水能、核能(现代能源).ppt
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1、第四节 水能,水能资源 水能利用概况 水能发电机组 水电站运行和水库调度 小水电,水能资源,水能是自然界广泛存在的一次能源。它可以通过水力发电站方便地转换为优质的二次能源电能。所以通常所说的”水电”既是被广泛利用的常规能源,又是可再生能源。而且水力发电对环境无污染,因此水能是世界上众多能源中永不枯竭的优质能源。,水能资源最显著的特点是可再生、无污染。开发水能对江河的综合治理和综合利用具有积极作用,对促进国民经济发展,改善能源消费结构,缓和由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染具有重要意义,因此世界各国都把开发水能放在能源发展战略的优先地位。,中国水能资源概况,我国河流众多,径流丰沛、落差巨大,
2、蕴藏着非常丰富的水能资源。据统计,中国河流水能资源蕴藏量6.76亿kW,年发电量59200亿kWh;可能开发水能资源的装机容量3.78亿kW,年发电量19200亿kWh。不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,中国在世界各国中均居第一位。,中国水能资源概况,根据2003年的水力资源复核成果,中国(大陆)水能蕴藏量1万千瓦以上的河流22886条,水力资源理论蕴藏量为年电量60800亿kWh;平均功率为6.94亿kW,总计约占世界的1/6;其中技术可开发容量为5.42亿kW,年发电量19200亿kWh,分别占理论平均功率的78.1%和理论蕴藏电量的40.6%。,中国水能资源概况,我国水能蕴藏
3、量居世界第一,可能开发量居世界首位,但以国土面积平均,每平方公里的可能开发容量,我国仅居世界第11位,瑞士居第一。 以人口平均,我国的位次更低,挪威居世界第一。我国可开发的水能资源约占世界总量的15%,人均资源量只占世界平均值的70%左右。,河流,中国河流众多,水系庞大而复杂。从北到南主要有黑龙江水系、松花江水系、鸭绿江水系、辽河水系、海滦河水系、黄河水系、淮河水系、长江水系、珠江水系、东南沿海及岛屿水系等;西南有澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等国际河流水系;西北有额尔齐斯河、伊犁河水系,还有塔里木河及新疆、甘肃、内蒙、青海等内陆水系。,河流,据初步统计,中国境内所有流域面积在100km2以上的河流
4、共5000余条。其中,河长在1000km以上者有20条;流域面积在1000km2以上者有1600余条;水能资源蕴藏量在10000kW以上者有3019条。,河流,外流水系是中国河流的主体,其河流条数、水量和水能资源均占全国的90以上。 构成河流水能资源的两大要素是径流和落差,中国具有径流丰沛和落差巨大的优越自然条件。,降水和径流,中国气候大致以秦岭为界,北部属温带大陆性季风气候区,南部是亚热带湿润季风气候区。中国的降水量,绝大部分以降雨为主,北部降雪较多。年降水量自东南向西北递减。 地表径流的分布与降水相应,亦是东南多,西北少。,降水和径流,中国东部和南部属太平洋流域,面积占全国的56.8,径流
5、系数达42.8,产生的径流量占全国的80以上。其中,长江流域平均年径流量9282亿m3,居中国第一位;珠江流域平均年径流量3466亿m3,居第二位。,降水和径流,黑龙江在乌苏里江口以上平均年径流量1910亿m3,中国境内占1190亿m3; 黄河和淮河天然平均年径流量分别为626和459亿m3,钱塘江382m3,海河233亿m3。,降水和径流,西南部属印度洋流域,面积占全国的6.5,径流系数高达70以上,产生的径流量占全国的12.5,其中,雅鲁藏布江在国界处的平均年径流量为1395亿m3,澜沧江在国界处为600亿m3,怒江在国界处为580亿m3。,落差,中国地势西高东低,大致分为四级阶梯:第一级
6、,是号称“世界屋脊”的青藏高原,平均海拔4000m以上;第二级,在青藏高原以东、以北,下降至海拔10002000m左右,包括黄土高原、内蒙高原、云贵高原和塔里木盆地、准噶尔盆地、四川盆地等地区。,落差,第三级,系由第二级边缘向东直到海边,主要为低山、丘陵和平原交错地区,大部分在海拔500m以下,沿海平原低至50m,包括东北平原、华北平原、长江中下游平原和东南沿海丘陵及平原等; 第四级,为大陆架,一般在水深200m以内。,我国水能资源的特点,资源丰富,但分布不均。中国水能资源西多东少,大部分集中于西部和中部。在全国可能开发水能资源中,东部的华东、东北、华北三大区共仅占6.8,中南地区占15.5,
7、西北地区占9.9,西南地区占67.8%,其中,除西藏,四川、云、贵三省占全国的50.7%。,水能资源蕴藏量,我国水能资源的特点,大型电站比重大,且分布集中。各省(区)单站装机10兆瓦以上的大型水电站有200多座,其装机容量和年发电量占总数的80左右;而且,70以上的大型电站集中分布在西南四省。,我国水能资源的特点,我国水电在一次能源生产消费中的比例较低,到2005年底 按水电年发电量计算,我国尚不足总量的7,远低于发达国家的水平(加拿大大于25,挪威50,日本40)。,我国水能资源的特点,中国气候受季风影响,降水和径流在年内分配不均,夏秋季45个月的径流量占全年的6070,冬季径流量很少,因而
8、水电站的季节性电能较多。为了有效利用水能资源和较好地满足用电要求,最好建水库调节径流。 中国地少人多,建水库往往受淹没损失的限制,而在深山峡谷河流中建水库,虽可减少淹没损失,但需建高坝,工程较艰巨。,我国水能资源的特点,中国大部分河流,特别是中下游,往往有防洪、灌溉、航运、供水、水产、旅游等综合利用要求。在水能开发时需要全部规划,使整个国民经济得到最大的综合经济效益和社会效益。,可能开发的水能资源,我国按地区可能开发的水能资源,我国近期的水能开发目标,到2010年,水电装机 容量达1.5亿kW,使水 电比重由现在的23.5 提高到30。截至2009 年底,我国水电装机容量 达到19679万千瓦
9、,约占 发电装机总容量22.51%。,我国水能利用的潜力很大,在水能资源富集地区,已规划建设若干个大水电基地。由于水电工程一般是综合开发利用项目,除发电外,兼有防洪、灌溉、供水、航运、养殖、旅游等社会效益,因此优先开发水能资源仍是我国,乃至世界能源政策的主要目标。,水能利用,水能利用是水资源综 合利用的重要环节。 水资源的利用(即通 常所说的水利开发) 就是要充分合理地利 用江河水域的地上和 地下水源,以获得最 高的综合效益。,水能利用概述,河流的开发除可建设水电站外,还有多种水利经济效益,如防洪、灌溉、航运、供水、旅游、水产等。 水资源的利用就是要充分合理地利用江河水域的地上和地下水源,以获
10、得最高的综合效益。,水能利用概述,水能利用是一项系统工程,其任务是根据国民经济发展的需要和水资源条件,在河流规划和电力系统规划的基础上,拟订出最优的水资源利用方案。 河流规划的主要任务是通过对河流自然条件、流域社会经济情况的勘察、探测和分析研究,提出河流的水电开发方案。 电力系统规划的主要任务是根据远景电力负荷的增长和分布、能源资源的开发规划以及建厂的自然条件,全面安排电力系统的电源布局及电网结构。,水力发电,水力发电是将水能直接转换成电能。 水电站主要是由水库、引水道和电厂组成。 水库具有储存和调节河水水量,取得最大发电效率的功能。拦河筑坝形成水库,以提高水位,集中河道落差,是水电站发电的必
11、备条件。水库工程除拦河大坝外,还有溢洪道、泄水孔等安全设施。 引水道主要功能是传输水量至电厂,冲动水轮机发电。 电厂则主要由水轮发电机组及相应的控制和保护装置、输配电装置等组成。,水力发电的基本原理,水力发电就是利用水力(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势能变成机械能,又变成电能的转换过程。,水能发电机组,水能发电机组包括将水能转换为机械能的水轮机,将机械能转换为电能的发电机,控制机组操作(开机、停机、变速、增减负荷)的调速器和油压装置,为保证机组运
12、行的其他辅助设备。,水轮机,水轮机是水轮发电机组的核心。 按水流作用原理可将水轮机分为冲击式和反击式。冲击式以动能的形态将水能传给转轮;反击式以势能形态为主、动能形态为辅将水能传给转轮。 按转轮区水流相对于水轮机轴的流动方向,水轮机可分为:贯流式、轴流式、斜流式、切击式、斜击式、双击式等。,水轮机,混流式水轮机,混流式水轮机,斜击式水轮机,发电机组,水轮机,通常水电站装机容量确定后就需正确选择水轮机的单机容量和台数。在保证电力系统运行安全灵活的前提下,应尽量采用单机容量较大、机组台数较少的方案,以提高机组效率,简化水电站枢纽布置,加快施工进度和节约水电站总投资,但机组一般不少于两台。,水轮机,
13、水轮发电机有立式和卧式两种结构。 大、中型水轮发电机多为立式结构;小型水轮发电机多为卧式结构。 水轮发电机的冷却方式分为空气冷却、半水冷和全水冷等。中小型机组普遍采用密闭自然循环空气冷却,大型机组采用水内冷方式。,水力资源的开发方式和水电站的基本类型,水力资源的开发方式是按照集中落差而选定,大致有三种基本方式:即堤坝式、引水式和混合式等。但这三种开发方式还要各适用一定的河段自然条件。 按不同的开发方式修建起来的水电站,其枢纽布置、建筑物组成等也截然不同,故水电站也随之而分为堤坝式、引水式和混合式三种基本类型。,堤坝式水电站,在河道上修筑拦河大坝,抬高上游水位,以集中落差,并形成水库调节流量,然
14、后建电厂。 分为河床式和坝后式两种基本类型。 坝后式淹没相对较小,坝可以建得较高,以获得较高的水头,同时能在坝前形成可调节的天然水库,有利于发挥防洪、灌溉、发电、水产等几方面的效益,是我国目前采用最多的一种厂房布置方式。,引水式水电站,在地势险峻、水流湍急的河流中上流,或坡度较陡峭的河段上,采用人工修建引水建筑物,引水以集中落差发电 多建在山区河道上,受天然径流的影响,发电引用流量不会太大,故多为中、小型水电站。,引水式水电站,混合式水电站,其水头是由筑坝和引水道共同形成。 多建在上游地势平坦宜于筑坝,形成水库,而下游坡度又较陡峭或有较大河湾的地方。,水电站内部结构示意图,水力发电的特点,发电
15、量易受河流的天然径流量的影响。在丰水年发电多,枯水年发电少。为了克服水力发电出力的变化,电网中必须有一定数量的火电厂与之配套。 不消耗燃料,天然径流量多时,发电量大,但运行费用并不因此增加。厂用电少。,水力发电的特点,水电机组启停方便,宜在电网中担任调峰、调频、调相任务,并作为事故备用电源。 主要动力设备简单,辅机数量少,易于实现自动化。运行管理人员少,运行成本低。 没有有害气体、粉尘、和废渣排放。,水库径流调节,利用水库控制和调节径流,在时间上进行重新分配,借以满足各用水部门的需要,提高水量的利用率。 洪水调节 径流调节,径流调节,日调节:是指一昼夜内进行的径流重新分配,即调节周期为24小时
16、 周调节:调节周期为一周(7天)的 年调节:对径流在一年内重新分配,当汛期洪水到来发生弃水,仅能存蓄洪水期部分多余水量的径流调节,称不完全年调节(或季调节);能将年内来水完全按用水要求重新分配,又不需要弃水的径流调节称完全年调节。,径流调节,多年调节:当水库容积足够大的可把多年期间的多余水量存在水库中,然后以丰补欠,分配在若干枯水年才用的年调节,称多年调节。,水电站运行与水库调度,水电站运行以安全经济为前提,水库调度则要综合考虑防洪、发电、灌溉、航运、供水等方面的要求。 水库调度包括发电调度和洪水调度,水电站的运行则是依据水库调度图以及电力系统运行调度命令进行。,发电调度,电力法明确电力生产和
17、电网运行应当遵循安全、优质、经济的原则。 电网调度的首要任务是保障电网安全、稳定、正常运行和对电力用户安全可靠供电。 调度的另一重要任务是,保证电能质量,保持频率、电压、波形合格。,洪水调度,汛期的洪水调度是根据洪水调度计划和短期预报对每次实际洪水进行具体调度。 其原则是在确保大坝安全和满足上、下游防洪标准的前提下,最大限度地减少放泄流量,充分利用水库,保障上、下游安全。,小水电,小水电是指容量为120.5MW的小水电站,容量小于0.5MW的水电站又称农村小水电。,小水电特点,运行寿命长,坚固耐用,价格稳定,并且水资源是可再生的。对于用电规模较小的边远地区来说,所有这些优点使 水力电站成为最具
18、有吸引力的选择对象; 拥有连接电厂和用电中心的输电网的地区并不多。许多地区,特别是在发展中国家,还必须依赖就地的小型电厂供电; 几乎处处都有可以用来发电的小河流;,小水电特点,一般来说,小型水电站造成的环境影响较小; 当把河水用于其他目的时,如灌溉和供水等,如能同时加上小水电发电系统,往往会更有吸引力; 在工业化国家,常常把小型水电站作为局部地区工业的能源。但在适宜的条件下,小型电站也可并入公用供电系统供电; 对已有的大坝和设施上的旧的小型电站进行改建,发电的成本较低,在经济上比较合算。,中国小水电站概况,中国有丰富的水力资源,可开发量达3.78亿KW,其中小水电开发量0.75亿KW。小水电资
19、源分布也很广泛,在全国2166个县(市)中有1573个县有可开发小水电资源,其中可开发量在10 30MW的县有470个,30 100MW的县有500个,超过100MW的县有134个。,中国小水电站概况,鉴于中国小水电发展的成就, 1986年中国在杭州建立了亚太小水电研究培训中心; 1998年联合国开发计划署(UNDP)又正式把国际小水电中心设在中国。 这表明中国的小水电已从中国走向世界。,全球水电资源开发的新趋势,当前,全球水电的发展趋势是,抽水蓄能电站受到普遍青睐,大型水电站的建设在亚洲和拉美国家正方兴未艾,而欧洲和北美各国则更注重于老电站的增容改造工程,全球小水电的开发正朝着健康稳定的方向
20、发展。,面临的挑战,这些挑战主要来自于环境保护和经济性两个方面。各种发电方式的经济竞争性及能源地位和环境立法等都对水电资源的开发量有很大的影响。,面临的挑战,要大力发展水电,在目前的国际大环境中还面临着重重难关,这就需要水电开发者和决策者开动脑筋,认清新形势,使水电建设朝着适应环境要求、为民众谋福利的方向发展。,第五节 二次能源,概述 电 蒸汽 热水 余热,二次能源,二次能源又称人工能源。由一次能源经过加工直接或间接转换成其他形式的、符合人们生产生活使用条件的能源产品。,二次能源,如焦炭、煤气、电力、各种石油制品、蒸汽、热水、酒精、氢气、激光等都属于二次能源,生产过程中排出的余能、余热,如高温
21、烟气、可燃废气、废蒸汽也属此类。,二次能源,二次能源通常都属于高品质的能源,与一次能源相比,它们或者是热值高、燃烧清洁、热效率高;或者是运输使用方便,能够容易地转换成其它形式的能量;或者是能满足不同工艺的要求。 二次能源中应用最广的燃料能源是各种燃料油、煤气和焦炭;使用最多的非燃料能源是电、蒸汽和热水。,燃料型二次能源,气体燃料 液体燃料 焦炭,气体燃料,气体燃料简称煤气,是以可燃气体为主要成分的混合气体。它是人为地利用固体燃料或液体燃料加工而得到的气态的二次能源。 按制气原料和制气工艺不同煤气又可分为干馏煤气、气化煤气和油制气。,液体燃料,液体燃料种类繁多,除最常用的汽油和柴油外,还有燃料油
22、、航空煤油、醇类液体燃料(甲醇、乙醇)以及新兴起的柴油的替代燃料二甲基醚(DME)等。 燃料油的主要性能指标包括黏度、含硫量、低温性能和安定性等。,焦 炭,二次能源中焦炭是最重要的固体燃料,也是冶金工业不可缺少的原料,特别在现代高炉炼铁中,它既为矿石在炉内还原提供热源和还原剂,又是整个高炉料柱的主要支撑物和疏松剂。,焦 炭,焦炭是用炼焦用煤在焦炉炭化室内,隔绝空气加热到1 300以上,使煤炭化。 焦炭生产除了主要产品焦炭作为重要的二次能源产品外,还有焦炉煤气和多种煤化工产品,这些产品与国防、冶金、轻工、化工、电讯、交通运输等部门都有密切的关系,是重要的原料。,非燃料型 二次能源,电能 其他二次
23、能源,电 能,电能是由其他一次能源转换而来的二次能源。 由于电能输送、控制、转换和使用都非常方便,又不污染环境,因此是一种非常优质的二次能源。,电 能,电能是应用最广的二次能源。 电力工业既是国民经济的基础产业和“先行产业”,又是技术密集、资本密集和资源密集型行业,在能源工业中起着举足轻重的作用。 电力发展水平也是衡量一个国家经济发达程度、能源利用率高低和综合国力强弱的主要标志之一。,电(世界电力工业),世界电力工业起源于19世纪后期。 世界上第一台火力发电机组是1875年建于巴黎北火车站的直流发电机,用于照明供电。 1879年,美国旧金山实验电厂开始发电,这是世界上最早出售电力的电厂。,世界
24、电力工业,经过约100年的发展,到1980年全世界发电装机总容量达到2024亿kw,年发电量达到82473亿kwh 1997年,全世界发电装机容量超过32亿kw,年发电量达到139487亿kwh。 2003年,全世界发电装机容量37.1亿kw,年发电量达到147810亿kwh。,亚美尼亚核电站,水电站,实现电气化的意义,电气化是实现工业自动化和农业现代化的基础:电能在工农业中的广泛应用不但能提高劳动生产率和产品质量,改善劳动条件,节约原材料和燃料的消耗,并为新技术的应用开辟了广阔前景。 电能替代其他能源可大大降低单位产值能耗,节约能源。,实现电气化的意义,电气化为迅速提高现代社会的生活水平及文
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