1 第一章 能源与发电.ppt

发电厂电气部分1能源与发电,主讲人齐郑qizheng319,NorthChinaElectricPowerUniversity,page2,2021/3/19,问题,在现代文明中，电被视为和空气和水一样重要,电能从何处来电能为何得到如此广泛的应用,NorthChinaElectricPowerUniversity,page3,2021/3/19,一、能源分类,一次能源,二次能源,,电力、焦炭、煤气、汽油、煤油、柴油、重油、氢能、沼气、酒精、蒸汽、热水等,,NorthChinaElectricPowerUniversity,page4,2021/3/19,二、电能的特点,便于大规模生产和远距离输送方便转换和易于控制损耗小效率高无气体和噪声污染,NorthChinaElectricPowerUniversity,page5,2021/3/19,三、发电厂,----------能量转换站,发电厂的类型,,火力发电厂燃料的化学能----电能,水力发电厂水的位能----电能,核能电厂核裂变能----电能,地热电厂地热能----电能,潮汐电厂海洋能----电能,风力发电厂风能----电能,太阳能电站太阳能----电能,,NorthChinaElectricPowerUniversity,page6,2021/3/19,四、发电厂的生产过程,1、火电厂的生产过程锅炉主要设备汽轮机发电机各种辅机矿物燃料的化学能----热能----机械能----电能,NorthChinaElectricPowerUniversity,page7,2021/3/19,火电厂的分类,按燃料分类,按蒸汽压力和温度分类,按原动机分类,按输出能源分类,按装机容量分类,燃煤电厂、燃油电厂、燃气电厂、余热电厂,中低压电厂---蒸汽压力3.92MPa，温度450℃，单机小于25MW高压电厂---9.9MPa，540℃，小于100MW超高压电厂---13.83MPa，540/540℃，小于200MW亚临界压力电厂---16.77MPa，540/540℃，3001000MW超临界压力电厂---21.11MPa，550/550℃，600、800MW及及以上,,凝汽式汽轮机电厂、燃气轮机电厂、内燃机电厂、蒸汽-燃气轮机电厂,,凝汽式发电厂（效率3040）、热电厂（效率6070）,小容量电厂、中容量电厂、大中容量电厂、大容量电厂100MW以下100250MW2501000MW1000MW以上,NorthChinaElectricPowerUniversity,page8,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page9,2021/3/19,,燃烧系统,,汽水系统,,电气系统,NorthChinaElectricPowerUniversity,page10,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page11,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page12,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page13,2021/3/19,火力发电的特点,除坑口电厂外，火电厂选址布局较灵活，有利于合理配置有功和无功电源，装机容量可按需要决定。火电厂相对于水电厂，建设周期短，一次性投资少，运行费用高，单位电量发电成本比水电厂高34倍。与水电机组相比，火电机组启动、带负荷、停机所需要的时间长。火电厂效率同蒸汽参数有关，高参数机组比中低参数机组效率高。火电机组最小出力受热负荷（热电厂）和锅炉稳定运行最低蒸发量的制约。对环境的污染大,NorthChinaElectricPowerUniversity,page14,2021/3/19,输煤系统,输煤皮带,输煤栈道,磨煤机,给粉机,NorthChinaElectricPowerUniversity,page15,2021/3/19,汽轮机,汽轮机管道,汽轮机厂房,汽轮机,控制台,操作系统,NorthChinaElectricPowerUniversity,page16,2021/3/19,锅炉,晾水塔,锅炉,送风机,机炉控制室,NorthChinaElectricPowerUniversity,page17,2021/3/19,发电机,发电机,单元控制室,保护屏,模拟屏,NorthChinaElectricPowerUniversity,page18,2021/3/19,电气系统,变电站,互感器,网控室,主变压器,NorthChinaElectricPowerUniversity,page19,2021/3/19,发电厂电气主接线,NorthChinaElectricPowerUniversity,page20,2021/3/19,2、水电站的生产过程,水位能---机械能---电能,主要设备压力水管、水轮机、发电机,P9.81ηQHp---发电功率，KW；Q---通过水轮机的水量，m3/sη---水电厂效率；H---水的落差，m；,NorthChinaElectricPowerUniversity,page21,2021/3/19,堤坝式引水式混合式,坝后式河床式,,水电站的分类,水电厂,,按集中落差方式分类,按径流调节的程度分类,水电厂,,有调节水电厂,无调节水电厂,,日调节水电厂,年调节水电厂,多年调节水电厂,NorthChinaElectricPowerUniversity,page22,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page23,2021/3/19,堤坝式,坝后式,河床式,建在河水中上游山区峡谷地段。单独筑坝，坝身高，水位高，厂房建在坝后，不承受水压。特点形成蓄水库，以调节流量，引用流量大，电站规模大，综合效益高。三门峡、刘家峡、白山、丹江口水电站,适用于平原上河床平缓地区，落差小，厂房和坝建在一起，构成拦河建筑物的一个组成部分。厂房承受上游水的压力，起挡水作用。特点是水头低（小于30～40米）；挡水建筑物长。葛洲坝、西津水电厂,,,,NorthChinaElectricPowerUniversity,page24,2021/3/19,混合式,根据河流特点建造的兼有堤坝式和引水式两种特点的水电厂。,,引水式,无压引水,有压引水,在河流上游，当河床坡度较大时，可以借助坡降较小的引水道（修建隧洞和渠道）引水，用以集中水头，以获取最大落差。特点是水头较高（最高为1020米），流量小，无蓄水池调节流量；综合利用价值低，电站规模也较小。,,,NorthChinaElectricPowerUniversity,page25,2021/3/19,水力发电的特点,可综合利用水能资源，不污染环境。投资大，工期长，但发电效率高，运行成本低。天然流量受水文、气象等自然条件影响，利用水库调节径流可减少洪水和枯水期的差别。运行灵活，水电机组启动快，宜在电力系统担任调峰、调频和紧急备用。兴建水库会带来一定的弊端,NorthChinaElectricPowerUniversity,page26,2021/3/19,梯级电站及抽水蓄能电站,梯级电厂----根据河流条件将河流分成若干段，每段各自建立水电厂，上游的水发电后放入下游，供下游各级电厂继续利用发电。抽水蓄能电厂----在下游增设一个大的储水池，白天负荷高峰时电厂发电，发过电的水存入储水池，夜间低负荷时把储水池的水再抽回水库，把电能再变成水的势能，以备下一天负荷高峰时再发电。,NorthChinaElectricPowerUniversity,page27,2021/3/19,抽水蓄能电站的作用,在系统中的作用,调峰填谷备用调频调相,,功能,降低电力系统的燃料消耗提高火电设备利用率可作为发电成本低的峰荷电源对环境没污染且能美化环境可用于蓄能,,NorthChinaElectricPowerUniversity,page28,2021/3/19,三峡电站,26台700MW的水轮发电机组，总装机容量18200MW。三峡电站分为左岸和右岸电站，左、右岸电站又各分为两个电厂。其中，左一电厂装机8台，出线5回；左二电厂装机6台，出线3回；右一、右二电厂装机均为6台，出线分别为4回和3回。,NorthChinaElectricPowerUniversity,page29,2021/3/19,三峡电力外送三大主要通道,中通道-------在华中四省建500千伏交流输电线路4970公里，鄂豫间两回，鄂湘间两回，鄂赣间一回，变电容量1350万千伏安（其中湖北境内的500千伏线路2630公里，变电容量525万千伏安）；设计输电能力900万千瓦。东通道-------除利用现有的葛洲坝至上海直流线路输电120万千瓦外，2002年前建成第二回东送500千伏直流输电线路和湖北宜昌、江苏常州换流站，额定容量300万千瓦；2008年再建成第三回送上海的直流线路，增加容量300万千瓦。同时，在华东地区配套建设500千伏交流输电线路850公里，变电容量850千伏安。南通道-------2004年前建成一条973公里的500千伏直流输电线路和湖北荆州、广东惠州两个换流站，送电能力为300万千瓦。,NorthChinaElectricPowerUniversity,page30,2021/3/19,3、核电站的生产过程,一公斤标准煤含热量3104J，一公斤铀235裂变产生热能7.951010J，相当2700t煤,核燃料在反应堆内进行核裂变的链式反应，产生大量热量，由冷却剂（水或空气）带出，在蒸汽发生器中把热量传给水，将水加热成蒸汽来转动汽轮发电机发电。,主要设备核反应堆核蒸汽发生系统锅炉汽轮机、发电机核裂变能-------热能-------机械能--------电能,NorthChinaElectricPowerUniversity,page31,2021/3/19,核能与核反应,原子结构原子电子（-）原子核（质子中子）核力核子（质子、中子）之间存在的一种很强的吸引力，是一种短距力核能原子核裂变或聚变放出的能量原子质量所含（电子质子中子）的质量质量亏损原子应有质量与实际质量之差亏损的质量转化为能量，形成核力或结合能,NorthChinaElectricPowerUniversity,page32,2021/3/19,,平均结合能原子核的结合能除以组成该原子核的核子数中等质量的原子核平均结合能较大，较重的和较轻的原子核平均结合能较小。两种释放核能的方法核裂变、核聚变当一个重核分裂为两个较轻核时，两个较轻核的结合能之和要大于原来重核的结合能，其差值就是核裂变释放的能量，如U235的核裂变反应两个轻核合成一个较重核的聚合过程中，核子结合的更紧密了，也会放出能量来，如两个氘核合成稳定氦核,NorthChinaElectricPowerUniversity,page33,2021/3/19,核反应------使一种原子核转变为另一种原子核的过程核聚变热核反应，触发和维持这个反应需要极高的温度，不易控制。由于聚变涉及的粒子带同性电荷，起爆反应需很高的动能核裂变可用中性粒子来激发，用中子轰击一个重核不会受到排斥，,NorthChinaElectricPowerUniversity,page34,2021/3/19,核能的获得途径,裂变能----带有一定能量的中子撞击重金属元素的核，如铀、钚，核吸收中子后变为有激发能的复合核。激发能使复合核中的静电斥力大于核吸引力时，原子核就产生分裂，放出裂变能，产生2至3个新中子，并放出射线。如果产生的新中子至少有一个再能引起其它核发生裂变，形成链式反应，放出的裂变能就是可利用的核能。,聚合能----使不同的轻元素的原子核进行聚合，形成一个新原子核，在聚合过程中要放出聚合能，例如氘、氚聚合成氦放出能量。,NorthChinaElectricPowerUniversity,page35,2021/3/19,天然铀----单纯的天然铀难以维持链式反应天然铀在中子轰击下发生裂变的主要成分是只占0.714的铀235，快、慢中子都能使其分裂，慢中子引起裂变的几率更大。占99.28的同位素铀238，不易分裂，在快中子作用下可能分裂，但易俘获中子。解决方法从天然铀中分离铀-235使裂变产生的快中子迅速慢化,NorthChinaElectricPowerUniversity,page36,2021/3/19,核电站反应堆的分类,NorthChinaElectricPowerUniversity,page37,2021/3/19,沸水堆----利用沸腾水作为慢化剂，采用单回路系统，使汽轮机等设备有受放射性污染的可能。压水堆----用有压力的水作为慢化剂和冷却剂，采用蒸汽发生器，形成两个独立的循环系统，即水循环系统和蒸汽循环系统，可防止蒸汽受放射性污染,NorthChinaElectricPowerUniversity,page38,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page39,2021/3/19,压水堆核电厂最大特点整个系统分两大部分，一回路系统和二回路系统，彼此隔绝，增加了核电厂的安全性一回路系统,NorthChinaElectricPowerUniversity,page40,2021/3/19,二回路系统蒸汽发生器的U形管外部→汽轮机的高压缸→再热器→汽轮机的低压缸→凝汽器→蒸汽发生器，形成一个闭合回路压水堆的其它特点压水堆核电厂以轻水做慢化剂和冷却剂，反应堆体积小，建设周期短，造价低，运行维护方便，需处理的废气、废液、废物少，在核电厂中占主导地位,NorthChinaElectricPowerUniversity,page41,2021/3/19,NorthChinaElectricPowerUniversity,page42,2021/3/19,反应堆的功率主要由堆芯的含汽量来控制,沸水堆核电厂特点堆芯产生的饱和蒸汽经分离器和干燥器除去水分后，直接进入汽轮机做功省去了蒸汽发生器，但有将放射性物质带入汽轮机的危险,NorthChinaElectricPowerUniversity,page43,2021/3/19,核电厂的系统,核岛的核蒸汽供应系统一回路系统化学和容积控制系统余热排出系统/停堆冷却系统停堆时导出余热安全注射系统/紧急堆芯冷却系统控制、保护和检测系统,常规岛系统二回路系统循环冷却水系统电气系统及厂用电设备,组成核岛常规岛辅助系统控制系统安全系统,NorthChinaElectricPowerUniversity,page44,2021/3/19,核电站的安全性,防止核泄漏的四道屏障燃料芯块核裂变产生的放射性物质98以上滞留在二氧化铀芯块中,不会释放出来燃料元件包壳燃料芯块密封在锆合金包壳内,防止放射性物质进入一回路水中一回路管道和容器整个一回路都是耐高压的,放射性物质不会漏到反应堆厂房中安全壳反应堆厂房是一个高大的预应力钢筋混凝土建筑,壁厚近一米,内表面加有6毫米厚的钢衬,防止放射性物质进入环境,NorthChinaElectricPowerUniversity,page45,2021/3/19,核电站运行特点,放射性废物不能无控制地排放至环境中。必须保证反应堆有足够完好的冷源。任何工况下,必须保证核反应堆可控,。核电机组应带基荷运行。机组快速升降负荷,可能产生堆芯局部热点,有造成堆芯烧毁的潜在风险;若频繁进行负荷跟踪,将产生大量的放射性废气、废液,对环境产生潜在威胁；核电厂建设费用高，运行费用小，连续运行的经济性好。需要定期停堆换料。,NorthChinaElectricPowerUniversity,page46,2021/3/19,核电站的特点,优点运行安全稳定节省煤、石油和天然气节省燃料的运输费反应堆不需要空气助燃，可建在地下水下和高山顶上对环境影响小，无温室效应寿期长缺点建设投资比火电厂和水电站大。,NorthChinaElectricPowerUniversity,page47,2021/3/19,,大亚湾核电站,NorthChinaElectricPowerUniversity,page48,2021/3/19,秦山一期30万kW，原型压水堆，1985年开工，1991年并网秦山二期260万kW，压水堆，1996年开工，2002年并网秦山三期272.8万kW，重水堆，1998年开工，2002、2003年并网（与加拿大合建）大亚湾298.4万kW，压水堆，94年投入运行岭澳299万kW，压水堆，2002、2003年投入运行，“九五”最大的能源项目,NorthChinaElectricPowerUniversity,page49,2021/3/19,4、发电厂之最（1998年底）,最大火电厂苏尔古特二厂，80*6万KW，俄罗斯，天然气；最大水电厂伊泰普水电站，1260万KW，巴西、巴拉圭，巴拉那河，支墩坝，坝高196米；在建的最大水电厂三峡水电站，中国，70*26万KW，重力坝，坝高175米；最大的抽水蓄能电站广州抽水蓄能电站，240万KW，中国；,NorthChinaElectricPowerUniversity,page50,2021/3/19,我国发电厂之最,最大火电厂北仑港电厂，5*60万KW，俄罗斯，天然气；最大水电厂二滩水电站，6*55万KW，雅砻江，支墩坝，坝高240米；最大核电厂岭澳核电站，广东，2*100万KW。最大火电机组90万KW（外高桥第二电厂）最大水电机组70万KW（三峡水电站）最大核电机组100万KW（岭澳核电站）,NorthChinaElectricPowerUniversity,page51,2021/3/19,作业,调查1、截至到2005年底，我国各大型发电厂的装机容量。2、关于输煤和输电的争论，谈谈你对我国兴建1000KV特高压线路的看法。参考中国电力，电力系统自动化，电网技术中国电力信息网,