电气工程基础华中科技大学第二章发电系统2010

第二章 发电系统 华中科技大学电力工程系 罗 毅 luoyee@mail.hust.edu.cn 第二章教学目的 •理解各类电厂中的能量转换 •了解能源的种类、我国能源分布状况；理解能源分布对电力系统的影响

•了解各类电厂的电能生产过程、各子系统的组成及电厂中的主要设备

•理解各类电厂的特点及其对电力系统的影响 第二章学习指导 学习重点 •能源分布及其对电力工业的影响 •各类电厂的电能生产过程 •各类电厂的特点对电力系统的影响

学习难点 •各类电厂的电能生产过程 •各类电厂的特点对电力系统的影响 第二章学习指导 学习方法 •注意电厂能量的转换过程； •注意通过录像、参观等形式了解电能的生产过程 •注意各类电厂生产特点的比较。 电厂能量转换过程 •其它形式的能  机械能  电能 •火电厂：燃料的化学能  热能  机械能  电能 •核电厂：核能 热能  机械能  电能 •水电厂：水的势能和动能 机械能  电能 •风电场：风能 机械能  电能  能源的分类 再生性能源水力常规能源非再生性能源煤，石油，天然气，核裂变物质

再生性能源太阳能、风能、海洋能、地热能一次

能源新能源非再生性能源核聚变物质

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

一次能源和二次能源 常规能源和新能源 再生能源与非再生能源 含能体能源和过程性能源

含能体能源

化石燃料（煤、石油、天然气）

核燃料，地下热水，地热蒸汽氢能，高水位水库过程性能源风，流水，海洋，潮汐太阳的直接辐射，电能

我国的能源资源 我国能源分布 地 区 煤炭资源 （亿吨标煤） 水能资源 （万kW）

东 北 华 北 西 北 中 南 西 南 华 东 140 3050 1035 180 530 310 1199 69 4196 6743 23234 1790

人均可开采资源煤炭( 吨 )石油( 吨 )天然气

( m3 )

我国89.82.61074

USA876.413.216843世界平均162.523524796西(部水)电东送 北(方)煤(电)南运 南水北调 燃煤电厂允许排放 •烟尘最高允许排放浓度：200 mg/m3

•锅炉二氧化硫最高允许排放浓度：1200 mg/m3 • 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物最高允许排放浓度：650mg/m3 新能源及其资源分布 •新能源发电：核聚变发电厂、风电场、太阳能发电厂

•核聚变发电：轻核聚变用的燃料是海水中的氘，1升海水可提取30毫克氘，相当于300升汽油 •中国10m高度层的风能资源总储量为32.26亿kW，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53亿kW •东南沿海及其附近岛屿是风能资源丰富地区，有效风能密度大于或等于200W/m2的等值线平行于海岸线；沿海岛屿有效风能密度在300W/m2以上，全年中风速大于或等于3m/s的时数约为7000～8000h，大于或等于6m/s的时数为4000h。

•新疆北部、内蒙古、甘肃北部也是中国风能资源丰富地区，有效风能密度为200～300W/m2，全年中风速大于或等于3m/s的时数为5000h以上，全年中风速大于或等于6m/s的时数为3000h以上。 •黑龙江、吉林东部、河北北部及辽东半岛的风能资源也较好，有效风能密度在200W/m2以上，全年中风速大于和等于3m/s的时数为5000h，全年中风速大于和等于6m/s的时数为3000h。 •青藏高原北部有效风能密度在150～200W/m2

之间，全年风速大于和等于3m/s的时数为4000～5000h，全年风速大于和等于6m/s的时数为3000h；但青藏高原海拔高、空气密度小，所以有效风能密度也较低。 •云南、贵州、四川、甘肃、陕西南部、河南、湖南西部、福建、广东、广西的山区及新疆塔里木盆地和西藏的雅鲁藏布江，为风能资源贫乏地区，有效风能密度在50W/m2以下，全年中风速大于和等于3m/s的时数在2000h以下，全年中风速大于和等于6m/s的时数在150h以下，风能潜力很低 我国太阳能资源 •一类地区 • 为我国太阳能资源最丰富的地区，年太阳辐射总量6680～8400 MJ/㎡，相当于日辐射量5.1～6.4kWh/㎡。这些地区包括宁夏北部、甘肃北部、新疆东部、青海西部和西藏西部等地。尤以西藏西部最为丰富，最高达2333 kWh/㎡（日辐射量6.4kWh/㎡），居世界第二位，仅次于撒哈拉大沙漠。 我国太阳能资源 •二类地区 • 为我国太阳能资源较丰富地区，年太阳辐射总量为5850-6680 MJ/m2，相当于日辐射量4.5～5.1kWh/㎡。这些地区包括河北西北部、山西北部、内蒙古南部、宁夏南部、甘肃中部、青海东部、西藏东南部和新疆南部等地。 我国太阳能资源 •三类地区 • 为我国太阳能资源中等类型地区，年太阳辐射总量为5000-5850 MJ/m2，相当于日辐射量3.8～4.5kWh/㎡。主要包括山东、河南、河北东南部、山西南部、新疆北部、吉林、辽宁、云南、陕西北部、甘肃东南部、广东南部、福建南部、苏北、皖北、台湾西南部等地。 我国太阳能资源 •四类地区 • 是我国太阳能资源较差地区，年太阳辐射总量4200～5000 MJ/㎡，相当于日辐射量3.2～3.8kWh/㎡。这些地区包括湖南、湖北、广西、江西、浙江、福建北部、广东北部、陕西南部、江苏北部、安徽南部以及黑龙江、台湾东北部等地。 我国太阳能资源 •五类地区 • 主要包括四川、贵州两省，是我国太阳能资源最少的地区，年太阳辐射总量3350～4200 MJ/㎡，相当于日辐射量只有2.5～3.2kWh/㎡。 火力发电厂 1. 火力发电厂 将煤、油、天然气或其它燃料的化学能转换成电能的工厂。 2. 分类： 按容量大小： 大型电厂、中型电厂、小型电厂 按燃料种类： 燃煤、燃油、燃气 按原动机： 蒸汽轮机、燃气轮机 按输出能量： 凝汽式电厂和热电联产电厂 按机组热力参数：低压、中压、高温高压 超高压、亚临界、超临界电厂 3. 能量转换过程： 燃料的化学能  热能  机械能  电能 4. 火电厂的组成 火电厂由三大主机（锅炉，汽轮机，发电机）及其辅助设备组成。 火力发电厂的生产过程 核电厂 水电厂 分类 堤坝式 引水式 抽水蓄能  发电厂的分类：凝汽式、热电、水电、核电、抽水蓄能等

基荷发电站：核电站、大型凝汽式电站、径流式水电站 腰荷发电站：中型凝汽式电站、部分水电站、燃气—蒸汽联合循环电站 峰荷发电站：水电站、抽水蓄能电站、小型凝汽式电站、燃汽轮机电站

一、火电厂 火电机组的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。 火电机组有最小技术出力限制。一般燃煤火电机组的最小技术出力不能低于其额定出力的70～80%，这样就限制了它们的负荷调节能力。特殊设计的调峰火电机组的最小技术出力可以降低到50%，但造价较高，并且对燃料的要求较高。 火电机组启动技术复杂，且需耗费大量的燃料、电、化学水，因此，火电机组不宜经常启停。如5万kW的机组从冷态启动到带满负荷需要6h。 火电机组负荷的调节速度非常缓慢，国产30万kW机组试验表明，改变负荷的速率仅为每分钟1～2%（一般在3%左右，不超过5%）。 除坑口等电厂外，火电厂选址较灵活，有利于合理配置有功和无功电源。 火电厂建设周期较短，投资较少，但运行费用较高。

各类发电厂的技术经济特点 二、核电厂 核电站需要连续地以额定功率运行，在电力系统中总是分担基荷（从技术上来看，核电站也可承担腰荷）。

核电站大约每年要更换一次燃料，一般要停运半个月左右（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）。

由于核电站主要设备及辅助设备极为复杂，检修时间较长，因此，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。

核电站的主要优点是核燃料以少胜多。一座100万kW的压水堆核电站一年只需25～30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。

各类发电厂的技术经济特点 三、水电厂 水电站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。因此，水电站的出力和发电量与水文条件及水流调节情况有关。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。

水电站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。水电站水头下降的原因，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。

水电站运行的另一特点是启停机迅速方便。从停机状态到满负荷运行需时仅1～2min。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。 水电站的发电能源是可再生能源——水能。因此，水电站的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。

建设周期较长，单位投资较大，但运行成本较低，基本无污染。

各类发电厂的技术经济特点