图12堤坝式水电厂示意图 图13引水式水电厂枢组布置图 耗电)再变成水的位能,以备下一天白天负荷高峰时再发电。这种可起调峰作用的水电 厂称为抽水蓄能电厂 我国水利资源丰富,据调查全国水利资源蕴藏量用于发电可达68亿kW。特别是黄 河、长江水系集中了我国的主要水利资源,仅就三峡而言,水位可达200m,年平均流量 14300m3/。现已开工兴建的三峡水利枢纽工程,坝高185m,水头175m,在防洪、通航、 发电等方面都有重大效益。三峡水力发电厂将装设26台水轮发电机组,每台额定容量 700MW,总装机容量最后可达182GW,能为国民经济建设提供巨大电力
三、核能电厂 核能是一种新的能源,也是可望长期使用的能源。所以,自1954年世界上第一座核 电厂投入运行以来,许多国家纷纷建设核电厂,与其他类型的电厂比较,核电厂建设投产 的速度较快。 核能的获得有两个途径:一是用带有一定能量的中子撞击重金属元素的核,如铀、钚 的核。核吸收中子之后变为具有激发能的复合核。激发能使复合核中的静电斥力大于核引 力时,原子核就发生分裂,因此要放出裂变能,产生2至3个新中子,并放射出射线。如 果产生的新中子至少有一个再能引起其他核也发生裂变,裂变就能持续进行,形成所谓链 式反应。裂变过程中放出的裂变能就是可利用的核能。另外一种是使不同的轻元素的原子 核进行聚合,形成一个新原子核,在聚合过程中要放出所谓聚合能,例如氘和氚聚合成氮 放出能量 反应堆是核电厂的核心,它是一个可以被控制的核裂变装置。若反应堆以铀235为燃 料,用减速后的低中子(热中子)撞击原子核产生裂变时,称为热中子反应堆,这是目前 应用较普遍的核能发电型式。当以铀238或钚239为燃料,用裂变产生的高速高能中子引 起原子核裂变时,则称为快中子反应堆。利用快中子反应堆能节省大量核燃料,效率比热 中子反应堆高约100倍,个别国家已建成此类型式的可供工业使用的电厂。 核裂变时产生的是快速、高能中子,为了使其变成慢中子需要慢化剂将其减速,根据 采用的慢化剂的不同,热核反应堆又分为许多种,使用最多的有两种:①利用高压水做慢 化剂的所谓压水堆;②利用沸腾水做慢化剂和冷却剂的沸水堆,用这两种反应堆的核电厂 结构如图14和图1-5。 按照把热量从反应堆导人汽轮机 混凝土防护壳 的方式不同,该电厂又分为单回路系 统与双回路系统两种。图15为单回 反座堆母压器 控制棒 路系统核电厂,水在反应堆内被加热 汽轮机 后,沸腾并被蒸发成压力为686 J凝结器 10-7.85×10Pa,温度为280~ 水加热器礙结水泵 290℃的蒸汽,经过管道直接送入汽 轮机做功。做功之后的乏汽在凝结器 中冷却成水后,再用水泵送回反应 图1-4压水堆核电厂示意图 堆。为防止水汽化后造成污染,除反 应堆设有混凝土防护层外,全部热力设备及管道也用防护层屏蔽。双回路系统如图1-4所 示,它由一回路及二回路两部分组成,各自独立循环。一回路的冷却水在堆内不汽化,出 口压力保持为147×107-1.57×10Pa、温度为310~320℃。蒸汽发生器中的汽压为 4.90×10°~5.88×105Pa、温度为250~260℃。一回路用防护层严格屏蔽,二回路无活性 污染不加屏蔽。 人们普遍担心核电厂的放射性污染,经世界各国几百座核电厂和我国秦山及大亚湾核 电站的实际运行表明,如安全防护措施搞的好,是不会有放射污染的
1kg标准煤含的热量是3×10J, 而1kg铀235裂变产生的热能为 汽轮机 7.95×10J,相当于2700t标准煤 反应堆 凝结器 可见用核能电厂代替火力发电厂将能 大量节约煤炭。 给水泵给水加热器软化器 四、其他能源发电 (一)地热电厂 图15沸水堆核电厂示意图 地下水在地表深处被加热成蒸汽 或热水即构成了地热资源。根据地质 条件不同,热水温度约在几十至几百度,如我国西藏羊八井地热电厂水温约150℃。利用 这种低温热能发电有以下两种方式 (1)通过减压扩容法将地下热水变为低压蒸汽,供汽轮机做功,如图1-6所示。地下 热水经除氧器除氧后,送至第一级扩容器扩容,产生的蒸汽送入汽轮机高压级,未被汽化 的水再进人二级扩容器,由于产生的蒸汽压力低于第一级,所以送入汽轮机的中压级做 (2)用地下热水加热低沸点的特殊工质,使其变成气体对汽轮机做功。低沸点工质有 氟里昂12(常压下沸点为11.7℃)、异丁烷等。图1-7是异丁烷做工质的两级双流地热发 电系统。 地球内部蕴藏的热能极大,估计全世界可开采的地下热能就相当于几万亿吨煤,开发 利用地热资源的前景是非常广阔的。 次汽 蒸发器 汽轮机 汽轮机 发电机 次扩容器 二次汽 扩容礙结器 冷却水泵 汽 热水① 异烷 图1-6二级扩容地热发电系统 图17二级双流地热发电系统 (二)潮汐电厂 海水涨潮、落潮包含着巨大的动能和势能。估计世界上这一能量的发电储备有10亿 kW,我国也有1.1亿kW。利用这种能量发电就是所谓潮汐电厂。潮汐发电厂需要建设
拦潮堤坝,因而要求一定的地形条件、足够的潮汐 潮差和较大的容水区。理想的建厂地点是海岸边或 海峰 河口地区,可以拦蓄较大水量,少花费投资。 控制闸E 图18是一个仅有一个水库的双向潮汐电厂示意 控制闸C 控制A 图,涨潮时及退潮时均可发电。涨潮时打开闸门A、 ←涨 H潮水引人厂内发电。当涨潮将结束前,开启所有 厂房 1ooo■} 闱门储水,让水库储满。退潮后只开C、D闸门放水 退潮 进行发电。 叶控制闸D 控制B (三)风力发电 控制闭F 国外比较重视风能发电,100kW以下的风力发 电机组已有成熟的制造技术和运行经验。我国自60 年代以来,研制风力发电机组,现已能做10kW以图J8单水库双向潮汐电厂 下的定型产品。风能取之不尽,但质量差、调速困 难。为了取得稳定的电能,一般与善电池并联运行,大型风力发电机的研制方向是提高运 行可靠性和降低成本。 第二节动力系统与电力系统 在电力工业发展的初期,发电厂都建在电能用户的附近,电厂的规模很小,而且是弧 立运行的。但是,发电用的动力资源和电能用户往往不在一个地区,水能资源集屮在河流 的水位落差较大的偏远山区,燃料资源则集中在产煤、石油、天然气的矿区。而大城市、 大工业和其他用电大户,可能与动力资源地区相距甚远。水电只能通过高压输电线路把电 能送到用户地区才能得到充分利用。火电厂虽然能通过燃料运输在用电地区建厂,但随着 机组容量的增大,远距离大量运输燃料常常不如输电经济。于是就出现了所谓坑口电厂, 即把火电厂建在矿区,通过升压变电站、高压输电线、降压变电站把电能送到离电厂较远 的用户地区。水电厂则更要经过远距离输电才能把电能输送到负荷中心。随着高压输电技 术的发展,在地理上相隔一定距离的发电厂就逐步联系起来并列运行,其规模越来越大, 开始是在一个地区之内,后来发展到地区之间互相联系,形成庞大的系统。 发电厂、变电所、电能用户之间用电力线路连接起来,发电厂与热能用户之间用热力 管道联系起来,构成电能和热能的统一生产、输送、分配和使用的总体称为动力系统。作 为动力系统的一部分,包括发电厂的发电机、升压及降压变电所、电力线路及用电设备则 称为电力系统。而电力系统的一部分,包括变电所及不同电压等级的电力线路称为电力 动力系统、电力系统和电力网的实际划分可参看图19。电力系统并网运行在技术和 经济上有十分明显的优越性,其优点主要有以下几个方面。 1.减少系统总备用容量的比重 电力系统在运行中难免有些发电机要发生故障,有些发电机要停机检修。如果电力系
动力部分发电机 电力 用电设备 域电力网 地方电力网 汽轮机 汽轮机 2 水轮机 88 电力系统 动力系 图19动力系统与电力系统示意图 1一热力网;2—变压器;3鱼荷;4一高压电动机; 照明负荷;6—低压电动机 统中的总装机容量正好等于该系统的最大负荷,则当某一机组发生故障停运时,势必引起 对一部分用户停电,给用户造成损失。为避免这种情况发生,一般都是使装机容量稍大于 最大负荷,这部分富余容量就称为备用容量。由于备用容量在电力系统中是可以通用的, 所以电力系统容量越大,所需的备用容量在系统总装机容量中占的百分比就越小c 2.可以釆用高效率的大容量机组 大容量发电机组效率高,节省原材料,建设占地少,运行经济。但是孤立运行的电厂 或者总容量较小的电力系统,因为没有足够的备用容量,不允许采用大机组,否则一旦大 机组因事故或因检修退出工作,将被迫造成用户停电,给国民经济带来损失。大电力系 统,特别是大型联合电力系统,拥有足够的备用容量,非常有利于采用高效率的大容量机 组。 目前国外已制造投产了130万kW的大型发电机组,我国投人运行的单台发电机组容 量已达60万kW 3.可充分利用水电厂的水能资源 水电厂发电受季节影响较大,在夏、秋丰水期水量过剩,在冬、春枯水期水量短缺