1、主要的能量转换过程主要的能量转换过程能量的储存能量的储存n概述概述n化学能转换为热能化学能转换为热能n热能转换为机械能热能转换为机械能n机械能转换为电能机械能转换为电能n能量转换是能量最重要的属性，也是能量利能量转换是能量最重要的属性，也是能量利用中的最重要的环节。用中的最重要的环节。n通常所说的能量转换是指能量形态上的转换。通常所说的能量转换是指能量形态上的转换。n能量转换包括：能量在空间上的转移，即能能量转换包括：能量在空间上的转移，即能量的传输；能量在时间上的转移，即能量的量的传输；能量在时间上的转移，即能量的储存。储存。n能量转换过程必须遵守能量转换和守恒定律，能量转换过程必须遵守能量
2、转换和守恒定律，即：即： 输入能量输入能量-输出能量输出能量=储存能量的变化储存能量的变化n在国民经济和日常生活中用得最多、最在国民经济和日常生活中用得最多、最普遍的能量形式是热能、机械能和电能。普遍的能量形式是热能、机械能和电能。n它们可以由其它形态的能量转换而来，它们可以由其它形态的能量转换而来，它们之间也可以互相转换。它们之间也可以互相转换。n任何能量转换过程都需要一定的转换条任何能量转换过程都需要一定的转换条件，并在一定的设备或系统中完成。件，并在一定的设备或系统中完成。能源能源能源形态转换过程能源形态转换过程转换机械或系统转换机械或系统石油、煤石油、煤炭、天然炭、天然气等矿物气等矿物
3、燃料燃料氢和酒精氢和酒精等二次能等二次能源源化学能化学能 热能热能化学能化学能 热能热能 机械能机械能化学能化学能 热能热能 机械能机械能 电能电能化学能化学能 电能电能 热能热能化学能化学能 电能电能炉子、燃烧器炉子、燃烧器各种热力发动机各种热力发动机热机、发电机，磁流体热机、发电机，磁流体发电，发电，EGDEGD发电（压电发电（压电效应）效应）热力发电，热电子发电热力发电，热电子发电燃料电池燃料电池能源能源能源形态转换过程能源形态转换过程转换机械或系统转换机械或系统水力、风水力、风力、潮汐、力、潮汐、海流、波海流、波浪浪 太阳能太阳能机械能机械能 机械能机械能机械能机械能 机械能机械能 电
4、能电能光能光能 热能热能光能光能 热能热能 机械能机械能 电能电能光能光能 热能热能 电能电能光能光能 电能电能光能光能 化学能化学能光能光能 生物能生物能电磁波电磁波 电能电能水车、风车。水轮机水车、风车。水轮机发电机，波力发电、风力发电机，波力发电、风力发电、潮汐发电、海流发电发电、潮汐发电、海流发电热水器，采暖、制冷、光化热水器，采暖、制冷、光化学反应，太阳灶学反应，太阳灶太阳热发动机太阳热发动机太阳热发电太阳热发电热力发电，热电子发电热力发电，热电子发电光电池、光化学电池光电池、光化学电池光化学反应（水分解）光合光化学反应（水分解）光合成成能源能源能源形态转换过程能源形态转换过程转换机
5、械或系统转换机械或系统核能核能核分裂核分裂 热能热能 机械能机械能 电能电能核分裂核分裂 热能热能核分裂核分裂 热能热能 电能电能核分裂核分裂 电磁能电磁能 电能电能核聚变核聚变 热能热能 机械能机械能 电能电能电能电能 光（激光）光（激光） 热能热能电能电能 热能热能 聚变聚变 核发电，磁流体发电核发电，磁流体发电核能炼钢核能炼钢热力发电，热电子发电热力发电，热电子发电光电池光电池核聚变发电核聚变发电n在能源利用中最重要的能量转换过程是在能源利用中最重要的能量转换过程是将燃料的化学能通过燃烧转换为热能，将燃料的化学能通过燃烧转换为热能，热能再通过热机转换成机械能。热能再通过热机转换成机械能。
6、n机械能可以直接利用，也可以转换成电机械能可以直接利用，也可以转换成电能。能。n将燃料的化学能转变为热能是在燃烧设将燃料的化学能转变为热能是在燃烧设备中实现的。备中实现的。n主要的燃烧设备有锅炉和各种工业炉窑。主要的燃烧设备有锅炉和各种工业炉窑。n将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方将热能转换为机械能是目前获得机械能的最主要的方式。式。n转换过程通常是在热机中完成。转换过程通常是在热机中完成。n应用最广的热机是内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。应用最广的热机是内燃机、蒸汽轮机、燃气轮机等。n内燃机主要为各种车辆、工程机械提供动力。内燃机主要为各种车辆、工程机械提供动力。n蒸汽轮机主要用于
7、发电厂中，也可作为大型船舶的动蒸汽轮机主要用于发电厂中，也可作为大型船舶的动力，或拖动大型水泵、压缩机、风机。力，或拖动大型水泵、压缩机、风机。n燃气轮机除了用于发电外，还是飞机的主要动力源，燃气轮机除了用于发电外，还是飞机的主要动力源，也可用作船舶的动力。也可用作船舶的动力。n燃料燃烧是获取热能的最主要方式。燃料燃烧是获取热能的最主要方式。n能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能能在空气中燃烧的物质称为可燃物，但不能把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之把所有的可燃物都称作燃料（如米和沙糖之类的食品）。类的食品）。n所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放所谓燃料，就是能在空气中容易燃烧并释放
8、出大量热能的气体、液体或固体物质，是能出大量热能的气体、液体或固体物质，是能在经济上值得利用其发热量的物质的总称。在经济上值得利用其发热量的物质的总称。n燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和燃料通常按形态分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。气体燃料。n天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体天然的固体燃料有煤炭和木材；人工的固体燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用燃料有焦炭、型煤、木炭等。其中煤炭应用最为普遍，是我国最基本的能源。最为普遍，是我国最基本的能源。n天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液天然的液体燃料有石油（原油）；人工的液体燃料有汽油、煤油、柴油、重油等。体燃料有汽油、煤油、柴油
9、、重油等。n天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料天然的气体燃料有天然气，人工的气体燃料则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石则有焦炉煤气、高炉煤气、水煤气和液化石油气等。油气等。液体燃料液体燃料固体燃料固体燃料气体燃料气体燃料n燃烧反应是一个氧化反应。燃烧反应是一个氧化反应。n燃料中的可燃元素碳、氢、硫和空气中燃料中的可燃元素碳、氢、硫和空气中的氧激剧化合时发出显著的光和热。的氧激剧化合时发出显著的光和热。n通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装通过燃料燃烧将化学能转换为热能的装置称为燃烧设备。其中锅炉就是典型的置称为燃烧设备。其中锅炉就是典型的燃烧设备，它是通过化石燃料的燃烧将燃烧设备，它是通
10、过化石燃料的燃烧将燃料的化学能转换为高温烟气的热能，燃料的化学能转换为高温烟气的热能，并用热能加热水使之变为蒸汽。并用热能加热水使之变为蒸汽。燃料燃烧的必要条件燃料燃烧的必要条件 燃烧所需的空气量燃烧所需的空气量 燃烧产生的烟气量燃烧产生的烟气量n必须要有能燃烧的可燃物（燃料）；必须要有能燃烧的可燃物（燃料）；n必须要有使可燃物着火的能量（热源），即必须要有使可燃物着火的能量（热源），即使可燃物的温度达到着火温度以上；使可燃物的温度达到着火温度以上；n必须供给足够的氧气和空气。必须供给足够的氧气和空气。n为了维持燃烧，还必须保证：为了维持燃烧，还必须保证： （1 1）必须把温度水平维持在燃料着
11、火温度以上；）必须把温度水平维持在燃料着火温度以上； （2 2）必须把适当的空气量以正确的方法供应给燃料，）必须把适当的空气量以正确的方法供应给燃料，使燃料能充分地与空气接触；使燃料能充分地与空气接触； （3 3）必须及时而妥善地排走燃烧产物；）必须及时而妥善地排走燃烧产物； （4 4）必须提供燃烧所必须的足够空间（燃烧室）和）必须提供燃烧所必须的足够空间（燃烧室）和时间时间。n煤的燃烧煤的燃烧n油的燃烧油的燃烧n气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧n煤的燃烧基本上有两种形式：第一种是煤的燃烧基本上有两种形式：第一种是煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃或粉状煤粉悬浮在空间燃烧，称为室燃或粉状燃烧；第二种就是
12、煤块在炉排上燃烧，燃烧；第二种就是煤块在炉排上燃烧，称为层燃或层状燃烧。称为层燃或层状燃烧。n目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流目前煤的燃烧方式主要是煤粉燃烧和流化床燃烧。我国大型锅炉和工业窑炉大化床燃烧。我国大型锅炉和工业窑炉大多采用煤粉燃烧。多采用煤粉燃烧。n为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染，为了提高煤炭燃烧的效率和减少污染，发展了许多先进的燃烧技术，如煤粉燃发展了许多先进的燃烧技术，如煤粉燃烧稳定技术，包括各种新型的燃烧器，烧稳定技术，包括各种新型的燃烧器，煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度煤粉煤粉低氮氧化物燃烧技术，高浓度煤粉燃烧技术，流化床燃烧技术等。燃烧技术，流化床燃烧技术等。n油的燃
13、烧方法有内燃和外燃两种方式。油的燃烧方法有内燃和外燃两种方式。n所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的所谓内燃，是在发动机气缸内部极为有限的空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。空间进行高压燃烧，是一种瞬间的燃烧过程。n所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃所谓外燃，就是不在机器内部燃烧，而在燃烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量，烧室内燃烧，并直接利用燃烧发出的热量，如锅炉、窑炉内进行的燃烧。如锅炉、窑炉内进行的燃烧。n油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散油燃烧的全过程包含着传热过程、物质扩散过程和化学反应过程。过程和化学反应过程。n油是最常用的液体燃料。油是最常用的液体燃料。n油的燃烧
14、实际上包含了油加热蒸发、油油的燃烧实际上包含了油加热蒸发、油蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三蒸气和助燃空气的混合以及着火燃烧三个过程。个过程。n为了实现油的高效低污染燃烧，应从以为了实现油的高效低污染燃烧，应从以下来两方面着手：下来两方面着手： （1） 提高燃油的雾化质量；提高燃油的雾化质量； （2） 实现良好的配风实现良好的配风 。n气体燃料的燃烧可以分为容器内燃烧和气体燃料的燃烧可以分为容器内燃烧和燃烧器燃烧，它们和油的两种燃烧方式燃烧器燃烧，它们和油的两种燃烧方式相近。相近。n气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即气体燃料的燃烧过程包括三个阶段，即混合、着火和正常燃烧。混合、着火和正常燃烧
15、。 气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃料燃气体燃料燃烧的效率主要取决于气体燃料燃烧器。对气体燃烧器的基本要求是：烧器。对气体燃烧器的基本要求是： n不完全燃烧损失小，燃烧效率高；不完全燃烧损失小，燃烧效率高； n燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高；燃烧速率高，燃烧强烈，燃烧热负荷高； n着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不着火容易，火焰稳定性好，既不回火，又不脱火；脱火； n燃烧产物有害物质少，对大气污染小；燃烧产物有害物质少，对大气污染小； n操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用操作方便，调节灵活，寿命长，能充分利用炉膛空间。炉膛空间。 n常用的气体燃烧器有扩散式燃烧器；另常用的气体燃烧
16、器有扩散式燃烧器；另一种是预混式燃烧器；此外还有一种部一种是预混式燃烧器；此外还有一种部分预混式燃烧器分预混式燃烧器燃烧器燃烧燃烧器燃烧容器内燃烧容器内燃烧气体燃料的燃烧气体燃料的燃烧外燃外燃内燃内燃油的燃烧油的燃烧层燃（层状燃烧）层燃（层状燃烧）室燃（粉状燃烧）室燃（粉状燃烧）煤的燃烧煤的燃烧燃烧方式燃烧方式锅炉锅炉工业炉窑工业炉窑化学能化学能 热能热能燃煤锅炉设备的示意图燃煤锅炉设备的示意图n蒸汽轮机蒸汽轮机n燃气轮机燃气轮机n内燃机内燃机n蒸汽轮机，简称汽轮机，是将蒸汽的热蒸汽轮机，简称汽轮机，是将蒸汽的热能转换为机械功的热机。能转换为机械功的热机。n汽轮机单机功率大、效率高、运行平稳，
17、汽轮机单机功率大、效率高、运行平稳，在现代火力发电厂和核电站中都用它驱在现代火力发电厂和核电站中都用它驱动发电机。汽轮发电机组所发的电量占动发电机。汽轮发电机组所发的电量占总发电量的总发电量的80%以上。以上。n此外汽轮机还用来驱动大型鼓风机、水此外汽轮机还用来驱动大型鼓风机、水泵和气体压缩机，也用作舰船的动力。泵和气体压缩机，也用作舰船的动力。汽轮机示意图汽轮机示意图汽轮机的工作原理汽轮机的工作原理（a）冲动式汽轮机冲动式汽轮机 （b）反动式汽轮机反动式汽轮机n锅炉产生具有一定压力和温度的蒸汽通锅炉产生具有一定压力和温度的蒸汽通过汽轮机的喷嘴后，压力降低，速度增过汽轮机的喷嘴后，压力降低，速
18、度增高；这股高速汽流冲到装在叶轮上的动高；这股高速汽流冲到装在叶轮上的动叶片，方向有了改变，动量发生变化，叶片，方向有了改变，动量发生变化，从而对动叶片产生作用力，推动转子转从而对动叶片产生作用力，推动转子转动，将热能转换成由主轴输出的机械功。动，将热能转换成由主轴输出的机械功。n大型汽轮机通常有多级叶片，并将汽轮机分大型汽轮机通常有多级叶片，并将汽轮机分为高压缸和低压缸。为高压缸和低压缸。n根据汽轮机的排汽压力通常有所谓凝汽式汽根据汽轮机的排汽压力通常有所谓凝汽式汽轮机和背压式汽轮机之分。轮机和背压式汽轮机之分。n汽轮机还可根据是否从中抽汽，分为抽汽式汽轮机还可根据是否从中抽汽，分为抽汽式汽
19、轮机和非抽汽式汽轮机。前者抽出的蒸汽汽轮机和非抽汽式汽轮机。前者抽出的蒸汽既可供其它热用户使用，也可用来加热给水，既可供其它热用户使用，也可用来加热给水，以提高整个电厂的循环效率。以提高整个电厂的循环效率。n燃汽轮机和蒸汽轮机最大的不同是，它不是以水蒸气燃汽轮机和蒸汽轮机最大的不同是，它不是以水蒸气作工质而是以气体作工质。燃料燃烧时所产生的高温作工质而是以气体作工质。燃料燃烧时所产生的高温气体直接推动燃汽轮机的叶轮对外做功，因此以燃汽气体直接推动燃汽轮机的叶轮对外做功，因此以燃汽轮机作为热机的火力发电厂不需要锅炉。轮机作为热机的火力发电厂不需要锅炉。n它包括三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮
20、机。它包括三个主要部件：压气机、燃烧室和燃气轮机。燃烧室燃烧室发电机发电机燃燃料料空气空气废气废气compressorCombustion chamberturbinen空气进入压气机，被压缩升压进入燃烧空气进入压气机，被压缩升压进入燃烧室，喷入燃油即进行燃烧；燃烧所形成室，喷入燃油即进行燃烧；燃烧所形成的高温燃气与燃烧室中的剩余空气混合的高温燃气与燃烧室中的剩余空气混合后进入燃气轮机的喷管，膨胀加速而冲后进入燃气轮机的喷管，膨胀加速而冲击叶轮对外做功。击叶轮对外做功。n燃气轮机所做的功一部分用于带动压气燃气轮机所做的功一部分用于带动压气机，其余部分（净功）对外输出，用于机，其余部分（净功）对
21、外输出，用于带动发电机或其它负载。带动发电机或其它负载。n重量轻、体积小、投资省。燃气轮机的重量及所占的重量轻、体积小、投资省。燃气轮机的重量及所占的容积一般只有汽轮机装置或内燃机的几分之一或几十容积一般只有汽轮机装置或内燃机的几分之一或几十分之一，因此它消耗材料少，投资费用低，建设周期分之一，因此它消耗材料少，投资费用低，建设周期短；短；n起动快，操作方便。起动快，操作方便。从冷态起动到满载只需几十秒或从冷态起动到满载只需几十秒或几十分钟，同时由于燃气轮机结构简单、辅助设备少，几十分钟，同时由于燃气轮机结构简单、辅助设备少，运行时操作方便，能够实现遥控，自动化程度可以超运行时操作方便，能够实
22、现遥控，自动化程度可以超过汽轮机或内燃机过汽轮机或内燃机； n水、电、润滑油消耗少，只要少量的冷却水或不用水，水、电、润滑油消耗少，只要少量的冷却水或不用水，可以在缺水地区运行。可以在缺水地区运行。n航空领域。由于燃气轮机小而轻，起动快，马力大，航空领域。由于燃气轮机小而轻，起动快，马力大，因此在航空领域中已占绝对优势，涡轮喷气发动机、因此在航空领域中已占绝对优势，涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机都是以燃气轮机涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机都是以燃气轮机作主机或起动辅机；作主机或起动辅机；n舰船领域。舰船领域。已在高速水面舰艇、水翼艇、气垫船等中已在高速水面舰艇、水翼艇、气垫
23、船等中占压倒优势，在巡航机、特种舰船中得到了批量采用；占压倒优势，在巡航机、特种舰船中得到了批量采用； n陆上领域。陆上领域。在发电方面，燃气轮机用于尖峰负荷应急在发电方面，燃气轮机用于尖峰负荷应急发电站和移动式电站，在机车、油田动力和坦克等方发电站和移动式电站，在机车、油田动力和坦克等方面也得到广泛应用。面也得到广泛应用。n包括汽油机和柴油机，是应用最广泛的包括汽油机和柴油机，是应用最广泛的热机。热机。n大多数内燃机是往复式，有汽缸和活塞。大多数内燃机是往复式，有汽缸和活塞。n内燃机有很多分类方法，但常用的是根内燃机有很多分类方法，但常用的是根据点火顺序分类或根据气缸排列方式分据点火顺序分类
24、或根据气缸排列方式分类。类。n按点火或着火顺序可将内燃机分成四冲按点火或着火顺序可将内燃机分成四冲程发动机和二冲程发动机。程发动机和二冲程发动机。应用广泛应用广泛四冲程发动机完成一个循环要求有四个完全四冲程发动机完成一个循环要求有四个完全的活塞冲程：的活塞冲程： (1) 进气冲程；进气冲程； (2) 压缩冲程；压缩冲程； (3) 膨胀冲程（即下行冲程）；膨胀冲程（即下行冲程）； (4) 排气冲程。排气冲程。 二冲程发动机是将四冲二冲程发动机是将四冲程发动机完成一个工作程发动机完成一个工作循环所需要的四个冲程循环所需要的四个冲程纳入二个冲程中完成。纳入二个冲程中完成。 四冲程发动机和二冲程发动机
25、相比，经四冲程发动机和二冲程发动机相比，经济性好，滑润条件好，易于冷却；但二冲济性好，滑润条件好，易于冷却；但二冲程发动机运动部件少，质量轻，发动机运程发动机运动部件少，质量轻，发动机运动较平稳。动较平稳。n内燃机只能将燃料热能中的内燃机只能将燃料热能中的252545%45%转换成机械能，转换成机械能，其余大部分大多被排气或冷却介质冲程发动机带走。其余大部分大多被排气或冷却介质冲程发动机带走。因此如何利用内燃机排气中的能量就成了提高内燃机因此如何利用内燃机排气中的能量就成了提高内燃机动力性和经济性中的主要问题。动力性和经济性中的主要问题。n近百年来，内燃机废气涡轮增压技术得到了迅速发展，近百年
26、来，内燃机废气涡轮增压技术得到了迅速发展，现在国外现在国外60%60%以上车用柴油机都采用涡轮增压技术，以上车用柴油机都采用涡轮增压技术，车用汽油机采用涡轮增压技术也日益增多。由于废气车用汽油机采用涡轮增压技术也日益增多。由于废气涡轮增压能回收涡轮增压能回收252540%40%的排气能量，所以采用增压的排气能量，所以采用增压技术不仅提高发动机的功率，而且还能降低油耗和改技术不仅提高发动机的功率，而且还能降低油耗和改善内燃机的排放性能。善内燃机的排放性能。 电能是与电荷的流动和积聚有关的一种电能是与电荷的流动和积聚有关的一种能量。由于电能能够容易地以高转换效率转能量。由于电能能够容易地以高转换效
27、率转换成其它形式的能量，因此电能是非常有用换成其它形式的能量，因此电能是非常有用的一种能量形式。的一种能量形式。 电能可以通过多种途径生产，最主要的电能可以通过多种途径生产，最主要的途径是通过发电机将机械能直接转换成电能。途径是通过发电机将机械能直接转换成电能。另外，可在燃料电池和蓄电池中由化学能直另外，可在燃料电池和蓄电池中由化学能直接转换成电能；在太阳能电池中由辐射能直接转换成电能；在太阳能电池中由辐射能直接转换成电能；核能转换成电能是在核电池接转换成电能；核能转换成电能是在核电池中实现的。磁流体发电、热电偶温差发电可中实现的。磁流体发电、热电偶温差发电可将热能直接转变成电能。将热能直接转
28、变成电能。n世界上几乎所有的电能都是通过发电机由机械能转换世界上几乎所有的电能都是通过发电机由机械能转换而来的。而来的。n将机械能转换成电能的发电机都是同步发电机。将机械能转换成电能的发电机都是同步发电机。n同步发电机可以用汽轮机、燃气轮机、内燃机、水轮同步发电机可以用汽轮机、燃气轮机、内燃机、水轮机、风力机等动力机械驱动，它们的转换效率从小发机、风力机等动力机械驱动，它们的转换效率从小发电机的电机的50%50%到大型电站交流发电机的到大型电站交流发电机的90%90%以上。以上。n根据采用汇电环还是整流器，同步发电机可以输出交根据采用汇电环还是整流器，同步发电机可以输出交流电或直流电。流电或直
29、流电。n根据动力机械的特点，同步发电机有立式和卧式两种。根据动力机械的特点，同步发电机有立式和卧式两种。由汽轮机和内燃机驱动的发电机多为卧式；大型低速由汽轮机和内燃机驱动的发电机多为卧式；大型低速水轮机驱动的发电机则为立式；中速以上的中、小型水轮机驱动的发电机则为立式；中速以上的中、小型水轮机驱动的发电机则有立式，也有卧式。水轮机驱动的发电机则有立式，也有卧式。n同步发电机由定子（铁芯和绕组）、转子（钢芯和绕同步发电机由定子（铁芯和绕组）、转子（钢芯和绕组）、机座等组成。组）、机座等组成。n转子绕组中通入直流电并在汽轮机的带动下高速旋转，转子绕组中通入直流电并在汽轮机的带动下高速旋转，此时转子
30、磁场的磁力线被定子三相绕组切割，定子绕此时转子磁场的磁力线被定子三相绕组切割，定子绕组因感应会产生电动势。当定子三相绕组与外电路连组因感应会产生电动势。当定子三相绕组与外电路连接时，则会有三相电流产生。接时，则会有三相电流产生。n这一电流又会同步产生一个顺转子转动方向的旋转磁这一电流又会同步产生一个顺转子转动方向的旋转磁场，带有电流的的转子绕组在其作用下，将产生一个场，带有电流的的转子绕组在其作用下，将产生一个与转子旋转方向相反的力矩，阻止汽轮机旋转。为了与转子旋转方向相反的力矩，阻止汽轮机旋转。为了维持转子在额定转速下旋转，汽轮机一定要克服该力维持转子在额定转速下旋转，汽轮机一定要克服该力矩
31、而作功，也就是说汽轮机的机械能通过同步发电机矩而作功，也就是说汽轮机的机械能通过同步发电机的电磁相互作用而转变为定子绕组中的电能。的电磁相互作用而转变为定子绕组中的电能。n由于存在磁滞和涡流等损耗，发电机必须进由于存在磁滞和涡流等损耗，发电机必须进行冷却。行冷却。n通常小型发电机多采用开启式通风冷却；通常小型发电机多采用开启式通风冷却；100100KwKw以上就需要采用管道通风；以上就需要采用管道通风；40004000kWkW以上以上则要采用带空气冷却器的闭式循环空气冷却。则要采用带空气冷却器的闭式循环空气冷却。对对5050200200MWMW的汽轮发电机一般采用氢外冷；的汽轮发电机一般采用氢
32、外冷；对于对于300300MWMW以上的汽轮发电机定子和转子都需以上的汽轮发电机定子和转子都需要采用氢冷。此外，大型的汽轮发电机采用要采用氢冷。此外，大型的汽轮发电机采用双水内冷。双水内冷。n概述概述n机械能的储存机械能的储存n热能的储存热能的储存 无论是在工业生产或日常生活中，能量储存常无论是在工业生产或日常生活中，能量储存常常是非常重要的。对大多数能量转换或利用系统而常是非常重要的。对大多数能量转换或利用系统而言，获得的能量和需求的能量常常是不一致的，因言，获得的能量和需求的能量常常是不一致的，因此为了使该利用能量的过程能连续地进行，就必须此为了使该利用能量的过程能连续地进行，就必须有某种
33、形式的能量贮存措施或专门设置一些储能设有某种形式的能量贮存措施或专门设置一些储能设备。例如对电力工业而言，电力需求的最大特点是备。例如对电力工业而言，电力需求的最大特点是昼夜负荷变化很大，巨大的用电峰谷差使峰期电力昼夜负荷变化很大，巨大的用电峰谷差使峰期电力紧张，谷期电力过剩。如果能将谷期的电能储存起紧张，谷期电力过剩。如果能将谷期的电能储存起来供峰期使用，将大大改善电力供需矛盾，提高发来供峰期使用，将大大改善电力供需矛盾，提高发电设备的利用率，节约投资。在太阳能利用中，由电设备的利用率，节约投资。在太阳能利用中，由于太阳昼夜的变化和受天气和季节的影响，也需要于太阳昼夜的变化和受天气和季节的影
34、响，也需要一个储能系统来保证太阳能利用装置连续工作。一个储能系统来保证太阳能利用装置连续工作。机械能机械能以动能、势能形式储存。以动能、势能形式储存。热能热能以潜热、显热形式储存。以潜热、显热形式储存。电能电能感应场能或静电场能。感应场能或静电场能。化学能、核能化学能、核能自身即为储能形式。自身即为储能形式。机械能能以动能或势能的形式储存机械能能以动能或势能的形式储存以动能储存：旋转飞轮以动能储存：旋转飞轮以势能储存：弹簧、扭力杆、以势能储存：弹簧、扭力杆、 重力装置、压缩空气储能重力装置、压缩空气储能、 抽水储能抽水储能n压缩空气是工业中常用的气源，除了吹压缩空气是工业中常用的气源，除了吹灰
35、、清砂外，还是风动工具和气动控制灰、清砂外，还是风动工具和气动控制系统的动力源。系统的动力源。n利用谷期多余的电能，通过抽水蓄能机利用谷期多余的电能，通过抽水蓄能机组（同一机组兼有抽水和发电的功能）组（同一机组兼有抽水和发电的功能）将低处的水抽到高处的水库中，这部分将低处的水抽到高处的水库中，这部分水量以势能形式储存，待电力系统的用水量以势能形式储存，待电力系统的用电负荷转为高峰时，再将这部分水量通电负荷转为高峰时，再将这部分水量通过水轮机发电。过水轮机发电。n这种大规模的机械能的储存方式已成为这种大规模的机械能的储存方式已成为世界各国解决用电峰谷差的主要手段。世界各国解决用电峰谷差的主要手段
36、。我国抽水蓄能电站开发现状我国抽水蓄能电站开发现状n从上世纪从上世纪80年代开始起步，到目前为止年代开始起步，到目前为止n我国已在我国已在个省、区、市建成个省、区、市建成座座抽水蓄能电站，装机容量约为抽水蓄能电站，装机容量约为，占全国装机容量的，占全国装机容量的部分抽水蓄能电站部分抽水蓄能电站n山东泰安电站，装机容量山东泰安电站，装机容量100万万Kwn广州电站，装机容量广州电站，装机容量240万万kWn浙江天荒坪电站，装机容量浙江天荒坪电站，装机容量180万万kWn北京十三陵电站，装机容量北京十三陵电站，装机容量80万万kWn浙江桐柏电站，装机容量浙江桐柏电站，装机容量120万万kWn山西西
37、龙池电站，装机容量山西西龙池电站，装机容量120万万kWn江苏宜兴电站，装机容量江苏宜兴电站，装机容量100万万kWn河北张河湾电站，装机容量河北张河湾电站，装机容量100万万kWn湖北白莲河电站，装机容量湖北白莲河电站，装机容量120万万kWn安徽琅琊山电站，装机容量安徽琅琊山电站，装机容量60万万kWn河北潘家口电站，装机容量河北潘家口电站，装机容量27万万kW中国抽水蓄能电站分布n蓄电池蓄电池发展方向：廉价、高效、能大规模储能。发展方向：廉价、高效、能大规模储能。n静电场和感应电场静电场和感应电场（1）电容器在直流电路中广泛用作储能装置，）电容器在直流电路中广泛用作储能装置，在交流电路中
38、则用于提高电力系统或负荷在交流电路中则用于提高电力系统或负荷的功率因数，调整电压；的功率因数，调整电压；（2）高电压技术、高能核物理、激光技术、）高电压技术、高能核物理、激光技术、地震勘探等方面采用的直流高压电容器；地震勘探等方面采用的直流高压电容器；（3）超导磁铁蓄能。）超导磁铁蓄能。蓄电池作为电能储存系统蓄电池作为电能储存系统n利用某些物质在可逆反应中的吸热和放利用某些物质在可逆反应中的吸热和放热过程来达到热能的储存和提取。热过程来达到热能的储存和提取。n这是一种高能量密度的储存方法。这是一种高能量密度的储存方法。n目前尚难实际应用。目前尚难实际应用。n热能储存是把一个时期内暂时不需要的热
39、能储存是把一个时期内暂时不需要的多余热量通过某种方式收集并储存起来，多余热量通过某种方式收集并储存起来，等到需要时再提取使用。等到需要时再提取使用。，以小时或更短的时间为周期，以小时或更短的时间为周期，随时调整热能供需之间的不平衡；随时调整热能供需之间的不平衡；，以天或周为储热周期，维持，以天或周为储热周期，维持一天（或一周）的热能供需平衡；一天（或一周）的热能供需平衡；，以季节或年为储存周期，调，以季节或年为储存周期，调节季节（或年）的热量供需关系。节季节（或年）的热量供需关系。显热储存显热储存潜热储存潜热储存化学能储存化学能储存地下含水层储热地下含水层储热n通过蓄热材料温度升高来达到蓄热的
40、目通过蓄热材料温度升高来达到蓄热的目的。的。n蓄热材料的比热容越大，密度越大，所蓄热材料的比热容越大，密度越大，所蓄的热量也越多。蓄的热量也越多。n水是一种比较理想的蓄热材料。水是一种比较理想的蓄热材料。利用蓄热材料发生相变而储热利用蓄热材料发生相变而储热固体液体相变蓄热固体液体相变蓄热液体汽体相变蓄热（蒸汽蓄热器）液体汽体相变蓄热（蒸汽蓄热器）解决采暖和空调的季节性负荷问题的重解决采暖和空调的季节性负荷问题的重要途径之一。要途径之一。利用地下岩层的空隙、裂隙、溶洞等储利用地下岩层的空隙、裂隙、溶洞等储水构造以及地下水在含水层中流速慢和水构造以及地下水在含水层中流速慢和水温变化小的特点，用管井
41、回灌的方法，水温变化小的特点，用管井回灌的方法，把冬季大气环境中太丰富的把冬季大气环境中太丰富的和夏和夏季不要钱的季不要钱的储存在含水层中，在储存在含水层中，在冷、热不是同时需要的场所实现供冷、冷、热不是同时需要的场所实现供冷、供热。供热。含水层储热含水层储热含水层储冷含水层储冷必须具备灌得进、存得住、保温好、抽必须具备灌得进、存得住、保温好、抽得出等条件。得出等条件。回灌水源：地表水、地下水、工业排放回灌水源：地表水、地下水、工业排放水。水。含水层储热、储冷示意图含水层储热、储冷示意图n广泛用于广泛用于、等工等工业部门，也用于影剧院和宾馆等业部门，也用于影剧院和宾馆等的夏季降温空调、冷却和洗
42、涤用水，冬的夏季降温空调、冷却和洗涤用水，冬季采暖及锅炉房供水等。季采暖及锅炉房供水等。n蒸汽蓄热器蒸汽蓄热器n蓄冷空调蓄冷空调n建筑物蓄热供暖建筑物蓄热供暖n典型的利用液体典型的利用液体气体相变潜热的蓄热气体相变潜热的蓄热器。器。n蓄热器是一个巨大的能承受压力的罐体，蓄热器是一个巨大的能承受压力的罐体，有立式和卧式。其上部为汽空间，下部有立式和卧式。其上部为汽空间，下部为水空间，通常连接于蒸汽锅炉和需要为水空间，通常连接于蒸汽锅炉和需要蒸汽的热用户之间。蒸汽的热用户之间。n当热用户对蒸汽的需求减小时，多余的蒸汽通过控制当热用户对蒸汽的需求减小时，多余的蒸汽通过控制阀进入蓄热器的水空间。这时蒸
43、汽凝结并放出热量，阀进入蓄热器的水空间。这时蒸汽凝结并放出热量，使水空间的温度升高，水位也同时升高，上部汽空间使水空间的温度升高，水位也同时升高，上部汽空间的蒸汽压力也随之增高，多余蒸汽的热能就储存在蒸的蒸汽压力也随之增高，多余蒸汽的热能就储存在蒸汽蓄热器中。汽蓄热器中。n当热用户对蒸汽的需求增加时，锅炉的供汽不足，蓄当热用户对蒸汽的需求增加时，锅炉的供汽不足，蓄热器上部汽空间的蒸汽会通过控制阀向热用户提供蒸热器上部汽空间的蒸汽会通过控制阀向热用户提供蒸汽。此时蓄热器内压力下降；当压力低于高温水的饱汽。此时蓄热器内压力下降；当压力低于高温水的饱和温度所对应的压力时，饱和水会迅速汽化成蒸汽来和温
44、度所对应的压力时，饱和水会迅速汽化成蒸汽来补充汽空间的蒸汽，以维持对热用户的稳定供汽。补充汽空间的蒸汽，以维持对热用户的稳定供汽。n由于设置了蒸汽蓄热器，消除了热用户由于设置了蒸汽蓄热器，消除了热用户负荷变动对锅炉运行产生的不良影响，负荷变动对锅炉运行产生的不良影响，使锅炉的燃烧稳定、效率高。使锅炉的燃烧稳定、效率高。n空调发展十分迅速。空调发展十分迅速。n空调用电负荷是典型的与电网峰谷同步的负空调用电负荷是典型的与电网峰谷同步的负荷。荷。n发达地区大中城市空调负荷已达电网总负荷发达地区大中城市空调负荷已达电网总负荷的的25%以上，并以每年以上，并以每年20%的速度递增，远的速度递增，远远超过
45、发电量的增长速度。远超过发电量的增长速度。n如何平衡空调用电的峰谷负荷变得十分重要。如何平衡空调用电的峰谷负荷变得十分重要。n采用采用“蓄冷空调蓄冷空调”是平衡空调用电峰谷最好是平衡空调用电峰谷最好的办法。的办法。n利用深夜至凌晨用电低谷时的电能，采利用深夜至凌晨用电低谷时的电能，采用电动压缩机制冷的方式，将制取的冷用电动压缩机制冷的方式，将制取的冷量储存在冷水量储存在冷水（温度通常为（温度通常为4 477）、）、冰或共晶盐中，到白天用电高峰时停开冰或共晶盐中，到白天用电高峰时停开制冷机，利用储存的冷量供建筑物空调制冷机，利用储存的冷量供建筑物空调或用于需要冷量的生产过程。或用于需要冷量的生产
46、过程。n分为水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷三大分为水蓄冷、冰蓄冷、共晶盐蓄冷三大类。类。n水蓄冷是利用冷水的显热来储存冷量；水蓄冷是利用冷水的显热来储存冷量；n冰蓄冷是利用水相变的潜热来储存冷量；冰蓄冷是利用水相变的潜热来储存冷量；n共晶盐蓄冷称为共晶盐蓄冷称为“高温高温”相变蓄冷，是相变蓄冷，是利用相变温度为利用相变温度为6 61010的相变材料来的相变材料来蓄冷。蓄冷。 n因为水在结冰和融化时吸收和放出的潜因为水在结冰和融化时吸收和放出的潜热通常要比水的显热大热通常要比水的显热大80倍左右，因此倍左右，因此冰蓄冷装置体积小，蓄冷量大，是目前冰蓄冷装置体积小，蓄冷量大，是目前蓄冷中应用最广的一种
47、方式。蓄冷中应用最广的一种方式。n缺点：存在传热损失，使其缺点：存在传热损失，使其COP比水蓄比水蓄冷低。冷低。n煤炭煤炭n石油石油n天然气天然气n水能水能 n二次能源二次能源n有关煤炭的知识有关煤炭的知识n煤炭资源与开采煤炭资源与开采n洁净煤技术洁净煤技术煤是古代的植物体因为地煤是古代的植物体因为地壳运动而埋没地下，在适壳运动而埋没地下，在适宜的地质环境中经过漫长宜的地质环境中经过漫长年代的演变而成的，含碳年代的演变而成的，含碳量一般为量一般为46%97%。煤。煤是重要的燃料和化学工业是重要的燃料和化学工业原料。煤在地球上的储量原料。煤在地球上的储量非常丰富。非常丰富。经历了两个阶段：泥炭化
48、经历了两个阶段：泥炭化阶段和煤化作用阶段。阶段和煤化作用阶段。n煤是由有机物质和无煤是由有机物质和无 机物质混合组成的。机物质混合组成的。 煤中有机物质主要由煤中有机物质主要由 碳（碳（C）、）、氢（氢（H）氧氧 （O）、）、氮（氮（N）四种四种 元素构成，还有一些元元素构成，还有一些元 素则组成煤中的无机物质，素则组成煤中的无机物质， 主要有硫（主要有硫（S）、）、磷（磷（P） 以及稀有元素等以及稀有元素等 。n水分：煤中的不可燃成分水分：煤中的不可燃成分n灰分：煤完全燃烧后其中矿物质的固体灰分：煤完全燃烧后其中矿物质的固体残余物，对煤的燃烧、加工、利用都有残余物，对煤的燃烧、加工、利用都有
49、不利影响不利影响n挥发分：将煤加热到挥发分：将煤加热到850 左右，从煤左右，从煤中有机质分解出来的液体和气体产物中有机质分解出来的液体和气体产物n发热量：单位质量的煤完全燃烧时所放发热量：单位质量的煤完全燃烧时所放出的热量出的热量n煤的科学分类为煤炭的合理开发和利用煤的科学分类为煤炭的合理开发和利用提供了基础，通常最简单的分类方法是提供了基础，通常最简单的分类方法是根据煤中干燥无灰基挥发分含量将煤分根据煤中干燥无灰基挥发分含量将煤分成褐煤、烟煤和无烟煤三大类成褐煤、烟煤和无烟煤三大类 。n按煤化程度煤可分为：按煤化程度煤可分为： （1）泥炭：含碳量约）泥炭：含碳量约5560%，氧含量约，氧含
50、量约30%； （2）褐煤：水分、灰分较高，发热量低，易）褐煤：水分、灰分较高，发热量低，易燃烧，适宜作为发电燃料，也可用于气化；燃烧，适宜作为发电燃料，也可用于气化； （3）烟煤：挥发份含量在）烟煤：挥发份含量在20%37%，容易燃，容易燃烧，是储量最多、用途最广的煤种；烧，是储量最多、用途最广的煤种； （4）无烟煤：含碳量可高达）无烟煤：含碳量可高达80%90%左右，左右，质硬，色黑，燃点较高，多用于民用和化肥质硬，色黑，燃点较高，多用于民用和化肥工业。工业。n煤的开采方法分为两类：露天开采和矿煤的开采方法分为两类：露天开采和矿井开采井开采n露天开采：露天开采的优点是开采效率露天开采：露天开
