發(fā)電廠電氣 第一章 能源與發(fā)電

發(fā)電廠電氣部分一、本門課程的作用

該課程是電力系統(tǒng)專業(yè)必修專業(yè)課。本課程主要講述發(fā)電廠、變電所電氣一次系統(tǒng)的工作原理、基本結(jié)構(gòu)、設計方法及運行理論，以及部分電氣二次系統(tǒng)的原理和技術(shù)。本課程的主要任務是從應用的角度出發(fā)，使學生掌握發(fā)電廠、變電站主接線基本形式、各類發(fā)電廠的接線特點、主接線設計方法、廠用電接線、配電裝置、主要電氣設備及其選擇方法、控制與信號以及電弧理論、發(fā)熱理論、電動力理論等內(nèi)容。電力系統(tǒng)自動化技術(shù)專業(yè)學生就業(yè)單位及其崗位

二、本門課程的主要內(nèi)容

1.能源和發(fā)電2.發(fā)電變電輸電的電氣部分3.常用計算的基本理論和方法4.電氣主接線5.廠用電接線及設計6.導體和電氣設備的原理和選擇7.配電裝置8.發(fā)電廠和變電所的控制與信號

三、參考資料1.《發(fā)電廠電氣部分》中國電力出版社熊信銀2.《發(fā)電廠電氣部分》中國電力出版社姚春球3.《電力系統(tǒng)工程》上海電力學院陸敏政4.《電力工程設計手冊》西北電力設計院四、學習目標1.了解不同類型發(fā)電廠的發(fā)電過程；2.掌握發(fā)電廠、變電站主接線基本形式；3.理解導體發(fā)熱、電動力計算的實質(zhì)，掌握計算方法；4.熟練掌握電氣設備的圖形符號和文字符號，掌握常用電氣設備選擇和校驗的方法；5.掌握廠用電接線的方法，電源引接方式，常用變壓器的選擇原則；6.理解最小安全凈距的概念，了解配電裝置的類型，掌握配電裝置的布置原則；7.熟悉二次回路不同接線方式，掌握斷路器的控制與信號電路的分析方法。四、學習目標8.具有電氣設備選擇和校驗的能力9.掌握常用電氣裝置之間倒閘操作的操作過程10.具備初步的中小型發(fā)電廠和變電所主接線設計的能力11.熟悉發(fā)電廠變電站運行操作的相關(guān)規(guī)程，規(guī)范1.1能源和電能1.2火力發(fā)電廠1.3水力發(fā)電廠1.4核能發(fā)電廠1.5新能源發(fā)電第一章能源和發(fā)電1.1能源和電能一、能源含義和分類一次能源：石油、煤炭二次能源：電電是一種二次能源，是在各種發(fā)電廠內(nèi)由其它能源（比如媒、水等天然能源）轉(zhuǎn)換而來的。發(fā)電廠是把各種天然能源，如煤炭、水能、核能等轉(zhuǎn)換成電能的工廠。根據(jù)發(fā)電廠所使用的一次能源的不同，發(fā)電廠可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核發(fā)電廠等類型。二、電能1.2火力發(fā)電廠一、火電廠的分類按輸出能源分為：a.凝汽式電廠（200MW及以上的機組）容量大，靠近燃料產(chǎn)區(qū)（坑口、礦口），燃燒劣質(zhì)煤。電能經(jīng)高壓或超高壓線路送往負荷中心。單純供電。特點：水循環(huán)使用，即在汽輪機內(nèi)作功后，蒸汽全部排入凝汽器冷卻成水，又重新送回鍋爐。蒸汽中含有的大量熱量被浪費。效率低：30％～40％b.熱電廠（幾十到幾百MW的機組）容量中小，靠近城市和負荷中心。電能在滿足地方需求后，經(jīng)高壓線路送進電網(wǎng)。既供電又供熱。特點：在汽輪機中段抽出已作功蒸汽，或直接供熱給熱用戶（化工、紡織、造紙、制藥、公用事業(yè)和居民取暖等），或送給水加熱器將水加熱供給用戶。效率高：可達60％～70％。但運行方式不如凝汽式電廠靈活，因為需根據(jù)熱需求調(diào)整出力。二、火電廠的電能生產(chǎn)過程1、主要組成兩大部分：熱力部分和電氣部分三大核心設備：鍋爐、汽輪機和發(fā)電機大型火力發(fā)電廠一般都有燃煤、鍋爐、汽機、電氣、化學、熱工、水處理等車間（或稱分場）。作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程發(fā)電廠的生產(chǎn)過程實際上是能量的傳遞和轉(zhuǎn)換過程燃料的化學能煙氣的熱能熱能傳遞給水、蒸汽和空氣汽輪機軸上的機械能發(fā)電機送出的電能（加上勵磁機送進的磁能）氣流的動能作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(1)輸煤系統(tǒng)煤礦經(jīng)火車或輪船運到電廠存放在儲煤場再經(jīng)碎煤機打碎大塊煤鍋爐原煤倉經(jīng)皮帶：通過電磁分離器吸凈鐵屑作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(2)磨煤制粉系統(tǒng)煤從給煤機送至磨煤機，加上熱風道來的熱風煤被磨制和干燥后，送到粗粉分離器旋風分離器進行氣粉分離熱風進入排風機帶上從給粉機來的煤粉由噴燃器噴入爐膛燃燒細粉進入煤粉倉作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(3)風煙系統(tǒng)冷空氣經(jīng)送風機，進入空氣預熱器一部分熱風送磨煤機，一部分熱風直送噴燃器爐膛中熱風與煤粉混合燃燒，產(chǎn)生大量熱量煙氣經(jīng)吸風機引至煙囪，排入大氣熱量經(jīng)過金屬表面?zhèn)鹘o鍋爐的水冷壁管、

過熱器、省煤器、空氣預熱器、除塵器作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(4)汽水系統(tǒng)給水泵打水經(jīng)高壓加熱器、省煤器加熱送入汽包汽包內(nèi)的水經(jīng)水冷壁下降管及下聯(lián)箱進入上升管 汽進入過熱器，經(jīng)蒸汽管道引入汽輪機蒸汽膨脹，高速沖擊葉片，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動水吸熱汽化，汽水混合物上升到汽包進行汽水分離作者：李長松版權(quán)所有2、生產(chǎn)過程(4)汽水系統(tǒng)作功后蒸汽溫度、壓力下降排入凝汽器冷卻凝結(jié)成水循環(huán)使用(5)電氣系統(tǒng)發(fā)電機發(fā)電除去廠用電后，經(jīng)變壓器升壓送入電網(wǎng)1.3水力發(fā)電廠一、水電廠的分類水力發(fā)電廠：水為原料，水輪機為原動機根據(jù)取水的方式不同，又可以分為：a.壩式水電廠

堤壩蓄水，抬高水位，形成發(fā)電水頭。壩后式：廠房在堤壩后面河床式：廠房組成堤壩的一部分岸邊式：壩后式水電廠河床式水電廠:葛洲壩電廠岸邊式水電廠b.引水式水電廠不修堤壩，只由引水渠道形成發(fā)電水頭。無壓引水式水電站有壓引水式水電站華能竹冷關(guān)引水式水電站c.混合式水電廠

兼有堤壩式，引水式的特點。在一個河段上，同時采用高壩和有壓引水道共同集中落差的開發(fā)方式稱為混合式開發(fā)。北京下馬嶺水電站d.抽水蓄能電廠利用深夜或豐水期剩余電力，使水輪機以水泵方式工作，將下游的水抽到高水位蓄水池內(nèi)，再在需要時用來發(fā)電，作負荷調(diào)峰之用。北京十三陵抽水蓄能電站f.潮汐發(fā)電站

潮汐發(fā)電與原理：利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢能來發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C械能，再把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽òl(fā)電）的過程。潮汐發(fā)電就是在海灣或有潮汐的河口建一攔水堤壩，將海灣或河口與海洋隔開構(gòu)成水庫，再在壩內(nèi)或壩房安裝水輪發(fā)電機組，然后利用潮汐漲落時海水位的升降，使海水通過輪機轉(zhuǎn)動水輪發(fā)電機組發(fā)電。最大的潮汐電站：法國朗斯電站火電和水電的簡單比較火電廠投資相對少，建設工期相對短，但原料儲量不如水電豐富，而且有污染。火電機組不如水電機組起停迅速，所以火電大多承擔系統(tǒng)基荷，而水電既可承擔基荷（豐水期），也可承擔腰荷，以及調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和各種備用任務。葛洲壩水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子葛洲壩大江電廠發(fā)電廠房1.4核能發(fā)電廠一、核電廠的分類核能發(fā)電的原理：核能→水和水蒸氣的內(nèi)能→發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械能→電能。核能發(fā)電利用鈾燃料進行核分裂連鎖反應所產(chǎn)生的熱，將水加熱成高溫高壓，核反應所放出的熱量較燃燒化石燃料所放出的能量要高很多（相差約百萬倍），比較起來所以需要的燃料體積比火力電廠少相當多。核能發(fā)電所使用的的鈾235純度只約占3%－4%，其馀皆為無法產(chǎn)生核分裂的鈾238。核能發(fā)電與火力發(fā)電極其相似，只是以核反應堆及蒸汽發(fā)生器來代替火力發(fā)電的鍋爐，以核裂變能代替礦物燃料的化學能。除沸水堆外（輕水堆），其他類型的動力堆都是一回路的冷卻劑通過堆心加熱，在蒸汽發(fā)生器中將熱量傳給二回路或三回路的水，然后形成蒸汽推動汽輪發(fā)電機。沸水堆則是一回路的冷卻劑通過堆心加熱變成70個大氣壓左右的飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離并干燥后直接推動汽輪發(fā)電機。

核能發(fā)電的優(yōu)點：核能發(fā)電不像化石燃料發(fā)電那樣排放巨量的污染物質(zhì)到大氣中，因此核能發(fā)電不會造成空氣污染。核能發(fā)電不會產(chǎn)生加重地球溫室效應的二氧化碳。核能發(fā)電所使用的鈾燃料，除了發(fā)電外，沒有其他的用途。核能發(fā)電的優(yōu)點：核燃料能量密度比起化石燃料高上幾百萬倍，故核能電廠所使用的燃料體積小，運輸與儲存都很方便，一個1000MW的火電廠一天燃燒的煤是9600t。而相應1000MW的核電廠，一天只要3.3kg的U235，相差300萬倍。核能發(fā)電的成本中，燃料費用所占的比例較低，核能發(fā)電的成本較不易受到國際經(jīng)濟情勢影響，故發(fā)電成本較其他發(fā)電方法為穩(wěn)定。核能發(fā)電的缺點：核能電廠會產(chǎn)生高低階放射性廢料，或者是使用過之核燃料，雖然所占體積不大，但因具有放射線，故必須慎重處理，且需面對相當大的政治困擾。核能發(fā)電廠熱效率較低，因而比一般化石燃料電廠排放更多廢熱到環(huán)境里，故核能電廠的熱污染較嚴重。核能電廠投資成本太大，電力公司的財務風險較高。核能發(fā)電的缺點：核能電廠較不適宜做尖峰、離峰之隨載運轉(zhuǎn)。興建核電廠較易引發(fā)政治歧見紛爭。核電廠的反應器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，如果在事故中釋放到外界環(huán)境，會對生態(tài)及民眾造成傷害。1.5新能源發(fā)電廠太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電及垃圾電廠等。一、太陽能發(fā)電1、太陽能熱發(fā)電：將吸收的太陽輻射熱能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其基本組成與常規(guī)火力發(fā)電廠相似。2、太陽能光發(fā)電：太陽能廣發(fā)電不通過熱過程而直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換成電能，其中光伏電池是一種主要的太陽能光發(fā)電形式，也叫光伏發(fā)電。光伏發(fā)電是把照射到太陽能電池上的光直接變換成電能的一種發(fā)電形式，它是目前太陽能發(fā)電研究的方向。二、風力發(fā)電廠將風能轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電方式稱為風力發(fā)電。風能屬于再生能源，又是一種過程性的能源，無法直接存儲，還具有隨機性，所以對風能的應用技術(shù)上比較復雜。二、地熱發(fā)電廠地球本身是個大熱庫，地熱資源遍布世界各地。地熱能的儲量很大，它的總量大約是煤炭的一億七千萬倍。目前實際能利用的地熱資源主要限于蒸汽田和熱水田（統(tǒng)稱地熱田）。地熱是清潔的能源，其發(fā)電成本比水電和火電都低，而且地熱發(fā)電后排出的熱水還可以供采暖、醫(yī)療、提取化學物質(zhì)等利用，所以目前地熱發(fā)電發(fā)展很快。發(fā)電廠的其他分類根據(jù)電廠的地位和作用，又可分為：①區(qū)域性發(fā)電廠、地區(qū)發(fā)電廠和自備發(fā)電廠

區(qū)域性發(fā)電廠：主力電