发电厂及电力系统发展历史

发电厂及电力系统简述

19世纪70年代，欧洲进入了电力革命时代。不仅大企业，就连小工厂也都纷纷采用新的动力──电能。最初，一台发动机设备只供应一栋房子或一条街上的照明用电，人们称这种发电站为 “住户式”电站，发电量很小。随着电力需求的增长，人们开始提出建立电力生产中心的设想。爱迪生1882年在美国纽约珍珠街建立拥有6台发动机的发电厂

发电厂的发展起始于直流发电站。1881年美国的著名发明家爱迪生开始筹建中央发电厂，1882年总共有两座初具规模的发电厂投产。1月伦敦荷陆恩桥的爱迪生公司开始发电，供应圣马厂邮局，桥西的城市大教堂和桥头旅馆等用电，发电厂利用蒸汽机驱动直流发电机，电压为110伏，电力可供1000个爱迪生灯泡用。同年末纽约珍珠街爱迪生公司发电厂也装上了同型机组，这是美国的第一座发电厂，内装6台发动机，可供6000个爱迪生灯泡用电，于是，后来在俄国彼得堡的芬坦克河上出现了水上发电站，发电站建在驳船上，为涅夫斯基大街照明供电。

发电厂及电力系统直流交流

在电力的生产和输送问题上，早期曾有过究竟是直流还是交流的长年激烈争论。爱迪生主张用直流，人们也曾想过各种方法，扩大直流电的供电范围，使中小城市的供电情况有了明显改善。但对大城市的供电，经过改进的直流电站仍然无能为力，代之而起的是交流电站的建立，因为要作远程供电，就需增协电压以降低输电线路中的电能损耗，然后又必须用变压器降压才能送至用户。直流变压器十分复杂，而交流变压器则比较简单，没有运动部件，维修也方便。

美国威斯汀豪斯公司的工程师斯坦利研制出了性能优良的变压器。1886年该公司利用变压器进行交流供电试验获得成功，1893年威斯汀豪斯公司承接为尼亚加拉瀑布水力发电计划提供发动机的合同，事实证明必须用高压交流电才可实现远征电力输送，从而结束了长时间的交、直流供电系统之争，交流电成为世界通用的供电系统。

早期发动机靠蒸汽机驱动。1884年发明涡轮机，直接与发动机连接，省去云齿轮装置，既运行平稳，又少磨损。1888年在新建的福斯班克电站安装了一台小涡轮机，转速为每分钟4800转，发电量75千瓦。1900年在德国爱勃菲德设置了一台1000千瓦涡轮机。到1912年芝加哥已有一台25 000千瓦涡轮发动机，如今涡轮发动机最大已超过100万千瓦，而且可以连续多年不停运转。

传统发电厂　传统指的是燃煤电厂，燃煤火力发电厂流程图：

A．燃烧气体系统──煤（1）由自动输送带（2）漏斗、度量计（3）送入磨粉机（4）粉碎后，与高温蒸汽（5）以一定比例混合，再由喷嘴客房入锅炉（6）内燃烧。构成炉壁内衬的整排水管（7）中的循环纯水被加热而沸腾产生蒸汽。燃烧后灰落入出灰口（8）排出。烟道内烟气（9）使过热器（10）、再热器（11）内蒸汽加热，提高再预加热省煤器（12）内的锅炉用温水和空气加热器（13）内的燃烧用气，最后经沉淀集尘器（14）、烟囱（15）后排出至大气中。

B．蒸汽系统──过热后高压高温蒸汽最初送入高压涡轮（16），使其旋转，再经再热器（11）补足热能后，依序送入中压涡轮（17）及低压涡轮（18），使所有热能消耗殆尽后，送入冷凝器（19）恢复为原水，此水经加热器（21）、省煤器（12）而循环。

C．冷却水系统──冷却塔（20）中的冷却水由河、井、海及自来水系统供给，经由冷凝器（19）的冷却水回到冷却塔冷却。

D．发电系统──接于涡轮转子上的发动机（22）产生电力，经由变压器（23）提升电压后进入电力系统。）

水力发电厂　利用水流的动能和势能来生产电能，简称水电厂。水流量的大小和水头的高低，决定了水流能量的大小。从能量转换的观点分析，其过程为：水能→机械能→电能。实现这一能量转换的生产方式，一般是在河流的上游筑坝，提高水位以造成较高的水头；建造相应的水工设施，以有效地获取集中的水流。水经引水机沟引入水电厂的水轮机，驱动水轮机转动，水能便被转换为水轮机的旋转机械能。与水轮机直接相连的发电机将机械能转换成电能，并由发电厂电气系统升压送入电网。

建造强大的水力发电厂时，要考虑改善通航和土地灌溉以及生态平衡。水电厂按电厂结构及水能开发方式分类有引水式、堤坝式、混合式水电厂；按电厂性能及水流调节程度分类有径流式、水库式水电厂；按电厂厂房布置位置分类有坝后式、坝内式水电厂；按主机布置方式分类有地面式、地下式水电站。

水力发电厂建设费用高，发电量受水文和气象条件限制，但是电能成本低，具有水利综合效益。水轮机从启动到带满负荷只需几分钟，能够适应电力系统负荷变动，因此水力发电厂可担任系统调频、调峰及负荷备用。

发电厂及电力系统小水电

从容量角度来说处于所有水电站的末端，它一般是指容量5万千瓦以下的水电站。世界小水电在整个水电的比重大体在5%-6%。中国可开发小水电资源如以原统计数7000万kW计，占世界一半左右。而且，中国的小水电资源分布广泛，特别是广大农村地区和偏远山区，适合因地制宜开发利用，既可以发展地方经济解决当地人民用电困难的问题，又可以给投资人带来可观的效益回报，有很大的发展前景，它将成为中国21世纪前20年的发展热点。

世界上，许多发展中国家都制订了一系列鼓励民企投资小水电的政策。由于小水电站投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低，在国家各种优惠政策的鼓励下，全国掀起了一股投资建设小水电站的热潮，由于全国性缺电严重，民企投资小水电如雨后春笋，悄然兴起。国家鼓励合理开发和利用小水电资源的总方针是确定的，2003年开始，特大水电投资项目也开始向民资开放。根据国务院和水利部的“十一五”计划和2015年发展规划，中国将对民资投资小水电以及小水电发展给予更多优惠政策。中国小水电可开发量占全国水电资源可开发量的23%，居世界第一位。

火力发电厂　利用煤、石油、天然气或其他燃料的化学能来生产电能，简称火电厂。从能量转换的观点分析，其基本过程是：化学能→热能→机械能→电能。世界上多数国家的火电厂以燃煤为主。煤粉和空气在电厂锅炉炉膛空间内悬浮并进行强烈的混合和氧化燃烧，燃料的化学能转化为热能。热能以辐射和热对流的方式传递给锅炉内的高压水介质，分阶段完成水的预热、汽化和过热过程，使水成为高压高温的过热水蒸气。水蒸气经管道有控制地送入汽轮机，由汽轮机实现蒸气热能向旋转机械能的转换。高速旋转的汽轮机转子通过联轴器拖动发电机发出电能，电能由发电厂电气系统升压送入电网。

原子能发电厂　利用核能来生产电能，又称核电厂（核电站）。原子核的各个核子（中子与质子）之间具有强大的结合力。重核分裂和轻核聚合时，都会放出巨大的能量，称为核能。在技术已比较成熟，形成规模投入运营的，只是重核裂变释放出的核能生产电能的原子能发电厂。从能量转换的观点分析，是由重核裂变核能→热能→机械能→电能的转换过程。

发电厂及电力系统风能发电厂

截止到2003年底，全国风能资源丰富的14个省（自治区）已建成风电场40座，累计运行风力发电机组1042台，总容量达567.02MW（以完成整机吊装作为统计依据）。

发电厂及电力系统垃圾发电厂

垃圾发电作为火力发电的一种，截至2007年底，中国垃圾焚烧发电厂总数已达75座，其中建成50座，在建25...垃圾焚烧发电厂的收益稳定、运营成本低廉并享有一定的税收优惠政策，能给投资者带来稳定的收益，但是垃圾发电带来的环境问题不容忽视。

发电厂及电力系统地热发电厂

地热能是指贮存在地球内部的可再生热能，一般集中分布在构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。全球地热能的储量与资源潜量十分巨大，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h,但是地热能的分布相对比较分散，因此开发难度很大。由于地热能是储存在地下的，因此不会受到任何天气状况的影响，并且地热资源同时具有其它可再生能源的所有特点，随时可以采用，不带有害物质，关键在于是否有更先进的技术进行开发。地热能在全球很多地区的应用相当广泛，开发技术也在日益完善。对于地热能的利用，包括将低温地热资源用于浴池和空间供热以及用于温室、热力泵和某些热处理过程的供热，同时还可以利用干燥的过热蒸汽和高温水进行发电，利用中等温度水通过双流体循环发电设备发电等，这些地热能的开发应用技术已经逐步成熟，而且对从干燥的岩石中和从地热增压资源及岩浆资源中提取地热能的有效方法进行研究可以进一步提高地热能的应用潜力，但是地热能的勘探和提取技术还有待改进。

在电力系统中起主导作用的是火力、水力和原子能发电厂。

红色警戒里的不可缺少的建筑，如果没有它，就会导致电力不足，从而不能使某些武器或建筑运转。

磁能反应炉 / tesla reactor

红色警戒中苏联阵营的建筑单位，相当于盟军的发电厂和尤里的生化反应炉。给基地内的各个建筑提供电力使之能够正常的运作而不致於停摆。电力低于发电站，还好苏联阵营有核子反应炉。

详细信息

制造费用：600

耐久能力：750

装甲厚度：轻型

电力供给：150

建造条件：苏联建造厂

生化反应炉/ Yuri Bio Reactor

红色警戒中尤里的建筑单位，相当于盟军的发电厂和苏联的磁能反应炉。还好可以通过生化反应增加电力。可载五个步兵，装的步兵越多，发电量越大。被摧毁时，步兵仍能出来。被占领时，步兵划归占领方。

详细信息

价格：600

生命：700

装甲：木制

视野：4

产生电力：150 （无步兵情况下）

运载位：5（步兵）

建造条件：尤里建造厂

特殊能力：1、生化反应：装入的每个步兵产生100的电力；

2、在快没生命时，电力不受损。

电力系统很广泛，主要分为火力发电和光伏发电。火力发电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂，它的基本生产过程是：燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能；其分类有：按燃料分，燃煤发电厂，燃油发电厂，燃气发电厂，余热发电厂，以垃圾及工业废料为燃料的发电厂；按蒸汽压力和温度分，中低压发电厂（3.92MPa，450度），高压发电厂（9.9MPa，540度），超高压发电厂（13.83MPa，540度），亚临界压力发电（16.77MPa，540度），超临界压力发电厂（22.11MPa，550度）；按原动机分，凝气式汽轮机发电厂，燃气轮机发电厂，内燃机发电厂，蒸汽—燃汽轮机发电厂等；按输出能源分，凝汽式发电厂（只发电），热电厂（发电兼供热）；按发电厂装机容量分，小容量发电厂（100MW以下），中容量发电厂（100—250MW），大中容量发电厂（250—1000MW），大容量发电厂（1000MW以上）；我国目前最大的火电厂：浙江北仑港电厂，装机容量300万KW（即3000MW），5台60万KW（600MW）机组。

太阳能光伏发电的原理主要是利用半导体的光生伏打效应。太阳能电池实际上是由若干个p- n 结构成。当太阳光照射到p- n 结时,一部分被反射,其余部分被p- n 结吸收, 被吸收的辐射能有一部分变成热, 另一部分以光子的形式与组成p- n 结的原子价电子碰撞,产生电子空穴对,在p- n 结势垒区内建电场的作用下, 将电子驱向n 区, 空穴驱向p 区, 从而使得n 区有过剩的电子,p 区有过剩的空穴。这样在p- n 结附近就形成与内建电场方向相反的光生电场。　光生电场除一部分抵消内建电场外,还使p 型层带正电,n 型层带负电,在n 区和p 区之间的薄层产生光生电动势, 这种现象称为光生伏打效应。若分别在p 型层和n 型层焊上金属引线, 接通负载, 在持续光照下,外电路就有电流通过,如此形成一个电池元件, 经过串并联, 就能产生一定的电压和电流,输出电能,从而实现光电转换。

针对此方面的人才培养：

培养目标：面向电力行业生产第一线，具有与本专业相适应的文化科学知识和专业理论知识，具备综合职业技术应用能力，全面素质和创新精神。具有从事电厂、变电所电气工程局部设计及生产第一线运行、电气设备检修、保护调试、安装与管理等方面工作的高素质技能型人才。

主要课程： 电工技术、微机处理器及基础、水轮机及辅助设备、电力系统基础、输电线路设计基础、电气设备、高电压技术、电力系统继电保护、电力系统自动装置、微机监控技术、电力系统通信技术、概预算、工程测量等。

就业方向：发电厂、变电站、供电公司、电力设备生产、电力工程施工、企业自备电厂、企业供电等部门，从事电力工程电气设计、电气设备安装与调试、发电厂与变电站运行与管理等技术和管理工作。

发电厂及电力系统保护测控装置

微机保护测控装置是由高集成度、总线不出芯片单片机、高精度电流电压互感器、高绝缘强度出口中间继电器、高可靠开关电源模块等部件组成。是用于测量、控制、保护、通讯为一体化的一种经济型保护。

微机保护测控装置的优点

1、可以满足库存配制有二十几种保护，满足用户对不同电气设备或线路保护要求。

2、用于可根椐实际运行的需要配制相应保护，真正实现用户“量身定制”。

3、自定义保护功能，可实现标准保护库中未提供的特殊保护，最大限度满足用户要求。

4、各种保护功能相对独立，保护定值、实现、闭锁条件和保护投退可独立整定和配制。

5、保护功能实现不依赖于通讯网络，满足电力系统保护的可靠性。

机保护测控装置保护功能

微机保护测控装置具备进线保护、出现保护，分段保护、配变保护、电动机保护、电容器保护、主变后备保护、发电机后备保护、PT监控保护等保护功能。

发电厂及电力系统综合自动化系统

微机综合自动化系统就是将变电站的二次设备（包括仪表，信号系统，继电保护，自动装置和远动装置）经过功能的组合和优化设计，利用先进的计算机技术，现代电子技术和通信设备及信号处理技术，实现对全变电站的主要设备和输配电线路的自动监视，测量，自动控制和微机保护以及与调度通信等综合性的自动化功能。

微机综合自动化实现的原则

一是中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减人增效的目的；

二是对高压变电站（220kV及以上）的建设和设计来说，是要求用先进的控制方式，解决各专业在技术上分散、自成系统，重复投资，甚至影响运行可靠性。

微机综合自动化系统的基本优点

1）功能实现综合化。变电站综合自动化技术是在微机技术、数据通信技术、自动化技术基础上发展起来。它综合了变电站内除一次设备和交、直流电源以外的全部二次设备，

2）系统构成模块化。保护、控制、测量装置的数字化（采用微机实现，并具有数字化通信能力）利于把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。另外，模块化的构成，方便变电站实现综合自动化系统模块的组态，以适应工程的集中式、分部分散式和分布式结构集中式组屏等方式。

3）结构分布、分层、分散化。综合自动化系统是一个分布式系统，其中微机保护、数据采集和控制以及其他智能设备等子系统都是按分布式结构设计的，每个子系统可能有多个CPU分别完成不同的功能，由庞大的CPU群构成了一个完整的、高度协调的有机综合系统。

4）操作监视屏幕化。变电站实现综合自动化后，不论是有人值班还是无人值班，操作人员不是在变电站内，就是在主控站内，就是在主控站或调度室内，面对彩色屏幕显示器，对变电站的设备和输电线路进行全方位的监视和操作。

5）通信局域网络化、光缆化。计算机局域网络技术和光纤通信技术在综合自动化系统中得到普遍应用。

6）运行管理智能化。智能化不仅表现在常规自动化功能上，还表现在能够在线自诊断，并将诊断结果送往远方主控端

7)测量显示数字化。采用微机监控系统，常规指针式仪表被CRT显示器代替。人工抄写记录由打印机代替。

发电厂及电力系统就业方向

电力类企业：电气设备运行、设备维修、安装调试。

发电厂及电力系统专业衔接

持续本科专业举例：电气工程及其自动化。 2100433B

发电厂及电力系统（电力系统及其自动化）主要研究电力学、电工技术、电子技术、电气工程等方面的基本知识和技能，在发电、供电、电力建设类企业进行电力系统和电气设备的运行、调试、检修与维护等。例如：电力系统自动装置、继电保护装置的设计，发电机、变压器、断路器等电气设备的安装、运行、调试、维修等。

《电子技术应用》、《电机学》、《发电厂及变电站电气部分》、《继电保护及自动装置》、《高电压技术》、《电气运维技术》、《电力系统分析》、《电力安全工作规程》、《电气设备检修实训》、《低压排故实训》 部分高校按以下专业方向培养：新能源发电。