關于5種發(fā)電方式的介紹

電力工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)，是國家經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略中的重點和先導產(chǎn)業(yè)，它的發(fā)展是社會進步和人民生活水平不斷提高的需要，中國作為一個電力大國，電力來源很多，有火電、水電、風電、太陽能、核電等。

1. 火電

火力發(fā)電，利用煤、石油、天然氣等固體、液體、氣體燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能，通過發(fā)電動力裝置轉(zhuǎn)換成電能的一種發(fā)電方式。

能量轉(zhuǎn)換

燃料化學能→蒸汽熱能→機械能→電能，簡單的說就是利用燃料發(fā)熱，加熱水，形成高溫高壓過熱蒸汽，推動氣輪機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子(電磁場)旋轉(zhuǎn)，定子線圈切割磁力線，發(fā)出電能，再利用升壓變壓器，升到系統(tǒng)電壓，與系統(tǒng)并網(wǎng)，向外輸送電能，然后蒸汽沿管道進入汽輪機中不斷膨脹做功，沖擊汽輪機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，最后又被給水泵進一步升壓送回鍋爐中重復參加上述循環(huán)過程，發(fā)電機發(fā)出的電經(jīng)變壓器升壓后輸入電網(wǎng)。

原理

火力發(fā)電一般是指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時產(chǎn)生的熱能來加熱水，使水變成高溫、高壓水蒸氣，然后再由水蒸氣推動發(fā)電機來發(fā)電的方式的總稱。以煤、石油或天然氣作為燃料的發(fā)電廠統(tǒng)稱為火電廠。

流程

火力發(fā)電的流程依所用原動機而異。在汽輪機發(fā)電方式中，其基本流程是先將燃料送進鍋爐，同時送入空氣，鍋爐注入經(jīng)過化學處理的給水，利用燃料燃燒放出的熱能使水變成高溫、高壓蒸汽，驅(qū)動汽輪機旋轉(zhuǎn)作功而帶動發(fā)電機發(fā)電。熱電聯(lián)產(chǎn)方式則是在利用原動機的排汽(或?qū)ｉT的抽汽)向工業(yè)生產(chǎn)或居民生活供熱。在燃氣輪機發(fā)電方式中，基本流程是用壓氣機將壓縮過的空氣壓入燃燒室，與噴入的燃料混合霧化后進行燃燒，形成高溫燃氣進入燃氣輪機膨脹作功，推動輪機的葉片旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電。在柴油機發(fā)電中，基本流程是用噴油泵和噴油器將燃油高壓噴入汽缸，形成霧狀，與空氣混合燃燒，推動柴油機旋轉(zhuǎn)并帶動發(fā)電機發(fā)電。

效率

在火力發(fā)電方面，燃氣輪機和蒸汽輪機發(fā)電廠目前已經(jīng)實現(xiàn)了迄今最高的能源效率超過60%。由于啟動時間非常短，這類電廠最適宜于補充風力發(fā)電帶來的自然電力波動，而通過熱電聯(lián)產(chǎn)電廠可以達到更高的能源效率超過90% 。

火力發(fā)電

根據(jù)火力發(fā)電的生產(chǎn)流程，其基本組成包括燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)(燃氣輪機發(fā)電和柴油機發(fā)電無此系統(tǒng)，但這二者在火力發(fā)電中所占比重都不大)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。

燃燒系統(tǒng)

主要由鍋爐的燃燒室(即爐膛)、送風裝置，送煤(或油、天然氣)裝置、灰渣排放裝置等組成。主要功能是完成燃料的燃燒過程，將燃料所含能量以熱能形式釋放出來，用于加熱鍋爐里的水;主要流程有煙氣流程、通風流程、排灰出渣流程等。

汽水系統(tǒng)

主要由給水泵、循環(huán)泵、給水加熱器、凝汽器、除氧器、水冷壁及管道系統(tǒng)等組成。其功能是利用燃料的燃燒使水變成高溫高壓蒸汽，并使水進行循環(huán)。主要流程有汽水流程、補給水流程、冷卻水流程等。對汽水系統(tǒng)的基本要求是汽水損失盡量少;盡可能利用抽汽加熱凝結水，提高給水溫度。

電氣系統(tǒng)

主要由電廠主接線、汽輪發(fā)電機、主變壓器、配電設備、開關設備、發(fā)電機引出線、廠用結線、廠用變壓器和電抗器、廠用電動機、保安電源、蓄電池直流系統(tǒng)及通信設備、照明設備等組成?；竟δ苁潜ＷC按電能質(zhì)量要求向負荷或電力系統(tǒng)供電。主要流程包括供電用流程、廠用電流程。對電氣系統(tǒng)的基本要求是供電安全、可靠;調(diào)度靈活;具有良好的調(diào)整和操作功能，保證供電質(zhì)量;能迅速切除故障，避免事故擴大。

控制系統(tǒng)

主要由鍋爐及其輔機系統(tǒng)、汽輪機及其輔機系統(tǒng)、發(fā)電機及電工設備、附屬系統(tǒng)組成?；竟δ苁菍痣姀S各生產(chǎn)環(huán)節(jié)實行自動化的調(diào)節(jié)、控制，以協(xié)調(diào)各部分的工況，使整個火電廠安全、合理、經(jīng)濟運行，降低勞動強度，提高生產(chǎn)率，遇有故障時能迅速、正確處理，以避免釀成事故。主要工作流程包括汽輪機的自起停、自動升速控制流程、鍋爐的燃燒控制流程、滅火保護系統(tǒng)控制流程、熱工測控流程、自動切除電氣故障流程、排灰除渣自動化流程等。

其中，在火電廠中的各類輔機設備中，風機水泵類設備占了絕大部分，蘊藏著巨大的節(jié)能潛力。由于火電機組調(diào)峰力度的加大，這些機組的負荷變化范圍很大，必須實時調(diào)節(jié)風機水泵的流量。因此，風機水泵類負載采用變頻調(diào)速驅(qū)動是非常有必要的。

2. 水電

水力發(fā)電(Hydroelectric power)系利用河流、湖泊等位于高處具有勢能的水流至低處，將其中所含勢能轉(zhuǎn)換成水輪機之動能，再借水輪機為原動力，推動發(fā)電機產(chǎn)生電能。利用水力(具有水頭)推動水力機械(水輪機)轉(zhuǎn)動，將水能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，如果在水輪機上接上另一種機械(發(fā)電機)隨著水輪機轉(zhuǎn)動便可發(fā)出電來，這時機械能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋ＫΠl(fā)電在某種意義上講是水的位能轉(zhuǎn)變成機械能，再轉(zhuǎn)變成電能的過程。

原理

水力發(fā)電的基本原理是利用水位落差，配合水輪發(fā)電機產(chǎn)生電力，也就是利用水的位能轉(zhuǎn)為水輪的機械能，再以機械能推動發(fā)電機，而得到電力。根據(jù)水位落差的天然條件，有效的利用流力工程及機械物理等，精心搭配以達到最高的發(fā)電量，供人們使用廉價又無污染的電力。

流程

慣常水力發(fā)電的流程為：河川的水經(jīng)由攔水設施攫取后，經(jīng)過壓力隧道、壓力鋼管等水路設施送至電廠，當機組須運轉(zhuǎn)發(fā)電時，打開主閥(類似家中水龍頭之功能)，后開啟導翼(實際控制輸出力量的小水門)使水沖擊水輪機，水輪機轉(zhuǎn)動后帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機加入勵磁后，發(fā)電機建立電壓，并于斷路器投入后開始將電力送至電力系統(tǒng)。如果要調(diào)整發(fā)電機組的出力，可以調(diào)整導翼的開度增減水量來達成，發(fā)電后的水經(jīng)由尾水路回到河道，供給下游的用水使用。

系統(tǒng)

水電站是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿乃ρb置，它由各種水工建筑物，以及發(fā)電、變電、配電等機械、電氣設備，組成為一個有機的綜合體，互相配合，協(xié)同工作，這種水力裝置，就是水電站樞紐或者水力樞紐，簡稱水電站。它由擋水建筑物、泄水建筑物、進水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及水電站廠房等水工建筑物共7個部分組成，機電設備則安裝在各種建筑物上，主要是在廠房內(nèi)及其附近。

(1)擋水建筑物：是攔截水流、雍高水位、形成水庫，以集中落差、調(diào)節(jié)流量的建筑物，例如壩和閘;

(2)泄水建筑物：其作用主要是泄放水庫容納不了的來水，防止洪水漫過壩頂，確保水庫安全運用，因而是水庫中必不可少的建筑物，例如溢流壩、河岸溢洪道、壩下泄水管及隧洞、引水明渠溢水道等;

(3)進水建筑物：使水輪機從河流或水庫取得所需的流量，如進水口;

(4)引水建筑物：引水建筑物是引水式或混合式水電站中，用來集中落差(對混合式水電站而言，則只是集中總會落差)和輸送流量的工程設施，如明渠、隧洞等。有時水輪機管道也被稱為引水建筑物，但嚴格說來，由于它主要是輸送流量的，所以與同時具有集中落差和輸送流量雙重作用的引水建筑物并不完全相同，有些水電站具有較長的尾水隧洞及尾水渠道，這也屬于引水建筑物;

(5)平水建筑物：其作用是當負荷突然變化引起引水系統(tǒng)中流量和壓力劇烈波動時，借以調(diào)整供水流量及壓力，保證引水建筑物、水輪機管道的安全和水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。如引水式或混合式水電站的引水系統(tǒng)中設置的平水建筑物如壓力池或高壓池;

(6)廠區(qū)建筑物：包括廠房、變電站和開關站。廠房是水電站樞紐中最重要的建筑物之一，它不同于一般的工業(yè)廠房，而是是水力機械、電氣設備等有機地結合在一起的特殊的水工建筑物;變電站是安裝升壓變壓器的場所;而開關站則是安裝各種高壓配電裝置的地方，故也稱高壓配電場;

(7)樞紐中的其它建筑物：此類建筑物指對于將水能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苓@個生產(chǎn)過程沒有直接作用的船閘或升船機、筏道、魚道或魚閘以及為灌溉或城市供水而設的取水設施等。為了綜合利用水資源，它們在整個水電站樞紐中也是不可分割的一部分，對樞紐的布置和運用也有重要的影響。

其中，在水電站的主廠房橋機、壩頂門機和尾水門機重要的起重設備，以及整個系統(tǒng)的大部分風機水泵負載都有應用變頻技術，變頻器在整個系統(tǒng)中的應用是很廣泛的。

3. 風電

風力發(fā)電是把風的動能轉(zhuǎn)為電能。風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，其蘊量巨大，全球的風能約為2.74×10^9MW，其中可利用的風能為2×10^7MW，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。

資源

我國風能資源豐富，可開發(fā)利用的風能儲量約10億kW，其中，陸地上風能儲量約2.53億kW(陸地上離地10m高度資料計算)，海上可開發(fā)和利用的風能儲量約7.5億kW，共計10億kW。而2003年底全國電力裝機約5.67億kW。

風是沒有公害的能源之一，而且它取之不盡，用之不竭。對于缺水、缺燃料和交通不便的沿海島嶼、草原牧區(qū)、山區(qū)和高原地帶，因地制宜地利用風力發(fā)電，非常適合，大有可為。

原理

把風的動能轉(zhuǎn)變成機械動能，再把機械能轉(zhuǎn)化為電能，這就是風力發(fā)電。風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉(zhuǎn)，再透過增速機將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據(jù)目前的風車技術，大約是每秒三米的微風速度(微風的程度)，便可以開始發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發(fā)電不需要使用燃料，也不會產(chǎn)生輻射或空氣污染。

系統(tǒng)

風力發(fā)電所需要的裝置，稱作風力發(fā)電機組。這種風力發(fā)電機組，大體上可分風輪(包括尾舵)、發(fā)電機和鐵塔三部分。(大型風力發(fā)電站基本上沒有尾舵，一般只有小型(包括家用型)才會擁有尾舵)

風輪

風輪是把風的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的重要部件，它由兩只(或更多只)螺旋槳形的葉輪組成。當風吹向漿葉時，槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風輪轉(zhuǎn)動。槳葉的材料要求強度高、重量輕，目前多用玻璃鋼或其它復合材料(如碳纖維)來制造。

由于風輪的轉(zhuǎn)速比較低，而且風力的大小和方向經(jīng)常變化著，這又使轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定;所以，在帶動發(fā)電機之前，還必須附加一個把轉(zhuǎn)速提高到發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速的齒輪變速箱，再加一個調(diào)速機構使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，然后再聯(lián)接到發(fā)電機上。為保持風輪始終對準風向以獲得最大的功率，還需在風輪的后面裝一個類似風向標的尾舵。

鐵塔

鐵塔是支承風輪、尾舵和發(fā)電機的構架。

發(fā)電機

發(fā)電機的作用，是把由風輪得到的恒定轉(zhuǎn)速，通過升速傳遞給發(fā)電機構均勻運轉(zhuǎn)，因而把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。風力發(fā)電在中國西部地區(qū)大力提倡，特別是在小型風力系統(tǒng)方面，其發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng)：風力發(fā)電機+充電器+數(shù)字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉(zhuǎn)體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為：葉片用來接受風力并通過機頭轉(zhuǎn)為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能;轉(zhuǎn)體能使機頭靈活地轉(zhuǎn)動以實現(xiàn)尾翼調(diào)整方向的功能;機頭的轉(zhuǎn)子是永磁體，定子繞組切割磁力線產(chǎn)生電能。

在風電的領域，經(jīng)常遇到的一個的難題是：薄弱的電網(wǎng)短路容量、電網(wǎng)電壓的波動和風力發(fā)電機的頻繁掉線。隨著變頻技術的發(fā)展，通過整個系統(tǒng)內(nèi)部的通訊單元把要控制的要求傳遞給風電場的每一臺風力發(fā)電機中的控制單元，調(diào)節(jié)和控制變頻裝置的頻率、相位角和幅值使之達到調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，為弱電網(wǎng)提供無功能量的要求。因此，變頻技術在風電系統(tǒng)中也是占有很重要的地位。

4.太陽能

太陽能(solar energy)，是指太陽的熱輻射能，主要表現(xiàn)就是常說的太陽光線。在現(xiàn)代一般用作發(fā)電或者為熱水器提供能源。自地球上生命誕生以來，就主要以太陽提供的熱輻射能生存，而自古人類也懂得以陽光曬干物件，并作為制作食物的方法，如制鹽和曬咸魚等。在化石燃料日趨減少的情況下，太陽能已成為人類使用能源的重要組成部分，并不斷得到發(fā)展。太陽能的利用有光熱轉(zhuǎn)換和光電轉(zhuǎn)換兩種方式，太陽能發(fā)電是一種新興的可再生能源。

發(fā)電原理

光生伏特效應：假設光線照射在太陽能電池上并且光在界面層被接納，具有足夠能量的光子可以在P型硅和N型硅中將電子從共價鍵中激起，致使發(fā)作電子-空穴對。界面層臨近的電子和空穴在復合之前，將經(jīng)由空間電荷的電場結果被相互分別。電子向帶正電的N區(qū)和空穴向帶負電的P區(qū)運動。經(jīng)由界面層的電荷分別，將在P區(qū)和N區(qū)之間發(fā)作一個向外的可測試的電壓。此時可在硅片的兩邊加上電極并接入電壓表。對晶體硅太陽能電池來說，開路電壓的典型數(shù)值為0.5～0.6V。經(jīng)由光照在界面層發(fā)作的電子-空穴對越多，電流越大。界面層接納的光能越多，界面層即電池面積越大，在太陽能電池中組成的電流也越大。

太陽光照在半導體p-n結上，形成新的空穴-電子對，在p-n結電場的作用下，空穴由n區(qū)流向p區(qū)，電子由p區(qū)流向n區(qū)，接通電路后就形成電流。這就是光電效應太陽能電池的工作原理。

系統(tǒng)

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。其主要包括：太陽能電池組件(陣列)、控制器、蓄電池、逆變器、用戶即照明負載等組成。其中，太陽能電池組件和蓄電池為電源系統(tǒng)，控制器和逆變器為控制保護系統(tǒng)，負載為系統(tǒng)終端。

太陽能電池組件

太陽能電池組件的作用是將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成直流電，供負載使用或存貯于蓄電池內(nèi)備用。一般根據(jù)用戶需要，將若干太陽電池板按一定方式連接，組成太陽能電池方陣，再配上適當?shù)闹Ъ芗敖泳€盒組成。

控制器

控制器主要由電子元器件、儀表、繼電器、開關等組成。在太陽發(fā)電系統(tǒng)中，控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命;同時保護蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。如果用戶使用直流負載，通過充電控制器還能為負載提供穩(wěn)定的直流電。

逆變器

逆變器的作用就是將太陽能電池方陣和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220伏交流電，供給交流負載使用。

蓄電池組

蓄電池組是將太陽電池方陣發(fā)出直流電貯存起來供負載使用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，電池處于浮充放電狀態(tài)，夏天日照量大，除了供給負載用電外，還對蓄電池充電。在冬天日照量少時，這部分貯存的電能逐步放出。白天太陽能電池方陣給蓄電池充電，同時方陣還要給負載用電，晚上負載用電全部由蓄電池供給。因此，要求蓄電池的自放電要小，而且充電效率要高，同時還要考慮價格和使用是否方便等因素。

5. 核電

核電是指將核能轉(zhuǎn)換為熱能，用以產(chǎn)生供汽輪機用的蒸汽,汽輪機再帶動發(fā)電機，從而發(fā)電。

核電站與火電站發(fā)電過程相同，均是熱能—機械能—電能的能量轉(zhuǎn)換過程，不同之處主要是熱源部分?；痣娬臼峭ㄟ^化石燃料在鍋爐設備中燃燒產(chǎn)生熱量，而核電站則是通過核燃料鏈式裂變反應產(chǎn)生熱量。

系統(tǒng)

核電站的組成通常有兩部分：核系統(tǒng)及核設備，又稱為核島;常規(guī)系統(tǒng)及常規(guī)設備，又稱為常規(guī)島。這兩部分就組成了核能發(fā)電系統(tǒng)。

核島中主要的設備為核反應堆及由載熱劑(冷卻劑)提供熱量的蒸汽發(fā)生器，它替代常規(guī)火電站中蒸汽鍋爐的作用。常規(guī)島的主要設備為氣輪機和發(fā)電機及其相應附屬設備，常規(guī)島的組成與常規(guī)火電站氣輪機大致相同。

核電站除了關鍵設備——核反應堆外，還有許多與之配合的重要設備。以壓水堆核電站為例，它們是主泵，穩(wěn)壓器，蒸汽發(fā)生器，安全殼，汽輪發(fā)電機和危急冷卻系統(tǒng)等。它們在核電站中有各自的特殊功能。

主泵

如果把反應堆中的冷卻劑比做人體血液的話，那主泵則是心臟。它的功用是把冷卻劑送進堆內(nèi)，然后流過蒸汽發(fā)生器，以保證裂變反應產(chǎn)生的熱量及時傳遞出來。

穩(wěn)壓器

又稱壓力平衡器，是用來控制反應堆系統(tǒng)壓力變化的設備。在正常運行時，起保持壓力的作用;在發(fā)生事故時，提供超壓保護。穩(wěn)壓器里設有加熱器和噴淋系統(tǒng)，當反應堆里壓力過高時，噴灑冷水降壓;當堆內(nèi)壓力太低時，加熱器自動通電加熱使水蒸發(fā)以增加壓力。

蒸汽發(fā)生器

它的作用是把通過反應堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸汽，再通入汽輪發(fā)電機的汽缸作功。

安全殼

用來控制和限制放射性物質(zhì)從反應堆擴散出去，以保護公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害。萬一發(fā)生罕見的反應堆一回路水外逸的失水事故時，安全殼是防止裂變產(chǎn)物釋放到周圍的最后一道屏障。安全殼一般是內(nèi)襯鋼板的預應力混凝土厚壁容器。

汽輪機

核電站用的汽輪發(fā)電機在構造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規(guī)火電站的大。

冷卻系統(tǒng)

為了應付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發(fā)生，近代核電站都設有危急冷卻系統(tǒng)。它是由注射系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)組成。一旦接到極端失水事故的信號后，安全注射系統(tǒng)向反應堆內(nèi)注射高壓含硼水，噴淋系統(tǒng)向安全殼噴水和化學藥劑。便可緩解事故后果，限制事故蔓延。

核電布局

根據(jù)國家能源局提出的能源規(guī)劃思路，其中核電發(fā)展要推動內(nèi)陸核電項目，形成東中部核電帶。

在核電規(guī)劃布局上，一是采用成熟、先進的核電技術，在遼寧、山東、江蘇、浙江福建等沿海省區(qū)加快發(fā)展核電;二是穩(wěn)步推進江西、湖南、湖北、安徽等中部省份內(nèi)陸核電項目，形成“東中部核電帶”。根據(jù)電網(wǎng)負荷分布情況，適當建設一些抽水蓄能電站。

核電的發(fā)展有力地帶動了核電設備產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。目前我國核電站總體國產(chǎn)化率約為50%-60%，規(guī)劃到2020年國產(chǎn)化率大于80%。按照裝機容量超過7000萬千瓦來計算，未來10年，我國核電總投資規(guī)模將高達1萬億元，核電設備在核電站投資中占比約60%，設備投資約6000億元。如果按核島、常規(guī)島、輔助設備國產(chǎn)化率分別為70%、80%、90%計算，那么國內(nèi)核電設備制造商將分享3200多億元的市場，市場潛力巨大。