Как производится электроэнергия на тепловой электростанции (ТЭЦ)
В тепловых электростанциях при сгорании топлива его скрытая химическая энергия сперва превращается в тепловую. Затем в паровой турбине из тепловой энергии образуется механическая, и, наконец, в генераторе механическая энергия превращается в электрическую. Электрическая энергия получается здесь из тепловой, а тепловая энергия — из химической энергии топлива, взятой в природе.
Тепловые электростанции подразделяют на станции:
- по виду приводного двигателя — паротурбинные, газотурбинные, с двигателями внутреннего сгорания;
- по виду топлива — с твердым органическим топливом (уголь, дрова, торф), жидким топливом (нефть, бензин, керосин, дизельное топливо), работающие на газе.
На тепловых электростанциях энергия сжигаемого топлива преобразуется в тепловую энергию, которая используется для нагрева воды в котле и образования пара. Энергия водяного пара приводит во вращение паровую турбину, соединенную с генератором.
Тепловые электростанции, в которых пар полностью используется для получения электроэнергии, называются конденсационными электростанциями (КЭС). Мощные КЭС располагаются вблизи районов добычи топлива, удалены от потребителей электроэнергии, поэтому передача электроэнергии осуществляется при высоких напряжениях (220 — 750 кВ). Строятся электростанции блоками.
В городах широко используются теплофикационные электростанции или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). На этих электростанциях пар, частично отработавший в турбине, используется для технологических нужд, а также для отопления и горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве. Одновременное производство электрической и тепловой энергии снижает затраты на электро- и теплоснабжение по сравнению с раздельным производством электрической и тепловой энергии.
На тепловых электростанциях, для получения из воды большого количества пара под высоким давлением, используют тепло, образуемое в процессе сжигания органического топлива, такого как нефть, газ, уголь или мазут. Как понимаете, пар тут хотя и выступает теплоносителем из эпохи паровых машин, тем не менее он вполне способен вращать турбогенератор.
Пар из котла подается в турбину, с валом которого соединен генератор трехфазного переменного тока. Механическая энергия вращения турбины преобразуется в электрическую энергию генератора и передается потребителям на генераторном напряжении либо на повышенном напряжении через повышающие трансформаторы.
Давление подаваемого к турбине пара составляет порядка 23,5 МПа, при этом его температура может доходить до 560°С. А вода применяется на тепловой электростанции именно потому, что разогревается она типичным для таких станций ископаемым органическим топливом, запасы которого в недрах нашей планеты пока еще достаточно велики, хотя и дают огромный минус в виде вредных выбросов, загрязняющих окружающую среду.
Так вот, вращающийся ротор турбины сопряжен здесь с якорем турбогенератора огромной мощности (несколько мегаватт), который в конечном счете и генерирует электроэнергию на данной тепловой электростанции.
По энергоэффективности тепловые электростанции в принципе таковы, что преобразование тепла в электроэнергию осуществляется на них с КПД порядка 40%, при том очень большое количество тепла оказывается в худшем случае просто сброшенным в окружающую среду, а в лучшем — сразу же подается в системы отопления и горячего водоснабжения близлежащих потребителей. Таким образом, если высвобождаемое на электростанции тепло тут же используется для теплоснабжения, то КПД такой станции в целом достигает уже 80%, а станция называется теплоэлектроцентралью или ТЭЦ.
Самая обычная турбина генератора тепловой электростанции содержит на своем валу множество колес с лопатками, разнесенных в две отдельные группы. Пар под наиболее высоким давлением — тот, что выбрасывается из котла, он сразу попадает на проточную часть генераторной установки, где и вращает первую группу рабочих колес с лопатками. Далее этот же пар дополнительно подогревается в пароподогревателе, после чего попадает уже на вторую группу колес, работающих при давлении пара пониже.
В итоге турбина, напрямую связанная с ротором генератора, совершает 50 оборотов в секунду (с соответствующей частотой вращается и магнитное поле якоря, пересекающее обмотку статора генератора). Чтобы генератор не нагревался бы в процессе работы сверх меры, на станции реализована система охлаждения генератора, предотвращающая его перегрев.
Внутри котла тепловой электростанции установлена горелка, на которой сгорает топливо, образуя высокотемпературное пламя. К примеру, сжигаться может угольная пыль с подачей кислорода. Пламя охватывает большую площадь трубопровода сложной конфигурации с движущейся по нему водой, которая разогреваясь становится паром, вырывающимся наружу под высоким давлением.
Вырывающийся под высоким давлением водяной пар подается на лопатки турбины, передавая ей свою механическую энергию. Турбина вращается, и энергия механическая преобразуется в электрическую. Преодолев систему лопаток турбины, пар направляется в конденсатор, где попадая на трубы с холодной водой, он конденсируется, то есть снова становится жидкостью — водой. Такая тепловая электростанция называется конденсационной электростанцией (КЭС).
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), в отличие от конденсационных электростанций (КЭС), содержат в своем составе систему отбора тепла у пара, после того как он прошел через турбину и уже поспособствовал выработке электроэнергии.
Пар отбирается с разными параметрами, что зависит от вида конкретной турбины, при том количество отбираемого от турбины пара также регулируется. Отобранный для получения тепла пар конденсируется в сетевых подогревателях воды, где он отдает свою энергию воде из сети, а вода насосами направляется в пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. Далее вода подается в систему тепломагистралей.
При необходимости отбор тепла у пара на ТЭЦ может быть полностью перекрыт, тогда теплоэлектроцентраль превратится в обычную КЭС. Таким образом ТЭЦ способна работать в одном из двух режимов: в тепловом режиме — когда приоритет на выработку тепла или в электрическом — когда приоритет электричеству, например летом.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
ТЭЦ – надежный источник производства энергии
Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), также называемое когенерацией, является процессом одновременного производства электрической и тепловой энергии. Это означает, что тепло, вырабатываемое для производства электроэнергии, регенерируется и используется. Процесс производства на ТЭЦ может базироваться на использовании паровых или газовых турбин, или двигателей внутреннего сгорания. Первичным источником для производства энергии может быть широкий диапазон топлив, включая биомассу, отходы и ископаемые виды топлива, а также, геотермальная или солнечная энергия.
Финляндия — ведущая страна в области использования когенерации
Количество энергии, которую Финляндия экономит ежегодно, используя источники комбинированного производства энергии, равно более чем 10 процентам всей первичной энергии, используемой в стране, или 20 процентам потребления ископаемого топлива в Финляндии. Приблизительно одна треть электричества, используемого в Финляндии, получена на ТЭЦ. Промышленные ТЭЦ и ТЭЦ централизованного теплоснабжения, соответственно составляют 45 и 55 процентов в системе комбинированного производства. Промышленность использует более половины всей электроэнергии, потребляемой в Финляндии, и почти 40 процентов этого количества, произведена ТЭЦ. В зависимости от годового изменения климата, почти 75 — 80 процентов теплоэнергии для централизованного теплоснабжения производится на ТЭЦ.
Широко используется в течение многих десятилетий
Потребление энергии на душу населения в Финляндии, наиболее высокое среди стран Организации Экономического Сотрудничества и Развития. Это объясняется большой долей энергоемких отраслей промышленности, таких как, целлюлозная и бумажная промышленность, в финской экономике. В результате этого, экономичному использованию и надежному распределению энергии всегда уделялось особенное внимание в Финляндии. Географические и климатические особенности страны обеспечили основу для развития ТЭЦ в централизованном теплоснабжении. Эффективность производства энергии является существенным фактором, так как, ежегодная потребность в тепле и количество часов использования энергии высоки.
История использования промышленных ТЭЦ
Комбинированное производство энергии в промышленности, является результатом потребности в производстве тепла для собственных нужд.
Первые промышленные ТЭЦ в Финляндии были построены, уже в начале 20-х и 30-х годов. ТЭЦ были выбраны потому, что это был наиболее надежный и экономичный способ производства электроэнергии. Местные источники энергии часто использовались как отправная точка.
Индустриальные ТЭЦ противодавления, в качестве топлива, главным образом используют жидкие щелочные отходы, образующиеся при производстве целлюлозы. Черный щелочной раствор является подходящим для сжигания, из-за наличия органических деревянных остатков, которые он содержит. Целлюлозная и бумажная промышленность, не единственные отрасли, которые используют свои отходы для сжигания на ТЭЦ. Металлургическая и химическая промышленности, также производят отходы, которые могут быть превращены в тепло и электричество в процессе когенерации.
Централизованное теплоснабжение, как часть когенерации
Из-за северного местоположения страны, централизованное теплоснабжение — естественный выбор для Финляндии. Планы относительно организации централизованной системы теплоснабжения были осуществлены после II Мировой войны. Когенерация тепловой и электрической энергии производилась при использовании отходов древесины, производимых
деревообрабатывающей промышленностью, это оказалось эффективной концепцией производства энергии, при сохранении окружающей среды. Таким образом, финская централизованная система теплоснабжения базировалась на принципе ТЭЦ с самого начала.
Приблизительно половина зданий в Финляндии подключена к централизованной системе теплоснабжения. В самых крупных городах, эта цифра превышает 90 процентов. Большинство офисных и общественных зданий в стране, также, подключены к централизованной системе теплоснабжения. ТЭЦ обеспечивают примерно три четверти тепла, потребляемого ежегодно. Если сравнивать раздельное производство электрической и тепловой энергии, когенерация позволяет сэкономить, приблизительно треть топлива. Большинство теплопроизводящих компаний, принадлежит муниципалитетам, но доля частных предприятий постоянно увеличивается.
Централизованное теплоснабжение обеспечивает необходимую тепловую нагрузку для ТЭЦ, и это дает большой потенциал для использования возобновляемых источников энергии, типа биотоплива и отходов. Цель Европейского союза, удвоение доли когенерации в производстве энергии, не может быть достигнута без дальнейшего развития этой сферы. Таким образом, централизованное теплоснабжение, должно быть признано важной темой в повестке дня европейской энергетической политики.
ТЭЦ для централизованной системы охлаждения
Если говорить о централизованном теплоснабжении, охлаждение зданий, может также происходить, при помощи тепловой энергии. В течение зимних месяцев высокая температура используется для нагрева помещений, но в летнее время, тепла требуется немного. Это избыточное тепло, может использоваться для производства холода в системе кондиционирования помещений.
Централизованная система охлаждения существует сегодня, только в трех финских городах, но перспективы многообещающие. На сегодняшний день, централизованная система охлаждения в Хельсинки, самая крупная в Финляндии. Тридцать процентов холода получается за счет холодной морской воды, посредством простых теплообменников.
Использование ТЭЦ позволяет производить энергию наиболее экономически выгодным путем
Основная задача ТЭЦ — производить энергию наиболее экономически выгодным путем. Поэтому, комбинированное производство тепла и электроэнергии должно быть дешевле альтернативных способов. Доходность различных вариантов производства должна быть предварительно оценена для полного периода эксплуатации электростанции. ТЭЦ обычно требует больших инвестиций, чем обычные технологии производства энергии, но она потребляет меньше топлива.
В результате, ТЭЦ более дешевы в эксплуатации, чем электростанции схожей мощности. Тепло, производимое ТЭЦ, может использоваться как для централизованного теплоснабжения жилых районов, так и для промышленных нужд. Передача тепла на длинные расстояния является дорогостоящей. Поэтому лучше строить ТЭЦ близко к населенным пунктам и промышленным объектам, где тепловая энергия будет использоваться.
Высокая эффективность
ТЭЦ максимально используют энергию сгорающего топлива, производя электричество и тепло с минимальными потерями. Их КПД достигает 80 — 90 процентов. В то время, как обычные конденсационные электростанции достигают КПД 35 — 40 процентов.
Высокая отказоустойчивость
ТЭЦ имеют высокий уровень отказоустойчивости, позволяя не прерывать процесс производства энергии. В то же самое время, ТЭЦ высоко автоматизированы, таким образом, минимизируя число требуемого персонала и сокращая затраты на эксплуатацию и обслуживание.
Производство электричества и тепла могут быть легко приведены в соответствие с уровнем потребления, который может изменяться очень быстро. Надежность системы централизованного теплоснабжения в Финляндии в течение отопительного сезона, составляет 99,98 процента.
В среднем, теплоснабжение для отдельно взятого клиента, в течение отопительного периода, прерывается только один раз в шесть
Широкий спектр используемого топлива
В комбинированном производстве тепловой и электрической энергии может использоваться широкий спектр видов топлива, включая низкокалорийное и влажное, например индустриальные отходы и биотопливо. Оптимальная комбинация различных видов топлива определяется для каждой ТЭЦ в отдельности, в зависимости от местной ситуации с топливом. Обычно используются следующие виды топлива: природный газ, уголь, промышленные газы, торф и другие виды возобновляемых ресурсов (например, отходы деловой древесины, муниципальные отходы и древесная щепа). Мазут используется в небольших количествах, обычно в качестве подсветки для других топлив.
Традиционно, использование биотоплива при когенерации, связано с технологическими процессами лесной промышленности. По многим причинам, ТЭЦ — идеально подходит для использования биотоплива. Поскольку их теплотворная способность низка, а транспортировка дорогостояща, они имеют тенденцию быть местными видами топлива.
Эффективное производство энергии наносит меньший вред природе
Высокая эффективность и низкий уровень выбросов в процессе когенерации, самый приемлемый, с точки зрения окружающей среды, способ производства энергии. Современные ТЭЦ используют эффективные методы сжигания топлива, чтобы снизить выбросы окислов азота.
Снижение количества сжигаемого для производства энергии топлива, уменьшает негативное влияние на окружающую среду. Например, количество выбрасываемого углекислого газа, при сжигании ископаемого топлива, снижается в зависимости от количества используемого топлива. То же самое происходит и с такими загрязняющими веществами, как сера и окислы азота.
Изучение качества воздуха в крупнейших городах Финляндии показывает, что выбросы серы серьезно снизились и это является прямым результатом использования технологии когенерации и централизованной системы теплоснабжения.
Все преимущества использования ТЭЦ, с точки зрения воздействия на окружающую среду, были осознаны в течение нескольких последних лет. Не смотря на это, экономическая сторона дела, играет решающую роль при принятии решения о постройке того или иного типа источника энергии. Поэтому стоимость энергии произведенной в процессе когенерации, должна быть конкурентоспособной по сравнению с другими источниками энергии.
ТЭЦ и централизованная система теплоснабжения поддерживаются властями, потому что являются мощными инструментами для снижения выбросов углекислого газа. Целью энергетической стратегии Финляндии, является приведение выбросов углекислого газа в соответствие с Киотским Протоколом, в котором говорится, что к 2010 году, уровень выбросов должен быть снижен до показателей 1990 года. Благодаря централизованной системе теплоснабжения и ТЭЦ, в 2004 году Финляндия снизила выбросы углекислого газа в атмосферу на 8 миллионов тонн. Что равно, примерно, трем четвертям планового годового снижения выбросов в соответствии с Киотским Протоколом.
Широкий спектр применения ТЭЦ
Эволюция технологии ТЭЦ, в данный момент, идет в сторону уменьшения мощности. Небольшие источники позволяют в больших количествах
использовать местные виды топлива, такие как: древесина и другие возобновляемые виды, и отказаться от вторичных энергоносителей природных горючих ископаемых.
Технологии предварительной подсушки топлива могут увеличить теплопроизводительность процесса когенерации. Другие современные технологии сжигания, например, газификация или сжигание при избыточном давлении, повышающие производство электроэнергии на ТЭЦ, находятся сейчас на стадии развития. Все это делается для того, чтобы малые ТЭЦ могли быть конкурентоспособными.
Улучшение технологии производства электроэнергии, приведет к увеличению производства тепла. Технология комбинированного цикла, основанная на газификации твердого топлива, может привести к интересным результатам. В этом случае, газ может быть использован в газовой турбине, а выработанное тепло, будет работать в паровой турбине. В этом случае, соотношение производимого электричества и тепла может быть 1:1, сейчас оно составляет 0.5.
Огромный рыночный потенциал существует для использования когенерации для выработки энергии из различных отходов.
Энергетическая политика Финляндии и ТЭЦ
Энергетическая политика Финляндии базируется на трех китах: энергия, экономика и окружающая среда. Устойчивое и безопасное энергоснабжение, конкурентоспособные цены на энергию и минимизация негативного воздействия на окружающую среду, в соответствии с международными обязательствами. Основным и самым важным фактором, влияющим на энергетическую политику, является международное сотрудничество в области снижения выбросов парникового газа. Среди других факторов, влияющих на энергетическую политику, нужно выделить необходимость предотвращения экологических катастроф и адаптирование экономической активности к принципам устойчивого развития.
Когенерация всегда играла основную роль в энергетической политике Финляндии и останется важнейшей ее частью и в будущем. Комбинированный цикл является эффективным способом производства тепла и электроэнергии. Он способствует развитию местных возобновляемых источников энергии. Все эти моменты означают только одно — ТЭЦ является огромным вкладом в снижение выбросов парниковых газов.
В соответствии с решением Правительства, для бесперебойного и безопасного энергоснабжения, необходимо обеспечить производство энергии, основываясь на нескольких видах топлива, поставляемого из различных источников. Целью является создание в будущем гибкой, децентрализованной и сбалансированной энергетической системы. Со своей стороны, Правительство продолжает обеспечить все условия для создания подобной системы, и фокусируется на энергии, произведенной в своей стране, другими словами на возобновляемых энергетических ресурсах и биотопливе.
Правительство, и в будущем, продолжит поддерживать комбинированный цикл производства тепла и электричества. Предпосылкой решений, касательно источников энергии является то, что потребление тепла должно быть с наибольшей эффективностью связано с процессом когенерации. Достаточное внимание, также, должно быть уделено техническому и экономическому аспектам. Высокий статус процесса когенерации определен тем, что общая эффективность источников энергии является важным фактором в области выделенных квот на вредные выбросы. Инвестируя в постоянное развитие технологии, возможно во всеоружии подойти к моменту в будущем, когда обязательства по снижению выбросов парниковых газов, станут очень жесткими. Кроме технологии, развитие сосредотачивается на всей цепочке эксплуатации, доставки и торговли. Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность, остаются важными секторами. Постоянные и интенсивные инвестиции послужат разработке и внедрению в жизнь новых, экономичных решений для процесса когенерации, промышленного производства энергии, малой энергетики и эффективного использования энергии.
Правительственные инвестиции, в основном, будут направлены в проекты, внедряющие новые энергетические технологии, с одной стороны, и связанные с особыми технологическими рисками, связанными с демонстрационным характером этих проектов.
Высокоэффективная технология комбинированного цикла
Компания Helsinki Energy
Благодаря своей передовой технологии сжигания газа, ТЭЦ района Vuosaari в Хельсинки, являются одними из самых эффективных и чистых. На них применяется технология комбинированного цикла, при которой скомбинировано два процесса — газовая и паровая турбины. Если сравнивать традиционную схему производства энергии с технологией комбинированного цикла, то во втором случае, мы имеем более высокую эффективность в производстве электричества и, соответственно более высокий выход электроэнергии, в пропорции к производимой тепловой энергии.
В процессе комбинированного цикла, ТЭЦ Vuosaari достигает КПД, превышающий 90 процентов, т. е. теряется менее 10 процентов произведенной энергии. Если мы говорим о потерях энергии, то это чаще всего, тепловые потери. Тепло теряется с дымовыми газами, охлаждающей жидкостью, а также, самом процессе производства.
Производство электроэнергии — 630 МВт
Производство тепла — 580 МВт
Топливо — природный газ 650-800 миллионов м3/г
Малые ТЭЦ с процессом газификации
Компания Kokemäen Lampo Oy
Первые малые ТЭЦ, работающие по технологии Novel, газификации топлива в слое, были построены в 2004 году. Станция оборудована полной технологической цепочкой газоочистки, состоящей из установки реформинга газа, фильтра и кислотно-щелочного скруббера для удаления остатков азотных соединений. Для производства электричества используются три газовые турбины по 0.6 мВт и один газовый котел для регенерации тепла.
Газификатор Novel является новой разработкой, принцип его действия основан на подаче топлива под давлением, такой способ дает возможность использования волокнистого биотоплива с низкой объемной плотностью. В газификаторе может использоваться широкий спектр отходов биологического происхождения с влажностью от 0 до 55 процентов и размером частиц от опилок до крупной щепы.
Производство электроэнергии – 1.8 МВт
Производство тепла – 4.3 МВт
Тепловая мощность топливосушилки 429 кВт
Емкость топливохранилища – 7.2 МВт
Комплексный подход для достижения рентабельности
Компания Vapo Oy
Постройка ТЭЦ, расширение и модернизация производства топливных гранул в Ilomantsi были завершены в ноябре 2005 года. ТЭЦ была оборудована котлом для сжигания в «кипящим слое». Модернизация производства топливных гранул заключалась в постройке нового приемника для сырья, сушилки, третьей линии для производства гранул, системы конвейеров и бункера. ТЭЦ, производство гранул и сушилка управляются из одной диспетчерской. В качестве топлива используются фрезерный торф и древесина. Потребление топлива, примерно 75 ГВт в год.
Емкость топливохранилища – 23 МВт
Производство тепла для теплоснабж. – 8 МВт
От каменного угля к биотопливу
Компания Porvoon Energia Oy
ТЭЦ Tolkkinen была переведена с каменного угля на биомассу. Компания, хотела убить двух зайцев одним выстрелом — снизить потребление угля и снизить нагрузку на окружающую среду. Котел с цепной колосниковой решёткой был заменен котлом с «кипящем слоем» в 2000 году. Это предоставило хорошую возможность использовать различные типы древесины и древесных отходов в качестве топлива. Одновременно, были модернизированы системы подачи воздуха, отсоса дымовых газов, сбора золы, подачи топлива, контрольные приборы и автоматика. Скруббер для утилизации отходящего тепла, который сможет поднять эффективность станции на более чем 7 МВт, будет достроен в 2006 году.
Емкость топливохранилища – 54 МВт
Производство пара – 46 МВт
Производство электроэнергии 7 МВт
Производство тепла – 25 МВт
Энергия для ЦБК и системы теплоснабжения
Компания Kymin Voima Oy
ТЭЦ Kymin Voima находится в собственности компаний Pohjolan Voima Oy и Kouvolan Seudun Sahko Oy. Она расположена на ЦБК компании UPM Kymi, на ТЭЦ используется технология сжигания топлива в «кипящем слое». Она производит энергию, как для технологического процесса, так и для систем централизованного
теплоснабжения городов Kouvola и Kuusankoski. В качестве топлива используются: древесная кора, рубочные отходы, шламы, торф, газ и мазут. Потребление топлива составляет примерно 2,100 ГВт/год.
Производство электроэнергии – 76 МВт
Технологический пар – 125 MWth
Пр-во технологического тепла – 15 MWth
Производство тепла для теплоснабж. – 40 MWth
ТЭЦ Forssa сжигает только древесину
Компания Vapo Oy
Forssa Bio Power Plant — первая в Финляндии ТЭЦ (1996 год), в системе централизованного теплоснабжения, использующая в качестве топлива только древесину. Для промышленных нужд древесное топливо, широко использовалось и до этого. Процесс сжигания происходит в «кипящем слое». Эта технология позволяет применять практически все остальные доступные виды топлива. Основным видом топлива, являются отходы деревообрабатывающей промышленности. Например опилки и кора, вместе с рубочными отходами и отходами строительства. При сжигании древесины не происходит выбросов серы, а выбросы окислов азота незначительны.
Производство электроэнергии – 17 МВт
Производство тепла для теплоснабж. – 48 МВт
Гибкая технология
Компания Oy Ahlholmens Kraft Ab
ТЭЦ AK2 принадлежит компании Oy Ahlholmens Kraft Ab. Теплоисточник гибок в эксплуатации, поэтому вне зависимости от объемов выработки электричества, тепло производится в том количестве, которое необходимо в данный момент. КПД установки при производстве тепла, составляет более 80%, поэтому, производство не наносит ущерба окружающей среде. Тепло поставляется в город Pietarsaari и на ЦБК компании UPM.
Основными видами топлива являются уголь и различные виды биотоплива. Такие как: древесная кора, щепа, другие отходы лесной промышленности и торф.
Производство электроэнергии – 240 МВт
Технологический пар – 100 МВт
Производство тепла для теплоснабж. – 60 МВт
Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
© Тригенерация.ру — Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ, 2007 — 2024
о проекте, карта сайта, E-mail:
Возрастная категория Интернет-сайта «18+»
Технологический процесс производства электроэнергии на электростанциях
Тепловые конденсационные электрические станции (КЭС)
На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в котле в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединенную с генератором). Механическая энергия вращения преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанций служат уголь, торф, горючие сланцы, а также газ и мазут. В отечественной энергетике на долю КЭС приходится до 60% выработки электроэнергии.
Основными особенностями КЭС являются: удаленность от потребителей электроэнергии, что определяет в основном выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях, и блочный принцип построения электростанции. Мощность современных КЭС обычно такова, что каждая из них может обеспечить электроэнергией крупный район страны. Отсюда еще одно название электростанций этого типа — государственная районная электрическая станция (ГРЭС).
Рис.1. Общий вид современной КЭС
1 — главный корпус, 2 — вспомогательный корпус,
3 — открытое распределительное устройство, 4 — склад топлива
Рис.2. Принципиальная технологическая схема КЭС
1 — склад топлива и система топливоподачи,
2 — система топливоприготовления, 3 — котел,
4 — турбина, 5 — конденсатор, 6 — циркуляционный насос,
7 — конденсатный насос, 8 — питательный насос,
9 — горелки котла, 10 — вентилятор, 11 — дымосос,
12 — воздухоподогреватель, 13 — водяной экономайзер,
14 — подогреватель низкого давления, 15 — деаэратор,
16 — подогреватель высокого давления.
На рис.1 показан общий вид современной КЭС, а на рис.2 — упрощенная принципиальная технологическая схема энергоблока КЭС. Энергоблок представляет собой как бы отдельную электростанцию со своим основным и вспомогательным оборудованием и центром управления — блочным щитом. Связей между соседними энергоблоками по технологическим линиям обычно не предусматривается. Построение КЭС по блочному принципу дает определенные технико-экономические преимущества, которые заключаются в следующем:
- облегчается применение пара высоких и сверхвысоких параметров вследствие более простой системы паропроводов, что особенно важно для освоения агрегатов большой мощности;
- упрощается и становится более четкой технологическая схема электростанции, вследствие чего увеличивается надежность работы и облегчается эксплуатация;
- уменьшается, а в отдельных случаях может вообще отсутствовать резервное тепломеханическое оборудование;
- сокращается объем строительных и монтажных работ; уменьшаются капитальные затраты на сооружение электростанции;
- обеспечивается удобное расширение электростанции, причем новые энергоблоки при необходимости могут отличаться от предыдущих по своим параметрам.
Технологическая схема КЭС состоит из нескольких систем: топливоподачи; топливоприготовления; основного пароводяного контура вместе с парогенератором и турбиной; циркуляционного водоснабжения; водоподготовки; золоулавливания и золоудаления и, наконец, электрической части станции (рис.2).
Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование всех этих элементов, входят в так называемую систему собственных нужд станции (энергоблока).
Наибольшие энергетические потери на КЭС имеют место в основном пароводяном контуре, а именно в конденсаторе, где отработавший пар, содержащий еще большое количество тепла, затраченного при парообразовании, отдает его циркуляционной воде. Тепло с циркуляционной водой уносится в водоемы, т.е. теряется. Эти потери в основном определяют КПД электростанции, составляющий даже для самых современных КЭС не более 40-42%.
Электроэнергия, вырабатываемая электростанцией, выдается на напряжении 110-750 кВ и лишь часть ее отбирается на собственные нужды через трансформатор собственных нужд, подключенный к выводам генератора.
Генераторы и повышающие трансформаторы соединяют в энергоблоки и подключают к распределительному устройству высокого напряжения, которое обычно выполняется открытым (ОРУ). Варианты расположения основных сооружений могут быть различными, что иллюстрируется рис.3.
Рис. 3. Варианты расположения основных сооружений КЭС
1 — главный корпус; 2 — склад топлива;
3 — дымовые трубы; 4 — трансформаторы блоков;
5,6 — распределительные устройства; 7 — насосные станции;
8 — промежуточные опоры электрических линий
Современные КЭС оснащаются в основном энергоблоками 200-800 МВт. Применение крупных агрегатов позволяет обеспечить быстрое наращивание мощностей электростанций, приемлемые себестоимость электроэнергии и стоимость установленного киловатта мощности станции.
Наиболее крупные КЭС в настоящее время имеют мощность до 4 млн кВт. Сооружаются электростанции мощностью 4-6,4 млн кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. Предельная мощность КЭС определяется условиями водоснабжения и влиянием выбросов станции на окружающую среду.
Современные КЭС весьма активно воздействуют на окружающую среду: на атмосферу, гидросферу и литосферу. Влияние на атмосферу сказывается в большом потреблении кислорода воздуха для горения топлива и в выбросе значительного количества продуктов сгорания. Это в первую очередь газообразные окислы углерода, серы, азота, ряд которых имеет высокую химическую активность. Летучая зола, прошедшая через золоуловители, загрязняет воздух. Наименьшее загрязнение атмосферы (для станций одинаковой мощности) отмечается при сжигании газа и наибольшее — при сжигании твердого топлива с низкой теплотворной способностью и высокой зольностью. Необходимо учесть также большие уносы тепла в атмосферу, а также электромагнитные поля, создаваемые электрическими установками высокого и сверхвысокого напряжения.
КЭС загрязняет гидросферу большими массами теплой воды, сбрасываемыми из конденсаторов турбин, а также промышленными стоками, хотя они проходят тщательную очистку.
Для литосферы влияние КЭС сказывается не только в том, что для работы станции извлекаются большие массы топлива, отчуждаются и застраиваются земельные угодья, но и в том, что требуется много места для захоронения больших масс золы и шлаков (при сжигании твердого топлива).
Влияние КЭС на окружающую среду чрезвычайно велико. Например, о масштабах теплового загрязнения воды и воздуха можно судить по тому, что около 60% тепла, которое получается в котле при сгорании всей массы топлива, теряется за пределами станции. Учитывая размеры производства электроэнергии на КЭС, объемы сжигаемого топлива, можно предположить, что они в состоянии влиять на климат больших районов страны. В то же время решается задача утилизации части тепловых выбросов путем отопления теплиц, создания подогревных прудовых рыбохозяйств. Золу и шлаки используют в производстве строительных материалов и т.д.
Теплофикационные электростанции — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
Этот вид электростанций предназначен для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. Являясь, как и КЭС, тепловыми электростанциями, они отличаются от последних использованием тепла «отработавшего» в турбинах пара для нужд промышленного производства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. При такой комбинированной выработке электроэнергии и тепла достигается значительная экономия топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением, т.е. выработкой электроэнергии на КЭС и получением тепла от местных котельных. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах (городах) с большим потреблением тепла и электроэнергии. В целом на ТЭЦ производится около 25% всей электроэнергии, вырабатываемой в России.
Рис.4. Особенности технологической схемы ТЭЦ
1 — сетевой насос; 2 — сетевой подогреватель
Особенности технологической схемы ТЭЦ показаны на рис.4. Части схемы, которые по своей структуре подобны таковым для КЭС, здесь не указаны. Основное отличие заключается в специфике пароводяного контура и способе выдачи электроэнергии.
Специфика электрической части ТЭЦ определяется расположением электростанции вблизи центров электрических нагрузок. В этих условиях часть мощности может выдаваться в местную сеть непосредственно на генераторном напряжении. С этой целью на электростанции создается обычно генераторное распределительное устройство (ГРУ). Избыток мощности выдается, как и в случае КЭС, в энергосистему на повышенном напряжении.
Существенной особенностью ТЭЦ является также повышенная мощность теплового оборудования по сравнению с электрической мощностью электростанции. Это обстоятельство предопределяет больший относительный расход электроэнергии на собственные нужды, чем на КЭС.
Размещение ТЭЦ преимущественно в крупных промышленных центрах, повышенная мощность теплового оборудования в сравнении с электрическим повышают требования к охране окружающей среды. Так, для уменьшения выбросов ТЭЦ целесообразно, где это возможно, использовать в первую очередь газообразное или жидкое топливо, а также высококачественные угли.
Размещение основного оборудования станций данного типа, особенно для блочных ТЭЦ, соответствует таковому для КЭС. Особенности имеют лишь те станции, у которых предусматривается большая выдача электроэнергии с генераторного распределительного устройства местному потребителю. В этом случае для ГРУ предусматривается специальное здание, размещаемое вдоль стены машинного зала (рис.5).
Рис.5. Вариант размещения основного оборудования
на площадке ТЭЦ с отдельным зданием ГРУ
1 — дымовые трубы; 2 — главный корпус; 3 — многоамперные токопроводы;
4 — здание ГРУ; 5 — трансформатор связи; 6 — ОРУ;
7 — градирни (склад топлива для ТЭЦ не показан)
Атомные электростанции (АЭС)
АЭС — это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций.
Один из основных элементов АЭС — реактор. В России, как и во многих странах мира, используют в основном ядерные реакции расщепления урана U-235 под действием тепловых нейтронов. Для их осуществления в реакторе, кроме топлива (U-235), должен быть замедлитель нейтронов и, естественно, теплоноситель, отводящий тепло из реактора. В реакторах типа ВВЭР (водо-водяной энергетический) в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная вода под давлением. В реакторах типа РБМК (реактор большой мощности канальный) в качестве теплоносителя используется вода, а в качестве замедлителя — графит. Оба эти реактора нашли широкое применение на АЭС в России.
Рис.6. Принципиальная технологическая схема АЭС с реактором типа ВВЭР
1 — реактор; 2 — парогенератор;
3 — турбина; 4 — генератор;
5 — трансформатор; 6 — конденсатор турбины;
7 — конденсатный (питательный) насос;
8 — главный циркуляционный насос
Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в различных вариантах. На рис.6 в качестве примера представлена двухконтурная схема АЭС для электростанций с реакторами ВВЭР. Видно, что эта схема близка к схеме КЭС, однако вместо парогенератора на органическом топливе здесь используется ядерная установка.
АЭС, так же как и КЭС, строятся по блочному принципу как в тепломеханической, так и в электрической части.
Ядерное топливо, запасы которого достаточно велики, обладает очень высокой теплотворной способностью (1 кг U-235 заменяет 2900 т угля), поэтому АЭС особенно эффективны в районах, бедных топливными ресурсами, например в европейской части России.
АЭС выгодно оснащать энергоблоками большой мощности. Тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЭС, а в ряде случаев и превосходят их. В настоящее время разработаны реакторы электрической мощностью 440 и 1000 МВт типа ВВЭР, а также 1000 и 1500 МВт типа РБМК. При этом энергоблоки формируются следующим образом: реактор сочетается с двумя турбоагрегатами (реактор ВВЭР-440 и два турбоагрегата по 220 МВт, реактор 1000 МВт и два турбоагрегата по 500 МВт, реактор РБМК-1500 и два турбоагрегата по 750 МВт), или реактор сочетается с турбоагрегатом одинаковой мощности (реактор 1000 МВт и турбоагрегат 1000 МВт единичной мощности).
Рис.7. Принципиальная технологическая схема АЭС с реактором типа БН
а — принцип выполнения активной зоны реактора;
б — технологическая схема:
1 — реактор; 2 — парогенератор; 3 — турбина; 4 — генератор;
5 — трансформатор; 6 — конденсатор турбины;
7 — конденсатный (питательный) насос; 8 — теплообменник натриевых контуров;
9 — насос нерадиоактивного натрия; 10 — насос радиоактивного натрия
Перспективными являются АЭС с реакторами на быстрых нейтронах (БН), которые могут использоваться для получения тепла и электроэнергии, а также и для воспроизводства ядерного горючего. Технологическая схема энергоблока такой АЭС представлена на рис.7. Реактор типа БН имеет активную зону, где происходит ядерная реакция с выделением потока быстрых нейтронов. Эти нейтроны воздействуют на элементы из U-238, который обычно в ядерных реакциях не используется, и превращают его в плутоний Рn-239, который может быть впоследствии использован на АЭС в качестве ядерного горючего. Тепло ядерной реакции отводится жидким натрием и используется для выработки электроэнергии.
Схема АЭС с реактором БН трехконтурная, в двух из них используется жидкий натрий (в контуре реактора и промежуточном). Жидкий натрий бурно реагирует с водой и водяным паром. Поэтому, чтобы избежать при авариях контакта радиоактивного натрия первого контура с водой или водяным паром, выполняют второй (промежуточный) контур, теплоносителем в котором является нерадиоактивный натрий. Рабочим телом третьего контура является вода и водяной пар.
В настоящее время в эксплуатации находится ряд энергоблоков типа БН, из них наиболее крупный БН-600.
АЭС не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золы и шлаков. Однако удельные тепловыделения в охлаждающую воду у АЭС больше, чем у ТЭС, вследствие большего удельного расхода пара, а следовательно, и больших удельных расходов охлаждающей воды. Поэтому на большинстве новых АЭС предусматривается установка градирен, в которых теплота от охлаждающей воды отводится в атмосферу.
Важной особенностью возможного воздействия АЭС на окружающую среду является необходимость захоронения радиоактивных отходов. Это делается в специальных могильниках, которые исключают возможность воздействия радиации на людей.
Чтобы избежать влияния возможных радиоактивных выбросов АЭС на людей при авариях, применены специальные меры по повышению надежности оборудования (дублирование систем безопасности и др.), а вокруг станции создается санитарно-защитная зона.
Возможное размещение основных сооружений АЭС на примере станции с блоками ВВЭР-1000 показано на рис.8.
Рис.8. Вариант размещения основных узлов АЭС с реакторами типа ВВЭР-1000
1 — помещение реактора; 2 — машинный зал; 3 — площадка трансформаторов;
4 — сбросной канал (закрытый); 5 — насосные станция;
6 — водоподводящий канал (открытый); 7 — ОРУ; 8 — щит ОРУ;
9 — объединенный вспомогательный корпус; 10 — дизель-электрическая станция;
11 — здание специальной водоподготовки; 12 — административно-бытовой комплекс
Гидроэлектростанции (ГЭС)
На ГЭС для получения электроэнергии используется энергия водных потоков (рек, водопадов и т.д.). В настоящее время на ГЭС вырабатывается около 15% всей электроэнергии. Более интенсивное строительство этого вида станций сдерживается большими капиталовложениями, большими сроками строительства и спецификой размещения гидроресурсов по территории России (большая часть их сосредоточена в восточной части страны).
В настоящее время водные ресурсы используются в основном путем строительства мощных гидроэлектростанций, таких как Красноярская ГЭС (6 млн. кВт), Братская ГЭС (4,5 млн. кВт), Саяно-Шушенская ГЭС (6,4 млн. кВт), Усть-Илимская ГЭС (4,32 млн. кВт) и др.
Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные гидрогенераторы. Мощность, развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q, т.е.
Таким образом, мощность ГЭС определяется расходом и напором воды.
Рис.9. Принципиальная технологическая схема ГЭС
На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной (рис.9). Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины — нижним бьефом. Разность уровней верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н.
Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии.
В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание электростанции, водосбросные, судопропускные (шлюзы), рыбопропускные сооружения и др.
На горных реках сооружаются ГЭС, которые используют большие естественные уклоны реки Однако при этом обычно приходится создавать систему деривационны, сооружений. К ним относятся сооружения, направляющие воду в обход естественного русла реки деривационные каналы, туннели, трубы.
В электрической части ГЭС во многом подобны конденсационным электростанциям. Как и КЭС, гидроэлектростанции обычно удалены от центров потребления, так как место их строительства определяется в основном природными условиями. Поэтому электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, выдается на высоких и сверхвысоких напряжениях (110-500 кВ). Отличительной особенностью ГЭС является небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое обычно в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе собственных нужд.
При сооружении ГЭС одновременно с энергетическими решаются важные народнохозяйственные задачи: орошение земель и развитие судоходства, обеспечение водоснабжения крупных городов и промышленных предприятий и т.д.
Технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста и легко поддается автоматизации. Пуск агрегата ГЭС занимает не более 50с, поэтому резерв мощности в энергосистеме целесообразно обеспечить именно этими агрегатами.
Коэффициент полезного действия ГЭС обычно составляет около 85-90%.
Благодаря меньшим эксплуатационным расходам себестоимость электроэнергии на ГЭС, как правило, в несколько раз меньше, чем на тепловых электростанциях.
Рис.10. Схема ГАЭС
Особую роль в современных энергосистемах выполняют гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Эти электростанции имеют как минимум два бассейна — верхний и нижний с определенными перепадами высот между ними (рис.10). В здании ГАЭС устанавливаются так называемые обратимые гидроагрегаты. В часы минимума нагрузки энергосистемы генераторы ГАЭС переводят в двигательный режим, а турбины — в насосный. Потребляя мощность из сети, такие гидроагрегаты перекачивают воду по трубопроводу из нижнего бассейна в верхний В период максимальных нагрузок, когда в энергосистеме образуется дефицит генераторной мощности, ГАЭС вырабатывает электроэнергию. Срабатывая воду из верхнего бассейна, турбина вращает генератор, который выдает мощность в сеть.
Таким образом, применение ГАЭС помогает выравнивать график нагрузки энергосистемы, что повышает экономичность работы тепловых и атомных электростанций.
Воздействие ГЭС и ГАЭС на окружающую среду связано с сооружением плотин и водохранилищ. Это обстоятельство, кроме отчуждения больших площадей земли с их природными богатствами, сказывается на изменении ландшафта, уровня грунтовых вод, на переформировании берегов, увеличении испарения воды и т.д. При сооружении крупных водохранилищ ГЭС, кроме того, создаются условия для развития тектонической активности.
Размещение основных объектов, входящих в состав электростанций, показано на примере приплотинной ГЭС (рис.11).
Рис. 11. Размещение основных объектов приплотинной ГЭС
а — план:
1 — здание ГЭС; 2 — станционная бетонная плотина; 3 — бетонный водослив;
4 — право- и левобережная каменно-набросные плотины; 5 — ОРУ ВН и СВН;
б — разрез по станционной плотине:
1 — плотина; 2 — водовод;
3 — площадка электротехнического оборудования высокого напряжения;
4 — здание машинного зала ГЭС
Газотурбинные электростанции
Основу современных газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт. Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рис.12.
Рис.12. Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами
КС — камера сгорания; КП — компрессор; ГТ — газовая турбина;
G — генератор; Т — трансформатор; М — пусковой двигатель
Топливо (газ, дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. Запуск установки осуществляется при помощи разгонного двигателя и длится 1-2 мин, в связи с чем газотурбинные установки (ГТУ) отличаются высокой маневренностью и пригодны для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах. Основная часть теплоты, получаемая в камере сгорания ГТУ, выбрасывается в атмосферу, поэтому общий КПД таких электростанций составляет 25-30%.
Для повышения экономичности газовых турбин разработаны парогазовые установки (ПГУ), В них топливо сжигается в топке парогенератора, пар из которого направляется в паровую турбину. Продукты сгорания из парогенератора, после того как они охладятся до необходимой температуры, направляются в газовую турбину. Таким образом, ПГУ имеет два электрических генератора, приводимых во вращение: один — газовой турбиной, другой — паровой турбиной.
Нетрадиционные типы электростанций
Это в первую очередь электростанции с магнитогидродинамическими генераторами (МГД-генераторами). МГД-генераторы планируется сооружать в качестве надстройки к станции типа КЭС. Они используют тепловые потенциалы в 2500-3000 К, недоступные для обычных котлов.
Рис.13. Принципиальная схема КЭС с МГД-генератором
1 — камера сгорания; 2 — МГД-канал; 3 — магнитная система;
4 — воздухоподогреватель; 5 — парогенератор (котел); 6 — паровые турбины;
7 — компрессор; 8 — конденсатный (питательный) насос
Принципиальная схема ТЭС с МГД-установкой показана на рис.13. Газообразные продукты сгорания топлива, в которые вводится легкоионизируемая присадка (например, К2СО3), направляются в МГД-канал, пронизанный магнитным полем большой напряженности. Кинетическая энергия ионизированных газов в канале преобразуется в электрическую энергию постоянного тока, который, в свою очередь, преобразуется в трехфазный переменный и направляется в энергосистему потребителям.
Выхлоп МГД-канала при температуре около 2000 К направляется в котел и используется по обычной схеме на парообразование с применением энергии пара в паровой турбине ТЭС.
Вот уже много лет во многих передовых и технически развитых странах мира проводятся работы по овладению энергией термоядерного синтеза. Сущность термоядерной реакции, в которой может быть высвобождено колоссальное количество энергии, состоит в слиянии двух атомов (ионов) легких элементов (обычно ионов изотопов водорода — дейтерия и трития либо водорода и дейтерия). В результате образуется частица с массой, меньшей, чем суммарная масса исходных элементов, а высвобождающаяся энергия соответствует разности масс.
Реакция может быть осуществлена при весьма специфических условиях: температура исходного вещества должна быть около 10 8 К, т.е. оно находится в состоянии высокотемпературной плазмы; давление в плазме несколько сот мегапаскаль; время ее удержания не менее 1с. При использовании энергии реакции в промышленных целях эти условия должны создаваться циклически. Осуществить эти требования чрезвычайно сложно. В настоящее время видны два основных пути достижения поставленной цели: удержание плазмы мощным статическим магнитным полем или инерционное удержание, при котором топливо в виде малых порций нагревается и сжимается сконцентрированными лучами лазера или пучками электронов.
Рис. 14. Принципиальная схема термоядерной электростанции на базе реактора типа «Токамак»
1 — дейтерий-тритиевая плазма; 2 — вакуумное пространство;
3 — сверхпроводящий магнит; 4 — бланкет;
5 — теплообменник первого контура; 6 — теплообменник второго контура;
7 — трансформатор разогрева плазмы
Бывший СССР являлся одним из лидеров в разработке способов магнитного удержания плазмы в установках типа Токамак. Прообраз термоядерной электростанции на основе реактора этого типа показан на рис.14. Основу реактора и блока электростанции представляет тороидальная камера, по оси которой в вакууме 2 концентрируется плазма 1, где и происходит термоядерная реакция. Удержание плазмы осуществляется мощным сверхпроводящим магнитом 3, разогрев — трансформатором 7.
Рассматривается реакция дейтерий + тритий. Если дейтерий может быть выделен из природной воды, то тритий получают искусственно, что требует больших затрат энергии и труда. Чтобы воспроизвести тритий, который расходуется в процессе реакции, в камере реактора сооружается бланкет из лития 4. Литий, облученный нейтронами в процессе реакции, частично образует гелий и тритий, который может быть выделен из лития и возвращен в реактор. Так может быть осуществлено его воспроизводство.
Литий бланкета выполняет еще одну функцию — переносит тепло, образующееся при термоядерном синтезе. Будучи в жидком состоянии, он циркулирует через теплообменник 5 и отдает тепло промежуточному жидкометаллическому теплоносителю (например, калию), а тот, в свою очередь, нагревает воду в следующем теплообменнике 6, работающем подобно паровому котлу ТЭС или парогенератору АЭС. Рассмотренная схема дает лишь очень упрощенное представление об одном возможном пути создания станции такого типа.
Создание термоядерной электростанции поднимает ряд серьезных теоретических и практических проблем, требующих проведения сложных исследований, и поэтому окончательное овладение термоядерным синтезом является делом, может быть, не столь отдаленного, но все же будущего. Как показывает опыт, это одна из самых трудных технологических задач, за которую когда-либо бралось человечество. Однако в случае успеха будет обеспечено практически безграничное количество энергии.
Наряду с поисками новых мощных источников энергии ведется разработка и строительство станций на возобновляемых энергоресурсах экологически «чистого» типа, воздействие которых на окружающую среду минимально. Это станции, использующие энергию солнца, ветра, приливов и т.д.
Энергию солнца можно использовать через фотоэлементы путем прямого получения электроэнергии, или путем использования теплового излучения солнца, сфокусированного зеркалами на парогенераторе, пар из которого вращает турбину с генератором. Первый вид гелиостанций используется пока ограниченно и лишь в специальных установках, но по мере снижения стоимости и повышения отдачи фотоэлементов появится возможность широкого использования их в большой энергетике. Второй тип гелиостанций проще в реализации. Так, в СССР была построена опытно-промышленная станция мощностью 5 МВт.
Ветроэлектростанций (ВЭС) в России не получили еще распространения для удовлетворения нужд энергосистем. Они используются для сравнительно небольших автономных потребителей. Однако в пользу ВЭС говорят исследования по мощным электростанциям такого типа, выполненные в России (до нескольких десятков мегаватт в комплекте) и за рубежом (до нескольких мегаватт в единице с диаметром двухлопастного ветроколеса до 100 м).
О достоинствах приливных электростанций можно судить по факту успешной эксплуатации при высоте приливов до 13 м Кислогубской ПЭС, сооруженной на Кольском полуострове. Выявлен ряд районов России, где возможно и целесообразно сооружение ПЭС мощностью от десятков до сотен мегаватт.
Геотермальные электростанции используют энергию подземных термальных вод. В России есть районы, где можно строить ГеоТЭС (Камчатка, Кавказ и др.). Работоспособность таких станций доказана опытом их эксплуатации в США, Италии, Новой Зеландии, Мексике и других странах. На Камчатке успешно работает Паужетская ГеоТЭС.
Принцип работы ТЭЦ
На картинке слева — электростанция « Мосэнерго » , где вырабатывается электроэнергия и тепло для Москвы и области. В качестве топлива используется самое экологически чистое топливо — природный газ. На ТЭЦ газ поступает по газопроводу в паровой котел. В котле газ сгорает и нагревает воду.
Чтобы газ лучше горел, в котлах установлены тягодутьевые механизмы. В котел подается воздух, который служит окислителем в процессе сгорания газа. Для снижения уровня шума механизмы снабжены шумоглушителями. Образовавшиеся при горении топлива дымовые газы отводятся в дымовую трубу и рассеиваются в атмосфере.
Раскаленный газ устремляется по газоходу и нагревает воду, проходящую по специальным трубкам котла. При нагревании вода превращается в перегретый пар, который поступает в паровую турбину. Пар поступает внутрь турбины и начинает вращать лопатки турбины, которые связаны с ротором генератора. Энергия пара превращается в механическую энергию. В генераторе механическая энергия переходит в электрическую, ротор продолжает вращаться, создавая в обмотках статора переменный электрический ток.
Через повышающий трансформатор и понижающую трансформаторную подстанцию электроэнергия по линиям электропередач поступает потребителям. Отработавший в турбине пар направляется в конденсатор, где превращается в воду и возвращается в котел. На ТЭЦ вода движется по кругу. Градирни предназначены для охлаждения воды. На ТЭЦ используются вентиляторные и башенные градирни. Вода в градирнях охлаждается атмосферным воздухом. В результате выделяется пар, который мы и видим над градирней в виде облаков. Вода в градирнях под напором поднимается вверх и водопадом падает вниз в аванкамеру, откуда поступает обратно на ТЭЦ. Для снижения капельного уноса градирни оснащены водоуловителями.
Водоснабжение осуществляется от Москвы-реки. В здании химводоочистки вода очищается от механических примесей и поступает на группы фильтров. На одних она подготавливается до уровня очищенной воды для подпитки теплосети, на других — до уровня обессоленной воды и идет на подпитку энергоблоков.
Цикл, используемый для горячего водоснабжения и теплофикации, также замкнутый. Часть пара из паровой турбины направляется в водонагреватели. Далее горячая вода направляется в тепловые пункты, где происходит теплообмен с водой, поступающей из домов.
Высококлассные специалисты « Мосэнерго » круглосуточно поддерживают процесс производства, обеспечивая огромный мегаполис электроэнергией и теплом.