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电的来源——火电、水电、风电、太阳能、核能

2018-10-11 | | 来源: 素材来源《经济参考报》 | 261

  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。
  
  火电


  
  火力发电是利用煤、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。


  
  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。
  
  流程——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。
  
  水电
  


  水力发电系利用河流、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。根据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。
  
  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。

  
  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。
  
  系统——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。
  
  太阳能
  


  太阳能是指太阳的热辐射能,主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。自地球上生命诞生以来,就主要以太阳提供的热辐射能生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为制作食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式,太阳能发电是一种新兴的可再生能源。


  
  原理——光生伏特效应:假设光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被接纳,具有足够能量的光子可以在P型硅和N型硅中将电子从共价键中激起,致使发作电子-空穴对。界面层临近的电子和空穴在复合之前,将经由空间电荷的电场结果被相互分别。电子向带正电的N区和空穴向带负电的P区运动。经由界面层的电荷分别,将在P区和N区之间发作一个向外的可测试的电压。此时可在硅片的两边加上电极并接入电压表。对晶体硅太阳能电池来说,开路电压的典型数值为0.5~0.6V。经由光照在界面层发作的电子-空穴对越多,电流越大。界面层接纳的光能越多,界面层即电池面积越大,在太阳能电池中组成的电流也越大。 太阳光照在半导体p-n结上,形成新的空穴-电子对,在p-n结电场的作用下,空穴由n区流向p区,电子由p区流向n区,接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。
  
  系统——太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。其主要包括:太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户即照明负载等组成。其中,太阳能电池组件和蓄电池为电源系统,控制器和逆变器为控制保护系统,负载为系统终端。
  
  核电


  
  核电是指将核能转换为热能,用以产生供汽轮机用的蒸汽,汽轮机再带动发电机,从而发电。 核电站与火电站发电过程相同,均是热能—机械能—电能的能量转换过程,不同之处主要是热源部分。火电站是通过化石燃料在锅炉设备中燃烧产生热量,而核电站则是通过核燃料链式裂变反应产生热量。

  
  系统——核电站的组成通常有两部分:核系统及核设备,又称为核岛;常规系统及常规设备,又称为常规岛。这两部分就组成了核能发电系统。 核岛中主要的设备为核反应堆及由载热剂(冷却剂)提供热量的蒸汽发生器,它替代常规火电站中蒸汽锅炉的作用。常规岛的主要设备为气轮机和发电机及其相应附属设备,常规岛的组成与常规火电站气轮机大致相同。 核电站除了关键设备——核反应堆外,还有许多与之配合的重要设备。以压水堆核电站为例,它们是主泵,稳压器,蒸汽发生器,安全壳,汽轮发电机和危急冷却系统等。它们在核电站中有各自的特殊功能。
  


  核电布局——根据国家能源局提出的能源规划思路,其中核电发展要推动内陆核电项目,形成东中部核电带。 在核电规划布局上,一是采用成熟、先进的核电技术,在辽宁、山东、江苏、浙江福建等沿海省区加快发展核电;二是稳步推进江西、湖南、湖北、安徽等中部省份内陆核电项目,形成“东中部核电带”。根据电网负荷分布情况,适当建设一些抽水蓄能电站。 核电的发展有力地带动了核电设备产业的迅速发展。目前我国核电站总体国产化率约为50%-60%,规划到2020年国产化率大于80%。按照装机容量超过7000万千瓦来计算,未来10年,我国核电总投资规模将高达1万亿元,核电设备在核电站投资中占比约60%,设备投资约6000亿元。如果按核岛、常规岛、辅助设备国产化率分别为70%、80%、90%计算,那么国内核电设备制造商将分享3200多亿元的市场,市场潜力巨大。 

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