第一章能源和發電

本章主要敘述能源和電能的基本概念，能源分類，能源資源和電能的特點，火力發電廠、水力發電廠和核能發電廠的電能生產過程及其特點。第一章能源和發電

1-1能源和電能

本節將從能源的形式、能源的分類、能源資源、電能、發電廠五部分來闡述。石大勝利學院

機械能。包括固體和流體的動能、勢能、彈性能及表面張力能等。

熱能。由構成物體的微觀原子及分子振動與運動的動能。

化學能。物質結構能的一種，即原子核外進行化學反應時放出的能量。

輻射能。物質以電磁波形式發射的能量。

核能。蘊藏在原子核內部的粒子間相互作用而釋放的能。

電能。與電子流動和積累有關的能量,通常由電池中化學能轉換而來的，或通過發電機將機械能轉換得到的。

一、能源的形式

二、能源分類1、按獲得的方法分為一次能源和二次能源石大勝利學院由于能源形式多樣，因此有下述不同分類方法。一次能源：自然界中存在，可直接取得和利用而不改變其形態的能源，如煤、石油、天然氣、水能、風能等。

二次能源：指由一次能源經加工轉換成的另一種形態的能源，如電力、蒸汽、煤氣、焦炭、汽油等。石大勝利學院

2、按被利用的程度分為常規能源和新能源

3、按能否再生分為可再生能源和非再生能源

4、按能源本身的性質分為含能體能源和過程性能源

常規能源：在一定歷史時期和科學技術水平下，已經被人們廣泛利用的能源，如煤、石油、天然氣、水能等。

新能源：許多古老的能源，采用先進的方法加以廣泛利用，以及用新發展的技術開發的能源，如太陽能、風能、海洋能、地熱能、生物質能、氫能等。

可再生能源：自然界中可以不斷再生并有規律地得到補充的能源，例如水能、風能、太陽能、海洋能等。

非再生能源：隨人類的利用而越來越少總有枯竭之時的能源，例如煤、石油、天然氣、核燃料等。

含能體能源：可以直接儲存的能源，如煤、石油、天然氣、核燃料、地熱、氫能等。

過程性能源：無法直接儲存的能源，如水能、風能、海洋能、電能等；

三、能源資源

1、煤炭

2、水能資源

3、其他能源

我國水能資源蘊藏量及可開發裝機容量居世界第一位。分布不均勻，西南占67.8%，西北占9.9%，中南占15.5%,華東占3.6%,東北占2%,華北占1.2%。

石油，天然氣，鈾

據我國第二次煤田預測資料，埋深在1000m深度以內的煤炭總資源量達2.67×104億噸，其中大別山—秦嶺—昆侖山一線以北地區資源量為2.45×104億噸。新疆、內蒙古、山西和陜西等4省區占全國資源總量的81.3%，東北3省占1.6%，華東7省占2.8%，江南9省占1.6%。

四、電能

五、發電廠：將各種一次能源轉變成電能的工廠。

電能特點：便于大規模生產和遠距離輸送；方便轉換和易于控制；損耗小；效率高；無氣體和噪聲污染。

1-2火力發電廠

火力發電廠是利用煤、石油或天然氣作為燃料生產電能的工廠。能量的轉換過程：燃料化學能→熱能→機械能→電能。

一、火電廠的分類

2、按燃料分類

燃煤發電廠；燃油發電廠；燃氣發電廠；余熱發電廠。還有利用垃圾及工業廢料作為燃料的發電廠。

1、按原動機分類凝汽式汽輪機發電廠、燃氣輪機發電廠、內燃機發電廠和蒸汽—燃氣輪機發電廠等。

凝汽式發電廠，只向外供應電能，效率30%~40%；

熱電廠，同時向外供應電能和熱能，效率60%~70%。

3、按蒸汽壓力和溫度分類

4、按輸出能源分類

中低壓發電廠，其蒸氣壓力在3.92MPa，溫度在450℃的發電廠，單機功率小于25MW；高壓發電廠；超高壓發電廠；

亞臨界壓力發電廠；⑤超臨界壓力發電廠；⑥超超臨界壓力發電廠。發電廠電氣部分

1-2火力發電廠

二、火電廠的電能生產過程

①燃料的化學能在鍋爐燃燒中轉變為熱能，加熱鍋爐中的水使之變為蒸汽，稱為燃燒系統；②鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機,沖動汽輪機的轉子旋轉,將熱能轉變為機械能,稱為汽水系統；③由汽輪機轉子旋轉的機械能帶動發電機旋轉，把機械能變為電能，稱為電氣系統。石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電

1、燃燒系統

(1)運煤系統

火電廠的用煤量很大，裝機容量4×30萬kW的發電廠，煤耗率按360g/kW·h計，每天需用標準煤10368噸。

(2)磨煤系統煤經初步篩選處理，用輸煤皮帶送到鍋爐間的原煤倉；煤從原煤倉落入煤斗，由給煤機送入磨煤機磨成煤粉，再經空氣預熱器來的一次風烘干并帶至粗粉分離器；在粗粉分離器中將不合格的粗粉分離返回磨煤機再行磨制，合格的細煤粉被一次風帶入旋風分離器，使煤粉與空氣分離后進入煤粉倉。

(3)燃燒系統

(4)風煙系統煤粉由給粉機送入一次風管，同時由旋風分離器送來的氣體，由排粉風機將進入一次風管的煤粉經噴燃器噴入鍋爐爐膛內燃燒。爐膛內壁有彼此緊密排列的水冷壁管，爐膛內的高溫火焰將水冷壁管內的水加熱成汽水混合物上升進入汽包。送風機將冷風送到空氣預熱器加熱，加熱后的氣體一部分經磨煤機、排粉風機進入爐壁，另一部分經噴燃器外側套筒直接進入爐膛。爐膛內燃燒形成的高溫煙氣，沿煙道經過熱器、省煤器、空氣預熱器逐漸降溫，再經除塵器除去90%~99%(電除塵器可除去99%)的灰塵，經引風機送入煙囪，排向大氣。

(5)灰渣系統爐膛內煤粉燃燒后生成的小灰粒，經除塵器收集成細灰排入沖灰溝，燃燒中因結焦形成的大塊爐渣，下落到鍋爐底部的渣斗內，經碎渣機破碎后也排入沖灰溝，再經灰渣泵將細灰和碎爐渣經沖灰管道排往灰場。石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分

2、汽水系統

(1)給水系統汽水系統由鍋爐、汽輪機、凝汽器、除氧器、加熱器等設備及管道構成，包括給水系統、循環水系統和補充給水系統。由鍋爐產生的過熱蒸汽沿主蒸汽管道進入汽輪機，沖動汽輪機葉片轉動，帶動發電機旋轉產生電能。做功后的蒸汽，其溫度和壓力大大降低，最后排入凝汽器并被冷卻水(循環水)冷卻凝結成水(稱為凝結水)。凝結水由凝結水泵打至低壓加熱器中加熱，再經除氧器除氧并繼續加熱。由除氧器出來的水(叫作鍋爐給水)，經給水泵升壓和高壓加熱器加熱，最后送入鍋爐汽包。(2)補充給水系統

(3)循環水系統在汽水循環過程中難免有汽、水泄漏，為維持汽水循環的正常進行，必須不斷地補充經過化學處理的軟化水，這些補充給水一般補入除氧器或凝汽器中。為了將汽輪機中做過功后排入凝汽器中的乏汽冷卻成水，需由循環水泵從涼水塔抽取大量的冷卻水送入凝汽器，冷卻水吸收乏汽的熱量后再回到涼水塔冷卻。石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電

3、電氣系統電氣系統包括：發電機、勵磁裝置、廠用電系統和升壓變電站等。發電機端電壓和電流隨著容量的不同而各不相同，額定電壓一般在10~20kV之間，而額定電流可達20kA及以上。發電機發出的電能，其中一部分(約占發電量的4%~8%)，由廠用變壓器降低電壓后，經廠用配電裝置由電纜供給水泵、送風機、磨煤機等各種輔機和電廠照明等用電，稱為廠用電(或自用電)；其余大部分電能，由主變壓器升壓后，經高壓配電裝置、輸電線路送入電力系統。石大勝利學院第一章能源和發電占8%左右發電廠電氣部分第一章能源和發電

火電廠的特點

(1)火電廠布局靈活，裝機容量的大小可按需要決定(2)火電廠的一次性建造投資少，僅為同容量水電廠的一半左右。火電廠建造工期短，2×300MW機組，工期為3~4年。發電設備年利用小時數較高，約為水電廠的1.5倍左右。(3)火電廠耗煤量大，目前發電用煤約占全國煤炭總產量的50％左右，加上運煤費用和大量用水，其單位電量發電成本比水電廠要高出3~4倍。(4)火電廠動力設備繁多，發電機組控制操作復雜，廠用電量和運行人員都多于水電廠，運行費用高。(5)大型發電機組由停機到開機并帶滿負荷需要幾小時到十幾小時乃至幾十小時，并附加耗用大量燃料。一臺12萬kW發電機組啟停一次耗煤可達84噸之多。(6)火電廠一般不擔負調峰、調頻或事故備用。(7)火電廠對空氣和環境的污染大。石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電1-3水力發電廠

水力發電廠是把水的位能和動能轉換成電能的工廠。

基本生產過程：從河流較高處或水庫內引水，利用水的壓力或流速沖動水輪機旋轉，將水能轉變成機械能，然后由水輪機帶動發電機旋轉，將機械能轉換成電能。

一、水電廠的分類

1、按集中落差的方式分類

(1)堤壩式水電廠

壩后式水電廠河床式水電廠

(2)引水式水電廠

(3)混合式水電廠

2、按徑流調節的程度分類

(1)無調節水電廠

河川徑流在時間上的分布往往與水電廠的用水要求不相一致。不能對徑流進行調節，稱為無調節水電廠或徑流式水電廠。出力變化，主要取決于天然來水流量，往往是枯水期出力很小，而洪水期產生棄水。

(2)有調節水電廠

日調節水電廠

年調節水電廠

多年調節水電廠石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電

二、水電廠的特點

(1)可綜合利用水能資源。除發電以外，還有防洪、灌溉、航運、供水、養殖及旅游等多方面綜合效益；(2)發電成本低、效率高。(3)運行靈活。易于實現自動化，機組啟動快，從靜止到帶滿負荷運行只需4~5min，緊急情況可只用lmin。適應負荷的急劇變化，適合系統調峰、調頻和作為事故備用。

(4)水能可儲蓄和調節。(5)水力發電不污染環境。(6)水電廠建設投資較大，工期較長。(7)受河流的地形、水量及季節氣象條件限制，發電量也相應制約，有豐水期和枯水期之別，因而發電不均衡。(8)由于水庫興建，淹沒土地，移民搬遷，給農業生產帶來一些不利，還可能在一定程度破壞自然界的生態平衡。石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電

三、抽水蓄能電廠

1、工作原理在電網用電低谷時，將系統富裕的電力用來抽水，把大量的水由水庫下游打回到水庫上游，使電能轉換成水的位能存貯起來。當用電高峰期電力供應緊缺時，放水,即被儲存的大量水的位能重新轉換成電能以供電網。這種類型的水力發電站稱為儲能電站或蓄能電站。

2、抽水蓄能電廠在電力系統中的作用

(1)調峰。能夠跟蹤負荷的變化，擔任系統尖峰負荷。(2)填谷。利用系統富裕電能抽水，使火電機組不必降低出力(或停機)和保持在熱效率較高區間運行，節省燃料，并提高系統運行的穩定性。(3)備用。啟動靈活、迅速，從停機狀態啟動至帶滿負荷僅需1~2min，而由抽水工況轉到發電工況也只需3~4min，因此宜于作為電力系統事故備用。(4)調頻。當電力系統頻率偏離正常值時，能立即調整出力，使頻率維持在正常值范圍內。(5)調相；（6）黑啟動；（7）蓄能廣州一期4×300MW、二期4×300MW；天荒坪（浙江安吉縣）6×300MW；桐柏（浙江天臺縣）4×300MW；泰安（山東泰安市）4×250MW；宜興（江蘇省宜興市）4×250MW；十三陵（北京）4×200MW；3、我國抽水蓄能電廠建設情況石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分我國水電資源分布石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分第一章能源和發電石大勝利學院第一章能源和發電第一章能源和發電發電廠電氣部分位于巴西與巴拉圭之間的界河—巴拉那河(世界第五大河)上，是目前世界最大的水電站，由巴西與巴拉圭共建，發電機組和發電量由兩國均分。目前共有18臺發電機組（每臺70萬千瓦），總裝機容量1260萬千瓦，年發電量790億度。

伊泰普水電站于1974年10月17日動工修建，1991年5月6日竣工，歷時17載。巴西/伊泰普/巴拉那河/1260萬kW世界大型水電站美國/大古力/哥倫比亞河/1083萬KW

委內瑞拉/古里/卡羅尼河/1030萬KW

巴西/圖庫魯伊/

托坎廷斯河/800萬KW

加拿大/拉格蘭德二級/拉格蘭德河/732.6萬KW

俄羅斯/薩揚舒申斯克/葉尼塞河/640萬KW

俄羅斯/克拉斯諾雅爾斯克/葉尼塞河/600萬KW石大勝利學院第一章能源和發電三峽工程的建設周期總工期17年第一階段（1993-1997年）為施工準備及一期工程第二階段（1998-2003年）為二期工程第三階段（2004-2009年）為三期工程發電廠電氣部分第一章能源和發電石大勝利學院第一章能源和發電

三峽工程的主要建筑物

大壩:混凝土重力壩，壩軸線全長2309.47米，最大壩高181.00米；泄洪壩段設有23個泄洪深孔，22個泄洪表孔。電站共安裝32臺單機容量為700MW的水輪發電機組，總裝機容量22400MW；通航建筑物包括雙線連續梯級五級船閘和過船能力，為3000噸級船舶的垂直升船機。發電廠電氣部分第一章能源和發電石大勝利學院第一章能源和發電

人員配置和組織機構目前在崗員工261人，人均發電容量達到國際同類先進水平。發電廠電氣部分石大勝利學院第一章能源和發電機組投產情況

首臺機組于2003年7月10日投產發電；2003年投產機組6臺；2004年投產機組5臺；2005年左岸14臺機組全部投產。2007年右岸12臺機組，投產7臺，其中國產化機組3臺。發電廠電氣部分20032004200520076臺11臺14臺21臺4200MW7700MW9800MW14700MW石大勝利學院第一章能源和發電在電網中的地位

15回500kV輸電線路,其中送往華東、廣東3個換流站.主要供電范圍：華中電網(湖南、湖北、河南)華東電網(上海、江蘇、浙江、安徽)廣東重慶1回至重慶萬州，實現華中、川渝電網聯網；3回至宜昌龍泉直流換流站，連接華東電網；3回至荊州江陵直流換流站，連接南方電網；是全國跨大區互聯電網的中心樞紐點。發電廠電氣部分石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分

1-4核能發電廠

核能發電廠簡稱核電廠,是利用反應堆中核燃料裂變鏈式反應所產生的熱能，再按火電廠的發電方式，將熱能轉換為機械能,再轉換為電能,核反應堆相當于火電廠鍋爐。核能能量密度高，1gU235全部裂變時所釋放的能量相當于2.7t標準煤完全燃燒時所釋放的能量。作為發電燃料，運輸量非常小，發電成本低。如一座1000MW的火電廠，每年約需三四百萬噸原煤，相當于每天需8列火車用來運煤。同樣容量的核電廠，若采有U235作燃料只需130t。

石大勝利學院第一章能源和發電石大勝利學院第一章能源和發電發電廠電氣部分壓水堆核電廠的示意圖二次回路系統一次回路系統世界核電發展情況1954年，前蘇聯建成了世界上第一座原子能發電站。英國和美國分別于1956年和1959年建成原子能發電站。截止到2004.9.28，世界上31個國家，有439座原子能反應堆在運行，總容量為3.646億千瓦。法國建成59座，原子能發電量占其整個發電量的78%；日本建成54座，原子能發電量占其整個發電量的25%；美國建成104座，原子能發電量占其整個發電量的20%；俄羅斯建成29座，原子能發電量占其整個發電量15%。發電廠電氣部分石大勝利學院第一章能源和發電我國核電建設情況秦山核電基地秦山一期是我國自行設計、建造和運營管理的第一座30萬千瓦壓水堆核電站，位于浙江省海鹽縣。1985年3月20日開工，1991年12月15日并網發電。使我國成為繼美、英、法、前蘇聯、加拿大、瑞典之后世界上第7個能夠自行設計、建造核電站的國家。

秦山二期裝設2臺65萬千瓦壓水堆機組。2臺機組先后于1996年6月2日、1997年3月23日開工，經過近8年建設，分別于2002年4月15日、2004年5月3日投入商業運行。

秦山二期擴建工程

于2006年一季度開工，預計2011年前后，3、4號機組將先后投入商業運行。屆時，秦山二期核電站的裝機容量將達到260萬千瓦。發電廠電氣部分石大勝利學院第一章能源和發電

秦山三期

是我國首座商用重水堆核電站，電站采用加拿大重水堆核電技術，建造2臺700兆瓦核電機組。1998年6月8日開工，2003年7月24日，比合同工期提前了112天全面建成投產。大亞灣核電基地是我國第一座百萬千瓦級大型商用核電站，擁有2臺98.4萬千瓦的壓水堆核電機組。1987年8月主體工程開工，1994年5月建成投入運行。嶺澳核電基地

一期擁有2臺99萬千瓦的壓水堆核電機組。1997年5月開工，2003年1月建成投入商業運行。二期規劃建設2臺百萬千瓦級壓水堆核電機組。2005年12月正式開工；兩臺機組將分別于2010年和2011年建成并投入商業運行