改进型百万千瓦级核电站技术，基本形成自主品牌的核电站设计自主化和设备制造国产化能力。电力装备制造业的国产化率也大幅提升。,13,新能源发电迅猛发展,我国风电装机连续四年成倍增长，2009年风电、生物质发电装机分别达到1760万千瓦和109万千瓦。截至2009年底，包括水电、核电以及风电、生物质发电等新能源在内的清洁能源装机容量共计2.24亿千瓦，占
7、总装机的25.4%。,14,绿色发展能力增强,采用先进适用技术加大污染防治，绿色发展能力显著增强。2009年我国平均供电煤耗达到340克千瓦时，全国电网线损率6.72%，煤电机组供电煤耗达到世界先进水平。2009年电力二氧化硫排放948万吨，提前超额完成国家“十一五”规划的年排放量1000万吨以内的目标要求，电力工业绿色发展能力逐步增强。,15,第二节 水力发电,水电站是将水能转变成电能的工厂，其能量转换的基本过程是： 按利用能源的种类，水电站分为： （1）常规水电站，按集中落差的方法分为：堤坝式、引水式和混合式； （2）调节电力系统峰谷负荷的抽水蓄能式水电站； （3）利用海洋水流的机械能进行
8、发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。,16,一、坝式水电站 在河道上拦河筑坝抬高上游水位，集中发电水头，利 用水库调节流量生产电能。 按水电站厂房与坝的相对位置，分为河床式和坝后式。 河床式： 如葛洲坝水电站 坝后式：我国水电站采用最多的一种，如三峡水电站。,17,河床式水电站示意图,18,引水式水电站示意图,二、引水式水电站 河流多弯曲或河道坡降较陡，修筑较短的引水明渠或隧道集中水头，用引水管把水引入河段下游的水电站。还可以利用相邻两条河流的高程差，进行跨河流引水发电。 引水式电厂的引水系统,19,三、混合式水电站 混合式水电站：建坝集中部分水头又用引水系统，共同集中水头，具有
9、坝式和引水式两方面的特点。 梯级水电站：为合理地分段开发利用水能。在河段上建若干水电站，一个接一个，采用不同的类型。 四、抽水蓄能式水电站 特殊形式的水电站。电力系统内负荷处于低谷时，利用网内富余的电能，采用机组为电动机运行方式，将低水池的水抽送到高水池，能量蓄存在高水池中。在电力系统高峰负荷时，机组改为发电机运行方式，将高水池的水能用来发电 抽水蓄能电站既是电源又是负荷，是系统内唯一的削峰填谷电源，具有调频、调相、负荷备用、事故备用的功能。,20,抽水蓄能式水电站（蓄能）,抽水蓄能式水电站（发电）,21,五、水电站的主要动力设备 主要由挡水建筑物、泄水建筑物、排沙设施、发电引水系统、发电系统
10、以及其他引水设施和过坝设施等组成。 主要动力设备水轮机。能转换成旋转机械能的水力原动机。 按照水流作用于水轮机转轮时的能量转换方式： 冲击式水轮机：仅利用水流的动能转换为机械能的水轮机。 反击式水轮机：同时利用水流的压能、动能转换成机械能的水轮机，是应用最广泛的一种水轮机。,22,1、冲击式水轮机 根据水流冲击转轮的部位和方向，分为水斗式、斜击式和 双击式。后两种效率低、适用水头较小的小型水电站。 水斗式水轮机，是冲击式水轮机中应用最广泛的机型，有 转轮、喷嘴、喷针、折向器、主轴和机壳。,图 水斗式水轮机 1转轮；2喷嘴；3转轮室；4机壳；5调节手轮；6针阀,23,2、反击式水轮机 有混流式、
11、斜流式、轴流式、贯流式，构造上有相同特点，主要由水轮机室、导水机构、转轮和泄水机构四大部分组成。 （1）水轮机室 引水机构，形状像一个大的蜗牛壳，常称蜗壳，将引水管来的水流沿圆周方向均匀导向转轮。,蜗壳外形,24,（2）导水机构 使水流沿着有利的方向进入水轮机的转轮，并依靠调整导叶的开度改变水流流道断面，调节进入转轮的流量，从而改变水轮机的输出功率。导水机构关闭导叶，可使水轮机停止运行。 （3）转轮 是实现能量转换的核心部件，浸没在水流中。 从导叶出来的旋转水流进入转轮，经扭曲的转轮叶片组成的流道改变方向后流出转轮体，转轮叶片正反面形成压力差，水流对叶片产生反作用力，在轮周方向的分力推动叶片旋
12、转，将水流的压力能转换成转轮旋转的机械能。,25,（4）尾水管 水流流过水轮机的最后部件，连接转轮与下游水面的泄水机构，也称吸出管。由于转轮出口的水流还有剩余动能未被利用，尾水管的作用就是回收部分动能提高水轮机的效率，并将水排至下游。,尾水管示意图,26,六、水力发电的特点 （1）水能是可再生能源，发过电的天然水流本身并没有损耗，一般也不会造成水体污染，仍可为下游用水部门利用。 （2）水力发电是清洁的电力生产，不排放有害气体、烟尘和灰渣，没有核废料。 （3）发电效率高，常规水电厂的发电效率在80%以上。 （4）可同时完成一次能源开发和二次能源转换。 （5）生产成本低廉。无需购买、运输和贮存燃料
13、；所需运行人员较少、劳动生产率较高；管理和运行简便，运行可靠性较高。 （6）水力发电机组起停灵活，输出功率增减快、可变幅度大，是电力系统理想的调峰、调频和事故备用电源。,27,（7）开发投资大，工期长。如三峡工程，1994年12月开工，计划2009年竣工，总概算为900亿人民币。 （8）受河川天然径流丰枯变化的影响。 （9）水电站的水库可以综合利用，承担防洪、灌溉、航运、城乡生活和工矿生产用水、养殖、旅游等任务。获得最优的综合经济效益和社会效益。 （10）较大水库的水电站，淹没损失较大，对生态环境有一定影响。 （11）水能资源在地理上分布不均，建坝条件较好和水库淹没损失较少的大型水电站站址往往
14、位于远离用电中心的偏僻地区，施工条件较困难并需要建设较长的输电线路，增加了造价和输电损失。,28,美国大古力水电厂,29,葛洲坝水电厂,30,龙羊峡水电厂,31,三峡水电厂,32,33,三峡工程简介,三峡工程位于长江西陵峡中段，湖北宜昌三斗坪，距宜昌约45km 三峡坝顶高程 185m，初期蓄水位 139m，正常蓄水位175m，坝顶全长1983m； 三峡左岸电站2003年首批6台机组发电， 2004年又有4台机组发电，计划2012年全部建成投产； 三峡工程是世界最大规模的水电枢纽工程，也是治理长江的关键工程，具有防洪、发电、航运、灌溉等综合效益；,34,三峡电站分为左岸电站，右岸电站及右岸地下电
15、站等个独立电站； 左岸电站装机14台，右岸电站装机12台，计划地下电站装机 6 台（预留扩建）； 单机容量 700/756 MW，总装机容量（只计地上电站）18.2/19.656 GW；初期139m水位是单机发电功率500MW 供电范围：华东、广东、华中（含重庆以及通过华中电网向华北电网送电） ； 三峡电站年发电量 84.7/91.5 TWh （只计地上电站）；,35,36,第三节 火力发电,用煤、石油、天然气或其他燃料化学能生产电能的工厂。 我国电源以火电为主，至2004年底，火电装机容量为 32490万kW,占发电装机总容量的 73.7 %。 按使用燃料分为燃煤、燃油和燃气等。燃煤火电厂是
16、我国目前电能生产的主要方式。 一、火电厂生产过程 按照原动机不同可分为汽轮机电厂、燃气轮机电厂、蒸汽燃气轮机联合循环电厂。 能量转换,37,蒸汽动力发电厂原理图 1锅炉；2汽轮机；3发电机；4凝汽器； 5凝结水泵；6回热加热器；7给水泵,锅炉将燃料的化学能转化为蒸汽热能。 汽轮机将蒸汽热能转化为机械能。 发电机将机械能转化为电能。 锅炉、汽轮机、发电机是常规火力发电厂的三大主机。 燃煤电厂的生产过程,38,我国大部分火电厂为凝汽式发电厂：燃烧系统（以锅炉为核心）、汽水系统（主要由各类泵、给水加热器、凝汽器、管道、水冷壁等组成）、电气系统（以汽轮发电机、主变压器等为主）、控制系统等组成。,锅炉,凝汽器,发电机,汽轮机,变压器,输电线路,39,火电厂的发电热效率,指发出的电量与燃烧供给的热量之比，或为循环效率的基础上再考虑各设备的效率。通常用发电煤耗率（发电标准煤耗）作为衡量个机组经济性的通用指标。 发电煤耗率指每发1kW.h电需要消耗多少千克标准煤。目前，国内大机组（3
