火力发电技术的发展趋势.ppt

专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,1,火力发电技术的发展趋势,动力工程系宋长华副教授,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,2,一、火力发电概述,1.1火力发电生产过程1.2世界电力工业的发展1.3我国电力工业概况,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,3,主要内容,一、火力发电概述二、火力发电技术的发展趋势提高超临界火电机组效率燃气－蒸汽联合循环发电技术多联产发电技术洁净煤燃烧发电技术燃煤磁流体发电技术空冷发电技术火电厂计算机控制技术三、新能源发电技术,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,4,1.1火力发电生产过程,火力发电厂概念就能量转换的形式而言，火力发电机组的作用是将燃料（煤、石油、天然气）的化学能经燃烧释放出热能，再进一步将热能转变为电能。火电厂外景其发电方式有汽轮机发电、燃气轮机发电及内燃机发电三种。其中汽轮机发电所占比例最大，燃气轮机发电近年来有所发展，内燃机发电比例最小。火电厂汽轮机能量转换过程与三大主机作用如下锅炉燃料化学能→蒸汽热能汽轮机蒸汽热能→机械能,外形图,结构图发电机机械能→电能火力发电厂原理和生产过程示意图和火电厂分类（按蒸汽参数）,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,5,1.2世界电力工业的发展,电力工业回顾发电量、发电装机容量及其地区分布用电量及其构成的变化世界电力发展概况和预测,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,6,90年代后，电力发展三个突出的动向,世界发电量的年增长率趋缓，而一些发展中国家，特别是亚洲国家仍维持较高的电力增长速度；电力技术的发展向效率、环保的更高目标迈进；电业管理体制和经营方式发生变革，由垄断经营逐步转向市场开放。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,7,1.3我国电力工业概况,我国能源形势我国电力工业起源与发展我国电力工业与国外差距我国火电（集控室图）设备生产历程,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,8,二、火力发电技术发展趋势,2.1提高超临界火电机组效率2.1.1提高初参数，采用超超临界初参数的提高主要受金属材料在高温下性能是否稳定的限制，目前，超临界机组初温可达538℃～576℃。随着冶金技术的发展，耐高温性能材料的不断出现，初温可提高到600℃～700℃。如日本东芝公司1980年着手开发两台0型两段再热的700MW超超临界汽轮机，并相继于1989年和1990年投产，运行稳定，达到提高发电端热效率5％的预期目标，即发电端效率为41％，同时实现了在140分钟内启动的设计要求，且可在带10％额定负荷运行。在此基础上，该公司正推进1型（30．99MPa、593／593／593℃）、2型（34．52MPa、650／593／593℃）机组的实用化研究。据推算，超超临界机组的供电煤耗可降低到279g／kWh。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,9,超临界火电机组概况,世界第一台125MW超临界机组于1959年4月在美国投运,至今已有近40年的历史，目前超临界机组最大单机容量为1300MW，在美国、日本及俄国，超临界机组占火电容量的50以上。目前，国际上已经投运了单机在800MW以上火电机组的国家主要有美国、日本、原苏联和德国等。我国超临界机组现已投运或正在安装的有6000MW（有300MW、500MW及600MW机组共14台），大都是进口设备，最大单机容量为900MW。目前国内还不具备整套设计和制造超临界机组的能力。河南华能沁北电厂2600MW工程作为国产超临界机组示范电站，主机招标锅炉由东方锅炉厂中标，汽轮发电机组由哈尔滨动力集团中标；发电机由上汽发电集团中标；该工程于2004年9月投产。上海外高桥电厂2900MW机组于2004年5月投产.,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,10,超临界机组发展,世界第一台，1959年（美国），125MW，31MPa,621/566/566℃。目前单机容量最大（美国）1300MW，26.5MPa,538/538℃，共有六台，第一台1969投产。目前参数最高的是（美国西屋公司制造）325MW，34.3MPa,649/566/566℃，二次再热,1959年投产。欧洲几大发电集团正合作攻关蒸汽温度为700℃的燃煤机组.2015达到40MPa/700/720℃,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,11,超临界、超超临界机组的特点,机组热效率高与同容量亚临界火电机组比较，超临界机组可提高效率2-2.5，超超临界机组可提高效率约5,供电煤耗可降低到279g/Kw.h，可靠性好，环保指标先进；可复合变压运行，调峰性能好；（1）在低负荷时效率高；（2）具有良好的启动性能；（3）具有良好的负荷适应性。蒸汽压力高，蒸汽比容小，汽轮机叶片短，加之级问压差大，影响内效率，因而超临界及超超临界参数更适于大容量机组。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,12,超临界机组关键技术,新钢种的研究开发新钢种的开发与应用；调峰运行问题；材料的研究与国产化。超临界压力锅炉的关键技术超临界压力汽轮机的关键技术其它关键技术汽水化学工况；辅助设备；自动控制技术；运行技术。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,13,2.1.2采用高性能汽轮机,汽轮机制造技术已很成熟，但仍有进一步提高其效率的空间，主要有以下三种途径1首先是进一步增加末级叶片的环形排汽面积，从而达到减小排汽损失的目的。末级叶片的环形排汽面积取决于叶片高度，后者受制于材料的耐离心力强度。日本700MW机组已成功采用钛制1．016M的长叶片，它比目前通常采用的12Cr钢制的0．842M的叶片增加了离心力强度，排汽面积增加了40％，由于降低了排汽损失，效率提高1．6％。2其次是采用减少二次流损失的叶栅。叶栅汽道中的二次流会干扰工作的主汽流产生较大的能量损失，要进一步研制新型叶栅，以减少二次流损失。3最后是减少汽轮机内部漏汽损失。汽轮机隔板与轴间、动叶顶部与汽缸、动叶与隔板间均有一定间隙。这些部位均装有汽封，以减少漏汽损失。要研制新型汽封件以减少漏汽损失。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,14,建设有大容量火电机组群的大电厂,世界上2000MW以上大型火电厂有82座，其中4000MW以上的5座，3001MW～4000MW的24座2501～3000MW的24座，2000～2500删的有29座。世界最大的燃褐煤和燃烟煤的火电厂分别是波兰的贝尔哈托夫电厂和南非的肯达尔电厂，最大的燃气和燃油电厂分别是俄罗斯的苏尔古特第二火电厂和日本鹿岛火电厂，其装机容量分别为4320MW／4116MW，4800MW和4400MW我国目前最大的火力发电厂浙江北仑发电厂终于全面建成；该厂总装机容量达360万千瓦。（共6台600MW机组）,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,15,2.2燃气蒸汽联合循环发电技术（CombinedCvcle，简称CC或GTCC）,联合循环就是把在中低温区工作的蒸汽轮机的朗肯（Rankine）循环和在高温区工作的燃气轮机的布雷登（Brayton）循环的叠置，组成一个总能系统循环，由于它有很高的燃气初温（1200℃～1500℃）和蒸汽作功后很低的终温（30～40℃），实现了热能的梯级利用，使总的循环效率很高。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,16,2.2.1燃气蒸汽联合循环的主要优点,热效率高，目前为50～55，2000年以后渴望达到60～61；低污染，环保性能好；运行灵活，可靠性高，可日启停、调峰性能好；单位容量投资较低，简单燃气轮机每千瓦投资为l00～300美元／kW，汽轮发电机组为600～1000美元／kW，而联合循环发电机组为280～530美元／kW；标准的模块化设计，建设周期短，可分阶段建设，一年内即可发出60％～70％额定负荷；占地少，仅为PC＋FGD发电厂占地的1／3；节水，为同容量常规电站用水量的1／3；,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,17,2.2.2联合循环机组举例,电站\项目燃机型号出力MW燃料供电效率投运日期日本辅助Futtsu电站14STAG109E2000LNG48.51985土耳其Ambarbi1350天然气52.51991韩国Seoinchon电站8STAG107F1910天然气541992香港BlaokPoink电站8PG9311FA拟扩到600天然气54（设计）52.9（当地）1996英国Didcot电站4V94.31350天然气55.51996我国大陆以煤为主要发电一次能源，目前联合循环机组容量仅占全国发电容量的1．5％。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,18,2.3多联产发电技术,2.3.1热电联产指的是火电机组在发电的同时，用抽汽或背压机组的排汽进行供热，由于实现了热能的梯级利用，其总的能源利用率为70％～80％。如果联合循环机组用于热电联产，即高作功能力的燃气（1000℃以上）在燃气轮机中做功，其排气在余热锅炉中产生中等作功能力的蒸汽（500℃以上），驱动汽轮机继续做功，其低作功能力的抽汽或排汽用于工业或生活用汽用热，形成联合循环热电联产（图），其总的能源利用率可达80％～90％（理论极限为93％）。热电联产比热电分产可节约能源30％左右。我国有50万台工业锅炉，年耗煤4亿吨，平均容量2．28吨／时，如果其供热量的一半由热电联产供给，则年可节煤1．2亿吨。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,19,2.3.2热、电、冷三联产,热电冷三联产指锅炉产生的蒸汽在背压汽轮机或抽汽汽轮机发电，其排汽或抽汽，除满足各种热负荷外，还可做吸收式制冷机的工作蒸汽，生产6～8℃冷水用于空调或工艺冷却.热电冷三联产的优点（1）蒸汽不在降压或经减温减压后供热，而是先发电，然后用抽汽或排汽满足供热、制冷的需要，可提高能源利用率；（2）增大背压机负荷率，增加机组发电，减少冷凝损失，降低煤耗；（3）保证生产工艺，改善生活质量，减少从业人员，提高劳动生产率；代替数量大、型式多的分散空调，改善环境景观，避免“热岛”现象。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,20,2.3.3热、电、煤气三联产,煤中挥发份和部分固定碳受热后气化，产生城市煤气供万人城镇民用，焦碳送CFBC锅炉中燃烧产生蒸汽，用于热电联产。此外，在电厂中安装蓄热器回收排热或机组起停过程中排汽，可对热负荷移峰填谷；可增加尖峰发电力出力，提高能源利用率和机组稳定运行水平。还有一种双背压凝汽式汽轮发电机，是通过凝结水串联通过凝汽器的两个部分，形成两个不同的背压。由于改善了蒸汽热负荷的不均匀性，使其平均背压低于传统的单背压汽轮机的背压，可提高循环热效率。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,21,2.3.4燃气轮机高效热力循环,a程式双流体热力循环（回注蒸汽的燃气轮机热力循环）指余热锅炉产生的过热蒸汽，与压气机来的高温高压空气一起进入燃烧室，燃料燃烧产生的燃气和被加热到燃气初温的蒸汽，一起进入燃气轮机中作功，形成燃气、蒸汽在同一台燃机中膨胀作功的双流体热力循环。该循环燃机功率增大，循环效率提高；对燃气叶片冷却效果好，没有蒸汽轮机系统，使系统简化；可降低NOx排放。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,22,b湿空气透平（HAT）循环（蒸发-回热式双流体循环）,指软化水经燃机排气加热后喷人压气机出口蒸发器中被高温高压空气蒸发，空气与水蒸汽混合物在回热器中被燃气排气加热后，供给燃烧室，产生的燃气、蒸汽混合物进入燃气轮机作功。由于燃机排气余热的充分利用，可大大提高循环效率；由于燃机工质流量增加，使机组功率也大大增加；由于没有了蒸汽轮机，使系统大为简化，造价仅为余热锅炉型联合循环的50％。如果把整体煤气化产生的煤气经净化后供燃烧室燃烧，就形成IGHAT循环，也大大简化系统，节约投资。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,23,2.4煤炭洁净燃烧发电技术,火力发电发展至今，其一次能源仍以煤为主。如我国煤炭在一次能源的生产和消费中占了大头，同时煤电在电力装机总容量中占了75％.燃煤发电目前存在着两个突出的问题一是燃煤技术有待改善，煤的利用率要进一步提高；二是煤燃烧除放出热量外，还会产生大量的烟尘、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染环境的排放物。我国烟尘排放量的70％、二氧化硫排放量的90％都来自燃煤。洁净煤技术（CCT-CleanCoalTechno1ogy），指的是在利用煤炭发挥一次能源最大作用的同时，污染环境的气、固、液态排放量最少；也可定义为减少污染、提高效率的煤炭开采加工、运输、转化、燃烧、污染控制、综合利用等技术的总称。它是以三E为目标（经济Economics，环境Enviroment，效率Efficieney），是先进、清洁的“绿色煤电”。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,24,煤炭利用引起污染的种类,生产环节排放污染物及危害开采气态煤层瓦斯CH4、CO2、氯氟烷烃等温室气体固态矸石液态煤泥水、矿井水）运输煤中灰份、石、杂质燃烧气态（尘埃、SO2、NOX、CO2、二恶英）固态（灰渣）液态（冲灰渣水）,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,25,煤炭清洁、高效利用方法分类,燃烧前处理（源处理）指在开采到用户使用前这一阶段煤的处理方法；燃烧中清洁利用（过程处理）主要指流化床燃烧技术（FBCFluidized-bedCombustion）；整体煤气化蒸汽燃气联合循环（IGCCIntegratedGasificationCombinedCycle）；整体煤气化燃料电池（IGFCIntegratedGasificationFuelCell）、磁流体发电技术；炉内脱硫炉内喷钙脱硫，喷钙加尾部增湿活化脱硫；炉内脱硝低NOx燃烧器、低温燃烧、整体分级燃烧、回气再循环、再燃烧技术等；燃烧后清洁处理（烟气净化）；包括除尘、脱硫、脱硝、废水处理及零排放，废水资源化和干除渣、灰渣分除及综合利用。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,26,2.4.1燃烧前的煤炭加工和转化技术,煤炭加工技术是指在煤炭燃烧之前，以物理方法为主对其进行加工的各类技术，主要包括洗选、型煤、水煤浆技术。煤炭转化技术是指在燃烧之前对煤进行改质反应，包括煤气化和液化两种。洗选处理型煤加工水煤浆煤炭气化煤炭液化,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,27,2.4.2燃烧中净化技术,燃烧中净化技术是指燃料在燃烧过程中提高效率减少污染排放的技术，它是洁净煤技术的重要组成部分，由五项技术组成。先进的燃烧器循环流化床技术（CFBC）增压流化床联合循环技术（PFBC－CC）整体煤气化联合循环技术（IGCC）直接燃用超净煤粉的燃气蒸汽联合循环技术（CEN－CC）,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,28,1流化床燃烧技术FBC,定义及分类把8mm以下的煤粒和脱硫剂石灰石，加入燃烧室床层上，在通过布置在炉底的布风板送出的高速气流作用下，形成流态化翻滚的悬浮层，进行流化燃烧，同时完成脱硫，这种燃烧技术叫流化床燃烧技术。按燃烧室运行压力的不同，分为常压流化床AFBC（AtmosphericFluidized-bedCombustion）和增压流化床PFBC（PressurizedFBC）；按流化速度和床料流化状态不同，二者又可分为鼓泡床BFBC（BubblingFBC）和循环流化床CFBC（CireulaiingFBC）。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,29,流化床燃烧方式的特点,清洁燃烧，低污染排放，环保性能好;燃料适应性强，特别适合于中、低硫煤;燃烧效率高;负荷适应性好;灰渣综合利用好;PFBC还有结构紧凑、锅炉尺寸小的特点.,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,30,FBC技术的应用及发展情况,1921年弗里茨温克勤（FritzWink1er）建立了世界第一台小型流化床燃烧试验台，60年代中期，第一台FBC锅炉在美国投入运行;BFBC的“世界之最”为芬兰Rauba1anii热电站的295MW机组，日本竹原电厂2号机（350MW）燃油炉正改为BFBC,届时将成为世界最大BFBC；CFBC的最大机组为法国stein公司为法国Gardanne电站改造煤粉炉而制造的一台900t／h（配250MW机组）CFBC,2000年实现600MW的CFBC；我国自60年代初开始研究与应用FBC技术，目前国内FBC锅炉制造厂家有22家;410t／hCFBC装于四川内江高坝电厂，已于1996年投人生产；国家电力公司在内江正建设一座300MWCFBC锅炉示范电站。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,31,（2）增压流化床PFBC,进一步提高高温烟气除尘装置的除尘效率，减少燃机叶片磨损，如研制高效陶瓷过滤器；第二代PFB以2G-PFBC）的开发燃气轮机，自动控制装置及PFBC关键设备的国产化；提高脱硫剂利用率，实现低Ca／S比下达到高脱硫效率的目的；脱硫、脱硝、床温及Ca／S间的最佳配合；开发增压循环流化床PCFB的研究，它运行费用低，适于高硫煤，可降低Ca／S；PFBC大型化及CFBC-CC联合循环的研究；湿式给料机和干渣排出装置的开发，保证最佳粒度匹配，减少渗水量；保证在炉内压力下灰渣的连续稳定排除。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,32,3煤整体气化燃气蒸汽联合循环发电技术IGCC,发电原理煤经过气化和净化后，固体燃料已转化成清洁气体燃料，以此驱动燃气轮机发电，再用排出的高温燃气进入锅炉，产生蒸汽带动汽轮机发电，形成燃气与蒸汽联合循环发电（图）。IGCC的特点（1）热效率高，其效率比煤粉炉高10％以上，可达40％～50％;（2）污染排放少，环保性能优良；脱硫率98％～99％，NOx及CO2排放减少；（3）燃料适应性强，同一电站设备可燃用多种燃料，对高硫煤有独特的适应性;（4）容量可大型化，单位造价不断降低;（5）调峰性能好，起停机时间短;,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,33,IGCC发展概况,1984年1月美国建成世界最早的商业验证电站一CoolWater电站，该电厂发电出力为120MW，耗资2．62亿美元；现在世界上已建、在建和拟建的IGCC电站近约30座，其中美国拥有15座，居世界之冠。最大的为美国的440MW机组，计划或可研中容量为德国900MW和前苏联1000MW机组。一些发展中国家，如印度、中国也计划建立IGCC示范电站；我国从1994年开始对IGCC示范工程进行预可行性研究，国家电力公司拟在山东烟台电厂建设一座容量为300～400MW的IGCC示范电站.,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,34,IGCC的关键技术及发展方向,（1）先进的煤气化工艺研究与开发大容量的、能量转化效率高的煤气化炉；选择合适炉型，提高冷煤气效率和热煤气效率；高温、压力炉，增加气化反应速率，提高碳转化率.（2）高温烟气净化系统①高温除尘②高温干式脱硫（3）燃气轮机大型化、提高初温及其国产化.IGCC发展方向的核心，是提高效率和降低造价.,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,35,2.5燃煤磁流体发电技术,磁流体发电原理是高温导电气体（等离子体）高速切割磁力线产生感应电动势。燃煤磁流体发电是在煤燃烧产生的高温烟气中添加电离种子钾，然后通过磁流体发电机发出直流电，再逆变成交流电；排出的烟气温度仍很高，进入下游余热锅炉，产生蒸汽推动汽轮机发电。流程图优点联合循环发电热效率高，可达55％；由于添加的电离种子钾与硫反应生成钾的硫化物，回收种子时起到了自动脱硫的作用；磁流体发电部分无旋转部件，高温设备可通水冷却，机械强度易得到保证；磁流体发电不象汽轮机发电那样需要冷凝排汽的冷却水，因而可节约大量用水。我国是较早开发此技术的国家之一，该技术1986年列入国家高技术计划，目前已有25MW试验基地。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,36,2.6空冷发电技术,一般汽轮机的排汽进入凝汽器，由循环冷却水对排汽进行冷却，使其凝结成水。这种冷却方式需要大量循环水，一个1000MW大型火电厂每天用水量约500万吨，耗水量约10万吨，相当于一座中等城市的日用水量。在缺水和少水地区，这一水冷方式难以实现。它有直接空冷与间接空冷两种所谓直接空冷是汽轮机排汽进入空冷散热器，用空气直接冷却排汽；间接冷却是用空气来冷却循环凝结水，再用冷却后的循环凝结水与排汽直接接触冷凝排汽。我国已能自行制造200MW间接空冷机组，并于1993年在内蒙古丰镇电厂投运4台。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,37,2.7火电厂计算机控制技术,计算机技术在火电厂应用的研究始于上世纪六十年代初，七十年代由于计算机技术高度发展才取得实际应用。计算机控制技术仍处于不断发展之中，起初，计算机只是起巡回检测、越限报警、自动显示、打印制表等作用。后来，计算机可用于直接数字控制，进而实现局部最优控制，现在已能实现全系统的最优控制。2.7.1计算机控制功能安全监视、数据处理包括巡回检测、参数处理、越限报警、参数显示、制表打印、性能计算等。正常调节正常运行时，对锅炉、汽轮机、发电机等主辅设备进行直接或间接调节。管理计算对生产过程可按数学模型进行计算，寻找最优工况，实现最优控制.事故处理对生产过程进行监视和趋势预报，事故发生时进行分析和处理，并记录下事故时的设备状态和参数，供分析事故用。机组启停按编好的程序，实现机组自动启动或停机。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,38,2.7.2计算机控制方式,集中控制是指一台发电机组或全厂各台机组的监视、控制及管理都集中于一台或两台计算机上，这一方式简单。分散控制把控制任务分散在下层各台微型计算机上，在上层设置小型或中型机进行总的管理，形成分散控制系统（DCS），这是一种很有前途的控制方式。2.7.3计算机控制有以下优点提高运行效率及运行稳定性；减少和避免重大事故，延长设备寿命；减轻劳动强度，减少运行人员。2.8其它技术火力发电技术的发展必须遵循高经济性、高环保性的原则。除上述几个方面的技术发展趋势外，人们还应在提高本体设备（锅炉、汽轮机、发电机）及辅助设备（各种泵、风机、煤粉制备、高加、低加、除氧器、凝汽器等）运行可靠性及自动化水平方面继续努力。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,39,三、可再生能源和新能源发电技术,3.1太阳能发电技术图太阳能是无尽、无污染的巨大能源，是无私的“能源之母”。太阳每秒钟照射到地球上的能源约为500万吨标煤，一年为170万亿吨标煤，相当于全世界人类能耗量的3万多倍;我国太阳能资源丰富，约2／3地区年平均日照时数大于2000小时，每年太阳能辐射总量约在（3．3～8．4）l010kJ／m，适合于安装太阳能光伏发电设备（图）;太阳能发电技术包括光伏发电技术（PV）和太阳热发电技术（图）.住宅太阳能发电图2,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,40,3.2风力发电技术（图）,风能是太阳能另一种表现形式，是因地球各部分受热不均引起空气运动而产生的能量，风能是清洁的可再生资源，它分布面广，适于建设分散式电源，而数量多的风力发电机又是旅游资源。目前风力机之最为美国CE公司生产的“超级风力机”，单机功率7．3MW，风车直径11.2m。风力发电经历了从独立系统到并网系统的发展过程，大规模风力田的建设已成为发达国家风电发展的主要形式。目前，风力田建设投资已降至1000美元/kW，低于核电投资且建设时间可少于一年，其成本与煤电成本接近，因而具有很大的竞争潜力。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,41,世界风电,2000年世界风力发电总装机容量为1780万千瓦，而2001年则达到2330万千瓦，年增长率达30％。在工业化国家发展尤为迅速，并且风电成本也急剧下降。美国风力发电的成本80年代初为每千瓦时35美分，到2001年则降低为每千瓦时4美分。世界上最大的风力田位于美国加利福尼亚州，年发电约221108kW.h。在风力发电方面，德国处于世界第一。德国2001年总装机容量达到875万千瓦，占世界风力发电总装机容量的1／3。美国为420万千瓦，居世界第二位。西班牙为310万千瓦，占第三位。丹麦第四，为250万千瓦。预计到2004年，德国的风力发电装机容量还可再增加500万千瓦，风电将可满足德国电力总需求的10％。德国计划30年后用风力发电取代核电，风力发电在德国供电系统中的比重将占到25。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,42,我国风力发电,我国独立风电装置有10多万台，总容量260MW左右，80以上在内蒙古。80年代中后期以来，联网风电场建设迅速发展，全国共建成20多个联网风电场，容量234MW。新疆达板城风电二场是我国目前最大的联网风电场，我国自行研制的7.5MW风力发电机组已经投入运行。到2005年,全国风力发电总装机容量将达150万千瓦左右。广东惠来石碑山风电场计划建设167台国产风机，每台风机容量600KW，合计容量100MW，为全国目前装机容量最大的风电场，总投资7亿元。第一批风机共25MW将于2005年初投运，2006年底全部机组投产。风力发电不会带来气、水、渣等方面的环境污染问题，是我国大力提倡发展的新型能源。为此，我国将在全国启动20个10万千瓦以上的大型风电场计划，并首选了广东惠来石碑山风电场和江苏如皋东风电场作为示范项目提前启动。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,43,3.3燃料电池发电,美国每年投资数亿元开发燃料电池，掌握了许多最先进的技术。日本也大力开展燃料电池及发电技术的研究，仅磷酸型燃料电池PAFC发电装机就已超过30MW。加拿大、韩国以及欧洲许多国家也在燃料电池的研究与应用上取得了很大进展。90年代中期以来，我国在PEMFC燃料电池研究方面取得了较大的进展。燃料电池技术列入了国家”九五“科技攻关项目和中国科学院”九五“应用研究与发展重大项目，其研究目标直指国际水平。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,44,燃料电池及发电优点,①效率高；②污染物接近零排放，低噪音发电，是理想的清洁能源；③省水,占地少,重量轻，适合用作分散式电源燃料电池应用范围①用于发电;②军事和宇航业，用于潜艇能源;③其它移动式电源、不停电电源等.,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,45,3.4地热能发电,地热发电的相关技术已经基本成熟，进入了商业化应用阶段。美国拥有世界上最大的盖塞斯地热发电站，装机容量达2080MW。菲律宾的地热发电装机容量也高达1050MW，占该国电力装机总容量的15。目前全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近10000MW，分布在20多个国家，其中美国占40。我国地热发电站总装机容量30MW左右，其中西藏羊八井（1万KW）、那曲、郎久三个地热电站规模较大。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,46,3.5海洋能发电,目前，世界各地已建成了许多潮汐电站，其中规模最大的是法国的郎斯电站，装机容量240MW。规模较大的还有加拿大的安那波利斯电站、中国的江厦电站和幸福洋电站、原苏联的基斯洛电站等。目前我国共有八座潮汐电站建成运行，容量5.4104kW.h，最大的是80年代建成的浙江江厦电站，装机容量3.2MW。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,47,3.6生物质能发电图,生物质能发电包括垃圾焚烧发电、沼气发电、薪材发电和水煤气发电。城市垃圾发电是30年代发展起来的新技术，最先利用垃圾发电的是德国和美国。目前，美国垃圾焚烧发电约占总垃圾处理量的40，已建立了几百座垃圾电站，其中底特律市拥有世界上最大的日处理垃圾4000t的垃圾发电厂。日本城市垃圾焚烧发电技术发展更快，垃圾焚烧处理的比例已接近100。生物能发电在我国尚处于起步阶段，蔗渣/稻壳燃烧发电、稻壳气化发电和沼气发电等技术已得到应用，总装机约800MW。深圳垃圾发电厂（图）已运行了七年，为垃圾发电在我国的发展积累了一定的经验，这将为解决我国城市垃圾处理问题带来新的希望和契机。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,48,3.7核能发电,3.7.1世界核电发展现状与优点蓬勃发展的世界核电自从1954年苏联第一座5MW试验性核电厂投入运行以来，核电在许多国家和地区已承担基本负荷，目前世界上30多个国家己运行核电机组441座，总装机容量3.6W亿KW，核电已占世界总发电量的20％。从已运行的核电站装机容量来看美国居首位，装机容量占全世界的四分之一，其次是法国、日本、德国和俄罗斯。从发展速度来看法国、日本和韩国保持着较高的发展速度，目前法国核能发电量已占总发电量的80。预计到2030年，世界核电站总数将达到1000座，核发电量将占总发电量的三分之一，可以预期在相当长一段时期内核电将成为电力工业的支柱。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,49,3.7.2我国核电发展现状和前景,我国自行设计建造的第一座核电站秦山30万千瓦核电站（图），自1991年12月15日并网发电来，已安全运行十多年，累计发电200多亿度。从法国引进电功率为290万千瓦的广东大亚湾核电站，于1993年投入运行，两座机组年发电量可达100亿度。向巴基斯坦出口的恰希玛核电站，电功率为30万千瓦，2000年并网发电，现正在稳定运行。我国也已成为核电站出口国。广东岭澳地区再建两座90万千瓦级核电站已于2002－2003年分别投入运行。秦山二期（图）二座60万千瓦自行设计建造的商用核电站已于2002－2003年分别投入运行。从加拿大引进的秦山三期二座电功率为70万千瓦的重水堆核电机组也已于2002－2003年分别投入运行。目前，正在建设的江苏田湾两座电功率100万千瓦的核电站，预计到2005年可投入运行。因此到2005年我国核电运行容量可达870万千瓦。根据国家和地方省级核电规划，在2010－2020年山东省海阳、广东省岭澳、阳江、浙江省三门以及福建、江西和安徽等省均计划建造百万千瓦级核电站。国家计划到2020年核电装机容量将达3200万千瓦（20多座）；将核电占全国总体发电量的比例从目前的大约1提高到5左右。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,50,我国目前运行和在建的核电站,电站净功率MWe商运日期大亚湾19441993.7大亚湾29441994.1田湾110002004.12田湾210002005.12岭澳19352002.7岭澳29352003.3秦山12791991.12秦山26102002.6秦山36102003.4秦山46652003.2秦山56652003.11,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,51,3.7.3什么是核电站,将原子核裂变释放的核能转换成热能，再转变为电能的系统和设施，通常称为核电站。1核电站反应堆压水型反应堆堆芯堆内构件压力容器控制棒驱动机构2核电站动力回路一回路系统二回路系统其他辅助系统3核电站主要设备流程图核反应堆蒸汽发生器稳压器主冷却剂泵汽轮发电机机组,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,52,3.7.4核电站厂房,核电站厂房主要由反应堆厂房（又称安全壳厂房）、一回路辅助厂房、核燃料厂房、汽轮发电机厂房、主控制室、输配电厂房、循环水厂房及三废处理厂房等组成。3.7.5核电站的燃料循环特征核燃料在核电站反应堆年的燃烧方式与有机燃料的燃烧有着本质的差别。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,53,世界上典型的商用核电站,沸水堆核电站重水堆核电站高温气冷堆核电站快中子增殖堆核电站核裂变电站的改进和发展追求更好的安全性不断改善核电的经济性要满足环境生态可持续发展要满足资源利用可持续发展的要求满足防核扩散的要求,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,54,2030年以前将开发几种新型核电的反应堆和燃料循环技术,超临界水冷堆系统（SCWR）超高温气冷堆系统（VHTR）气冷快堆系统（GFR）液态钠冷却快堆系统（SFR）,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,55,3.7.4聚变核电站,热核反应的实现及巨大聚变能的释放，自然地促使人们去研究如何使聚变能持续地释放，成为人类可控制的能源。随着受控热核裂变的基础理论和实验技术的飞速发展，各国正在大力投资设计建造大型的裂变实验装置。据不完全统计，目前大约有21个国家（包括中国）共建造了200余个核聚变实验装置，同时设计研究了各种受控热核反应堆发电装置。按照国际热核实验反应堆。地点将在西班牙、法国、加拿大或日本。热核反应堆是利用氢的同位素氘和氚的原子核实现核聚变的核反应堆。用受控核聚变的的能量来发电具有能量释放大，资源丰富、成本低，安全可靠等优点。,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,56,谢谢大家再见,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,57,人均年用电量,低于100kwh的国家和地区有30个；在101～1000kwh有53个，中国957kwh；在1001～10000有109个；超过10000kwh的有10个；挪威（3830kwh／人）冰岛（18934kwh／人）加拿大（17455kwh／人）瑞典（16421kwh／人）芬兰（15515kwh／人）科威特（15368kwh／人）卢森堡（15075kwh／人）美国（12981kwh／人）卡塔尔（11362kwh／人）,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,58,1999年一些国家的用电构成,国家全国用电量亿kW.h工业交通运输农业家庭生活商业及其他美国3259336.10.1--32.930.9中国1103973.01.96.211.37.6日本923946.12.30.426.424.8俄罗斯814445.77.89.636.9德国482947.13.51.627.120.7加拿大496545.60.92.027.224.3法国381640.42.80.731.224.8英国317535.62.41.232.927.9意大利253750.83.21.723.121.2韩国222960.20.81.914.622.6,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,59,世界发电分类构成图,1,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,60,装机容量前十位的构成情况,序号国家装机容量万kW水电火电核电（）1美国78350.212.574.612.92中国23654.223.575.60.93日本23373.719.062.718.34俄罗斯21085.720.769.210.15加拿大11361.258.027.614.46德国11544.37.772.519.87法国12074.020.823.555.78印度9680.321.875.92.39英国7046.05.876.617.610巴西6075.687.311.61.1,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,61,1999年世界发电量的大区分布,亚洲7.9非洲2.8拉丁美洲5.0中东2.9OECD国家63.3非OECD欧洲国家1.1中国8.6前苏联8.4世界100.014764（亿KW.h）,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,62,世界发电量大区分布图,,,专题一火力发电技术发展趋势--宋长华,63,电力工业回顾,电力工业起源于10世纪后期。1875年世界上第一台火力发电机组建于巴黎北火车站的直流发电机，用于照明供电。1879年，美国旧金山实验电厂开始发电，这是世界上最早出售电力的电厂。1882年，美国纽约珍珠街电厂建成发电，装有6台直流发电机，总容量是900马力（670kw），以110V直流为电灯照明供电。1904年意大利试验地热发电成功。1912年德国建成世界第一座潮汐电站。1920年前苏联建成第一座热电站。1925年美国制成世界第一台100MW汽轮发电机组。1929年美国建成第一座抽水蓄能电站，7000kW。1957年美国安装第一台超临界火力发电机组（31MPa,621/566/566，125MW）。1970年法国制成世界第一台燃气蒸汽联合循环发电机组。199