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1、1,供用电网络及变电所设备,主 讲： 张晓琴、严殊 E_mail： ,2,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。根据一次能源的种类不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、核电厂及风力发电厂、地热电厂、潮汐电厂、太阳能电厂等等。,3,我国电力工业的现状目前我国电力发展的方针仍然是以火力发电为主，
2、大力和优先发展水电，积极稳步发展核电，努力开发其他可再生能源发电的实用技术，以保证我国电力工业的可持续发展。 装机容量为世界第二位，仅次于美国。2009年将全部建成三峡水电站。三峡电站安装26台700MW水轮发电机组，预留增加6台700MW机组的可能性，为世界上最大的电站。西电东送，南北互供，逐步实现全国联网的格局。能源主要集中于西部地区，负荷主要集中在东部地区。本章教学内容:能源开发与有效利用；水力和火力发电厂的生产原理与过程；风力和太阳能发电、以及其他新能源的发电的原理。,4,1.1 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
3、源发电 重点：水力和火力发电厂的生产原理与过程难点：水力、火力、风力和太阳能电厂的生产过程与原理,5,第一节 能源开发与利用,一、能源资源能源资源是指为人类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）,6,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
4、过加工或转换成另一种形态的能源称为二次能源。,7,二、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。,8,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发电的水电站，即潮汐电站、波浪能电站、海流能电站。,9,一、坝式水电站 在河道上拦河筑
5、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。,10,河床式水电站示意图,11,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,12,三、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，
6、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。,13,抽水蓄能式水电站（蓄能）,抽水蓄能式水电站（发电）,14,五、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
7、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。,15,1、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,16,2、反击式水轮机有混流式、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
8、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,17,（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转，将水流的压力能转换成转轮旋转的机械能。,18,（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
9、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,19,六、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；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
10、的调峰、调频和事故备用电源。,20,（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。,21,第三节 火力发电,用煤、石油、天然气或其他燃料化学
11、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,22,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,23,我国大部分火电厂为凝汽式发电厂：燃
12、烧系统、汽水系统、电气系统,锅炉,凝汽器,发电机,汽轮机,变压器,输电线路,24,二、锅炉火力发电厂的主要热力设备之一，作用：燃料在炉膛内 燃烧将其化学能转变为烟气热能；烟气热能加热给水，水经 过预热、汽化、过热三个阶段成为具有一定压力、温度的过 热蒸汽。锅炉由锅炉本体和辅助设备两大部分组成。 （1）锅炉本体实际上就是一个庞大的热交换器，由“锅” （汽水系统）和“炉”（燃烧系统）两部分。 （2）锅炉的辅助设备主要包括供给空气的送风机、排除 烟气的引风机、煤粉制备系统以及除渣、除尘设备等。,25,2、锅本体（1）省煤器（2）汽包（3）下降管（4）水冷壁（5）过热器（6）再热器 3、炉本体（1）炉
13、膛（2）燃烧器（3）空气预热器,26,三、汽轮机 1、工作原理 将蒸汽热能转换成机械能的高速旋转设备，具有功率 大、效率高、结构简单、运行平稳的优点，是火电厂及核电 厂中采用的原动机。 汽轮机利用工质的动能做功，即利用具有一定速度的工 质冲动其转动部分 ，从而输出机械功。 2、组成及其工作过程 本体由静止部分、转动部分、主汽门、调节汽门等成。 辅助设备主要包括凝汽设备、回热加热设备、调节保安装 置、供油系统等。 本体及其辅助设备由管道和阀门连成一个整体，称为汽 轮机设备。汽轮机和发电机的组合称为汽轮发电机组。,27,汽轮机设备组合示意图1主汽门；2调节阀；3汽轮机；4凝汽器；5抽汽器；6循环水
14、泵；7水泵凝结；8低压加热器；9除氧器；10给水泵；11高压加热器；12供油系统；13调节装置；14保护装置,28,3、汽轮机本体主要结构静子主要包括汽缸、喷嘴、隔板、汽封、轴承等；转子主要包括主轴、叶轮、动叶、联轴器等。 四、汽轮机的调节与保护系统 1、汽轮机的调节系统根据用电负荷的大小自动改变进汽量，调整汽轮机的输出 功率以满足用户数量上的需求；控制转速在额定范围以保证供 电质量。 2、汽轮机是保护装置 为保证汽轮发电机组的安全运行，在事故或异常情况下及 时切断汽源（关闭高中压主汽门和调节汽门），系统主要由超 速（110%114%额定转速）保护和参数超限保护组成。,29,火电厂外景,锅炉外
15、观全景,30,汽轮机及发电机外观,主变压器侧面,31,凉水塔,送风机及静电除尘装置,32,第四节 风力发电,风能指流动的空气所具有的能量，是由太阳能转化而来的。是一种干净的自然能源、可再生能源，同时风能的储量十分丰富。据估算，全球大气中总的风能量约为1017kW，其中可被开发利用的风能约为21010kW，比世界上可利用的水能大10倍。 一、风力发电机能量转换过程为：空气动能旋转机械能电能，发电设备的关键在于将截获的流动空气所具有的动能转化为机械能的装置即风力机。,33,风力机形式多种多样，可分为两类：水平轴式，风轮转轴与风向平行；垂直轴式，风轮转轴垂直于风向或地面。目前应用广泛的是水平轴风力机
16、，它须有对风装置，随风向改变转动又有很高的塔架；而垂直轴风力机无须对风装置，可不要塔架。,34,二、风力发电的运行方式风力发电机组由风力机和发电机及其控制系统所组成，其中风力机完成风能到机械能的转换，发电机及其控制系统完成机械能到电能的转换。运行方式通常可分为独立运行和并网运行。 1、独立运行发电机组的独立运行是指机组生产的电能直接供给相对固定的用户的一种运行方式。独立运行的风力发电机输出的电能经蓄电池蓄能，再供应用户使用。 为了实现不间断的供电，风力发电系统可与其他动力源联合使用，互为补充，如风力柴油发电系统联合运行，风力太阳能电池发电联合运行。,35,独立运行的风力发电系统,36,2、并网运行风力发电机与电网连接，向电网输送电能的运行方式，是克服风的随机性而带来的蓄能问题的最稳妥易行的运行方式，节约矿物燃料。10kW以上直至兆瓦级的风力发电机皆可采用这种运行方式。在风能资源良好的地区，将几十、几百台或几千台单机容量从数十千瓦、数百千瓦直至兆瓦级以上的风力发电机组按一定的阵列布局方式成群安装而组成的风力发电机群体，称为风力发电场，简称风电场。风力发电场属于大规模利用风能的方式，其发出的电能全部经变电设备送往大电网。,
