电力系统简介：了解未来能源的组成

1.我国电力建设方针和发电输电的基本知识

我国目前的电力建设方针确定为“优化火电结构，大力发展水电，适当发展核电，因地制宜开发新能源，同步建设电网，积极减少环境污染，开发与节约并举，把节约放在首位”。

近年，我国除了新建和扩建了一批水电、火电厂外，还兴建了秦山、大亚湾等核电站。太阳能发电也进入我国可替代能源发展战略的视野，国家863计划将“太阳能热发电技术及系统示范”列入先进能源技术领域重点支持项目，1000kW北京八达岭太阳能塔式电站已初步建成并开始发电。国家发改委在《可再生能源中长期发展规划》中提出，进一步推广太阳能光伏沙漠电站，到2020年底沙漠光伏电站装机要累计达到20万kW。

电能是由发电厂生产的，大中型发电厂大多数建在产煤地区或水力资源丰富的地区附近，距离用电地区往往是几十千米以至几百千米以上。为了减少输电损失，发电厂发出的电压一般要经升压变压器升压，而电力用户所需的电压一般是低压的，因此升压输送的电能最后又要经降压变压器降压才能使用。电能从电厂送到用户的过程示意图如图7-1所示。实际上，发电、输电、变电、配电和用电的全过程，对电能本身来说是在同一瞬间实现的，这是交流电能的一大特点。

图7-1 电能从电厂送到用户的过程示意图

把其他形式的能量转换成电能的场所，称为发电站或发电厂；把其他能量转换成电能的设备就是发电机。我国生产的交流发电机的电压等级有3.15kV、6.3kV、10.5kV、15.75kV、26kV等多种。

为了提高远距离输电效率并减少线路上的损失，通常都采用升压变压器将电压升高后再进行远距离输电。送电距离越远，要求输电线的电压也就越高。这是交流电能输送的一种方式。目前我国远距离输电线的额定电压有35kV、110kV、220kV、330kV、500kV等。

另外，也有利用直流输送电能的方式。

将自然界蕴藏的各种能源如水力、煤炭、石油、天然气、风力、地热、太阳能和核能等转换为电能的工厂称发电厂，又称发电站。发电厂按其利用的能源不同，可分为水力发电厂、火力发电厂、核能发电厂、风力发电厂、地热发电厂、潮汐能发电厂、太阳能发电厂等。

（1）水力发电厂

水力发电厂简称水电厂或水电站。它利用水流的位能来生产电能。

水电站的发电容量与水电站所在地点上下游的水位差（通称“水头”或“落差”）和流过水轮机的水流量的乘积成正比，因此，建造水电站，必须用人工的办法来提高水位。最常用的办法是在河道上建筑一个很高的拦河坝，使上游形成水库，提高上游水位，使坝的上下游形成尽可能大的落差。水电站就建在大坝后面。这种水电站称为“坝后式水电站”。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，然后利用沟渠或隧洞将河水直接引至建在河段末端的水电站。这种水电站，称为“引水式水电站”。还有一种水电站，是上述两种方式的综合，由水坝和引水渠道分别提高一部分水位。这种水电站，称为“混合式”水电站。

我国历时17年建设，现已竣工投产的举世瞩目的长江三峡水电站容量为1820万kW，共26台机组，设计年平均发电量为847亿kW·h，是目前世界上最大的水电站之一。

水电站相关知识如下。

1）世界第二大水电站：伊泰普水电站。伊泰普水电站在流经巴西和巴拉圭两国之间的巴拉那河上，全长7744m，高196m。自20世纪70年代两次电力能源危机后，巴西政府决定同巴拉圭政府联合建造当时世界上最大的水电站。大坝于1975年10月开始建造，直到1982年才竣工，共耗资200亿美元。大坝坝后的水库沿河延伸达161km，形成深250m、面积达1350km²、总蓄水量为290亿m³的人工湖。自1990年后伊泰普水电站18台水轮机组发电量高达1260万kW。

2）世界第三大水电站：溪洛渡水电站。溪洛渡水电站是我国仅次于三峡工程的又一世界级巨型水电站，前期准备工程于2003年8月动工，主体工程于2005年正式开工建设。它是一座以发电为主，兼有拦沙、防洪和改善下游航运条件等综合效益的水电工程，是金沙江上即将升起的一颗璀璨的明珠。大坝采用混凝土双曲拱坝，坝高276m，是世界最高大坝。工程静态投资459.28亿元，动态投资792.4亿元，18台70万kW发电机组总装机容量1260万kW，年平均发电量571亿kW·h，建设工期15年零2个月。计划在2018年左右建成发电。

水电站的能量转换过程如下：

（2）火力发电厂和热电厂(www.xing528.com)

火力发电厂简称火电厂或火电站。它利用燃料的化学能来生产电能。

我国的火电厂以燃煤为主。为了提高燃煤效率，现代火电厂都把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，推动汽轮机转动，从而使与它联轴的发电机旋转发电。

火电厂的能量转换过程如下：

现代火电厂一般都考虑了“三废”（废渣、废水、废气）的综合处理。那种既发电又供热的火电厂称为热电厂。热电厂的总能量利用率高，它一般位于城市或工业区附近。

（3）核能发电厂

核能发电厂又称核电站，它是利用原子核的裂变能（即核能）来生产电能的。原子能的另一种应用形式是利用原子核的聚变能，称为“人造太阳”。原子核的聚变能是一种安全的、干净的新能源。有些国家投入大量的人力、物力对“原子核聚变”进行了长期的研究和开发。2006年中国、欧盟、美国、韩国、日本、俄罗斯和印度7方代表共同签署了《成立国际组织联合实施国际热核聚变反应堆（ITER）计划的协定书》，我国投入了100亿元人民币，参与国际“人造太阳”的研究、开发和利用等活动。“人造太阳”计划将于去年在法国的卡达拉舍动工。我国将享受该计划实施过程中产生的全部知识产权。如果原子核的聚变能研究、开发应用成功，将彻底根除“切尔诺贝利核电站事件”给人类带来严重灾难的重演。

核电站的发电生产过程与火电厂基本相同，只是以核反应堆代替了燃煤锅炉，以少量的核燃料取代了大量的煤、油等燃料（注：根据有关资料可知，1kg的核燃料铀全部裂变所释放出的裂变能约相当于2400t优质煤的热能）。进入21世纪后，核能发电的应用技术也比较成熟，我国已运行多年的核电站都很安全可靠。

核电站的能量转换过程如下：

核能是极其巨大的能源，也是相当洁净和安全的一种能源，而且核电建设具有重要的经济和科研价值，所以世界各国都很重视核电建设，核能发电是全世界各国能源开发的重要项目。核电发电量的比重正在逐年增长。

我国是世界上少数拥有比较完整核工业体系的国家之一。为推进核能的和平利用，20世纪70年代，国务院做出了发展核电的决定，经过三十多年的努力，我国核电从无到有，得到了很大的发展。特别是近年，国务院正式批准了国家发改委上报的《国家核电发展专题规划（2005-2020年）》。按照这一《规划》，到2020年，中国将新投产核电装机容量约2300万千kW，也就是说将有23个百万千瓦级核电机组投入运营，并网发电。到2020年我国核电装机容量将达到4000万kW。

2.电力系统和电力网

由各种电压的电力线路将各种发电厂、变电所与电能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。图7-2所示为一个大型电力系统的系统图。

图7-2 大型电力系统的系统图

电力系统中的各级电压线路及其联系的变配电所，称为电力网，简称电网。但习惯上，电网或系统往往按电压等级来划分，例如，说10kV电网或10kV系统，实指10kV的整个线路。这种10kV电压等级的电网是目前我国城市中广泛采用的。

建立大型电力系统，可以更经济合理地利用动力资源，降低发电成本，减少电能损耗，保证供电质量，并大大提高供电可靠性，有利于整个国民经济的发展。