發(fā)電廠及電力系統(tǒng)

　　1發(fā)展歷史

　　簡述

　　19世紀(jì)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(shè)備只供應(yīng)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(chǎn)中心的設(shè)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(chǎn)。1月倫敦荷陸恩橋的愛迪生公司開始發(fā)電，供應(yīng)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(qū)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(nèi)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(xiàn)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(chǎn)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(jīng)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(xié)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(fù)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(xiàn)遠征電力輸送，從而結(jié)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(qū)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(zhuǎn)速為每分鐘4800轉(zhuǎn)，發(fā)電量75千瓦。1900年在德國愛勃菲德設(shè)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(zhuǎn)。

　　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(nèi)燃燒。構(gòu)成爐壁內(nèi)襯的整排水管（7）中的循環(huán)純水被加熱而沸騰產(chǎn)生蒸汽。燃燒后灰落入出灰口（8）排出。煙道內(nèi)煙氣（9）使過熱器（10）、再熱器（11）內(nèi)蒸汽加熱，提高再預(yù)加熱省煤器（12）內(nèi)的鍋爐用溫水和空氣加熱器（13）內(nèi)的燃燒用氣，最后經(jīng)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(zhuǎn)，再經(jīng)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(fù)為原水，此水經(jīng)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(jīng)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(zhuǎn)子上的發(fā)動機（22）產(chǎn)生電力，經(jīng)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(chǎn)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(zhuǎn)換的觀點分析，其過程為：水能→機械能→電能。實現(xiàn)這一能量轉(zhuǎn)換的生產(chǎn)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(yīng)的水工設(shè)施，以有效地獲取集中的水流。水經(jīng)引水機溝引入水電廠的水輪機，驅(qū)動水輪機轉(zhuǎn)動，水能便被轉(zhuǎn)換為水輪機的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換成電能，并由發(fā)電廠電氣系統(tǒng)升壓送入電網(wǎng)。

　　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(jié)構(gòu)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(diào)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(nèi)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(shè)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(yīng)電力系統(tǒng)負荷變動，因此水力發(fā)電廠可擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)頻、調(diào)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(shù)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(nóng)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(jīng)濟解決當(dāng)?shù)厝嗣裼秒娎щy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(jì)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(fēng)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(shè)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(jù)國務(wù)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(xué)能來生產(chǎn)電能，簡稱火電廠。從能量轉(zhuǎn)換的觀點分析，其基本過程是：化學(xué)能→熱能→機械能→電能。世界上多數(shù)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(nèi)懸浮并進行強烈的混合和氧化燃燒，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。熱能以輻射和熱對流的方式傳遞給鍋爐內(nèi)的高壓水介質(zhì)，分階段完成水的預(yù)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(jīng)管道有控制地送入汽輪機，由汽輪機實現(xiàn)蒸氣熱能向旋轉(zhuǎn)機械能的轉(zhuǎn)換。高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機轉(zhuǎn)子通過聯(lián)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(wǎng)。

　　原子能發(fā)電廠利用核能來生產(chǎn)電能，又稱核電廠（核電站）。原子核的各個核子（中子與質(zhì)子）之間具有強大的結(jié)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(shù)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(chǎn)電能的原子能發(fā)電廠。從能量轉(zhuǎn)換的觀點分析，是由重核裂變核能→熱能→機械能→電能的轉(zhuǎn)換過程。

　　風(fēng)能發(fā)電廠

　　截止到2003年底，全國風(fēng)能資源豐富的14個?。ㄗ灾螀^(qū)）已建成風(fēng)電場40座，累計運行風(fēng)力發(fā)電機組1042臺，總?cè)萘窟_567.02MW（以完成整機吊裝作為統(tǒng)計依據(jù)）。[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(shù)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?zé)岚l(fā)電廠

　　middot;h，但是地?zé)崮艿姆植枷鄬Ρ容^分散，因此開發(fā)難度很大。由于地?zé)崮苁莾Υ嬖诘叵碌?，因此不會受到任何天氣狀況的影響，并且地?zé)豳Y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(zhì)，關(guān)鍵在于是否有更先進的技術(shù)進行開發(fā)。目前地?zé)崮茉谌蚝芏嗟貐^(qū)的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，開發(fā)技術(shù)也在日益完善。對于地?zé)崮艿睦?，包括將低溫地?zé)豳Y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(shè)備發(fā)電等，目前這些地?zé)崮艿拈_發(fā)應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，而且對從干燥的巖石中和從地?zé)嵩鰤嘿Y源及巖漿資源中提取地?zé)崮艿挠行Х椒ㄟM行研究可以進一步提高地?zé)崮艿膽?yīng)用潛力，但是目前地?zé)崮艿目碧胶吞崛〖夹g(shù)還有待改進。

　　在電力系統(tǒng)中起主導(dǎo)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(dǎo)致電力不足，從而不能使某些武器或建筑運轉(zhuǎn)。

　　磁能反應(yīng)爐/teslareactor

　　紅色警戒中蘇聯(lián)陣營的建筑單位，相當(dāng)于盟軍的發(fā)電廠和尤里的生化反應(yīng)爐。給基地內(nèi)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(lián)陣營有核子反應(yīng)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(lián)建造廠

　　生化反應(yīng)爐/YuriBioReactor

　　紅色警戒中尤里的建筑單位，相當(dāng)于盟軍的發(fā)電廠和蘇聯(lián)的磁能反應(yīng)爐。還好可以通過生化反應(yīng)增加電力?？奢d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(lǐng)時，步兵劃歸占領(lǐng)方。

　　詳細信息

　　價格：600

　　生命：700

　　裝甲：木制

　　視野：4

　　產(chǎn)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(yīng)：裝入的每個步兵產(chǎn)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(chǎn)電能的工廠，它的基本生產(chǎn)過程是：燃料在鍋爐中燃燒加熱水使成蒸汽，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能，蒸汽壓力推動汽輪機旋轉(zhuǎn)，熱能轉(zhuǎn)換成機械能，然后汽輪機帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，將機械能轉(zhuǎn)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(nèi)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(dǎo)體的光生伏打效應(yīng)。太陽能電池實際上是由若干個p-n結(jié)構(gòu)成。當(dāng)太陽光照射到p-n結(jié)時，一部分被反射，其余部分被p-n結(jié)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(jié)的原子價電子碰撞，產(chǎn)生電子空穴對，在p-n結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)建電場的作用下，將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)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(jié)附近就形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。光生電場除一部分抵消內(nèi)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(chǎn)生光生電動勢，這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。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(jīng)過串并聯(lián)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出電能，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

　　針對此方面的人才培養(yǎng)：

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

　　主要課程：電工技術(shù)、微機處理器及基礎(chǔ)、水輪機及輔助設(shè)備、電力系統(tǒng)基礎(chǔ)、輸電線路設(shè)計基礎(chǔ)、電氣設(shè)備、高電壓技術(shù)、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(shù)、電力系統(tǒng)通信技術(shù)、概預(yù)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(shè)備生產(chǎn)、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(shè)計、電氣設(shè)備安裝與調(diào)試、發(fā)電廠與變電站運行與管理等技術(shù)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(guān)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(jīng)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(shè)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(yīng)保護，真正實現(xiàn)用戶“量身定制”。

　　3、自定義保護功能，可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn)、閉鎖條件和保護投退可獨立整定和配制。

　　5、保護功能實現(xiàn)不依賴于通訊網(wǎng)絡(luò)，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(xiàn)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(shè)備（包括儀表，信號系統(tǒng)，繼電保護，自動裝置和遠動裝置）經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算機技術(shù)，現(xiàn)代電子技術(shù)和通信設(shè)備及信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)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(diào)度通信等綜合性的自動化功能。

　　微機綜合自動化實現(xiàn)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(shè)和設(shè)計來說，是要求用先進的控制方式，解決各專業(yè)在技術(shù)上分散、自成系統(tǒng)，重復(fù)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(xiàn)綜合化。變電站綜合自動化技術(shù)是在微機技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、自動化技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來。它綜合了變電站內(nèi)除一次設(shè)備和交、直流電源以外的全部二次設(shè)備，

　　2）系統(tǒng)構(gòu)成模塊化。保護、控制、測量裝置的數(shù)字化（采用微機實現(xiàn)，并具有數(shù)字化通信能力）利于把各功能模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)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(gòu)成，方便變電站實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)模塊的組態(tài)，以適應(yīng)工程的集中式、分部分散式和分布式結(jié)構(gòu)集中式組屏等方式。

　　3）結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)采集和控制以及其他智能設(shè)備等子系統(tǒng)都是按分布式結(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)成了一個完整的、高度協(xié)調(diào)的有機綜合系統(tǒng)。

　　4）操作監(jiān)視屏幕化。變電站實現(xiàn)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(nèi)，就是在主控站內(nèi)，就是在主控站或調(diào)度室內(nèi)，面對彩色屏幕顯示器，對變電站的設(shè)備和輸電線路進行全方位的監(jiān)視和操作。

　　5）通信局域網(wǎng)絡(luò)化、光纜化。計算機局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和光纖通信技術(shù)在綜合自動化系統(tǒng)中得到普遍應(yīng)用。

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

　　7)測量顯示數(shù)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。