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电厂和电力系统简介

由于电能生产、运输、分配和使用的整个过程实际上是在同一时刻实现的，相互影响。因此，除了了解工厂供电系统的概况外，还需要了解工厂供电系统供电方向的电厂和电力系统的一些基本知识。

(一)电厂

发电厂又称发电站，它是一家将自然界中包含的各种一次能量转化为电能（二次能源）的工厂。根据能源的不同，发电厂分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和太阳能发电厂。根据能源的不同，发电厂分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂和太阳能发电厂。

(1)水力发电厂 水电厂简称水电厂或水电站，利用水流位能生产电能。控制水流的闸门打开时，水流沿进水管进入水轮机蜗壳室，冲动水轮机驱动发电机发电。它的能量转换过程是

水流位能→水轮机→机械能→发电机→电能

由于水电站的发电容量与水电站所在地上下游的水位差（即落差，又称水头）和流过水轮机的水量（即流量）成正比，因此水电站的建设必须采用人工方法来提高水位。提高水位最常用的方法是在河流上建造高水坝，形成水库，提高上游水位，使水坝上下游形成尽可能大的差距，水电站建在水坝后面。这类水电站，称为坝后式水电站。我国一些大型水电站包括长江三峡水电站都属于这种类型。

另一种提高水位的办法，是在具有相当坡度的弯曲河段上游，筑一低坝，拦住河水，然后利用沟渠或隧道，将上游水流直接引至建设在弯曲河段末端的水电站。这类水电站，称为引水式水电站。还有一类水电站，是上述两种方式的综合，由高坝和引水渠道分别提高一部分水位。这类水电站，称为混合式水电站。另外还有一种利用海洋潮汐能的潮汐水电站，是在有潮汐的海湾或河口筑起水坝，形成水库。涨潮时蓄水，落潮时放水，利用潮汐能来驱动水轮发电机发电。

水电建设的初投资较大，建设周期较长，但发电成本较低，仅为火电发电成本的1/3～1/4；而且水电属于清洁、可再生的能源，有利于环境保护；同时水电建设，通常还兼有防洪、灌溉、航运、水产养殖和旅游等多项功能。我国的水力资源十分丰富（特别是我国的西南地区），居世界首位，因此我国确定要大力发展水电，并实施“西电东送”工程，以促进整个国民经济的发展。

（2）火力发电厂火力发电厂筒称火电厂或火电站，它利用燃料的化学能来生产电能。火电厂按其使用的燃料类别划分，有燃煤式、燃油式、燃气式和利用工业余热、废料或城市垃圾等来发电的各种类型，但我国的火电厂仍以燃煤为主。为了提高燃煤效率，都将煤块粉碎成煤粉燃烧。煤粉在锅炉的炉膛内充分燃烧，将锅炉内的水烧成高温高压的蒸汽，推动汽轮机带动发电机旋转发电。其能量转换过程是∶

燃料化学能→锅炉→ 热能→汽轮机→机械能→发电机→电能

现代火电厂一般都根据节能减排和环保要求，考虑了“三废”（废渣、废水、废气）的综合利用或循环使用有的不仅发电，而且供热。兼供热能的火电厂，称为热电厂。

火电建设的重点，是煤炭基地的坑口电站。我国一些严重污染环境的低效火电厂，已按节能减排的要求陆续予以关停。我国火电发电量在整个发电量中的比重已逐年降低。

（3）核能发电厂核能（原子能）发电厂通称核电站，它主要是利用原子核的裂变能来生产电能。其生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆（俗称原子锅炉）代替燃煤锅炉，以少量的核燃料代替大量的煤炭。其能量转换过程是：

核裂变能→核反应堆→热能→汽轮机→机械能→发电机→电能

由于核能是巨大的能源，而且核电也是比较安全和清洁的能源，所以世界上很多国家都很重视核电建设，核电在整个发电量中的比重逐年增长。我国在20世纪80年代就确定要适当发展核电，并已陆续兴建了秦山、大亚湾、岭澳等多座大型核电站。但核电站的选址不能处于地震带，以防地震引发核泄漏，污染环境，危害人类健康。

（4） 风力发电简介 风力发电是利用风的动能来生产电能，建在有丰富风力资源的地方。风能是一种取之不尽的清洁、价廉和可再生的能源，因此我国确定要大力发展风力发电。但是风能的能量密度较小，因此单机容量不可能很大；而且它是一种具有随机性和不稳定性的能源，因此风力发电必须配备一定的蓄电装置，以保证其连续供电。

（5）太阳能发电简介 太阳能发电是利用太阳的光能或热能来生产电能。利用太阳光能发电，是通过光电转换元件如光电池等直接将太阳光能转换为电能，也称为“光伏发电”。这已广泛应用在人造地球卫星和宇航装置上，并已在阳光比较充足地区的很多建筑物顶上得到应用。利用太阳热能发电，可分直接转换和间接转换两种方式。温差发电、热离子发电和磁流体发电，均属于热电直接转换。而通过集热装置和热交换器，加热给水，使之变为蒸汽，推动汽轮发电机发电，与火电发电相同，属于间接转换发电。太阳能发电厂建在常年日照时间较长的地方。太阳能是一种十分安全、经济、没有污染而且是取之不尽的能源。我国的太阳能资源也相当丰富，利用太阳能发电大有可为。

（6） 地热发电简介 地热发电厂建在有足够地热资源的地方，利用地球内部蕴藏的大量地热资源来生产电能。地热发电不消耗燃料，运行费用低。它不像火力发电那样，要排出大量灰尘和烟雾，因此地热还是属于比较清洁的能源。但是地下水和蒸汽中大多含有硫化氢、氨和砷等有害物质，因此对其排出的废水要妥善处理，以免污染环境。

（二）电力系统

为了充分利用动力资源，减少燃料运输，降低发电成本，因此有必要在有水力资源的地方建造水电站，而在有燃料资源的地方建造火电厂。但这些有动力资源的地方，往往离用电中心较远，所以必须用高压输电线路进行远距离输电，如图1-7所示。

由各级电压的电力线路将一些发电厂、变电所和电力用户联系起来的一个发电、输电、变电、配电和用电的整体，称为电力系统（Power System）。图1-8是一个大型电力系统简图。电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变电所，称为电力网或电网。但习惯上，电网或系统往往以电压等级来区分，如说10kV电网或10kV系统。这里所说的电网或系统，实际上是指某一电压级的相互联系的整个电力线路。

电网可按电压高低和供电范围大小分为区域电网和地方电网。区域电网的范围大，电压一般在220kV及以上。地方电网的范围较小，最高电压一般不超过110kV。工厂供电系统就属于地方电网的一种。

电力系统加上发电厂的动力部分及其热能系统和热能用户，就称为动力系统。现在各国建立的电力系统越来越大，甚至建立跨国的电力系统或联合电网。我国规划，到2020年，要在做到水电、火电、核电和新能源合理利用和开发的基础上，初步建成全国统一的智能电网，实现电力资源在全国范围内的合理配置和可持续发展。

智能电网是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的电子信息技术、先进的设备控制技术及决策支持系统的应用，实现电网的安全、可靠、优质、经济高效和环保的目标。智能电网的主要特点是电网出现故障时反应快、自动修复能力强，而且节能减排的效果好，可以更好地满足电能用户的用电要求。

建立大型电力系统或统一的智能电网，可以更经济合理地利用动力资源，首先是充分利用水力资源和新能源，减少燃料运输费用，减少电能消耗和温室气体排放，降低发电成本，保证电能质量（即电压和频率合乎规范要求），并大大提高供电可靠性，有利于整个国民经济的持续发展。