發(fā)電廠及電力系統(tǒng)

　　1發(fā)展歷史

　　簡述

　　19世紀70年代，歐洲進入了電力革命時代。不僅大企業(yè)，就連小工廠也都紛紛采用新

　　發(fā)電廠

　　的動力──電能。最初，一臺發(fā)動機設備只供應一棟房子或一條街上的照明用電，人們稱這種發(fā)電站為“住戶式”電站，發(fā)電量很小。隨著電力需求的增長，人們開始提出建立電力生產中心的設想。愛迪生1882年在美國紐約珍珠街建立擁有6臺發(fā)動機的發(fā)電廠

　　發(fā)電廠的發(fā)展起始于直流發(fā)電站。1881年美國的著名發(fā)明家愛迪生開始籌建中央發(fā)電廠，1882年總共有兩座初具規(guī)模的發(fā)電廠投產。1月倫敦荷陸恩橋的愛迪生公司開始發(fā)電，供應圣馬廠郵局，橋西的城市大教堂和橋頭旅館等用電，發(fā)電廠利用蒸汽機驅動直流發(fā)電機，電壓為110伏，電力可供1000個愛迪生燈泡用。同年末紐約珍珠街愛迪生公司發(fā)電廠也裝上了同型機組，這是美國的第一座發(fā)電廠，內裝6臺發(fā)動機，可供6000個愛迪生燈泡用電，于是，后來在俄國彼得堡的芬坦克河上出現了水上發(fā)電站，發(fā)電站建在駁船上，為涅夫斯基大街照明供電。

　　直流交流

　　在電力的生產和輸送問題上，早期曾有過究竟是直流還是交流的長年激烈爭論。愛迪生主張用直流，人們也曾想過各種方法，擴大直流電的供電范圍，使中小城市的供電情況有了明顯改善。但對大城市的供電，經過改進的直流電站仍然無能為力，代之而起的是交流電站的建立，因為要作遠程供電，就需增協電壓以降低輸電線路中的電能損耗，然后又必須用變壓器降壓才能送至用戶。直流變壓器十分復雜，而交流變壓器則比較簡單，沒有運動部件，維修也方便。

　　美國威斯汀豪斯公司的工程師斯坦利研制出了性能優(yōu)良的變壓器。1886年該公司利用變壓器進行交流供電試驗獲得成功，1893年威斯汀豪斯公司承接為尼亞加拉瀑布水力發(fā)電計劃提供發(fā)動機的合同，事實證明必須用高壓交流電才可實現遠征電力輸送，從而結束了長時間的交、直流供電系統(tǒng)之爭，交流電成為世界通用的供電系統(tǒng)。

　　早期發(fā)動機靠蒸汽機驅動。1884年發(fā)明渦輪機，直接與發(fā)動機連接，省去云齒輪裝置，既運行平穩(wěn)，又少磨損。1888年在新建的福斯班克電站安裝了一臺小渦輪機，轉速為每分鐘4800轉，發(fā)電量75千瓦。1900年在德國愛勃菲德設置了一臺1000千瓦渦輪機。到1912年芝加哥已有一臺25000千瓦渦輪發(fā)動機，如今渦輪發(fā)動機最大已超過100萬千瓦，而且可以連續(xù)多年不停運轉。

　　傳統(tǒng)發(fā)電廠傳統(tǒng)指的是燃煤電廠，燃煤火力發(fā)電廠流程圖：

　　A．燃燒氣體系統(tǒng)──煤（1）由自動輸送帶（2）漏斗、度量計（3）送入磨粉機（4）粉碎后，與高溫蒸汽（5）以一定比例混合，再由噴嘴客房入鍋爐（6）內燃燒。構成爐壁內襯的整排水管（7）中的循環(huán)純水被加熱而沸騰產生蒸汽。燃燒后灰落入出灰口（8）排出。煙道內煙氣（9）使過熱器（10）、再熱器（11）內蒸汽加熱，提高再預加熱省煤器（12）內的鍋爐用溫水和空氣加熱器（13）內的燃燒用氣，最后經沉淀集塵器（14）、煙囪（15）后排出至大氣中。

　　B．蒸汽系統(tǒng)──過熱后高壓高溫蒸汽最初送入高壓渦輪（16），使其旋轉，再經再熱器（11）補足熱能后，依序送入中壓渦輪（17）及低壓渦輪（18），使所有熱能消耗殆盡后，送入冷凝器（19）恢復為原水，此水經加熱器（21）、省煤器（12）而循環(huán)。

　　C．冷卻水系統(tǒng)──冷卻塔（20）中的冷卻水由河、井、海及自來水系統(tǒng)供給，經由冷凝器（19）的冷卻水回到冷卻塔冷卻。

　　D．發(fā)電系統(tǒng)──接于渦輪轉子上的發(fā)動機（22）產生電力，經由變壓器（23）提升電壓后進入電力系統(tǒng)。）

　　2分類

　　水力發(fā)電廠利用水流的動能和勢能來生產電能，簡稱水電廠。水流量的大小和水頭的高低，決定了水流能量的大小。從能量轉換的觀點分析，其過程為：水能→機械能→電能。實現這一能量轉換的生產方式，一般是在河流的上游筑壩，提高水位以造成較高的水頭；建造相應的水工設施，以有效地獲取集中的水流。水經引水機溝引入水電廠的水輪機，驅動水輪機轉動，水能便被轉換為水輪機的旋轉機械能。與

　　水力發(fā)電廠

　　水輪機直接相連的發(fā)電機將機械能轉換成電能，并由發(fā)電廠電氣系統(tǒng)升壓送入電網。

　　建造強大的水力發(fā)電廠時，要考慮改善通航和土地灌溉以及生態(tài)平衡。水電廠按電廠結構及水能開發(fā)方式分類有引水式、堤壩式、混合式水電廠；按電廠性能及水流調節(jié)程度分類有徑流式、水庫式水電廠；按電廠廠房布置位置分類有壩后式、壩內式水電廠；按主機布置方式分類有地面式、地下式水電站。

　　水力發(fā)電廠建設費用高，發(fā)電量受水文和氣象條件限制，但是電能成本低，具有水利綜合效益。水輪機從啟動到帶滿負荷只需幾分鐘，能夠適應電力系統(tǒng)負荷變動，因此水力發(fā)電廠可擔任系統(tǒng)調頻、調峰及負荷備用。

　　小水電

　　從容量角度來說處于所有水電站的末端，它一般是指容量5萬千瓦以下的水電站。世界小水電在整個水電的比重大體在5%-6%。中國可開發(fā)小水電資源如以原統(tǒng)計數7000萬kW計，占世界一半左右。而且，中國的小水電資源分布廣泛，特別是廣大農村地區(qū)和偏遠山區(qū)，適合因地制宜開發(fā)利用，既可以發(fā)展地方經濟解決當地人民用電困難的問題，又可以給投資人帶來可觀的效益回報，有很大的發(fā)展前景，它將成為中國21世紀前20年的發(fā)展熱點。

　　世界上，許多發(fā)展中國家都制訂了一系列鼓勵民企投資小水電的政策。由于小水電站投資小、風險低、效益穩(wěn)、運營成本比較低，在國家各種優(yōu)惠政策的鼓勵下，全國掀起了一股投資建設小水電站的熱潮，尤其是近年來，由于全國性缺電嚴重，民企投資小水電如雨后春筍，悄然興起。國家鼓勵合理開發(fā)和利用小水電資源的總方針是確定的，2003年開始，特大水電投資項目也開始向民資開放。根據國務院和水利部的“十一五”計劃和2015年發(fā)展規(guī)劃，中國將對民資投資小水電以及小水電發(fā)展給予更多優(yōu)惠政策。中國小水電可開發(fā)量占全國水電資源可開發(fā)量的23%，居世界第一位。

　　火力發(fā)電廠利用煤、石油、天然氣或其他燃料的化學能來生產電能，簡稱火電廠。從能量轉換的觀點分析，其基本過程是：化學能→熱能→機械能→電能。世界上多數國家的火電廠以燃煤為主。煤粉和空氣在電廠鍋爐爐膛空間內懸浮并進行強烈的混合和氧化燃燒，燃料的化學能轉化為熱能。熱能以輻射和熱對流的方式傳遞給鍋爐內的高壓水介質，分階段完成水的預熱、汽化和過熱過程，使水成為高壓高溫的過熱水蒸氣。水蒸氣經管道有控制地送入汽輪機，由汽輪機實現蒸氣熱能向旋轉機械能的轉換。高速旋轉的汽輪機轉子通過聯軸器拖動發(fā)電機發(fā)出電能，電能由發(fā)電廠電氣系統(tǒng)升壓送入電網。

　　原子能發(fā)電廠利用核能來生產電能，又稱核電廠（核電站）。原子核的各個核子（中子與質子）之間具有強大的結合力。重核分裂和輕核聚合時，都會放出巨大的能量，稱為核能。目前在技術已比較成熟，形成規(guī)模投入運營的，只是重核裂變釋放出的核能生產電能的原子能發(fā)電廠。從能量轉換的觀點分析，是由重核裂變核能→熱能→機械能→電能的轉換過程。

　　風能發(fā)電廠

　　截止到2003年底，全國風能資源豐富的14個省（自治區(qū)）已建成風電場40座，累計運行風力發(fā)電機組1042臺，總容量達567.02MW（以完成整機吊裝作為統(tǒng)計依據）。[1]

　　垃圾發(fā)電廠

　　垃圾發(fā)電作為火力發(fā)電的一種，截至2007年底，中國垃圾焚燒發(fā)電廠總數已達75座，其中建成50座，在建25...垃圾焚燒發(fā)電廠的收益穩(wěn)定、運營成本低廉并享有一定的稅收優(yōu)惠政策，能給投資者帶來穩(wěn)定的收益，但是垃圾發(fā)電帶來的環(huán)境問題不容忽視。

　　地熱發(fā)電廠

　　地熱能是指貯存在地球內部的可再生熱能，一般集中分布在構造板塊邊緣一帶，起源于地球的熔融巖漿和放射性物質的衰變。全球地熱能的儲量與資源潛量十分巨大，每年從地球內部傳到地面的熱能相當于100PW·h，但是地熱能的分布相對比較分散，因此開發(fā)難度很大。由于地熱能是儲存在地下的，因此不會受到任何天氣狀況的影響，并且地熱資源同時具有其它可再生能源的所有特點，隨時可以采用，不帶有害物質，關鍵在于是否有更先進的技術進行開發(fā)。目前地熱能在全球很多地區(qū)的應用相當廣泛，開發(fā)技術也在日益完善。對于地熱能的利用，包括將低溫地熱資源用于浴池和空間供熱以及用于溫室、熱力泵和某些熱處理過程的供熱，同時還可以利用干燥的過熱蒸汽和高溫水進行發(fā)電，利用中等溫度水通過雙流體循環(huán)發(fā)電設備發(fā)電等，目前這些地熱能的開發(fā)應用技術已經逐步成熟，而且對從干燥的巖石中和從地熱增壓資源及巖漿資源中提取地熱能的有效方法進行研究可以進一步提高地熱能的應用潛力，但是目前地熱能的勘探和提取技術還有待改進。

　　在電力系統(tǒng)中起主導作用的是火力、水力和原子能發(fā)電廠。

　　3紅色警戒

　　紅色警戒里的不可缺少的建筑，如果沒有它，就會導致電力不足，從而不能使某些武器或建筑運轉。

　　磁能反應爐/teslareactor

　　紅色警戒中蘇聯陣營的建筑單位，相當于盟軍的發(fā)電廠和尤里的生化反應爐。給基地內的各個建筑提供電力使之能夠正常的運作而不致於停擺。電力低于發(fā)電站，還好蘇聯陣營有核子反應爐。

　　詳細信息

　　制造費用：600

　　耐久能力：750

　　裝甲厚度：輕型

　　電力供給：150

　　建造條件：蘇聯建造廠

　　生化反應爐/YuriBioReactor

　　紅色警戒中尤里的建筑單位，相當于盟軍的發(fā)電廠和蘇聯的磁能反應爐。還好可以通過生化反應增加電力。可載五個步兵，裝的步兵越多，發(fā)電量越大。被摧毀時，步兵仍能出來。被占領時，步兵劃歸占領方。

　　詳細信息

　　價格：600

　　生命：700

　　裝甲：木制

　　視野：4

　　產生電力：150（無步兵情況下）

　　運載位：5（步兵）

　　建造條件：尤里建造廠

　　特殊能力：1、生化反應：裝入的每個步兵產生100的電力；

　　2、在快沒生命時，電力不受損。

　　4信息

　　電力系統(tǒng)很廣泛，主要分為火力發(fā)電和光伏發(fā)電。

　　發(fā)電廠及電力系統(tǒng)

　　火力發(fā)電廠是利用煤、石油、天然氣作為燃料生產電能的工廠，它的基本生產過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，將燃料的化學能轉變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉，熱能轉換成機械能，然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉，將機械能轉變成電能；其分類有：按燃料分，燃煤發(fā)電廠，燃油發(fā)電廠，燃氣發(fā)電廠，余熱發(fā)電廠，以垃圾及工業(yè)廢料為燃料的發(fā)電廠；按蒸汽壓力和溫度分，中低壓發(fā)電廠（3.92MPa，450度），高壓發(fā)電廠（9.9MPa，540度），超高壓發(fā)電廠（13.83MPa，540度），亞臨界壓力發(fā)電（16.77MPa，540度），超臨界壓力發(fā)電廠（22.11MPa，550度）；按原動機分，凝氣式汽輪機發(fā)電廠，燃氣輪機發(fā)電廠，內燃機發(fā)電廠，蒸汽—燃汽輪機發(fā)電廠等；按輸出能源分，凝汽式發(fā)電廠（只發(fā)電），熱電廠（發(fā)電兼供熱）；按發(fā)電廠裝機容量分，小容量發(fā)電廠（100MW以下），中容量發(fā)電廠（100—250MW），大中容量發(fā)電廠（250—1000MW），大容量發(fā)電廠（1000MW以上）；我國目前最大的火電廠：浙江北侖港電廠，裝機容量300萬KW（即3000MW），5臺60萬KW（600MW）機組。

　　太陽能光伏發(fā)電的原理主要是利用半導體的光生伏打效應。太陽能電池實際上是由若干個p-n結構成。當太陽光照射到p-n結時，一部分被反射，其余部分被p-n結吸收，被吸收的輻射能有一部分變成熱，另一部分以光子的形式與組成p-n結的原子價電子碰撞，產生電子空穴對，在p-n結勢壘區(qū)內建電場的作用下，將電子驅向n區(qū)，空穴驅向p區(qū)，從而使得n區(qū)有過剩的電子，p區(qū)有過剩的空穴。這樣在p-n結附近就形成與內建電場方向相反的光生電場。光生電場除一部分抵消內建電場外，還使p型層帶正電，n型層帶負電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層產生光生電動勢，這種現象稱為光生伏打效應。若分別在p型層和n型層焊上金屬引線，接通負載，在持續(xù)光照下，外電路就有電流通過，如此形成一個電池元件，經過串并聯，就能產生一定的電壓和電流，輸出電能，從而實現光電轉換。

　　針對此方面的人才培養(yǎng)：

　　培養(yǎng)目標：面向電力行業(yè)生產第一線，具有與本專業(yè)相適應的文化科學知識和專業(yè)理論知識，具備綜合職業(yè)技術應用能力，全面素質和創(chuàng)新精神。具有從事電廠、變電所電氣工程局部設計及生產第一線運行、電氣設備檢修、保護調試、安裝與管理等方面工作的高素質技能型人才。

　　主要課程：電工技術、微機處理器及基礎、水輪機及輔助設備、電力系統(tǒng)基礎、輸電線路設計基礎、電氣設備、高電壓技術、電力系統(tǒng)繼電保護、電力系統(tǒng)自動裝置、微機監(jiān)控技術、電力系統(tǒng)通信技術、概預算、工程測量等。

　　就業(yè)方向：發(fā)電廠、變電站、供電公司、電力設備生產、電力工程施工、企業(yè)自備電廠、企業(yè)供電等部門，從事電力工程電氣設計、電氣設備安裝與調試、發(fā)電廠與變電站運行與管理等技術和管理工作。

　　5保護

　　保護測控裝置

　　微機保護測控裝置[2]是由高集成度、總線不出芯片單片機、高精度電流電壓互感器、高絕緣強度出口中間繼電器、高可靠開關電源模塊等部件組成。是用于測量、控制、保護、通訊為一體化的一種經濟型保護。

　　微機保護測控裝置的優(yōu)點

　　1、可以滿足庫存配制有二十幾種保護，滿足用戶對不同電氣設備或線路保護要求。

　　2、用于可根椐實際運行的需要配制相應保護，真正實現用戶“量身定制”。

　　3、自定義保護功能，可實現標準保護庫中未提供的特殊保護，最大限度滿足用戶要求。

　　4、各種保護功能相對獨立，保護定值、實現、閉鎖條件和保護投退可獨立整定和配制。

　　5、保護功能實現不依賴于通訊網絡，滿足電力系統(tǒng)保護的可靠性。

　　機保護測控裝置保護功能

　　微機保護測控裝置具備進線保護、出現保護，分段保護、配變保護、電動機保護、電容器保護、主變后備保護、發(fā)電機后備保護、PT監(jiān)控保護等保護功能。

　　綜合自動化系統(tǒng)

　　微機綜合自動化系統(tǒng)[3]就是將變電站的二次設備（包括儀表，信號系統(tǒng)，繼電保護，自動裝置和遠動裝置）經過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術，現代電子技術和通信設備及信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸配電線路的自動監(jiān)視，測量，自動控制和微機保護以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

　　微機綜合自動化實現的原則

　　一是中低壓變電站采用自動化系統(tǒng)，以便更好地實施無人值班，達到減人增效的目的；

　　二是對高壓變電站（220kV及以上）的建設和設計來說，是要求用先進的控制方式，解決各專業(yè)在技術上分散、自成系統(tǒng)，重復投資，甚至影響運行可靠性。

　　微機綜合自動化系統(tǒng)的基本優(yōu)點

　　1）功能實現綜合化。變電站綜合自動化技術是在微機技術、數據通信技術、自動化技術基礎上發(fā)展起來。它綜合了變電站內除一次設備和交、直流電源以外的全部二次設備，

　　2）系統(tǒng)構成模塊化。保護、控制、測量裝置的數字化（采用微機實現，并具有數字化通信能力）利于把各功能模塊通過通信網絡連接起來，便于接口功能模塊的擴充及信息的共享。另外，模塊化的構成，方便變電站實現綜合自動化系統(tǒng)模塊的組態(tài)，以適應工程的集中式、分部分散式和分布式結構集中式組屏等方式。

　　3）結構分布、分層、分散化。綜合自動化系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)，其中微機保護、數據采集和控制以及其他智能設備等子系統(tǒng)都是按分布式結構設計的，每個子系統(tǒng)可能有多個CPU分別完成不同的功能，由龐大的CPU群構成了一個完整的、高度協調的有機綜合系統(tǒng)。

　　4）操作監(jiān)視屏幕化。變電站實現綜合自動化后，不論是有人值班還是無人值班，操作人員不是在變電站內，就是在主控站內，就是在主控站或調度室內，面對彩色屏幕顯示器，對變電站的設備和輸電線路進行全方位的監(jiān)視和操作。

　　5）通信局域網絡化、光纜化。計算機局域網絡技術和光纖通信技術在綜合自動化系統(tǒng)中得到普遍應用。

　　6）運行管理智能化。智能化不僅表現在常規(guī)自動化功能上，還表現在能夠在線自診斷，并將診斷結果送往遠方主控端

　　7)測量顯示數字化。采用微機監(jiān)控系統(tǒng)，常規(guī)指針式儀表被CRT顯示器代替。人工抄寫記錄由打印機代替。