电源 第1讲 课程介绍

图5，全国历年发电装机总容量
2003年的煤炭数
年末可采 年产量 储量(亿吨) (亿吨) 9844.5 51.19 1145.0 2499.9 16.67 9.70 储产比 (年) 192 69 258
全世界
中国 美国
俄罗斯
1570.1
2.75Biblioteka 571161412
10
8
生产总量 消费总量 单位：亿吨

2.2电力变压器的原理 电力变压器是一种静止的电气设备，是 用来将某一数值的交流电压（电流）变 成频率相同的另一种或几种数值不同的 电压（电流）的设备 介绍电力变压器的原理及生产工艺


2.3特高压输电及特高压直流输电新技术
特高压电网指的是以1000kV输电网为骨干网 架 ， 超高压输电网和高压输电网以及特高压 直流输电、高压直流输电和配电网构成的分 层、分区、结构清晰的现代化大电网。 介绍特高压输电的一些基本知识
经初步统计，2003年全国能源消费总量为16.78亿吨 标煤，按科技发展规划战略研究估计，2020年全国能 源消费总量为25~33亿吨标煤（均值为29亿吨标煤） ，由此推测2050年约需50亿吨标煤 。 按1997年出版的“中国能源战略研究（2000~2050年 ）”（前能源部组织研究）中的预测数据，2050年能 源需求总量为37~46亿吨标煤，取其高方案（46亿吨 标煤），并照原文中按环保要求作出的替代方案考虑 ，各种能源所占总量及比例大致如下表。
6
4
2
0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
表4 我国发电结构现状（2003年底）
2003年底我国发电设备装机容量和发电量构成
装机容量（万千瓦）发电量（亿千瓦时）
电 量 容 量 占总量百 占总量百 分比（%） （亿千瓦 分比（%） （万千瓦） 时）
火电 水电 核电 总计

我国电力结构的现状（2003）及2020与2050年 的预测。
图1人类能源持续发展的历程
图1上示出了人类能源持续发展的历程。显 然，我们正处在以化石能源为主的时期。
图2
世界和中国主要常规能源储量预测
表2，我国能源与电力发展概况
图3 ，我国一次能源结构
2003年数据
一次能源生产量16亿吨标准煤（比2000年增长 了49.53%，平均年增长14.35%） 煤炭产量16.67亿吨（比2000年增长67.03%， 平均年增长18.65%） 原油产量1.70亿吨（比2000年增长4.20%，平 均年增长1.41%） 天然气产量341亿立方米（比2000年增长 5.37%，平均年增长7.83%） 由于国内原油生产增长缓慢，石油进口大幅度 增加。2003年石油净进口达9700万吨，与 2000年相比，增长39.35%，平均年增长 11.69%，石油对外依赖度已达36.4%
单位：万千瓦
核电 3600 3.8% 1250 2.1%
新能源 2200 2.3% 400 0.7%
2020
100% 58450 2010 100%
由上表可见，到2020年时，由于环保和煤炭供应、运输的 压力，能源结构不合理和过于依赖煤炭的状况有所改善，但 煤电62%的比例仍然很大 。
表6 2050年的能源消费需求、电力负荷水平、 发电能源结构预测

4-3电动汽车

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行 驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于 对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好， 但当前技术及相关配套设施尚不成熟。
大功率充电机



充电机是采用高频电源技术，运用先进的智能动态调 整充电技术。它采用恒流/恒压/小恒流智能三个阶段充 电方式。 充电效率高，操作简单，重量轻，体积小 具有反接、过载、短路、过热等多重保护功能及延时 启动，软启动、断电记忆自启动功能等。 具有科学的充电电量控制技术，全自动充电机能在蓄 电池充足后自动关机，确保蓄电池充足，不过充、不 欠充，延长蓄电池使用寿命。 全自动充电机可适用的电池类型：镍铬、镍氢、铅酸、 锂离子电池等。

1.1太阳能发电

太阳能是地面上最丰富的可再生能源，是 未来持续发展最可依赖的初级能源。
1.2风力发电
风能是一种广义的太阳能，只要太阳存在，风 能资源就不会枯竭。 风力发电开发利用相对比较简单，不需要原料 基地，不需运输，不需复杂昂贵的转化装置。 存在的问题是：能量密度低，间断性与变化性 大，从而：单机容量较小，占地面积大，地点 选择有局限性，在整个电力系统中所占份额不 能太大。

我国能源与电力发展的主要特点与面临的问题是: 1 需求增长快，满足需求的压力很大 由1949至2000年，商品能源生产总量增加了40多倍。进入 “十五”以来，在经济持续高速发展的拉动下，需求快速增 长，国内能源生产量和国际进口量都创下了历史新高。展望 2050年相对2000年还将继续增长3-4倍。必须根据需求，资源 和技术，采取有力措施，保障供应和可持续发展。 2 能源结构以煤为主近期难以改变 当前占60%以上，2050年估计仍将保持40%以上，而全世 界一次能源供应中煤仅占27%，大量使用煤带来严重的环境 污染与生态破坏，煤的能量利用率有待大大提高，从而需要 大力发展煤的高效、清洁利用技术。逐步降低煤的比重，要 求大力开发新能源，主要是核能与可再生能源。
1）电源的产生
人类利用能源包括不可再生能源和可再生能源。 不可再生能源包括煤炭、石油、天然气等，它 们随着开采力量的加大而迅速减少。 可再生能源，包括太阳能，风能，生物质能， 水能，地热能，海洋能等。广泛存在，用之不 竭，最终可依赖的初级能源。随着化石能源逐 渐耗竭，可再生能源在人类能源持续发展中的 作用日益增大。
一、什么是电源 二、本课程的内容及安排 三、我国能源与电力的发展面临的问 题
一、什么是电源
电源：把其他形式的能转换成电能的装 置叫做电源。 发电机能把机械能转换成电能。
电池能把化学能转换成电能。
通常所说的电源是指向电子设备提供功率的装 置，称做电源变换器，简称电源。 它把是电网中的能量变换成电子设备需要的形 式。电源的功率大小、性能是否稳定，将直接 影响电子设备的工作性能和使用寿命。

1.3 生物质发电

生物质能发电采用采伐业废弃物，造纸和木材 加工的废弃物，稻壳、甘蔗渣等农业废弃物， 牲畜粪便，城市垃圾等为原料，进行燃烧产生 蒸汽发电，他同时具有重大的环境意义。目前， 美国生物质发电站的总容量已达1000万千瓦， 其中利用林业与农业废弃物约760万千瓦，250 万千瓦利用城市垃圾，1989年一年内就增长了 184万千瓦。共有500多个装置，平均规模为2 万千瓦，最大7.5万千瓦，平均效率约为20%， 电价为8-12美分/度。正在积极发展一些高效的 生物质发电方法。

3）电源的变换 （1）开关电源电路拓扑 （2）变压器和电感设计 （3）功率驱动电路 （4）减少开关电源损耗的先进技术 （5）电源变换器的性能指标

4）特种电源介绍 （1）UPS、变频节能 （2）高频感应加热 （3）电动汽车、大功率充电机

4-1 UPS、变频节能

UPS是不间断电源（Uninterruptible Power Supply） 的英文简称，是能够提供持续、稳定、不间断的电 源供应的重要外部设备。 变频节能：由流体力学可知，P（功率）=Q（流量） ×H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压 力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方 成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下 降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P 成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近 似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为 55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为 28.16KW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2 时，其耗电量为6.875KW，省电87.5％。

2.4电能质量
电能质量(Power Quality)，其可以定义为：导 致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流 或频率的偏差，包括电压质量、电流质量、供 电质量和用电质量。 内容包括：频率偏差、电压偏差、电压波动与 闪变、三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形 畸变（谐波）、电压暂降、中断、暂升以及供 电连续性等。 在现代电力系统中，电压暂降和 中断已成为最重要的电能质量问题。
28980 9490 620 39140
74 24.2 1.58 100.0
15790 2813 438 19052
82.9 14.8 2.3 100.0
表5 2020年的电力负荷水平及发电能源结构预测
据预测，2020年的电力供应的发电装机容量组成情况如下 表：
表 2020年发电装机容量组成情况 总计 95000 煤电 59200 62.3% 40000 68.4% 常规水 抽水蓄 电 能 22000 23.2% 13500 23.1% 2500 2.6% 1500 2.6% 气电 5500 5.8% 1800 3.1%
1.5海洋能发电等新能源技术

海洋能发电目前已较大规模应用的是潮汐发电， 法国朗斯电站最大，24万千瓦。海洋温差发电 与波浪发电还处在试验与示范阶段。
2）电源的传输
（1）电网技术 （2）电力变压的原理 （3）特高压输电及直流输电技术 （4）电能质量

2.1电网技术 电网是将相近的电厂、送变电站联络起 来，形成全国或地区性网络，以便进行 统一管理和指挥。它的主要作用是保证 发电与供电的安全可靠，调整地区间的 电力供需平衡，保持规定的电能质量和 获得最大的经济利益。 介绍电网及电力系统的一些基本知识
4-2高频感应加热
感应加热是利用导体在高频磁场作用下产生的 感应电流(涡流损耗)、以及导体内磁场的作用 (磁滞损耗)引起导体自身发热而进行加热的。 高频感应加热设备已得到广泛应 用，设各频率 范围在20~450 kHz,高频功率 最大可达400 kW。 高频感应加热设备主要应用于金属热处理、’ 淬火、透热、熔炼、钎焊、直缝钢管焊接、电 真空器件去气加热、半导体材料炼制、塑料热 合、烘烤和提纯等。