电力系统基本概念.ppt

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1、电力系统基础,电气与自动化工程学院 刘洪,重要性： 是电气与自动化工程专业的重要的专业基础课； 是电力系统及其自动化学科的考研课程。 作用： 1、承上：“数学”、“电路”、“电机”等课程 2、启下：“电力系统保护与控制”等一系列专业课程 主要内容： 电力系统的基本原理、实用计算。 包含三大计算之二：潮流、短路和稳定计算。,课程基本情况,2,课程设置,第一章电力系统基本知识 4学时 第二章元件的等值电路和参数计算 6学时 第三章简单电力系统的潮流计算12学时 第四章电力系统的正常运行与控制 8学时 第五章电力系统故障与短路电流计算12学时,电力系统的组成 电力系统的额定电压和额定功率 电力系统特

2、点和对电力系统运行的要求 发电、输配电和负荷的基本情况 电力系统接线方式与中性点接地方式 电力系统输电方式,电力系统基本知识,4,电力线路的等值电路及参数计算 变压器的等值电路及参数计算 发电机的等值电路及参数计算 电力系统的等值电路及参数计算（标幺值）,元件的等值电路和参数计算,5,潮流-网络中的功率分布及其网损，即各支路（变压器和电力线路）中流过的功率及其损耗，还有各个结（节）点的电压幅值及其相角。 在电路中用的是电压电流，在电力系统中一般是用功率和电压。 计算方法有两种：近似计算方法（简单网络）：物理意义明确，计算方法采用近似方法，满足工程需要。计算机计算（复杂网络）：计算方法精确，计算

3、量太大，需编程用计算机算。,电力系统的潮流计算,6,无功平衡与电压调整 电压是衡量电能质量的重要指标。 各个节点对电压都有要求，不能太高也不能太低 维持电压的本质是无功平衡 无功电源有：发电机、调相机、静电电容器、静止补偿器和静止无功发生器。 调压方式：逆、常、顺 调压措施：改变变压器变比；改变发电机端电压；改变网络参数；改变网络中的无功分布。,电力系统的正常运行与控制,7,有功平衡与频率调整 频率是电能质量的一个重要指标 （单位：赫兹） 频率影响电力设备和用户产品质量（电机转速） 频率-1秒钟变化的次数；周期-一个周波所需时间 发电机装有调速器，改变进汽进水，即有功功率来调频。 全系统有功平

4、衡：发电有功=负荷有功和有功网损 有功平衡有一个平衡到哪一个频率上的问题 运行时必须有备用（旋转备用、冷备用），才能维持频率一定。,电力系统的正常运行与控制,8,短路是一种非正常连接，短路过程称电磁暂态 三相短路-对称短路 单相接地、两相接地短路、两相短路-不对称短路 短路电流特大于正常电流，因而计算时可近似，满足工程使用即可 不对称短路的计算方法 对称分量法 分成正序、负序、零序三个网络三组相量分别计算，最后合成 目的：保护整定，断路器选择,电力系统的短路计算,9,课程设置,第一章电力系统基本知识 4学时 第二章元件的等值电路和参数计算 6学时 第三章简单电力系统的潮流计算 8学时 第四章电

5、力系统的正常运行与控制12学时 第五章电力系统故障与短路电流计算12学时,电力系统的基本知识,1.1 电力系统的组成,11,电力系统：是由生产、输送、分配和消耗电能的所有电气设备所组成的统一整体。 一次系统：生产电能的发电机、输送和分配电能的变压器和电力线路以及消耗电能的各种用电设备（如电动机等）。,电力系统、电力网和动力系统,12,电力系统：是由生产、输送、分配和消耗电能的所有电气设备所组成的统一整体。 二次系统：继电保护装置、安全自动装置、通信设备和调度自动化等辅助系统。,电力系统、电力网和动力系统,13,电力网：是电力系统中除去发电机和用户，剩余的变压器和电力线路所组成的输送、分配电能的

6、网络。,电力系统、电力网和动力系统,14,动力系统：是电力系统再加上电厂的原动机等动力部分。 动力部分主要有：火电厂的锅炉和汽轮机等；水电厂的水和水轮机等；原子能电厂的反应堆等；风力发电场的风机等。,电力系统、电力网和动力系统,15,发电系统：加上发电厂的升压变 输电系统与配电系统的区别：运行方式 配电系统：高、中、低压,发电系统、输电系统和配电系统,16,主要电压等级,在我国，通常将电力系统的电压等级范围划分低压、中压、高压、超高压和特高压见下表。 表1-1 我国电压等级范围的划分 我国输电网的电压等级一般在220-1000kV之间，基本属于高压、超高压和特高压的范畴。而配电网的电压等级一般

7、选为110kV（或35kV）及以下，大致涵盖了低压、中压和高压的各种电压等级。,17,1000kV 输电线路,18,1000kV 输电线路杆塔施工,19,1000kV 输电线路分裂导线,20,电力系统的基本知识,1.2 电力系统概况,21,电力系统的基本知识,1.2.1 电力系统发展概况,22,电力系统的由来,一次能源 二次能源 能源使用,23,电力系统的交直流问题,初期直流，1886年后，其无法远距离送电的局限性显露出来，输电要高电压，而发用电不接受高电压，需要基于交流的变压技术。 19世纪90年代交直流标准之争，爱迪生主张直流，蒂斯拉主张交流，激烈辩论。 1893年，南加州一条长12公里的

8、2300V电力线路投入运行，这是北美第一条三相电力线路。同年，尼亚加拉瀑布选择交流，因为直流不可能将电送往30km以外的布法罗，结束了交直流争论。 到1995年世界上交流输电的最高电压已达了1150kV，输送距离最长为1900km，最大的单机容量为1300MW。,24,我国电力系统发展阶段,1882年4月，电力工业发展的始端； 1949年，电力工业缓慢发展； 1996年，我国发电量和装机容量位居世界第2。 我国自1882年有电力以来至1949年底，经过67年发展装机容量只达到185万kW，年发电量 43亿 KWh，分别居世界第 21位和第25位。 从1996年起，我国发电机装机容量和年发电量均

9、居世界第二位， 2003年全国总装机容量达到38450万kW，年发电量19080 亿kWh。2008年全国总装机容量达到 65700万kW。,25,我国电网建设,1974年建成 330kV输电线路，由刘家峡水电站到陕西关中。 1981年建成 500kV输电线路，由河南姚孟火电厂到武汉。 2003年建成 750kV输电线路，由青海官亭至兰州东输变电工程。 2008年11月，我国首条1000kV特高压输电线路正式通电运行。工程起于山西，途经河南止于湖北，穿越黄河、汉江两条大河，跨越太行、伏牛两座名山，全长654km，是世界上第一条投入商业化运行的高压输电线路。,26,我国电网现状,已建成跨省电力系

10、统6个：华东、华北、华中、 东北、西北及南方电网。 除西北电网采用 750/330/220kV 网架外，其它电 网网架均采用 500/220kV。,27,我国的电网公司和发电集团,两大电网公司：国家电网公司和南方电网 国家电网：东北、华北、华中、华东、西北 南方电网：广东、广西、云南、贵州、海南 五大发电集团： 大唐 华能 华电 国电 中电投,28,电力系统的基本知识,1.2.2 额定电压与额定频率,29,额定频率,电力系统中的许多用电设备的运行状况都同频率有密切的关系，尤其是电动机的转速，因此必需规定运行频率。 世界各国所规定的频率并不完全相同，目前，主要有50Hz(赫兹)和60Hz两种。

11、我国电力系统的额定频率规定为50Hz，也就是工业用电的标准频率，简称工频。,30,额定电压,为使互联的各电气设备都能运行在较有利的电压下，各设备的额定电压应相互配合。 一般把电力线路和用电设备的额定电压称为系统（网络）的额定电压UN（线电压），常包括3，6，10，35，110，220，330，500，750，1000kV。（需要记住） 即：网络的额定电压等于用户设备的额定电压，也等于母线的额定电压，也等于线路的额定电压，也就是我们通常所说的额定电压。,31,额定电压发电机与变压器,为了调整网络的实际电压，发电机通常运行在比网络额定电压高5的状态下，所以发电机的额定电压规定比网络额定电压高5。

12、根据功率的流向规定：接受功率的一侧为一次绕组，输出功率的一侧为二次绕组。 故： 对于双绕组升压变压器，低压绕组为一次绕组，高压绕组为二次绕组； 对于双绕组降压变压器，高压绕组为一次绕组，低压绕组为二次绕组。,32,额定电压变压器,变压器的一次绕组相当于用电设备，故其额定电压等于网络的额定电压。 注意：当直接与发电机连接时应与发电机的额定电压相一致，因而就等于发电机的额定电压。 变压器的二次绕组相当于供电设备，再考虑到变压器内部绕组的等值阻抗所引起的电压损耗，故： a）当变压器的短路电压小于7或直接与用户连接时，则二次绕组额定电压比网络的高5。 b）当变压器的短路电压大于等于7时，则二次绕组额定

13、电压比网络的高10。,33,变压器的分接头及其变比,两绕组变压器的高压绕组以及三绕组变压器的高、中压绕组一般设有抽头，称为分接头； 分接头电压与主抽头电压的差值为主抽头电压的百分之几，即为变压器的档距。 无载调压的分接头档距一般为 ； 有载调压的分接头档距一般为 。,34,变压器的分接头及其变比,【例】：对于一台10kV 220kV的升压变，其额定变比为：10.5/242 kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为: +5%:2421.05kV=254.1kV +2.5:2421.025kV248.05kV 主:242kV -2.5:2420.975kV235.95kV -5%:

14、2420.95kV=229.9kV,35,变压器的分接头及其变比,【例】：对于一台220kV 10kV的降压变，其额定变比为：220/11 kV，设有5级高压侧抽头，则每一抽头的实际额定电压分别为: +5%:2201.05kV=231kV +2.5:2201.025kV225.5kV 主:220kV -2.5:2200.975kV214. 5kV -5%:2200.95kV=209 kV 升压变、降压变不同的变比计算需要掌握,36,我国电力系统的平均额定电压,平均额定电压为 有些并适当取整， 具体为3.15、6.3、 10.5、37、115、 230、345、525、 788 kV,37,额定

15、电压计算示例,各电压级的额定电压及功率输送方向如图。求 发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压； 各变压器的额定变比； 设变压器T-1工作于+5抽头，T-2和T-4工作于主抽头，T-3工作于-2.5抽头时，各变压器的实际变比。,38,额定电压计算示例,解： （1）G：10.5kV T-1：低10.5kV，高242 kV T-2：高220 kV，中121 kV，低38.5 kV T-3：高35 kV，低10.5 kV T-4：高220 kV，低121,39,额定电压计算示例,解： （2） T-1：242/10.5 T-2：220/121, 220/38.5, 121/38.5 T-3：35/10

16、.5 T-4：220/121,40,额定电压计算示例,解： （3） T-1：242（10.05）/10.5 T-2：220/121, 220/38.5, 121/38.5，同（2） T-3：35（1-0.025）/10.5 T-4：220（1+0.025）/121,41,额定电压、输电距离和传输功率,网络电压等级应与系统的容量和供电范围相适应。 传输功率一定，电压高，电流小；反之电压低，电流大。电压高，绝缘要加强；电流大，导线截面要大；二者都要投资，需要进行经济技术比较来决定。,42,电力系统的基本知识,1.3 电力系统的特点 和对运行的基本要求,43,电力系统的基本知识,1.3.1 额定电压

17、与额定频率,44,电力系统运行的特点,（1）电能不能大量存储。由于目前还没有大量存储电能的好方法，因而电能的生产、输送、分配和消费实际上是同时进行的，即电力生产的同时性。任何时刻发电机所送出的功率等于用电设备所消耗的功率与输送过程中产生的功率损耗之和。 （2）电力生产的快速性。电能输送过程迅速，其传输速度与光速相同，每秒达到30万公里，即使相距几万公里，发、输、用基本上都是同时完成的。电力系统的暂态过程非常短促。从一种运行状态到另一种运行状态的过渡极为迅速，以毫秒甚至微秒计。 （3）与国民经济和人民生活密切相关。当今社会一切厂矿企业、事业单位和人民生活均离不开电能，供电的突然中断会造成很大的损

18、失以致严重的后果。,45,对电力系统运行的基本要求,配电网应提供安全、可靠、优质的电能，并且未来电网的可靠性和电能质量需求将越来越高。,提前预见运营风险并有效应对，提高资产利用水平，最大化经营效益。,期望电网生产过程节能环保，接纳分布式电源，实现可控的用电策略。,企业需求,社会需求,客户需求,46,电能质量的各项指标,电压幅值：对于35kV及以上电压级允许变化范围为额定值的5，10kV及以下电压级允许变化范围为7。电动机：5；照明：32.5; 农电：+7.5%-10%。 频率：我国电力系统的额定频率为50Hz，正常运行时允许的偏移为0.20.5Hz。 谐波：要求电压为正弦波形，但谐波会造成电压

19、波形的畸变。为此需对电压正弦波形畸变率（指各次谐波有效值平方和的方根对基波有效值的百分比）有所限制，110kV及以上供电电压不超过2，35-60kV供电电压不超过3，6-10kV供电电压不超过4，0.4kV供电电压不超过5。,47,电力系统的运行状态,一般可以区分为稳态和暂态。 在电力系统运行的某一段时间内，如果运行参数只在某一恒定值的平均值附件发生微小的变化，称这种状态为稳态。 稳态可以分为正常稳态、故障稳态和故障后稳态。 正常稳态是指正常三相对称运行状态，电力系统在绝大多数的时间里处于这种状态。,48,电力系统的运行状态,电力系统暂态一般是指从一种运行状态到另一种运行状态的过渡过程。 在暂

20、态中，所有运行参数都发生变化，有些则发生激烈的变化。 此外，运行参数发生振荡的运行状态，也是一种暂态。,49,电力系统的基本知识,1.4 电力系统的接线方式 和中性点接地方式,50,各种接线方式及特点,电力系统的接线包括发电厂、变电所的主接线和电力网络的接线。电力网的接线通常按可靠性分为无备用和有备用。 无备用接线每一个负荷只能靠一条线路取得电能。优点是设备费用小，缺点是可靠性差。无备用接线主要有以下三种方式： （1）放射式（2）干线式（3）树状网络,51,各种接线方式及特点,有备用接线负荷可以从两条及以上线路取得电能。优点是可靠性高，缺点是设备费用高，且运行调度复杂。主要有以下三种方式： （

21、1）双回线（2）环网（3）两端供电,52,中性点运行方式,电力网络中性点是指星形接线的变压器或发电机的中性点。运行方式（或接地方式）可分为两类： 中性点直接接地 优点：首先安全性好，其次是经济性好。 缺点：供电可靠性差。 一般用于110kV及以上电网。 中性点不接地或经消弧线圈或小电阻接地 优点：供电可靠性高。 缺点：经济性差。 一般用在35kV及以下电网。,53,电力系统的基本知识,1.5 电力系统的输电方式,54,电力系统的基本知识,1.5.1 高压交流输电,55,高压交流输电,从较低的6、10kV发展到35、110和220kV，直至当今的500、750和1000kV。 交流输电主要采用三

22、相制，即三个幅值大小相同，相位相互差120的三相交流电。,56,超高压输电线路的接线原理,为了防止线路空载或轻载时引起的线路末端电压升高和操作过电压、以及长距离输送无功，一般在输电线路两端并接高压电抗器。此外，为了提高线路的输送功率，降低线路电抗，在输电线中间串联电容器。,57,超高压输电线路的接线原理,并联高压电抗器： 限制工频电压升高；降低操作过电压； 避免长距离输送无功功率，降低输电的有功损耗。 此外，还可消除发电机出现自励磁现象和限制潜过电流，有利于单相自动重合闸等。,58,超高压输电线路的接线原理,串联电容器补偿： 高压输电线路长度较长，等值电抗较大，它的静态稳定输送功率与它的电抗成

23、反比，串联电容器补偿的作用是提高线路的极限输送功率。,59,电力系统的基本知识,1.5.2 直流输电的接线 与主要工作原理,60,直流输电的接线,输电系统 桥式整流器 等值电路,61,直流输电的基本原理,换流器：它们完成交直流和直一交流转换，由阀臂和有抽头切换器的变压器构成 。阀臂由晶闸管或可控硅元件串并联构成。,62,直流输电的基本原理,直流平波电抗器：这些大电抗器具有高达1H 的电感，在每个换流站与每极串联。,63,直流输电的基本原理,谐波滤波器：换流器在交流和直流两侧均产生谐波电压和谐波电流。,64,直流输电的基本原理,接地电极：为实现以陆地或海水为回路，回流至换流站直流电压中性点而在距

24、每一端换流站一定距离设置的接地装置和设施。,65,直流输电的基本原理,直流输电线： 可以是架空线，也可以是电缆。除了导体数和间距的要求有差异外，直流线路与交流线路十分相似。,66,直流输电的基本原理,交流断路器：为了排除变压器故障和使直流联络线停运，在交流侧装有断路器。,67,直流输电的基本原理,无功功率支持：换流器内部要吸收无功功率，稳态条件下，所消耗的无功功率是传输功率的50左右。,68,直流输电的分类,单极线路方式：是用一根架空导线或电缆线，以大地或海水作为返回线路组成的直流输电系统。,69,直流输电的分类,双极线路方式：有两根不同极性（即正、负极）的导线，可具有大地回路或中性线回路。

25、双极两线中性点两端接地方式 双极两线中性点单端接地方式,70,直流输电的分类,双极中性线方式：将双极两端的中性点用导线连接起来，就构成双极中性线方式 。这种方式由于增加了一根导线在经济上将增加一定的投资。 “背靠背”( back-to-back ）换流方式：没有直流输电线路，而将整流站和逆变站建在一起的直流系统称为“背靠背”换流站。这种方式适用于不同额定频率或者相同额定频率非同步运行的交流系统之间的互联。因为没有直流输电线路，所以直流系统可选用较低的额定电压。这样，整个直流系统的绝缘费用可降低。,71,电力系统的基本知识,1.5.3 交直流输电的比较,72,输送功率,直流输电线路一般用两根导线

26、，三相交流线路则需要三根导线。 通过比较计算可得：两根导线的直流线路的输送功率和三根导线的交流线路的输送功率相等。因此单位长度的直流线路所需的有色金属和绝缘材料比交流线路节省三分之一，也就是说,在线路建造费用相同时，直流线路的输送功率约为交流线路输送功率的1.5倍。,73,投资与运行费用,另一方面，由于直流线路少一根导线,在输送功率相同的条件下，直流线路功率损耗也比交流线路小三分之一。 直流线路的投资和运行费用 交流设备,74,等价距离,在输送功率相等的情况下，直流输电和交流输电相比，虽然换流站的费用比变电所的费用贵的多，但是直流输电的单位长度线路的造价比线路低。因此输电距离增加到一定值时，

27、直流线路所节约的费用可正好抵偿换流站所增加的费用，这个距离称为交直流输电的等价距离。 目前国际上对架空线路其等价距离约为300-500km，电缆线路约为 2040km。,75,占地和稳定性问题,占地问题 （a）交流输电线路走廊 （b）直流输电线路走廊 稳定性问题：不同频率系统相连,76,电力系统的基本知识,1.5.4 直流输电的优缺点 及其主要适用范围,77,直流输电的优点,直流输电不存在系统稳定性问题。通过直流输电线连接两端交流系统，两个交流系统之间不需要保持同步运行。输电距离和容量不受两端交流系统同步运行稳定性限制，所以它可以提高交流系统的稳定性； 线路造价和功率损耗都比交流少，线路愈长经

28、济性愈好； 直流线路的输送功率容易调节和控制(控制阀的开启度)，直流输电系统的短路电流较小； 在稳态运行时没有电容电流，线路部分不需要无功功率补偿装置。较长的海底电缆交流输电很难实现，直流电缆线路就比较容易；,78,直流输电的缺点,在导线几何尺寸和电压水平相当的情况下，电晕现象和无线通信干扰小。 换流器价格贵，在工作时消耗无功功率和产生谐波，因此需装设无功补偿和滤波装置； 目前尚无适用的直流高压断路器，这是因直流无零点，熄弧困难； 以大地作为回路时，会引起沿途金属构件的腐蚀。,79,直流输电的主要用途,远距离大功率输电； 交流系统之间的互联； 海底电缆输电； 使用地下电缆向城市输电； 作为限制

29、短路电流的措施。,80,电力系统的基本知识,1.6 电力系统负荷,81,电力系统的基本知识,1.6.1 负荷的组成和分类,82,负荷的组成,电力系统负荷（综合用电负荷）：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 主要用电设备：异步机、同步机、电热装置、整流装置、照明设备等。 电力系统的供电负荷：电力系统的综合用电负荷加上电力网的功率损耗。 电力系统的发电负荷：电力系统的供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率。,83,负荷的分类,按行政区域分：单位、县、市、省、区域、全国 按用电性质分：有工业、农业、商业和人民生活 按负荷重要性及对供电可靠性的要求分： 级负荷是指那些停电将造成人身、设备事

30、故，产生废品，使生产秩序长期不能恢复，造成国民经济的重大损失，或产生严重政治影响，使人民生活发生混乱等的负荷。 级负荷是指那些停电将造成大量减产，使城市居民的正常活动及生活受到影响的负荷。 级负荷是指除那些级和级负荷以外的负荷，也就是对停电影响不大的其它负荷。,84,电力系统的基本知识,1.6.2 负荷曲线和 最大负荷利用小时数,85,负荷曲线,日负荷曲线：描述负荷一天内24小时变化规律的曲线。 作用：安排日发电计划、确定运行方式。,86,负荷曲线,年最大负荷曲线：描述负荷在一年内每月（或每周、或每日）最大有功功率负荷变化规律的曲线 。 作用：安排发电设备的检修计划,87,负荷曲线,年最大持续

31、负荷曲线：按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列而成的曲线 。 作用：安排发电计划、可靠性估算。,88,最大负荷利用小时数,如果负荷始终等于最大值 ，经过 小时后所消耗的电能恰好等于全年的实际耗电量，则称 为最大负荷利用小时数。 作用：电网规划和设计。,89,电力系统的基本知识,1.6.3 负荷特性与负荷模型,90,负荷特性,综合负荷的功率一般是要随运行参数（电压和频率）的变化而变化的，反映这种变化规律的曲线或数学表达式称为负荷特性。 负荷特性包括：电压特性和频率特性。 电压静态特性：频率维持额定值不变，负荷功率与电压的关系； 频率静态特性：电压维持额定值不变，负荷功率与频率的关系。

32、,91,负荷的静态电压特性和频率特性,10 kV电压综合中小工业负荷的静态特性 (a) 电压静态特性(b) 频率静态特性 各类用户的负荷特性依其用电设备的组成情况不同而不同，一般需通过实测确定。,92,负荷模型,负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述。 如：负荷的电压静态模型常用二项式表示： 有功功率表达式系数 无功功率表达式系数,93,电力系统的基本知识,1.7 系统电源类型及特点简介,94,电力系统中的发电厂,常规能源： 火力发电厂 水力发电厂 核能发电场 新能源： 风力发电厂 太阳能发电厂 等,95,火力发电厂,以煤炭、石油、天然气等为燃料的电厂。 三大主设备

33、：锅炉、汽轮机和发电机 单机容量越大 ，效率越高； 热电联供。 电能生产过程：,96,浙江北仑发电厂,总装机容量为300万千瓦(5600MW)，年发电量167亿度。,97,张家口发电总厂,总装机容量240万千瓦（8300MW） 通过500kV双回线向北京供电。 厂区景色（右上） 汽轮机房（右下） 发电厂夜景（左下）,98,凝汽式火力发电厂生产过程示意图,99,火力发电厂的主要特点,火力发电厂的锅炉和汽轮机都有一个技术最小负荷 。 火力发电厂的锅炉和汽轮机的退出运行和再度投入不仅要多耗费能量，而且要花费时间，又易于损坏设备。 火力发电厂的锅炉和汽轮机承担急剧变动的负荷时，与投入和退出相似，既要额

34、外耗费能量，又要花费时间。 火力发电厂的锅炉和汽轮机有超临界压力、亚临界压力、超高压、高温高压、中温中压和低温低压之分。 热电厂与一般的火力发电厂的区别在于其技术最小出力是由其热负荷决定的，这个技术最小出力又称为强迫功率。 火力发电厂建设周期短，投资少，发电利用小时数高，但厂用电率高，运行费用高。 火电厂对空气和环境的污染较大。,100,水力发电厂,将水的位能和动能转换成电能的场所， 也称水电站。 电能生产过程： 类型： 堤坝式：由于水电厂厂房在水利枢纽中的位置不同，通常这类水电站又细分为坝后式和河床式两种。 引水式水电站 抽水蓄能电站,101,坝后式水电站,发电机厂房建在坝后，全部水头的压力

35、由坝体承受，水库的水由压力水管引入厂房，推动水轮发电机发电,102,河床式水电站,发电机厂房和挡水堤连成一体， 厂房也起挡水作用。由于厂房修建在河床中，故称河床式。,103,引水式水电站,建在山区水流湍急的河道上或河床坡度较陡的地段，由引水渠道提供水头，一般不需要修建堤坝，或只修低堰，适用于水头比较高的情况。,104,抽水蓄能电站,利用可以兼具水泵和水轮机两种工作方式的蓄能机组，在电力负荷出现低谷时（夜间）做水泵运行，用基荷火电机组发出的多余电能将下水库的水抽到上水库贮存起来，在电力负荷出现高峰时（大多是傍晚）作水轮机运行，将上水库的水放下来发电。,105,葛洲坝水电站,长江干流上修建的第一座

36、大型水电工程，是三峡工程的反调节和航运梯级。共有机21台机组，总装机容量271.5万千瓦，年发电量157亿度。以500kV和220kV输电线路并入华中电网，并通过500kV直流输电线路向距离1000km的上海输电120万千瓦。,106,三峡水电站,坝长2309m，坝高185m，水头175m，总装机容量18.2 GW（26700MW），年发电量86.5TWh。引出15条超高压交流输电线路，其中3条通过换流站转换成直流输电。,107,三峡水电站左岸厂房,外景（右上） 内部（左下）,108,水力发电厂的主要特点,水力枢纽往往具有多项功能，因而水电厂在运行中应按水库的综合效益来考虑安排，为满足各种情况

37、下的必需放水时，应尽力安排发电，这部分功率也是强迫功率。 水轮发电机的出力调整范围较宽，负荷增减速度相当快，退出运行和再度投入费时都很少，水电机组从静止状态到带满负荷运行只需4-5分钟，操作简便安全，额外消耗能量少，运行方便灵活。 水电厂按其有无调节水库以及调节水库的大小或调节周期的长短分为无调节、日调节、季调节、年调节和多年调节。 水电厂建厂时的周期长、一次投资大，但运行时不消耗燃料，运维人员少，厂用电率低，即发电成本低，效率高。 水电厂的发电量受来水量影响大，故有季节性，即在丰水期可发电量多，在枯水期可发电量少。尤其是无调节水库水电厂任何时刻发出的功率都取决于河流的天然流量，受气侯条件影响

38、很大。,109,核（原子能）电厂,利用反应堆中核燃料裂变链式反应所产生的热能，再按火电厂的方式发电的，它的原子核反应堆相当于火电厂的锅炉。反应堆中除核燃料外，并以重水或高压水等作为慢化剂和冷却剂，所以，反应堆可分为重水堆、压水堆等。 世界上使用最多的是轻水堆核电厂，即压水堆核电厂和沸水堆核电厂。我国的核电厂都是压水堆，主要是因为压水堆的投资低，技术最成熟、安全性最好。 电能生产过程：,110,压水堆核电厂,111,沸水堆核电厂,112,秦山核电站,位于东海之滨美丽富饶的杭州湾畔，是中国第一座依靠自己的力量设计、建造和运营管理的压水堆核电站，总装机容量2300MW。,113,秦山核电站,汽轮机房

39、（左下） 主控室（右上）,114,大亚湾核电站,位于深圳市东部大亚湾畔，是我国引进国外资金、设备和技术建设的第一座大型商用核电站。核电站安装有两台单机容量为900 MW的压水堆反应堆机组。,115,核电厂的主要特点,电厂的一次建设投资大，运行费用小。一座1000MW的核电厂一年仅需130t的天然铀或28t的3%的浓缩铀。避免了大量的运输费用。 核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，因此，其技术最小负荷主要取决于汽轮机，也为额定负荷的10-15%。 核电厂的反应堆和汽轮机退出和再度投入或承担急剧变化的负荷时，也要额外耗费能量，花费时间，且易于损坏设备。因而最好带不变的负荷。,116,风力发电场,将风

40、能转换成电能的发电方式称为风力发电。风能属于再生能源，又是一种过程性的能源，无法直接储存，还具有随机性，所以对风能的应用技术上比较复杂。 1 风力机 2 升速齿轮箱 3 发电机 4 控制系统 5 改变方向的驱动装置 6 底板 7 塔架 8 控制和保护装置 9 基础 10电缆线路 11配电装置,117,达坂城风电场,位于乌鲁木齐，装机容量7.23万千瓦。,118,风电场的主要特点,风力发电是可再生能源，是清洁能源，是绿色能源，应 大力提倡，但目前成本较高，企业利润小甚至无利润，产业化发展受限，这将有待于技术进步和国家对新能源政策的激励。随着技术进步，设备价格的降低，企业也会有利润，而且会增大。

41、受气侯影响大，无风时不能发电，它是间断电源，因而电网需提供备用电源或与其它能源互补配合，如：太阳能光伏发电互补；与水电配合，以及抽水蓄能电站配合；燃气轮机互补；燃料电池互补；分散安装减少影响等。 发有功时从电网吸收无功，因而需装无功补偿装置。,119,太阳能光伏发电,由多晶硅太阳能电池组、控制系统、蓄电池及其逆变器组成。利用半导体材料的光伏效益直接将太阳能转换为电能。,120,太阳能光伏发电类型与特点,太阳能热发电：将吸收的太阳辐射热能转换成电能的装置，其基本组成与常规火力电厂相似。 太阳能光发电：不通过热过程而直接将太阳的光能转换成电能，其中光伏电池是一种主要的太阳能光发电形式，也叫光伏发电

42、。 优点：不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、清洁无污染、安全可靠、维护简单等。 缺点：成本高、受气候影响大，目前容量还不够大。,121,地热发电,目前世界上实际能利用的地热资源很少，主要限于蒸汽田和热水田，这两者统称为地热田。地热电站是清洁的能源，它的发电成本比水电和火电都低，而且地热发电后排出的热水还可以供采暖、医疗、提取化学物质等利用，所以目前地热发电发展很快。 地热发电厂（右）,122,潮汐发电,利用潮汐的落差推动水轮机而发电称之为潮汐发电。即在海湾或河流入海口处筑起堤坝，涨潮时蓄水，退潮时形成足以使水轮机工作的落差时才开始放水，将蓄水放出，驱动水轮发电机发电。 潮汐发电示意图（右）,123,燃料电池,固体氧化物燃料电池 (SOFC) 质子交换膜燃料电池 (PEMFC) （目前研究重点） 熔融碳酸盐燃料电池 (MCFC) 再生氢氧燃料电池 工作原理（右）,124,多种能源发电的调度,充分合理地利用水力资源，尽力避免弃水，对于强迫放水时，必须同时尽力发电。 尽力降低火力发电的单位煤耗，减少有害气体的排放。 大力发展和利用可再生能源（集中和分布接入）。,125,