电气工程基础A幻灯片PE_02.ppt

第二章发电系统,第一节能源及电能第二节火力发电厂第三节核电厂第四节水电厂第五节其它发电厂第六节各类发电厂的技术经济特点,第一节能源及电能,一、能源的分类,二、新能源,三、我国的能源资源及电网特点,一、能源的分类,二次能源,一、能源的分类,太阳能发电：地球表面一年从太阳获得的总能量约达61017kW.h，比全世界目前一年内利用各种能源的总和还大1万倍以上风力发电：世界上风能总量约3500亿kW，相当于每年可发电3050亿万kWh地热发电：地热资源分为干蒸汽田、湿蒸汽田、地热水和热岩层沙漠温差发电、风筝发电、重力发电、高跟鞋风电,海洋能发电：大范围有规律的动能（如潮汐、海流）和无规律的动能（如波浪能）以及海洋不同深度的温差（热能）磁流体发电：它是利用高温等离子体流过与流动方向垂直的强磁场，在与等离子体流向和磁场都垂直的方向上产生了电动势，使回路中产生电流的直接发电方式核聚变能：轻核聚变所释放的能量十分巨大，如氘聚合成一公斤氦，所释放的能量相当于一万吨标准煤完全燃烧放出的能量,二、新能源,三、我国的能源资源及电网特点,能源是一个国家生存和发展的最基本的条件，电力是能源的最基本构成之一。,到2002年底，探明可直接利用的煤炭储量为1886亿t，我国煤矿的平均资源综合回收率仅为30%，按煤炭产量19亿t计算，仅使用30年。世界上10大产煤国，2004年煤炭产量（/亿t）分别为：中国19.56，美国9.32，印度3.62，俄罗斯2.83，澳大利亚2.64，南非2.43，印度尼西亚1.35，波兰0，哥伦比亚0.52，德国0.29，共计42.56，中国占45.96%。,煤炭供给的85以上集中在秦岭和淮河以北，山西和内蒙就占了50，而煤炭需求多集中在沿海经济比较发达的地区，煤炭的平均运输成本高于开采成本。华东地区煤炭资源储量87%集中在安徽、山东，而工业主要在上海为核心的长江三角洲地区。中南地区72%集中在河南，而工业在武汉和珠江三角洲地区。西南地区67%集中在贵州，而工业主要在四川。东北地区52%集中在黑龙江，而工业集中在辽宁。,煤炭是我国最主要的能源，探明可直接利用的煤炭储量为1886亿吨，但煤炭资源的分布很不均匀。,我国水能资源居世界首位理论蕴藏量6.76亿kW，其中，可开发装机容量3.78亿kW（单机500kW及以上），年发电量1.92万亿kWh。水能资源利用率低于世界平均水平:目前，水能资源的开发利用率以装机计为可开发装机容量的18，以发电量计约11.56，远低于经济发达国家的水平。,水电是清洁、环保和可再生的能源。我国可开发水能资源量，开发条件优越，技术经济指标良好。,石油，截至1996年底，储量约32.87亿t，居世界第9位。铀，我国的铀储量可供4000万kW核发电厂运行30年，第三代技术，可提高核能利用效率60倍。风能，可开发的装机容量有2.53亿kW。海洋潮汐能，我国沿海的潮汐能量约有2亿kW。天然气，根据1993年的预测，总资源量达38万亿m3。,中国的能源状况：,资源相对贫乏，人均占有量更低。煤的储量占世界的4.2%石油为2%(为世界平均水平1/10）天然气为0.5%（为世界平均水平1/20）水能15%（世界第一）分布极为不均匀因此，对资源的合理配置与管理极其重要。,美科学家宣称盐水在无线电作用下可燃烧?2007年09月12日08:27新浪科技北京时间9月12日消息，据国外媒体报道，美国的科学家日前表示，他们发现普通盐水在无线电波的照射下可以燃烧，这很可能是21世纪人类最伟大的发现之一，未来将有望解决人类的能源危机。这个发现是约翰-坎祖斯在研制癌症治疗法的时候偶然发现的，当时他在尝试用一个射频发生器给海水脱盐，结果发现处于无线电频率下的盐水会燃烧。这一发现令科学家们为之兴奋，如此一来，科学家们将可以利用地球上最富足的资源-海水来作为燃料。美宾夕法尼亚州的化学家罗斯坦姆-罗伊在实验室中证实了他的观测，他表示，无线电频率可以降低盐水中所含元素之间的结合力，释放出氢，一旦点火，氢气就会在这种频率下持续燃烧。罗斯坦姆-罗伊说：“这个发现绝对是100年来最神奇的水科学。世界上最丰富的资源就是海水，它无处不在。看着盐水燃烧不禁让我有些寒意。”本周，罗伊将会见美国能源部和国防部官员，以争取获得一些科研资助。科学家们目前希望了解氢燃烧所释放的能量燃烧时温度高达3000多华氏度可以为一辆汽车或者其它重型机械提供足够的能量。罗伊说：“我们将集思广议，看看研究的结果到底如何。可以肯定，它的发展潜力将会是巨大的。”,美研制高空风车发电应对能源短缺2008年09月28日07:39新浪科技讯北京时间9月28日消息，据美国探索杂志报道，风力早已被认为是一种重要的能量资源。但是，几十年来人们一直不知道风力的实际发电量是多少。最新研究发现，利用高空风车发电，可解决人类的能源短缺问题。三年前，斯坦福大学的大气学家克里斯蒂纳阿彻和马克雅各布森根据空气流动模式作了详细计算。他们使用一种保守的方式计算了80米高处的风能产生的能量。海拔80米是现在典型的风力涡轮机的高度。两人的计算得出，在理想状态下，风能发电72万亿瓦特。这是一个相当可观的数字。而2007年美国的总发电量只有1万亿瓦特多一点。但是，阿彻意识到，这个数字只不过暗示一种可能性。风速随海拔而增大，而有效功率随风速的三次方增大。这意味着，72万亿是一个较低的估算。海拔每升高几英里，涡轮叶片的发电量就高达地面涡轮叶片发电量的250倍。阿彻说：“这一前景简直太令人兴奋了。”发展高空飞行风力发电机的一个方案来自澳大利亚悉尼工业大学的工程学教授布赖恩罗伯茨和开发他的研究的圣地亚哥的SkyWindPower公司。他们设计了带有转子的风筝，象直升飞机那样飞到1英里或者更高的海拔，也是风力最强的地方。到达这一高度后，转子就切换到发电模式，可把电发送到很远。当风有变化时，风筝被叫做飞行发电器也会追随风而变。还有几家其他研究组也在研究相关的高空飞行风力发电方式。,2005年电网,2010年前后国家电网特高压骨干网架规划图,美公司推出无线输电系统可用于手机电脑,2007年美国麻省理工的科学家们完成了一项实验，他们使用两个相距2米的铜线圈，成功地通过无线电力传输点亮了一个功率为60瓦的灯泡。电磁波无线输电系统由美国WiTricity公司开发，能够在不借助电线情况下为手机、电视等用电设备输送电量。实际上，利用电磁波进行无线输电的想法已经不是什么新鲜事，但由于电磁能会向所有方向辐射，这种输电方式效率很低。为此，索尔贾希克将目光转向“共振”原理，即在使用一个确定频率时，能量转移能够更有效地进行。当两个物体拥有相同的共振频率时，彼此间的能量转移将更为强烈，周围物体无法对这一过程产生影响。举个例子来说，如果歌手唱出一个特定的高音，其所产生的声共振能够将酒杯“撕碎”。WiTricity的无线输电系统便利用了低频电磁波的共振现象。WiTricity研制的一种充电器共由两个磁线圈组成，其中一个磁线圈能够以一个特殊的频率产生共振，可以植入墙内，或者放置在地板、天花板以及桌子下面。另一个磁线圈植入手机或笔记本，通过以同样频率共振吸收电量。,第二节火力发电厂,一、分类二、能量转换过程三、火电厂的组成四、火力发电厂的生产过程五、火力发电厂的系统流程,一、火电厂分类,低压、中压、高温高压超高压、亚临界、超临界超超临界(>25MPa,580),热力参数,2003火力发电及供热用原煤8.51亿吨，供电标准煤耗380g/kWh，比国际先进水平320g/kWh高60g/kWh,相当于美国、英国70年代的水平。一年发电多耗标准煤约1.1亿吨。主要原因：火电大机组比重偏低，2003年全国6MW及以上的火电机组4959台，总容量为278498.3MW，平均机组容量为56.16MW，300MW及以上占总容量43.1%，超临界机组仅占火电总装机容量的2.2%，而发达国家已占50%以上。,二、火力发电厂的生产过程,煤从储煤厂用输煤皮带送到煤粉设备中磨成细粉并加热干燥，然后送进锅炉，与鼓风机吹进来的空气混合燃烧。燃烧发出的热量传给锅炉内的水，使其产生蒸汽。蒸汽送到汽轮机后逐级膨胀作功，驱动发电机发电。蒸汽在汽轮机内的压力和温度逐渐降低，最后进入冷凝器。凝结成的水再用水泵送到低压给水加热器，最后又送入锅炉。,三、能量转换过程,燃料的化学能,四、火电厂的组成,锅炉,辅助设备,五、火力发电厂的系统流程,燃料供应及煤粉制备系统锅炉燃烧及除尘除灰系统热力系统循环水冷却系统,汽水补充系统热力控制系统电气系统,从已探明的能源储量来看，地球上的石油和天然气在今后几十年内将被耗尽，煤炭也只能再用几百年。但是可开发的核燃料所提供的裂变能可供人类用几千年，提供的聚变能则几乎是用之不竭。核能将成为重要的能源之一。,第三节核电厂,当前投入使用核电站均采用原子核裂变时释放出来的能量发电。,能量转换过程裂变热能机械能电能,分类：堤坝式引水式抽水蓄能,水力发电就是利用水能发电的一种方式在天然河流上构筑堤坝，抬高水位，形成水库。上游水库中的水经进水口，压力水管进入水轮机蜗壳，冲动水轮机转动，并带动同轴的发电机发出电力。作功后的尾水，经尾水管流至下游河道,第四节水电厂,能量转换过程水能机械能电能,一、风力发电风力发电是利用风的动能来生产电能。风力发电的过程是利用风力使风机的转子旋转，将风的动能转换成机械能，再通过变速和超速控制装置带动发电机发出电能。我国风力资源丰富，尤其在西北、东北和沿海地区，有着建设风力发电厂的天然优势。风能发电成本低，风能是清洁的能源和可以再生的能源，风力发电必将会得到更大的发展。,第五节其他发电厂,二、太阳能发电在新能源中，应用最广，最有发展前途的是太阳能发电。太阳能发电可以分为太阳的热能发电和太阳的光能发电。利用太阳的热能发电，有直接热电转换和间接热电转换两种形式。温差发电、热离子和磁流体发电等，属于直接转换方式。将太阳能聚集起来，通过热交换将水变为蒸汽来驱动汽轮发电机组发电则属于间接转换方式。因为太阳能取之不尽，用之不竭，太阳能发电具有安全可靠，使用寿命长，无噪声，不需要燃料，不污染环境等优点，所以倍受人们青睐。,三、地热发电地热发电是利用地表深处的地热能来生产电能。地热发电厂的生产过程与火电厂相似，只是以地热井取代锅炉设备，将地热蒸汽从地热井引出，滤除其中的固体杂质后，由地热蒸汽推动汽轮机旋转，将地热能转换为机械能，带动发电机发出电能。地球内部蕴藏着巨大的热能，据估计全世界可供开采利用的地热能相当于几万亿煤，因此，开发利用地热资源发电具有广阔的发展前景。,四、潮汐发电海水时进时退，海面时涨时落。海水的这种自然涨落现象，称为潮汐。潮汐是由月球和太阳的引力对海水的作用形成的。潮汐发电是利用海水涨潮、落潮中的动能和势能来发电的。潮汐发电厂一般建在海岸边或河口地区，与水电厂建筑拦河坝一样，潮汐发电厂也需要在一定的地形条件下，建筑拦潮堤坝，以形成足够的潮汐潮差及较大的容水区。潮汐发电厂在涨潮和退潮时均可发电，即涨潮时将水通过闸门引入厂内发电并储水，退潮时打开另一闸门放水发电。我国的海岸线长，沿海的潮汐能量约有2亿kW。,第六节各类发电厂的技术经济特点,一、发电厂的分类二、火电厂三、核电厂四、水电厂五、抽水蓄能电厂六、燃气蒸气联合循环电厂,一、发电厂的分类,基荷：核电站大型凝汽式径流式水电站,腰荷：中型凝汽式部分水电站燃气蒸汽联合循环,峰荷：水电站抽水蓄能小型凝汽式燃汽轮机,出力与发电量比较稳定：只要发电设备正常、燃料充足，就可以按其额定装机容量发电。,调节负荷的能力有限（最小技术出力限制）,不宜经常启停启动技术复杂，且需耗费大量燃料、电、化学水。如50MW机组从冷态启动到带满负荷需要6h。,负荷调节速度慢：国产300MW机组，改变负荷速率仅为每分钟12%（一般在3%左右，不超过5）,选址较灵活，有利于合理配置有功和无功电源（除坑口等电厂外）。,火电厂建设周期较短，投资较少，但运行费用较高。,二、火电厂,三、核电厂,连续地以额定功率运行，在电力系统中总是分担基荷技术上，核电站也可承担腰荷,主要设备及辅助设备极为复杂，检修时间较长。在有核电站的电力系统中需要设置较大的发电机组备用容量，并要求有抽水蓄能机组进行调峰配合。,主要优点：核燃料以少胜多。一座100万kW的压水堆核电站一年只需2530吨低浓铀作为燃料。而同容量的燃煤火电站一年需要约250万吨原煤。因此，正常运行时核电站的环境污染较小。,大约每年更换一次燃料，每次停运约半个月大亚湾核电站每年更换一次燃料，每次更换三分之一的燃料棒，加检修约需60天左右,四、水电厂,最突出的运行特点是其出力和发电量随天然径流量的情况而变化。在丰水年电能有余，可能引起弃水；在枯水年则电能不足，可能导致发电容量空闲，用户停电。,另一运行特点是启停机迅速方便。从停机状态到满负荷运行需时仅12min。此外，水轮机出力在一定幅度变化时仍能维持较高的效率。因此，水电站适合在电力系统担任调峰和调频任务。,水能可再生能源。运行成本几乎与其生产的电量无关。在一定时期内，当天然来水多时发电量亦多，而运行费用并不显著增加。所以，水电站应充分利用天然来水所提供的能量。,有时还可能由于水头太低，使水轮发电机达不到其额定出力。水头下降的原因：在低水头水电站（如葛洲坝），是由于洪水期天然流量过大而使下游水位猛涨；在中水头水电站，则是由于供水期末水库水位下降过低。,建设周期较长，单位投资较大。运行成本较低，基本无污染。,五、抽水蓄能电站,调峰填谷。也可承担系统备用以及调频、调相任务,大中型抽水蓄能电厂建设周期较长（约8年），但投资较低（不高于同容量火电机组），运行费用较低。,目前工作水头在600m以下的抽水蓄能电站几乎全部采用可逆式机组，即其水轮机在抽水时工作在水泵状态，在发电时工作在通常的水轮机状态。机组运行的灵活性有的已超过了常规水力发电机组，运行可靠性也大大提高。,使水电站更好地发挥综合利用效益水库具有综合利用效益的水电站其发电经常受到限制。例如担负灌溉用水时，在农田不用水的季节，水库应保留蓄水量以备以后灌溉之用，使发电量减小。如装设抽水蓄能机组，则该水电站每天仍可发电调峰，夜间再将水从下库抽到上库，使灌溉水量不受损失。,效率6776,整体煤气化燃气蒸汽联合循环（IGCC）：以煤气化设备和燃气轮机取代锅炉，先将煤气化成可燃气体，在燃气轮机中燃烧，燃烧产生的高温度通过燃机作功，作功后排气的中、低温段能量用以产生蒸汽驱动汽轮机，从而实现煤的化学能的梯级利用，提高了联合循环的热效率，热效率可提高到4250%。为了提高热效率，必须提高燃气轮机入口初温，一般可达100015000C。,主要优点：高发电效率与高可靠性。一般发电效率可达46%以上；快速启、停，具有良好的调峰能力；建设周期短，单位千瓦占地面积小，运行维护人员少；,六、燃气蒸气联合循环电站,增压流化床燃烧燃气蒸汽联合循环（PFBCCC）由燃气轮机带动发电机和压气机，将空气压入增压沸腾床，沸腾床燃烧生成的烟气经除尘后进入燃气轮机，沸腾炉生成的蒸汽进入汽轮机发电，其中80%是蒸汽发电。若燃气轮机入口温度为90012500C，则发电效率可达4348%。,大气污染程度轻，耗水量少。如：对于800MW电站，联合循环电站排入大气中的有害物质SO2和NOx总量从常规燃煤电站的12th降到3th。其中，SO2减少了90%，NOx减少了50%，并且不再排出粉尘和氟。,