ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Ротачева Алла Георгиевна
доцент каф. энергетики АмГУ
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Типы электростанций
В настоящее время для получения
электрической энергии используют
следующие типы электростанций:
- тепловые электростанции (TЭС, которые подразделяются на конденсационные (КЭС), теплофикационные (теплоэлектроцентрали — ТЭЦ) и газотурбинные (ГТУЭС). Крупные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС);
- гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
- атомные электростанции (АЭС);
- гелиоэлектростанции, или солнечные, электростанции (СЭС);
- геотермальные электростанции (ГТЭС);
- дизельные электростанции (ДЭС);
- приливные электростанции (ПЭС);
- ветроэлектростанции (BЭC).
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
- Большую часть электроэнергии (как в России, так и в мировой энергетике) вырабатывают тепловые, атомные и гидравлические электростанции. Состав электростанций различного типа по установленной мощности зависит от наличия и размещения по территории страны гидроэнергетических и теплоэнергетических ресурсов, их технико-экономических характеристик, включая затраты на транспортирование топлива, а также от технико-экономических показателей электростанций.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
- Тепловые конденсационные электростанции строят по возможности ближе к местам добычи топлива, удобным для водоснабжении. Их выполняют из ряда блочных агрегатов (котел — турбогенератор — повышающий трансформатор) мощностью от 200 до 1200 МВт, выдающих выработанную энергию в сети 110... 750 кВ. Особенность агрегатов КЭС заключается в том, что они недостаточно маневренны: подготовка к пуску, разворот, синхронизация и набор нагрузки требуют от 3 до 6 ч. Поэтому для них предпочтительным является режим работы с равномерной нагрузкой пределах от номинальной до нагрузки, соответствующей техническому минимуму, определяемому видом топлива и конструкцией агрегата. Коэффициент полезного действия КЭС составляет 32.. 40%. Они существенно влияют на окружающую среду — загрязняют атмосферу, изменяют тепловой режим источников водоснабжения.
- Атомные электростанции могут быть сооружены в любом географическом районе, в том числе и труднодоступном, но при наличии источника водоснабжения. Количество (по массе) потребляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что облегчает требования к транспортным связям. Атомные электростанции состоят из ряда агрегатов блочного типа, выдающих энергию в сети повышенного напряжения. Агрегаты, в особенности на быстрых нейтронах, не маневренны, так же как и агрегаты КЭС. Пo условиям работы и регулирования, а также по технико-экономическим соображениям предпочтительным является режим с относительной равномерной нагрузкой. Атомные электростанции предъявляют повышенные требования к надежности работы оборудования. Коэффициент полезного действия АЭС составляет 35…38%. Практически АЭС не загрязняют атмосферу. Выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначительны, что позволяет сооружать АЭС вблизи городов и центров нагрузки. Трудной проблемой является захоронение или восстановление отработавших топливных элементов.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
- Теплофикационные электростанции строят вблизи потребителей тепла, при этом используется обычно привозное топливо. Работают электростанции наиболее экономично (коэффициент использования тепла достигает 60...70%) при нагрузке, соответствующей тепловому потреблению и минимальному пропуску пара низкого давления турбин и в конденсаторы. Единичная мощность агрегатов составляет 30... 250 МВт. Станции с агрегатами до 60 МВт включительно выполняются в тепломеханической части поперечными связями по пару и воде, в электрической части — со сборными шинами 6.. 10 кВ и выдачей значительней мощности в местную распределительную сеть. Станции с агрегатами 100,..250 МВт выполняются блочного типа с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Теплофикационные, и конденсационные электростанции, существенно влияют на окружающую среду.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
- Гидроэлектростанции могут быть сооружены там, где имеются ресурсы и условия для строительства, что часто не совпадает с расположением потребителей электроэнергии. При сооружении ГЭС обычно преследуют решение комплекса задач, а именно: выработка электроэнергии, улучшения условий судоходства, орошение. Единичная мощность гидроагрегатов постигает 640 MBт. Электрическую часть выполняют по блочным схемам генераторы — трансформаторы с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Гидроагрегаты высокоманевренны: разворот, синхронизация с сетью и набор нагрузки требуют от 1 до 5 мин. Гидроэлектростанция может быть использована для работы и пиковой части суточного графика системы с частыми пусками и ocтановами агрегатов. Коэффициент полезного действии ГЭС составляет 85...87%. Гидроэлектростанции существенно влияют на водный режим рек, рыбное хозяйство, микроклимат в районе водохранилищ, а также на лесное и сельское хозяйства, поскольку создание водохранилищ связано с затоплением значительных полезных для народного хозяйства площадей.
- Гидроаккумулирующие электростанции предназначены для выравнивания суточного графика энергосистемы по нагрузке. В часы минимальной нагрузки они работают в насосном режиме (перекачивают воду из нижнего водоема и запасают энергию); в часы максимальной нагрузки энергосистемы агрегаты ГАЭС работают в генераторном режиме., принимая на себя пиковую часть нагрузки. Гидроаккумулирующие электростанции сооружают в системах, где отсутствуют ГЭС или их мощность недостаточна для покрытия нагрузки в часы пик. Их выполняют из ряда блоков, выдающих энергию в сети повышенного напряжения и получающих ее из сети при работе в насосном режиме. Агрегаты высокоманевренные и могут быть быстро переведены из насосного режима в генераторный или в режим синхронного компенсатора. Коэффициент полезного действия ГАЭС составляет 70...75%. Их сооружают там, где имеются источники водоснабжения и местные геологические условия позволяют создать напорное водохранилище.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Паротурбинные электростанции
- Конденсационные электростанции. На современных тепловых электростанциях большой мощности превращение теплоты в работу производится в циклах, использующих в качестве основного рабочего тела водяной пар высоких давления и температуры. Водяной пар производится парогенераторами (паровыми котлами), в топках которых сжигаются различные виды органического топлива: уголь, мазут, газ и др.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Конденсационная электростанция -
тепловая схема
1 — парогенератор; 2 — турбина;
3 — электрогенератор; 4— конденсатор;
5 — насос
В парогенераторе 1 за счет тепла сжигаемого
топлива вода, нагнетаемая в парогенератор
насосом 5, превращается в водяной пар,
который затем поступает в турбину % вращающую
электрогенератор 3. Тепловая энергия
пара преобразуется в турбине в механическую
работу, которая, и свою очередь, преобразуется
в генераторе в электроэнергию. Из турбины
отработавший пар поступает в конденсатор
4, где конденсируется (превращается в
воду), Наcoc 5 нагнетает конденсат в парогенератор,
замыкая таким образом цикл.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Технологическая схема энергоблока
КЭС:
/ — турбина; 2— котел; 3
- система топливоприготовления;
4 — склад топлива и система
топливоподачи; 5— горелки
котла;
6- водяной экономайзер; 7 —
воздухоподогреватель;8- вентилятор;
9 — дымосос, 10 — подогреватель высокого
давления;
11 — питательный насос; 12
— деаэратор,
13 — подогреватель низкого
давления;
14 — конденсатный насос, 15—
конденсатор-;
16 — циркуляционный насос
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.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
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.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
- Технологическая схема КЭС состоит из нескольких систем: топливоподачи, топливоприготовления, основного пароводяного контура вместе с парогенератором и турбиной, циркуляционного водоснабжения, водоподготовки, золоулавливания и золоудаления и электрической части станции.
- Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование вышеназванных систем, 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 теплоты, отдаст ее циркуляционной воде. Теплота С циркуляционной водой уносится в водоемы, т.е. теряется. Эти потери в основном и определяют КПД электростанции, составляющий даже для самых современных КЭС не более 42
%.
- Электроэнергия, вырабатываемая электростанцией, выдается на напряжение 110,,.220 кВ и лишь часть ее отбирается на собственные нужды через трансформатор собственных нужд, подключенный к выводам генератора.
- Наиболее крупные КЭС в настоящее время имеют мощность до 4 млн. кВт; также сооружаются электростанции мощностью 4,0…6,4 млн. кВт с энергоблоками 500 и 800 МВт. Предельная мощность КЭС определяется условиями водоснабжения и влиянием выбросов станции на окружающую среду.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
- Современные КЭС весьма активно воздействуют на окружающую среду: на атмосферу, гидросферу и литосферу. Влияние на атмосферу сказывается в большом потреблении кислорода воздуха для горении топлива и в выбросе значительного количества продуктов сгорания. Это, в первую очередь, газообразные окислы углерода, серы, азота, часть из 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 большие выбросы теплоты в атмосферу, а также электромагнитные поля, создаваемые электрическими установками высокого и сверхвысокого напряжения.
- Конденсационные электростанции загрязняют гидросферу большими массами теплой воды, сбрасываемой 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 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 20 % теплоты, которая получается в котле при сгорании всей массы топлива, теряются 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 в современных условиях решается задача утилизации части тепловых выбросов путем отопления теплиц, создания подогреваемых прудовых рыбных хозяйств. Золу и шлаки используют в производстве строительных материалов и т.д.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Теплофикационный цикл ТЭЦ.
- В тех случаях, когда прилегающие тепловым электростанциям районы должны потреблять большие количества теплоты, целесообразнее прибегать к комбинированной выработке теплоты и электроэнергии. Установки, служащие для комбинированной выработки тепла и электроэнергии, бывают теплоэлектроцентралями, они работают по так называемому теплофикационному циклу.
- Этот вид электростанций предназначен для централизованного водоснабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплотой. Являясь, как и КЭС, тепловыми электростанциями, они отличаются от последних использованием теплоты отработавшего в турбинах пара для нужд промышленного производства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и водоснабжения. При такой комбинированной выработке электроэнергии и теплоты достигается значительная экономия топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением, т.е. выработкой электроэнергии на КЭС и получением теплоты от местных котельных. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах (городам) с большим потреблением теплоты и электроэнергии. В России в настоящее время на ТЭЦ производится около 25…30 % всей вырабатываемой электроэнергии.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Схема простейшей теплофикационной
установки:
1— котел; 2 — пароперенагреватель,
3 — генератор; 4 — турбина;
5 — конденсатор; 6 — потребитель
теплоты; 7 — насосы.
Охлаждающая вода под действием
насоса 7 циркулирует по замкнутому
контуру, в который включен потребитель
теплоты. Температура воды на
выходе из конденсатора несколько
ниже температуры конденсата tн,
но достаточно высока для обогрева
помещений. Конденсат при температуре
tн забирается насосом 8 и после
сжатии подается в котел 1. Охлаждающая
вода нагревается за счет теплоты
конденсирующего пара и под
напором, создаваемым насосом 7, поступает
в отопительную систему 6. В ней
нагретая вода отдает теплоту
окружающей среде, обеспечивая необходимую
температуру помещений. На выходе
из отопительной системы охлажденная
вода вновь поступает в конденсатор
и в нем опять нагревается
поступающим из турбины паром.
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В теплофикационных установках
используются турбины трех типов:
с противодавлением р2 = 0,12 …1,2 МПа;