各种电力发电方式
电力工业是国民经济的重要基础工业,是国家经济发展战略中的重点和先导产业,它的发展是社会进步和人民生活水平不断提高的需要,中国作为一个电力大国,电力来源很多,有火电、水电、风电、太阳能、核电等,这里为大家简要介绍一下。
火电
火力发电(thermal power,thermoelectricity power generation),利用煤、石油、天然气等固体、液体、气体燃料燃烧时产生的热能,通过发电动力装置转换成电能的一种发电方式。
能量转换
燃料化学能→蒸汽热能→机械能→电能,简单的说就是利用燃料发热,加热水,形成高温高压过热蒸汽,推动气轮机旋转,带动发电机转子(电磁场)旋转,定子线圈切割磁力线,发出电能,再利用升压变压器,升到系统电压,与系统并网,向外输送电能。
然后蒸汽沿管道进入汽轮机中不断膨胀做功,冲击汽轮机转子高速旋转,汽轮机带动发电机发
电。最后又被给水泵进一步升压送回锅炉中重复参加上述循环过程,发电机发出的电经变压器升压后输入电网。火力发电中存在着三种型式的能量转换过程:
原理
火力发电一般是指利用石油、煤炭和天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水,使水变成高温、高压水蒸气,然后再由水蒸气推动发电机来发电的方式的总称。以煤、石油或天然气作为燃料的发电厂统称为火电厂。
火力发电的流程依所用原动机而异。在汽轮机发电方式中,其基本流程是先将燃料送进锅炉,同时送入空气,锅炉注入经过化学处理的给水,利用燃料燃烧放出的热能使水变成高温、高压蒸汽,驱动汽轮机旋转作功而带动发电机发电。热电联产方式则是在利用原动机的排汽(或专门的抽汽)向工业生产或居民生活供热。在燃气轮机发电方式中,基本流程是用压气机将压缩过的空气压入燃烧室,与喷入的燃料混合雾化后进行燃烧,形成高温燃气进入燃气轮机膨胀作功,推动轮机的叶片旋转并带动发电机发电。在柴油机发电中,基本流程是
用喷油泵和喷油器将燃油高压喷入汽缸,形成雾状,与空气混合燃烧,推动柴油机旋转并带动发电机发电。
效率
在火力发电方面,燃气轮机和蒸汽轮机发电厂目前已经实现了迄今最高的能源效率超过60%。由于启动时间非常短,这类电厂最适宜于补充风力发电带来的自然电力波动。而通过热电联产电厂可以达到更高的能源效率超过90% 。
火力发电
根据火力发电的生产流程,其基本组成包括燃烧系统、 汽水系统(燃气轮机发电和柴油机发电无此系统,但这二者在火力发电中所占比重都不大)、电气系统、控制系统。
燃烧系统
主要由锅炉的燃烧室(即炉膛)、送风装置,送煤(或油、天然气)装置、灰渣排放装置等组成。主要功能是完成燃料的燃烧过程,将燃料所含能量以热能形式释放出来,用于加热锅炉里的水。主要流程有烟气流程、通风流程、排灰出渣流程等。
汽水系统
主要由给水泵、循环泵、给水加热器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系统等组成。其功能是利用燃料的燃烧使水变成高温高压蒸汽,并使水进行循环。主要流程有汽水流程、补给水流程、冷却水流程等。对汽水系统的基本要求是汽水损失尽量少;尽可能利用抽汽加热凝结水,提高给水温度。
电气系统
主要由电厂主接线、汽轮发电机、主变压器、配电设备、开关设备、发电机引出线、厂用结线、厂用变压器和电抗器、厂用电动机、保安电源、蓄电池直流系统及通信设备、照明设备等组成。基本功能是保证按电能质量要求向负荷或电力系统供电。主要流程包括供电用流程、厂用电流程。对电气系统的基本要求是供电安全、可靠;调度灵活;具有良好的调整和操作功能,保证供电质量;能迅速切除故障,避免事故扩大。
控制系统
主要由锅炉及其辅机系统、汽轮机及其辅机系统、发电机及电工设备、附属系统组成。基本
功能是对火电厂各生产环节实行自动化的调节、控制,以协调各部分的工况,使整个火电厂安全、合理、经济运行,降低劳动强度,提高生产率,遇有故障时能迅速、正确处理,以避免酿成事故。主要工作流程包括汽轮机的自起停、自动升速控制流程、锅炉的燃烧控制流程、灭火保护系统控制流程、热工测控流程、自动切除电气故障流程、排灰除渣自动化流程等。
其中,在火电厂中的各类辅机设备中,风机水泵类设备占了绝大部分,蕴藏着巨大的节能潜力。由于火电机组调峰力度的加大,这些机组的负荷变化范围很大,必须实时调节风机水泵的流量。因此,风机水泵类负载采用变频调速驱动是非常有必要的。
水电
水力发电(Hydroelectric power)系利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处,将其中所含势能转换成水轮机之动能,再借水轮机为原动力,推动发电机产生电能。利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动,将水能转变为机械能,如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来,这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的位能转变成机械能,再转变成电能的过程。
原理
水力发电的基本原理是利用水位落差,配合水轮发电机产生电力,也就是利用水的位能转为水轮的机械能,再以机械能推动发电机,而得到电力。以此水位落差的天然条件,有效的利用流力工程及机械物理等,精心搭配以达到最高的发电量,供人们使用廉价又无污染的电力。
流程
惯常水力发电的流程为:河川的水经由拦水设施攫取后,经过压力隧道、压力钢管等水路设施送至电厂,当机组须运转发电时,打开主阀(类似家中水龙头之功能),后开启导翼(实际控制输出力量的小水门)使水冲击水轮机,水轮机转动后带动发电机旋转,发电机加入励磁后,发电机建立电压,并于断路器投入后开始将电力送至电力系统。如果要调整发电机组的出力,可以调整导翼的开度增减水量来达成,发电后的水经由尾水路回到河道,供给下游的用水使用。
系统
水电站是将水能转变为电能的水力装置,它由各种水工建筑物,以及发电、变电、配电等机械、电气设备,组成为一个有机的综合体,互相配合,协同工作,这种水力装置,就是水电站枢纽或者水力枢纽,简称水电站。它由挡水建筑物、泄水建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及水电站厂房等水工建筑物共7个部分组成,机电设备则安装在各种建筑物上,主要是在厂房内及其附近。 
(1)挡水建筑物。是拦截水流、雍高水位、形成水库,以集中落差、调节流量的建筑物,例如坝和闸。 
(2)泄水建筑物。其作用主要是泄放水库容纳不了的来水,防止洪水漫过坝顶,确保水库安全运用,因而是水库中必不可少的建筑物,例如溢流坝、河岸溢洪道、坝下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等。 
(3)进水建筑物。使水轮机从河流或水库取得所需的流量,如进水口。 
(4)引水建筑物。引水建筑物是引水式或混合式水电站中,用来集中落差(对混合式水电站而言,则只是集中总会落差)和输送流量的工程设施,如明渠、隧洞等。有时水轮机管道
也被称为引水建筑物,但严格说来,由于它主要是输送流量的,所以与同时具有集中落差和输送流量双重作用的引水建筑物并不完全相同。 
有些水电站具有较长的尾水隧洞及尾水渠道,这也属于引水建筑物。 
(5)平水建筑物。其作用是当负荷突然变化引起引水系统中流量和压力剧烈波动时,借以调整供水流量及压力,保证引水建筑物、水轮机管道的安全和水轮发电机组的稳定运行。如引水式或混合式水电站的引水系统中设置的平水建筑物如压力池或高压池。 
(6)厂区建筑物。包括厂房、变电站和开关站。厂房是水电站枢纽中最重要的建筑物之一,它不同于一般的工业厂房,而是是水力机械、电气设备等有机地结合在一起的特殊的水工建筑物;变电站是安装升压变压器的场所;而开关站则是安装各种高压配电装置的地方,故也称高压配电场。 
(7)枢纽中的其它建筑物。此类建筑物指对于将水能转变为电能这个生产过程没有直接作用的船闸或升船机、筏道、鱼道或鱼闸以及为灌溉或城市供水而设的取水设施等。为了综合利用水资源,它们在整个水电站枢纽中也是不可分割的一部分,对枢纽的布置和运用也有重要的影响。 
其中,在水电站的主厂房桥机、坝顶门机和尾水门机重要的起重设备,以及整个系统的大部分风机水泵负载都有应用变频技术,变频器在整个系统中的应用是很广泛的。
风电
风力发电是把风的动能转为电能。风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界各国的重视,其蕴量巨大,全球的风能约为2.74×10^9MW,其中可利用的风能为2×10^7MW,比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。
资源
我国风能资源丰富,可开发利用的风能储量约10亿kW,其中,陆地上风能储量约2.53亿kW(陆地上离地10m高度资料计算),海上可开发和利用的风能储量约7.5亿kW,共计10亿kW。而2003年底全国电力装机约5.67亿kW。
风是没有公害的能源之一,而且它取之不尽,用之不竭。对于缺水、缺燃料和交通不便的沿海岛屿、草原牧区、山区和高原地带,因地制宜地利用风力发电,非常适合,大有可为。
风能发电原理原理
把风的动能转变成机械动能,再把机械能转化为电能,这就是风力发电。风力发电的原理,是利用风力带动风车叶片旋转,再透过增速机将旋转的速度提升,来促使发电机发电。依据目前的风车技术,大约是每秒三米的微风速度(微风的程度),便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮,因为风力发电不需要使用燃料,也不会产生辐射或空气污染。
风力发电所需要的装置,称作风力发电机组。这种风力发电机组,大体上可分风轮(包括尾舵)、发电机和铁塔三部分。(大型风力发电站基本上没有尾舵,一般只有小型(包括家用型)才会拥有尾舵)
风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件,它由两只(或更多只)螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时,桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻,目前多用玻璃钢或其它复合材料(如碳纤维)来制造。
由于风轮的转速比较低,而且风力的大小和方向经常变化着,这又使转速不稳定;所以,在带动发电机之前,还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱,再加一个调速机构使转速保持稳定,然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率,还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。
铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。
发电机的作用,是把由风轮得到的恒定转速,通过升速传递给发电机构均匀运转,因而把机械能转变为电能。风力发电在中国西部地区大力提倡,特别是在小型风力系统方面,其发电系统效率很高,但它不是只由一个发电机头组成的,而是一个有一定科技含量的小系统:风力发电机+充电器+数字逆变器。风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要,各部分功能为:叶片用来接受风力并通过机头转为电能;尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能;转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能;机头的转子是永磁体,定子绕组切割磁力线产生电能。