Тепловые электростанции

Тепловые электростанции

 

 

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид электрической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

 

 

Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Большинство городов России снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло  в виде горячей воды. Такая система  является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно снижается, вследствие уменьшения температуры теплоносителя. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в отдельно стоящем доме становится экономически выгодна.

 

 

На тепловых электростанциях  преобразуется химическая энергия  топлива сначала в механическую, а затем в электрическую.

 

 

Топливом для такой  электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные  для выработки только электрической  энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической  тепловую энергию в виде горячей  воды и пара. Крупные КЭС районного  значения получили название государственных  районных электростанций (ГРЭС)..

 

 

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. Уголь подается в топливный  бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку  парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует  химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

 

 

Тепловые конденсационные  электростанции имеют невысокий  кпд (30— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.

 

 

Сооружать КЭС выгодно  в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители  электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

 

 

Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. штриховая линия), отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.

 

 

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60—70%.

 

 

Такие станции строят обычно вблизи потребителей — промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном  топливе.

 

 

Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата — паровой турбины — относятся  к паротурбинным станциям. Значительно  меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

 

 

Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные  электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство  ТЭС нашей страны используют в  качестве топлива угольную пыль. Для  выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.

 

Современные паровые турбины  для ТЭС — весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя  пара. Давление и температура пара постепенно снижаются.

 

 

Из курса физики известно, что КПД тепловых двигателей увеличивается  с ростом начальной температуры  рабочего тела. Поэтому поступающий  в турбину пар доводят до высоких  параметров: температуру — почти  до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

 

 

По мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но структура  ее изменится. Должно сократиться использование  нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Широко будет применяться природный  газ.

 

 

К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы  создать эти запасы, потребовались  миллионы лет, израсходованы они  будут за сотни лет. Сегодня в  мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива  может хватить на века. [11]

 

 

Гидроэлектростанции.

 

 

Важнейшая особенность гидроэнергетических  ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими  ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооружению ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

 

Гидроэлектрическая станция, гидроэлектростанция (ГЭС),комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

 

 

Напор ГЭС создается концентрацией  падения реки на используемом участке  плотиной (рис. 1), либо деривацией (рис. 2), либо плотиной и деривацией совместно (рис. 3). Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции —  гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту  управления — пульт оператора-диспетчера или автооператор гидроэлектростанции. Повышающая трансформаторная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зданиях  или на открытых площадках. Распределительные  устройства зачастую располагаются  на открытой площадке. Здание ГЭС может  быть разделено на секции с одним  или несколькими агрегатами и  вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся  монтажная площадка для сборки и  ремонта различного оборудования и  для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

 

 

По установленной мощности (в Мвт) различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора На (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды, используемого в  гидротурбинах, и кпд гидроагрегата . По ряду причин (вследствие, например сезонных изменений уровня воды в водоёмах, непостоянства нагрузки энергосистемы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регулировании мощности ГЭС. Различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

 

 

По максимально используемому  напору ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко превышают 100 м, в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью деривации — до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных — поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет приблизительный, условный характер.

 

 

По схеме использования  водных ресурсов и концентрации напоров  ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и безнапорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопления уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высоту плотины. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

 

 

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС  и водосбросные сооружения (рис. 4). Состав гидротехнических сооружений зависит  от высоты напора и установленной  мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами  служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной стороны к  зданию ГЭС примыкает верхний  бьеф, а с другой — нижний бьеф. Подводящие спиральные камеры гидротурбин  своими входными сечениями закладываются  под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены  под уровнем нижнего бьефа.

 

 

В соответствии с назначением  гидроузла в его состав могут  входить судоходные шлюзы или  судоподъёмник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для ирригации  и водоснабжения. В русловых ГЭС  иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях  полезно используемая вода последовательно  проходит входное сечение с мусорозадерживающими решётками, спиральную камеру, гидротурбину, отсасывающую трубу, а по спец. водоводам  между соседними турбинными камерами производится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30 - 40м к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее  строившиеся сельские ГЭС небольшой  мощности. На крупных равнинных реках  основное русло перекрывается земляной плотиной, к которой примыкает  бетонная водосливная плотина и  сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих российских ГЭС  на больших равнинных реках. [11]