能源與電力

發電廠或稱發電站（簡稱電廠或電站），是将一次能源轉換為電能（二次能源）的工廠。按利用能源的類别不同，發電廠可分為火力發電廠、水力發電廠、核能發電廠及太陽能發電廠、地熱發電廠、風力發電廠、潮汐發電廠等。處于研究階段的有磁流體發電、燃料電池等。大多數發電廠生産過程的共同特點是由原動機将各種形式的一次能源轉換為機械能，再驅動發電機發電。太陽能發電、磁流體發電、燃料電池則是直接将一次能源轉換為電能。

火力發電

利用煤、石油、天然氣、油頁岩等為燃料的發電廠通常稱為火力發電廠。按發電方式又可分為;汽輪機發電（蒸汽發電）、燃氣輪機發電、内燃機發電 、燃氣一蒸汽聯合循環發電、供電又供熱的"熱電聯産"的熱電廠。

汽輪機發電又稱蒸汽發電，它利用燃料（煤、油、天然氣等）在鍋爐中燃燒使鍋爐中的水變為高溫高壓蒸汽，推動汽輪機，帶動發電機發電。火電廠中有專供發電的凝汽式汽輪機組，還有兼供熱的抽汽式和背壓式汽輪機組。

在凝汽式火電廠中，鍋爐産生的蒸汽推動汽輪機做功，并使之帶動發電機發電。已做過功的蒸汽，排入凝汽器冷卻成水，重新送回鍋爐。在凝汽器中大量熱量被循環水帶走，所以熱效率較低，隻有 30%~40%。

在熱電廠中，汽輪機中一部分做過功的蒸汽被從中間段抽出供給熱用戶.或經過執交換器将水加熱後，再将熱水供給用戶。這樣，便減少了被循環水帶走的熱損失，所以熱效率高達60%-70%。

燃氣輪機發電廠也屬于火力發電廠類型，它通過燃燒天然氣的燃氣輪機帶動發電機發電。這類電廠是一種清清電源且啟動快速.故可作為調峰電源承擔日負荷曲線上的尖峰負荷。燃氣——蒸汽聯合循環可顯著提高熱效率。

水力發電

利用河流的水位勢能來發電的方式稱為水力發電.其出力與流量和落差成正比，它是典型的可再生能源。按照取水方式的不同，水力發電廠分為徑流式、壩後式、河床式水電廠和抽水蓄能電廠。

徑流式水電廠是在有高落差的急流河道上修建低堰，由引水渠道造成水頭，使水通過壓力鋼管進入水輪機來進行發電的電廠。

堤壩式水電廠是在河床上修建攔河壩，将水蓄起來，擡高上遊水位形成水頭進行發電的電廠。堤壩式水電廠可分為壩後式與河床式兩種。壩後式水電廠的廠房建在壩後，水壓由壩體承受。水庫的水由壓力鋼管引入廠房，驅動水輪發電機發電。适合于高、中水頭的情況。河床式水電廠的廠房和壩聯成一體，廠房也起擋水作用，适合于低水頭，如在20-30 m以下的情況。堤壩式水電廠形成水庫，可按庫容大小實行日、周、年或多年調節，以計劃用水。

抽水蓄能水電廠既可蓄水又可發電。利用低谷負荷時發電機尚有多餘電力，機組以電動機—水泵方式工作，将下遊的水抽至上遊水庫存儲起來;待系統高峰負荷到達時，機組以水輪機—發電機方式工作，使所有的水用于發電，滿足調峰需要。此外還可用作調相、調頻。

原子能發電

原子能發電站（或稱核電站）是用核燃料（如鈾 235）在反應堆中的受控核裂變能轉化為熱能，将水變為蒸汽推動汽輪機帶動發電機發電的電廠。反應堆中以高壓水或重水作為慢化劑和冷卻劑，因而可分為壓水堆、重水堆等。

我國自行設計制造的第一座核電站——秦山核電站和引進設備的大亞灣核電站已分别于1993年和1994年投入運行。

新能源發電

目前，世界上除了以利用燃料的化學能、水的位能、核燃料的裂變和聚合能為生産電能的主要方式外，利用太陽能、風能、地熱、潮汐、波浪、海洋溫差、沼氣、垃圾、燃料電池等能源生産電能也在不斷地研究、應用中發展。我國可供利用的這類資源也很豐富。

一、太陽能發電

利用太陽光能或太陽熱能來生産電能就是太陽能發電。通過光電轉換元件如光電池等将太陽光直接轉換為電能的發電方式，也廣泛用于宇航裝置、人造地球衛星上。

利用太陽能發電，有直接熱電轉換和間接熱電轉換兩種形式。溫差發電、熱離子和磁流體發電等，屬于直接轉換方式發電。将太陽能集中或分散地聚集起來.通過熱交換器，将水變為蒸汽驅動汽輪發電機組發電，是間接轉換方式發電。

太陽能是取之不盡，用之不完的廉價能源.利用太陽能發電.不用任何燃料。生産成本低，無污染現象發生。目前，世界各國在太陽能發電設備制造及實用性等方面的研究也取得了很大的進展，在全球，太陽能發電将具有廣闊的發展前景。

二、地熱發電

地熱發電就是利用地表深處的地熱能來生産電能。利用地熱能（傳熱流體為熱水和蒸汽）進行發電的電廠稱為地熱發電廠，如西藏的羊八井地熱發電廠，地下水溫約150 ℃，是一種低溫熱能發電方式。

地熱發電廠生産過程與火電廠近似。隻是以地執井取代鍋好設備，地執蒸汽從地執井中引出，将蒸汽中固體雜質濾掉，然後通過蒸汽管道推動汽輪機做功，汽輪機帶動發電機發電。地球内部蘊藏的熱能極大.據估算，全世界可供開采利用的地熱能相當于幾萬億噸煤。可見，開發利用地熱資源的前景是非常廣闊的。

三、風力發電

風力能源是由于太陽對大氣層造成的溫差和地球表面不規則而引起的。利用風力的動能來生産電能被稱為風力發電。我國的内蒙古，甘肅，青藏高原等地區，風力資源豐富，目前已建成了一些風力發電場。随着科學技術的進步.我國利用風力發由将會有更進一步的發展。

風力發電的過程是，當風力使旋轉葉片轉子旋轉時，風力的動能就轉變成機械能，再通過升速裝置驅動發電機發出電能。

風能是十分豐富的自然資源，目前.風力發電在穩定可靠，降低成本方面取得了很大的進展，兆瓦級的風力發電裝置已有了較成熟的制造技術和運行經驗。這些成果都為這種省能源、無污染風力發電的快速發展打下了堅實的基礎。

四、潮汐發電

利用海水漲潮、落潮中的動能、勢能發電就是潮汐發電。世界上可利用的潮汐能量有kW以上，我國的沿海儲存的潮汐能量也有kW，已投産了世界上最大容量之一的潮汐發電廠。

潮汐發電廠一般建在海岸邊或河口地區，與水電廠建立攔河堤壩一樣，潮汐發電廠也需要在一定的地形條件下建立攔潮堤壩，形成足夠的潮汐潮差及較大的容水區。潮汐電廠一般為雙向潮汐發電廠.漲潮及退潮時均可發電，漲潮時将潮水通過閘門引入廠内發電.退潮前儲水，退潮後打開另外閘門放水進行發電。

發電設備基本控制

發電設備最基本的控制主要是頻率調節（簡稱調頻，主要實現電力系統有功功率控制）和電壓調節（簡稱調壓，主要實現電力系統的無功功率控制）。

電力系統中所有發電機組的原動機均裝有自動轉速調整器（簡稱調速器），能自動地将頓率控制在一定的範圍内。調速器的調頻作用，一般稱為頻率的一次調整，是基本的調頻措施。由于一相交流系統中。頻率在整個系統中是一樣的.完通過對感個由力系統的有功功率的供求平衡來控制頻率。

為了使并列運行的發電機組間有确定的有功功率分配關系，調速器均做成有差調節特性，所以單靠一次調整，通常不能滿足要求，還需要由人工或自動調頻裝置改變某些發電廠（稱為調頻廠）中發電機調速器的特性，将頻率調整到要求的範圍内，這種作用稱為頻率的二次調整。對于大型電力系統，需要多個發電廠共同參與二次調整，還要考慮各調頻機組間的功率經濟分配以及聯絡線中交換功率的限制。這種頻率-功率聯合控制要用自動調頻系統來實現。

現代電力系統是用定電壓的方式提供電能的，制造出的所有電氣設備，都是在規定的額定電壓下才能發揮其止常的功能。因此，電力系統不僅要維持頻率為額定值，同時還要保持受電端電壓為額定值。正如面面所述.與頻率控制不同.電力系統中電壓因地點不同而不同所以電壓控制是通過分布在電力系統中的電壓無功功率設備進行調節，實現局部地區電壓的穩定。為了把電壓維持在适當值，使用的電壓無功功率設備大緻可分為無功功率調節設備和電壓調節設備。無功功率調節設備主要有發電機、同步調相機、電力電容器、并聯電抗器、靜止無功補償裝置等。電壓調節設備主要有分接頭變壓器、感應電壓調節器等。

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