浅谈电力生产、副产品及节能.pdf

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1、 1 浅谈浅谈电力生产电力生产、副产品、副产品及及节能节能 电能是二次能源。它是生产、生活、国防、科研、通讯、娱乐等各种领域应用广泛、使用方便的能源。电力生产的任务是把一次能源如煤炭、石油、天然气、水力、核能、风力、地热等转换成电能，并输送、分配、销售给用户。电能在生产、传送、使用中比其他能源更易于调控，因此，它是最理想的二次能源。发电在电力工业中处于中心地位，决定着电力工业的规模，也影响到电力系统中输电、变电、配电等各个环节的发展。电力生产的形式有水力发电、火力发电、潮汐发电、光伏发电、风力发电、岩浆发电、核能发电、细菌发电、生物发电、风筝发电、地热发电等等。其中，水力发电、火力发电、核能发

2、电占据了我国全国发电总量的 99%以上。目前，火力发电仍是我国电力发展的主力军。2009 年我国电力装机构成中，火力发电约占 81.7%，水力发电约占 15.9%，核能发电约占 1.9%。火力发电不仅消耗了大量资源，还给环境和运输带来了巨大压力。要想实现电力工业的健康可持续发展，我国必须尽早解决制约电力发展的瓶颈问题。电是商品，具有价值和使用价值，但是电又不是一般的商品，它具有以下几方面特点：第一，第一，电能的生产、供应、使用几乎是瞬间同时完成的；第二，第二，它不易储存，没有中间环节；第三，第三，电能使用总量是随时都在变化的；第四，第四，发电厂、电力用户通过电力线路和变电站互相连接成电网进行生

3、产和使用，电网是一个不可分割的整体。第五，第五，电能的质量管理是非常严格的。交流电网的电压和频率的质量，不仅直接影响电力用户终端产品的质量，而且直接关系电网本身的安全和电力用户用电的可靠性 火力发电厂生产工艺流程介绍火力发电厂生产工艺流程介绍 1、前言 火力发电厂是利用化石燃料燃烧释放的热能发电的动力设施，包括燃料燃烧释热和热能电能转换以及电能输出的所有设备、装置、仪表器件，以及为此目的设置在特定场所的 2 建筑物、构筑物和所有有关生产和生活的附属设施。主要有蒸汽动力发电厂、燃气轮机发电厂、内燃机发电厂几种类型.2、火力发电厂生产流程如下图所示。3、汽轮机本体 汽轮机本体（steam turb

4、ine proper）是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。如下图所示。3 4、锅炉本体 锅炉设备是火力发电厂中的主要热力设备之一。它的任务是使燃料通过燃烧将化学能转变为热能，并且以此热能加热水，使其成为一

5、定数量和质量（压力和温度）的蒸汽。由炉膛、烟道、汽水系统（其中包括受热面、汽包、联箱和连接管道）以及炉墙和构架等部分组成的整体，称为“锅炉本体”。如下图所示。4 5、热力系统及辅助设备 汽轮机部分的辅助设备有凝汽器、水泵、回热加热器、除氧器等。把锅炉、汽轮机及其辅助设备按汽水循环过程用管道和附件连接起来所构成的系统，叫做发电厂的热力系统。发电厂的热力系统按照不同的使用目的分为“原则性热力系统”、“全面性热力系统”、“汽轮机组热力系统”等。如下图所示。6、发电机本体 在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现

6、在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈 FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。5 转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。如下图所示。水力发电简介水力发电简介 在世界范围内，水电站所提供的电力占全世界用电的 24%，它为超过 10 亿的人提供能源。根据美国国家可再生能源实验室提供的数据

7、，世界上的水电站合计输出675,000 兆瓦的电能，这相当于 36 亿桶原油的能量。在美国，运行中的水电站超过了2000 座，这使得水电成为这个国家最大的可再生能源来源。看到河水流过，您可能很难想像它所携带的能量。如果您曾经玩过漂流，那么您已经感受过河水的一小部分威力了。漂流中激流的速度是由携带大量水的河流向下游流动并通过一个狭小的通道时产生。当河水被挤到这个开口处，它的流速会变快。洪水就是大量水所蕴含的巨大能量的另一个例子。水电站驾驭水的能量，并利用简单的机械手段将这些能量转化为电能。水电站实际上是基于一种非常简单的概念水流过大坝，转动水轮机，而水轮机则带动发电机发电。下面是传统水电站传统水

8、电站的基本组成部分：（如下图）6 水坝大多数水电站依靠水坝拦水，形成一个巨大的水库。这样的水库经常被用作休闲游乐场所，比如华盛顿州大古力水坝(Grand Coulee Dam)形成的罗斯福湖(Lake Roosevelt)。进水口打开水坝上的闸门，水会在重力作用下通过被称为隧洞的水道，它将水流引向水轮机。水流在流过水道时压力上升。水轮机水流冲击并转动水轮机的巨大叶片，而水轮机则通过传动轴与位于其上方的发电机相连。水电站中最常见的水轮机是混流式水轮机，它看起来像安上了弯曲叶片的大盘子。根据水资源及能源教育基金(FWEE)提供的数据，水轮机可以重达 172吨，它能以每分钟 90 转的速度转动。发电

9、机水轮机叶片旋转时，发电机中的一系列磁铁也跟着一起旋转。巨大的磁铁旋转着通过铜线圈，移动电子从而产生交流电(AC)。（稍后您会了解更多有关发电机的工作原理的内容。）变压器变电所中的变压器将交流电转化为电压更高的电流。输电线每座电站都有四条输出电线：包括同时产生的三相电，再加上一条它们三个共用的零线或地线。（阅读电网工作原理，了解更多电力传输的内容。）尾水利用过的水通过叫做尾水渠的水道重新流入下游的河水中。连接水轮机和发电机的传动轴 水库中的水被看作是存储起来的能量。当闸门打开时，水通过隧洞流出转化为动能，因为它是运动的。所能产生的电能的多少取决于几个因素，其中的两个是水流和水头的大小。水头是指

10、水面到涡轮叶片的距离，水头和水流越大，产生的电能越多。水头通常取决于水库的蓄水量。7 抽水蓄能抽水蓄能 上文所述的是大多数水电站的工作原理。然而，还有另一类水电站，叫做抽水蓄能电站。在传统的水电站中，水库中的水流过水电站，流出并汇入下游的河流中。而抽水蓄能电站有两个水库：（如下图）上水库和传统的水电站一样，这座水库由水坝形成。这个水库的水流过水电站产生电能。下水库水流流过水电站后流入下水库而不是汇入河水并向下游流。使用可逆式水泵水轮机，电站可以将水抽回上水库。这在用电低谷时实施。基本上，第二座水库将重新灌满上水库。通过将水抽回上水库，电站在用电高峰时将有更多的水来发电。水电站的核心部分是发电机

11、，大多数水电站安装有几台这样的发电机。水电站发电机的内部 胡佛水坝共有 17 台发电机，每一台的发电能力可以达到 133 兆瓦。胡佛水坝发电站的总发电能力是 2,074 兆瓦。每个发电机都是由下列特定的基本部件构成：传动轴 励磁机 转子 定子 水轮机旋转时，励磁机将电流输送到转子。转子是一组大型的电磁铁，它在被称为定子的紧密缠绕的铜线圈中旋转。线圈和磁铁之间的磁场产生电流。在胡佛水坝，发电机输出 16,500 伏特的电流到变压器，电压先被升高到 230,000伏特，然后再被传输出去。水电站利用了一种自然产生的、持续的过程一种产生降雨并令河水上涨的过 8 程。每天，我们的地球都会因为紫外线分解水

12、分子而失去少量的水。但与此同时，新的水通过火山运动从地球内部释放出来。新生成的水量和失去的水量大致相当。在任何时刻，世界上所有的水是以多种形态存在的。它可以是液态的，例如海水、河水和雨水；或者是固态的，如冰川；又或者是气态的，如空气中不可见的水蒸汽。水在随风绕地球运动的过程中变换着形态。风是由太阳的加热产生的。气流的循环是由于太阳对地球赤道部分的照射强度比其他部分高而产生的。气流循环驱动地球上的水形成它自己的循环，即水循环。太阳照射液态水，水被蒸发成为空气中的蒸汽。太阳加热空气，使热空气在大气层中上升。高度越高空气温度越低，所以水蒸气在上升时温度逐渐降低，凝聚成小液滴。当一个区域的小液滴积累到

13、足够多时，小液滴将达到足够的重量而落回地面形成降水。水循环 水循环对水电站非常重要，因为水电站依赖水流发电。如果水电站附近缺少降雨，水就不会在上游汇集起来。上游如果没有水汇集起来，流过水电站的水就会减少，发电量也会降低。水力发电的基本原理是利用运动液体的能量来推动水轮机的叶片。通常需要在河流中建造一座大坝来实现这个功能。核能发电原理核能发电原理 1 核能是一种高密度的优质能源 燃烧煤是碳的氧化反应，1 个碳原子与1 个氧分子结合生成1 个二氧化碳分子，释放出能量（E），这个能量小得很，燃烧1 千克标准煤可释放出7000 千卡多热量。碳（C）氧（O2）二氧化碳（CO2）能量（E）煤、石油、天然气

14、燃烧，都是释放化学能，化学能是原子重新组合及其电子重新分配的结果，原子核本身并没有发生变化。核电站中发生的是铀核裂变反应，1 个铀核裂变释放的能量约为200 兆电子伏。因为235 克铀中含有6.0231023 个（阿伏加德罗常数）原子核，1 克铀中含2.561021 个原子核，所以说，1 克铀-235 释放的能量可达到5.121023 兆电子伏。燃烧1 千克铀-235 放出热量1.961010 千卡；燃烧1 千克标准煤放出热量7000 千卡。通过计算，1 千克铀-235 裂变放出的热量相当于燃烧约2700 吨标准煤。由此可见，核能比化学能大几百万倍，是一种高密度的优质能源。2 原子核结合能 自

15、然界中物质都是由原子组成的，原子是由位于中心位置带正电荷的原子核和围绕原子核旋转带负电的电子构成的，而原子核又是由质子和中子组成的。质子和中子是由被称为“夸克”的更小粒子组成的，夸克又是由更小的粒子组成的，夸克的结构目前正在探索中。迄今人们已发现了物质5 个层次结构（分子原子原子核核子夸克）和310 多种基本粒子。在原子核中，中子不带电，质子带正电。同性要相斥，把质子和中子紧箍在一个非常小的空间（原子核直径约为10-13cm），存在着一般巨大的力（即核力），比电磁力要大130 倍。核力与电磁力、万有引力都不同，它只在原子核直径的 9 很小范围内起作用。当质子和中子重新组成新原子核时，核力的强大

16、作用使核子间排列得更紧密，会出现质量减少和放出能量的情况，这种释放出的能量，称之为原子核结合能。3 链式裂变反应 用中子去轰击铀-235 原子核时，可使铀原子核破裂成2 个新的原子核，并放出23 个新的中子，而新中子再去轰击周围的铀-235 原子核，会产生新的裂变和新的中子。这样，铀-235 原子核在极短时间内发生链式裂变反应，蕴藏在铀原子核内的巨大能量就释放出来。1 千克铀-235 全部裂变释放出的能量相当于2700 吨优质煤完全燃烧时所放出的能量。4 质量能量关系式 爱因斯坦提出的相对论指出，质量和能量可以相互转化，质量消失，会产生能量。原子核质量亏损所释放出的结合能，可以由爱因斯坦提出的

17、质量能量关系式计算得出。Emc2式中，E释放能量（尔格）；m亏损质量（g）；c光速（3108m/s）。根据这个公式，1 个铀-235 核受1 个中子轰击，分裂成2 块碎片X1和X2，并放出23 个中子（平均2.5 个），释放出约200 兆电子伏能量，极小的质量转化成了极大的能量。5 原子反应炉 核反应堆是一种特殊锅炉，也有人称它为原子反应炉。现代的核反应堆，从外面看是一个立式球形顶的圆柱体或球形建筑物，这就是所谓核岛。至于发电部分（也称为常规岛），核电厂与火电厂都用蒸汽膨胀做功，推动蒸汽轮机旋转，带动发电机发电。核电厂与火电厂主要的不同是蒸汽供给系统。火电厂依靠燃烧化石燃料释放的化学能制造 蒸

18、汽；核电站是依靠燃料裂变反应释放的核能来制造蒸汽。原子反应堆，有人称它为“原子锅炉”，当它燃烧时，既看不到火，也看不到烟，却有一个高高的“烟囱”。但它从 来不冒黑烟，因为它只是一个排风设备。生炉子要用火柴和木材点火，反应堆“点火”是提供引发裂变反应的第一代中子，这是依靠反应堆内安装的点火中子源来实现的。6 控制棒控制核裂变反应快慢 普通锅炉是靠调节供煤量和调节风量来控制它的燃烧速率；核反应堆则是靠控制棒来控制核裂变反应的快慢。控制棒有很强的吸收中子的能力，它是用镉、硼、铪等材料做成的。提起控制棒，中子数增加，反应堆功率就上升；插入控制棒，中子数下降，反应堆功率就下降，甚至反应堆的裂变反应会停下

19、来。火电厂燃烧释放出的热量是用水传出的，水吸热变成蒸汽，推动蒸汽轮机发电机组发电；反应堆中铀裂变放出的能量是用导热性能好、吸收中子少的物质做冷却剂，把热量传导出来。这种冷却剂（又称载热剂），或用液体（如水、重水），或用气体（如二氧化碳、氦气），或用液态金属（如液态金属钠、液态钠-钾、液态铅-铋等）。7 慢化剂使中子减速 铀-235 裂变反应放出的中子速度太快，动能为1 兆电子伏的中子，速度可达到20000km/s，这样快速的中子，是很难打中小小的铀核实现裂变反应的，必须把它的速度减慢下来，动能减到小于1 电子伏，成为慢中子（或热中子），才能有效打中铀核，发生新的裂变反应。现在人们已经找到了许多

20、优良的慢化剂，如轻水（普通水）、重水、10 石墨、铍等。它们吸收中子或吸收中子很少，并且可以有效地使中子减速。根据核电站用的减速剂的不同，人们称其为不同的堆型。8 核电站工作原理 将原子核裂变（或聚变）所释放的核能转变为电能的系统和设备通常称为核电站。原子核反应堆类型不同，核电站的系统和设备也有所不同。下面以压水堆（核电站的主力堆型）为例，介绍核电站的工作原理。压水堆核电站主要由原子核反应堆、一回路系统、二回路系统及其它辅助系统和设备组成。其工作原理如图1 所示。一回路系统是将裂变能转化为水蒸汽的热能装置，它由反应堆、一回路循环泵（即主泵）、稳压器（即稳压罐）、蒸汽发生器以及相应的管道等组成。

21、原子核反应堆内产生的核能使堆芯发热温度升高，高温高压的冷却水在主循环泵驱动下，流进反应堆堆芯，将堆芯中的热量带至蒸汽发生器。蒸汽发生器再把热量传递给二回路循环系统中的给水，使给水加热变成高压蒸汽，放热后的冷却水重新流回堆芯。这样不断地循环往复，构成一个密闭的循环回路。一回路循环系统一般有24 条并联的密闭环路，每条环路由1 台主循环泵和1 台蒸汽发生器与相应管道连接而成。为了确保安全，将整个一回路循环系统的主要设备集中安装在1 座立式圆柱状球形顶盖密封建筑物（通常称为核电站安全壳）里。它是采用预应力混凝土内衬钢板的大型建筑结构，能承受一定压力，可以防止放射性物质穿透和向外扩散。二回路循环系统由

22、汽轮机、发电机、冷凝器（即凝汽器）、二回路循环泵等设备组成。二回路中蒸汽发生器的给水吸收了一回路传来的热量，变成高压蒸汽，然后推动汽轮机，带动发电机发电。作功后的废气在冷凝器内冷却而凝结成水，再由给水泵送入加热器加热后重新返回蒸汽发生器，再变成高压蒸汽推动汽轮发 11 电机作功发电，这样构成了第二个密闭循环回路。二回路系统设备均安装在汽轮发电机组厂房内，一回路和二回路通过主蒸汽管道与蒸汽发生器连接。核电站的二回路系统和普通火电站的动力回路相似，蒸汽发生器和一回路系统相当于火电站的锅炉。由于反应堆一回路系统往往带有一定剂量的放射性，因此，从反应堆出来的冷却剂一般不宜直接送入汽轮机，否则将会使常规

23、机组操作维修复杂，所以核电站一般比火电站要多一套动力回路。核电站还设有为了维持核电站正常运行和防止事故的辅助系统厂房、电站循环水泵房、输配电厂房以及放射性废物储存和处理等厂房。9 核电发电所需燃料 火电发电需煤、石油、天然气等化石燃料，它们是古生物长期深埋在地底下形成的，烧完即没有了，不能再生。且它们是宝贵的化工原料，烧掉实在可惜。地球上，煤、石油、天然气的储量有限，经过不太长的时间就会完全消耗掉。现在，世界上所运行的反应堆绝大多数是热中子堆，热中子堆发电所需燃料主要是铀-235，1 台100 万千瓦的核电站每年只需要补充30 吨左右的核燃料。铀在地壳中贮存量虽然不算多，但是地壳中有着丰富的钍

24、，钍藏量为铀的34 倍。钍有6 种同位素，主要是钍-232。钍-232 和铀-238 一样，它不是易裂变材料，但它可转换成易裂变核燃料铀-233。地球上铀、钍资源的能量，是全部化石燃料总能量的20 多倍，而且，海水中还含有很多铀。海水中平均铀含量为3.3 g/L，据估算，海水中含有铀迏45 亿吨之多。但是，现在世界上还没有1 个国家实现工业化海水提铀。天然铀中将近99.3%是难裂变的铀-238，而铀-238 可以在快中子堆中通过核反应转换成易裂变的钚-239。快中子堆所生成的易裂变材料（钚-239）比消耗的易裂变材料（铀-235）来得多，所以称之为增殖堆。快中子堆裂变可使铀资源的利用率提高60

25、70 倍，且快堆还可消耗热中子堆所产生的令人头痛的长寿命锕系元素，减轻地质处置核废料的负担。电能生产的副厂品电能生产的副厂品 以上提到的火力发电、水力发电和核能发电中，只有水力发电不会产生对环境有害的副产品。火力发电过程中燃烧大量的化石燃料会产生大量的烟尘、SO2 和 NOx，对大气造成严重的污染，SO2,NO2，NO 等气体进入空气后与空气中的眼 O2 反应，SO2 转化为 SO3，遇水变为硫酸，NO2 和水变为硝酸，NO 先和氧气生成 HNO2，然后和氧气生成HNO3,下雨时便形成酸雨，酸雨会对环境带来广泛的危害，造成巨大的经济损失。危害的方面主要有：1)腐蚀建筑物和工业设备；2)破坏露天

26、的文物古迹；3)损坏植物叶面，导致森林死亡；12 4)使湖泊中鱼虾死亡；5)破坏土壤成分，使农作物减产甚至死亡；6)饮用酸化造成的地下水,对人体有害 另外还产生大量化石燃料燃烧后剩余的残渣，也对环境造成污染。核核能发电能发电废料废料 nuclear waste material 泛指在核燃料生产、加工和核反应堆用过的不再需要的并具有放射性的废料。也专指核反应堆用过的乏燃料，经后处理回收钚 239 等可利用的核材料后，余下的不再需要的并具有放射性的废料。核废料按物理状态可分为固体、液体和气体 3 种；按比活度又可分为高水平（高放）、中水平（中放）和低水平（低放）3 种。核废料的特征是：放射性。核

27、废料的放射性不能用一般的物理、化学和生物方法消除，只能靠放射性核素自身的衰变而减少。射线危害。核废料放出的射线通过物质时，发生电离和激发作用，对生物体会引起辐射损伤。热能释放。核废料中放射性核素通过衰变放出能量，当放射性核素含量较高时，释放的热能会导致核废料的温度不断上升，甚至使溶液自行沸腾，固体自行熔融。核废料的管理原则是：尽量减少不必要的废料产生并开展回收利用。对已产生的核废料分类收集，分别贮存和处理。尽量减少容积以节约运输、贮存和处理的费用。向环境稀释排放时，必须严格遵守有关法规。以稳定的固化体形式贮存，以减少放射性核素迁移扩散。国际原子能机构（IAEA）对于核废料的处理和处置有严格的规

28、定，要求各国遵照执行。核废料处理的基本方法是稀释分散、浓缩贮存以及回收利用。核废料处置包括控制处置（稀释处置）和最终处置。核废料的控制处置是指液体和气体核废料在向环境中稀释排放时，必须控制在法规排放标准以下。核废料的最终处置是指不再需要人工管理，不考虑再回取的可能。因此，为防止核废料对环境和人类造成危害，必须将其与生物圈有效地隔离。最终处置的主要对象是高放核废料。核废料成份复杂,仍具活性,不断进行核反应,放出辐射线、热能乃至有辐射性的气体,加上大自然是在变动中,贮存期中有机会碰上地震、暴风雨而导致核种外泄到生物圈中,伤害生物。电力生产的节能电力生产的节能 水电的节能措施及技术水电的节能措施及技

29、术 一、一、优化管理优化管理 节能措施 13 （一）加强领导，加大节能的宣传力度，提高全员的节能意识。（二）优化水库调度，完善水情自动化测报系统，利用其预报成果及时腾空库容，拦蓄洪水（洪尾）、提高水能利用率。1、在确保大坝安全和省防汛指挥部洪水调度决策指挥的前提下，对入库洪水精心预报并进行调度分析计算，综合分析，中短期天气预报，尽可能利用和拦蓄洪水增发电量。但若库水位超防洪限制水位蓄水，必须在下次洪水来临之前将库水位降至防洪限制水位。2、充分利用水情自动化测报系统的成果，作好水情预报工作，及时准确向五凌公司和省公司汇报水情，以便调度及时调整发电出力，以发电预泄洪方式腾空库容，减少弃水，增发电量

30、。3、重视和大力加强中长期水文天气预报及年度水库水文预报，要做到定性准确，以指导年度发电计划的编制和水库水位实际控制运用。4、加强水库运行管理，进行科学调度，保持水库高水位运行，努力提高水头效益。水库调度图是指导水库发电的重要依据，必须严格按调度图控制水库运行水位。严禁水库长期处于低水位运行。（三）加强发电设备运行、检修管理，采用新技术，提高设备健康水平，减少弃水。1、在枯水季节，合理分配机组负荷，尽量安排机组在高效率区运行。2、完善、开发计算机监控系统的AGC、AVC功能，实现厂内经济运行手段科学化。3、推行规范化检修，努力缩短检修工期，在洪水期尽量不安排机组大小修工作。4、推行在线监测技术

31、，争取实行“诊断检修”，提高机电设备可用小时。（四）加强泄洪设施的运行维护及检修管理，提高泄洪设施健康水平，确保水库蓄水及防洪调度正常运行。（五）加强尾水河道管理，抓紧进行尾水渠清理开挖，降低尾水位。（六）做好机组进水口拦污、清污工作。1、加强拦污排的运行、维护，及时清除积渣。2、加强对机组进水口拦污栅的运行维护工作，严格控制拦污栅前后压差。及时消除栅前积渣，减少水头损失。（七）加强生产、生活用电管理，降低厂用电率。1、做好厂用电系统优化、经济运行工作，减少各配用电设备的空载损耗。2、加强生产办公用电的管理，杜绝电能浪费。3、严格生活用电管理制度，禁止高能耗设备的使用。4、做好防窃电工作。二、

32、二、选用发电效率高的发电设备选用发电效率高的发电设备 1、使用新型高效的水轮机，比如桨轮式水轮机 水电站设计中最核心的工作就是设计选择好水轮机。从 1824 年起，世界各国相继开发出了多种类型的水轮机，水轮机的每一次进步都对当时水力发电效率与效益的大幅度提高产生决定性的作用。但是现在最常采用的混流式、转桨式水轮机，因其结构和作用方式决定其还是会产生空蚀、磨蚀、振动、漏损、高效区限制、效率低等问题，并且长期难于根本解决；因为混流式水轮机在中小水电站采用效率更低，所以目前中小水电站主要是采用定桨或转桨 14 式水轮机，但一般理想转化率只有 60%-65%，且定桨式水轮机效率区限明显，在全球范围内目

33、前还没有更加适合于中小型水电站采用的水轮机机型，而适合于大型水电站采用的混流式水轮机存在的问题也相同多，只是其水能转化效率高些罢了。桨轮机发电法及桨轮式水轮机为国际首创，其出现将使这一切情况发生根本改变，桨轮式水轮机在大型与巨型水电站也同样适用，而且没有水头高度限制。其诸多优势功能结合将在全球范围产生出巨大的经济效益。总结桨轮机电站的优势可从以下 7 个方面体现：（1）可使水电站建设工程投资与施工工程量大幅度降低；（2）可使水能转换效率大幅度提高；（3）可使因空蚀、磨蚀形成的周期性维修需求费用与占用的时间大幅度消减到完全消除；（4）可使水能消耗成倍减少，尤其是在部分负荷时段的消耗更可成数倍降低

34、；（5）可使操作控制简单方便，尤其是在部分负荷时间阶段的方便控制，无振动产生；（6）使中小水电站有了十分理想的水轮机机型。（7）可适合于各种水头高度及高度的巨大变化，没有效率区限制。可见其属于更新换代性质的创新技术。2、选用高效发电机组，一般情况，功率越大的发电机组的效率越高。三、采用先进的发电技术三、采用先进的发电技术 “库叠法”高能水力发电技术。一、技术简况:“库叠法”高能水力发电技术。简称“库叠法”发电。方法是在地球上任何水域建造以两座同等大小的水库 互相重叠,一经启动,就将会产生“力大无穷”的“库叠法”效应力。其结果就能驱动数拾台水轮发电机同时运转发电。可在不到 0.5 平方公里水域,

35、水深 15 以上,就有条件建造一座发电量为 100 万 kw.h 的“库叠法”电站。“库叠法”发电技术.容水潜没于水面之下的全封闭构筑物,与外界水体无水力联系,没有污染和被污染关系,不受枯水季节之影响。不需建造高坝来抬高自然水位。总之,自从人们开发水库.海潮发电.但从未开发过水在静止状态下,也可引发连续发电技术。而“库叠法”高能发电技术的研制开发,正是对地球资源、人类社会贡献的极大创举。二、技术运用:“库叠法”发电技术运用。可根据当地的水利条件,在江.河.湖.海.人工水库.水塘.深水井或浅水域都能实现建造安装成不同规模大小的发电站(设备)。它适用于缺水,电力不足地区。用此技术也可制作成便携式发

36、电设备,用于旅游.野外作业.航海.航天等都将起到极大作用。三、技术的研制发展现状:经过反复试验及科学论证。“库叠法”发电技术的动力,不是依靠自然水头之动水压力,而是根据水力学原理设制的具有特殊水路流程结构的“库叠法”设施,只要有启动力作用,就能导致“库叠法”效应力的发生,所以这与当今常见的常规“蓄能”水电站是完全不同的两个概念。但因为“能量守恒”，所以“库叠法”效应力产生的前提条件是必须有一个足够力量的启动力。反过来说，只要具备一个足够力量的启动力，就一定能换来足够大的“库叠法”效应力。就象“杠杆”原理，只要在力臂长一端施加一小的力，在力臂短的一端就会出现一大的力。因此“库叠法”设施建成后，就

37、等于有了“杠杆”存在，只要给库叠法设施施加一个足够大的启动力，在设施中就会出现一“力大无穷”的“库叠法”效应力 F，这力分称：15 裂变效应力F1，聚变效应力F2，链锁裂变效应力 F1-1，链锁聚变效应力 F21还有连续发展之势。与原子核反映形式十分相似但不会产生热反映，热辐射，更不会产生有害废料。而是在力的作用下，相当于能将水的位能抬高至 1001000 米以上的高度，由位能转变成势能驱动水轮发电机运转发电。也正由于有“库叠法”效应力，才能使水在“库叠法”设施内沿设定水路流动时能克服一切水头损失，即能驱动沿途水轮发电机群-运转发电，不断地把水的动能转变成电能，其结果就能达到自供自用，还能将大

38、量多余的电量向外输出。这都全靠“库叠法”电站的特殊结构功能和采用现代化电子计算机操控技术才能实现。如果用计算数字来说明“库叠法”电站的发电能力，这真是一个难以相信而且是非常惊人的数字。因为如果我们若能利用 1 立方公里的水量，采用“库叠法”原理发电方法，在充分利用库叠法效应力的情况下，计算结果，其数字竟然超过世界能源委员会 1992 年能源资源调查所公布1990 年世界水电发电量 21331.68 亿 kw.h这个数字。没有实物可鉴就如此类推，确实难以相信，甚至难免会被认为这是“异想天开”，或被指是违背“能量守恒”幻想“不守恒”而怀疑或否定。此时此刻恕不宜多言，唯一可参考的是：现在已制成一台小

39、型“库叠法”模拟试验实物和许多可供参考论证的计算数据。模拟实验容水库水量不到 0.3 立方米，启动力是一台 0.335KW 的小型抽水机(扬程 35 米).由于条件限制,虽然制作粗糙,精密度差,但“库叠法”效应力已相当明显。在试验过程中，它意外的造成 6m/m 厚，0.7m 长,0.5m 宽,本来是平直的钢板因变形而出现微弧度,用了 8 只三寸“C 字”型钢夹也未能制止试验模拟的渗水现象(渗水现象会造成能量损耗)，但再用重量达 50 公斤的反压力也未能阻止因“库叠法”效应力引起的水流停止流动。结果还是模拟电机保持正常转动。其效应力甚至能使用硬壳塑料饮水瓶(瓶径8cm)改装的部分通水管发生强烈蠕

40、动造成瓶径或扩大至 10cm，或缩小至 6 cm 的变形且发出嘶叫声。这种现象说明“库叠法”模拟试验的结构构造原理符合要求，否则不可能会有超常巨力出现。没有上述实际实践结果作依据，决道不出“力大无穷”“库叠法”效应力之说法。因此有理由敢提出：可再进一步做更大型的模拟试验，而且要采用实物发电机来进行试验。若能如此，相信前景看好。“库叠法”模拟试验容水库水量不到 0.3 立方米,试验结果证明“库叠法”效应力已相当明显证实“库叠法”技术发电规模可大可小,即:只要具有 500-1000 立方米的容水库水量,就有可能建造成一座发电量大于 100kv.h 的小型“库叠法”电站,供给工厂企业用电,如果容水库

41、水量有 100-200 万立方米以上或再大几倍,其发电量则可供应一座城市甚至一个国家所用。“库叠法”发电技术经过三年来的钻研,反复试验及科学论证,现已完成全部可性行报告及模型试验。四、应用技术的重大意义:应用“库叠法”技术发电,无论规模大小,在技术上除了建站站址环境条件不同,地基基础处理方法不同外,其他的各部件构筑物均可按成套式,装配式设计,便于现场安装施工,从而可大大缩短施工期,降低造价,因此从各方看,“库叠法”发电技术与其他形式水电站相比,无疑会占有绝对优势。“库叠法”发电技术的应用,最大特点是:适用于地球上任何水体,建造不同规模大小,低造价的发电站(设备)。可充分地利用并节约水资源,为人

42、类开发海洋,移居海洋,为人类的生存及发展将起到极大的作用。16 火力发电的节能措施及技术火力发电的节能措施及技术 节能思想应贯穿在火电厂的规划、设计、运行、管理各方面，下面就这几个方面详细讨论：1.全局地规划以提高系统的经济性 加快电力工业的建设，确保电力工业的建设发展优先于其他工业部门，首先必须做好电力系统发展的规划设计：1）优化接线方案。只有当火电厂在电力系统中的接线方案合理时，才能降低网损率，避免功率过多的损失在输电环节，提高火电厂输出功率的利用率。这就要根据能源分配原则，即损耗最小和线路距离最短的原则，先将供电区域分成若干各区域，在各个分区内选择接线方案，最后在整体分析。采取先技术后经

43、济的比较选择，在技术合理的供电方案中首先要进行粗略的经济比较，方法是按象征升压变电站投资大小的断路器数和象征线路投资大小的线路长度进行比较，再考虑以下经济因素：电能损耗、主要原材料的消耗量、工程总投资、年运行费及年运行费用。譬如，暂时不考虑经济性，采用单母线接线时，使用进线母线断路器 2 台，母线分段断路器 1 台，而采用双母线分段接线时，使用进线母线断路器 2 台，母线分段兼联络断路器 3 台，显然，单母线接线的投资较少，故优先选用单母线接线方式。2）发展热电联产。积极鼓励、支持、优先发展热电联产集中供热，是节约能源的需要。我国电力发展主要依赖煤炭，因此存在不可避免的环境污染问题。面对环境压

44、力，电力工业今后发展必需考虑优先发展水电，调整和优化火电结构(如适当发展燃气电站和扩大洁净煤燃烧技术的应用、关停小火电)，适当发展核电和新能源发电(如风力发电、地热与潮汐电站)，鼓励热电联产。热电厂是改善环境质量的重要措施。热电厂的锅炉容量大、热效率高、烟囱高、除尘效率高，如选用循环流化床锅炉还可炉内脱硫，由于集中实现热电联产还更有利于灰渣综合利用和节省宝贵的城市建设占地。热电联产是一种供热量大、供热参数高、供热范围广、节能量多，既能满足工业用汽，又能满足民用采暧、热水供应，供热价格便宜的供热方式。正是由于热电联产集中供热能够有效地改善环境质量，所以积极发展热电联产是节约能源、改善环境质量的有

45、效措施，完全符合国家的产业政策。据电力工业统计资料，我国的热电厂热效率均能超过常规火电厂的热效率一倍以上。实现热电联产的小型供热机组，其热效率超过大型高参数常规火电机组。2）推广大容量机组。单台发电机组容量越大，单位煤耗越小。因此，结合地区经济的发展状况，优先建设大容量机组火电厂，让大容量机组在电力系统中承担基本负荷，这对减少能耗、提高能源效率具有重大意义。2.设计要经济可靠 17 这里主要从电气设计角度出发，主要围绕电气主接线的设计，讨论其设计的经济性。一个工程设计的好坏，往往在于最初设计的成功与否。在满足技术要求的前提下，应做到经济合理。具体要求为：1)投资省：主接线应简单清晰，以节约断路

46、器、隔离开关等一次设备投资；要使控制、保护方式不过于复杂，以利于运行并节约二次设备和电缆投资；要适当限制短路电流，以便选择价格合理的电器设备；在终端或分支变电所中，应推广采用直降式(1106l0 kV)变电所和以质量可靠的简易电器代替高压侧断路器。譬如，在电压母线分段处安装母线分段电抗器，可有效降低分段断路器的容量，未装电抗器前，断路器选用SN10-5000A,安装后，选用 SN10-3000A，额定电流减小 40。2)占地面积小：电气主接线设计要为配电装置的布置创造条件，以便节约用地和节省架构、导线、绝缘子及安装费用。在运输条件许可的地方，都应采用三相变压器。3)电能损耗少：经济合理地选择主

47、变压器的型式、容量和台数，避免两次变压而增加电能损失。本例中，因为地区负荷较小，半数以上的容量需经升压变压器输送到系统，由于有 4 台机组，考虑将机组分为 2 部分，一部分机组承担地区负荷，因而变压器采用三绕组的形式，另一部分机组，考虑用扩大单元接线，直接经升压双绕组变压器接入系统。相反，若每台机组均选用三绕组变压器，既带部分地区负荷，又将剩余容量馈送系统，显然，后者极不经济。3.生产环节节能控制 火电厂的主要生产环节可大致分为：燃料的入厂和入炉、水处理、煤粉制备、锅炉燃烧以及蒸汽的生产和消耗、汽轮机组发电和电力输送等。发电过程中任何一个主要生产环节中均存在能源损耗的问题，如果能够有意地通过有

48、效的技术利管理手段使各环节的能源消耗水平得到合理控制，并努力消除生产过程巾可以避免的能量浪费，就能真正达到节能的目的，1）改善燃煤质量。一般来讲，燃料成本占发电成本约为 7 5左右，占上网电价成本 3 0左右。如果燃煤质好价优，则锅炉燃烧稳定、效率高，机组带得起负荷，不仅能够减少燃料的消耗量，更有利于节约发电成本；如果燃煤质次价高，则锅炉燃烧稳定性差，燃烧效率低，锅炉本体及其辅助设备损耗加大，显然对发电厂是极其不利的，因此入厂和入炉燃料的控制是发电厂节能工作的源头这一步工作是否得到有效控制，将在很大程度上影响到其后续生产环节的能源消耗。火电广的燃煤要经过诸如计划、采购、运输、验收、配煤、储备及

49、厂内输送，煤粉制备等多个环节，最后才能送入锅炉燃烧。对燃煤质量的控制应在上述各环节上都要落到实处。2）降低制粉系统单耗。制粉系统的耗电占厂用电的 25左右，显然，在保证制粉系统出力，控制合理煤粉细度的前提下降低制粉系统单耗是重要的节能途径。18 3）提锅炉燃烧效率。锅炉是最大的燃料消耗设备燃料在锅炉内燃烧过程中的能量损失主要包括：排烟损失、机械不完全燃烧损失、化学不完全燃烧损失、散热损失、灰渣物理热损失等。因此，只有通过减少各项损失，提高锅炉燃烧效率才能实现锅炉燃烧的节能控制。4）提高汽轮机效率。汽轮机运行时，其能量损失主要指级内损失另外，汽轮机排汽也会造成一定的冷源损失。反映汽轮机效率水平的

50、主要指标为汽耗率及机组热耗率。汽轮机的节能改造措施主要有：通流部分改造、汽封及汽封系统改造、低压转子的接长轴、改进油挡结构投防止透平油污染、防断油烧瓦技术、改善机组振动状况、改进调节系统等。此外，应加强对汽轮机的检修，以提高运行的稳定性。5）改善蒸汽质量。蒸汽压力和温度是蒸汽质量的重要指标如果汽压低，外界负荷不变，汽耗量增大，煤耗增大；汽压过低，迫使汽轮机减负荷。过、再热汽温偏低，压力变时热焓减少，作功能力下降也就是当负荷一定时汽耗量增加，经济性下降。如何合理控制这两大指标，提高经济性，也具有重大意义。6）推广变频调速降低厂用电。发电厂厂用电量约占机组容量的 5l0，除去制粉系统以外，泵与风机