Производство электроэнергии

ухудшенным вакуумом  р2 = 0,05…0,09 МПа;

регулируемыми отборами пара.

Турбины с противодавлением  относительно просты, малогабаритны  и дешевы, но применяются они  мало, поскольку количество электроэнергии, вырабатываемое с их помощью, зависит не от электрических, а от тепловых потребителей, весьма  нестабильных.

Турбины с ухудшенным вакуумом  при отсутствии тепловых потребителей  могут работать с расширением  пара до глубокого вакуума, как  конденсационные, но выработка электроэнергии  у них тоже зависит от расхода  теплоты.

Только турбины с регулируемыми  отборами не имеют отмеченных  недостатков, позволяя свободно  изменять электрическую и тепловую  нагрузки, т. е. работать по свободному  графику. Они в основном и применяются  на ТЭЦ. На рис. в приведена  схема такой установки с одним  регулируемым (в зависимости от  потребителей электроэнергии и  теплоты) отбором пара давлением Pобр, которое устанавливается с  помощью клапана 3, расположенного  на магистрали между ступенями  турбины высокого 1 и низкого 2 давлений.

 

ПРОИЗВОДСТВО 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 с 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 раскол электроэнергии на собственные нужды, чем на КЭС.
• Теплоэлектроцентрали размещают преимущественно в крупных промышленных центрах и поэтому к ним предъявляют повышенные требования по охране окружающей среды. Так, для уменьшения вредных выбросов ТЭЦ целесообразно, где это возможно, использовать в первую очередь газообразное или жидкое топливо, а также высококачественные угли .

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

 Газотурбинные установки

• В отличие от паротурбинного цикла, в циклах газотурбинных установок (ГТУ) рабочим телом служат нагретые по высокой температуры сжатые газы. В качестве таких газов чаще всего используют смесь воздуха и продуктов сгорания жидкого (или газообразного) топлива.
• Основу современных газотурбинных электростанций России составляют газовые турбины мощностью 25..100 МВт.
• В последние годы для электроснабжения газовых и нефтяных месторождений получили широкое распространение газотурбинные электростанции мощностью 2,5... 25,0 МВт.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

Схема парогазовой установки 

1— компрессор; 2 — камера  сгорания, 3 — газовая турбина; 

4,7 — электрогенераторы; 5  — котлоагрегат;   6- паровая  турбина; 

8— конденсатор; 9 — насос,  10 — подогреватель.

 

Парогазовые установки

Высокий Уровень температур  при подводе теплоты в газотурбинной  установке и низкий уровень  отвода теплоты в паротурбинной  установке привели к развитию  комбинированного парогазового  цикла, который применяется при  разнообразных сочетаниях двух  рабочих тел: газа и водяного  пара. Парогазовый цикл содержит  газотурбинную ступень в области  высоких температур и паротурбинную  в области низких. Отработавший  в газовой турбине газ отдает  свою теплоту в паротурбинной  ступени для целей промежуточного  перегрева пара, для нагрева питательной  воды, получения пара низкого  давления в котле-утилизаторе  и др.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

Атомные электростанции

• Общие положения. Атомные электростанции (АЭС) — это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций .
• Возможность использования ядерного топлива, в основном урана 235U, в качестве источника теплоты связана с осуществлением цепной реакции деления вещества и выделением при этом огромного количества энергии. Самоподдерживающаяся и регулируемая цепная реакция деления ядер урана обеспечиваете!! а ядерном реакторе. Ввиду эффективности деления ядер урана 235U при бомбардировке их медленными тепловыми нейтронами пока преобладают реакторы на медленных тепловых нейтронах. В качестве ядерного горючего используют обычно изотоп урана 235U, содержание которого в природном уране составляет 0,714%; основная масса урана — изотоп 238U (99,28 %). Ядерное топливо используют обычно в твердом виде. Его заключают в предохранительную оболочку. Такого рода тепловыделяющие элементы называют твэлами, их устанавливают в рабочих каналах активной зоны реактора. Тепловая энергии, выделяющаяся при реакции деления, отводится из активной зоны реактора с помощью теплоносителя, который прокачивают под давлением через каждый рабочий канал или через всю активную зону. Наиболее распространенным теплоносителем является вода, которую тщательно очищают.
• Реакторы с водяным теплоносителем могут работать в водном или паровом режиме. Во втором случае пар получается непосредственно в активной зоне реактора.
• При делении ядер урана или плутония образуются быстрые нейтроны, энергия которая велика. В природном или слабообогащенном уране, где содержание 235U невелико, цепная реакция на быстрых нейтронах не развивается. Поэтому быстрые нейтроны замедляют до тепловых (медленных) нейтронов. В качестве замедлителей используют вещества, которые содержат элементы с малой атомной массой, обладающие низкой поглощающей способностью по отношению к нейтронам. Основными замедлителями являются вода, тяжелая вода, графит,
• В настоящее время наиболее освоены реакторы на тепловых нейтронах. Такие реакторы конструктивно проще и легче управляемы по сравнению с реакторами на быстрых нейтронах Однако перспективным направлением является использование реакторов на быстрых нейтронах с расширенным воспроизводством ядерного горючего — плутония; таким образом может быть использована большая часть 235U.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

На атомных станциях России  используют ядерные реакторы  следующих основных типов:

• РБМК (реактор большой мощности, канальный) — реактор на тепловых нейтронах, водо-графитовый;
• БВЭР (водо-водяной энергетический реактор) — реактор на тепловых нейтронах, корпусного типа;
• БН — реактор на быстрых нейтронах с жидкометаллическим натриевым теплоносителем.
• Единичная мощность ядерных энергоблоков достигла 1500 МВт. В настоящее время считается, что единичная мощность энергоблока АЭС ограничивается не столько техническими соображениями, сколько условиями безопасности при авариях с реакторами.
• Действующие в настоящее время АЭС по технологическим требованиям работают главным образом в базовой части трафика нагрузки энергосистемы с продолжительностью использования установленной мощности 6500 …7000 ч/год.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

 

 

 

 

Технологическая схема АЭС с  реактором типа ВВЭР:

1— реактор; 2 - парогенератор;  3 — турбина; 4 — трансформатор; 

5—генератор; 6 — конденсатор  турбины; 7 — конденсатный (питательный)  насос: 8 — главный циркуляционный  насос.

 

Технологическая схема АЭС зависит  от типа реактора, вида теплоносителя  и замедлителя, а также от ряда  других факторов. Схема может  быть одноконтурной, двухконтурной  и трехконтурной.

Атомные электростанции также, как и КЭС, строятся по блочному  принципу как в тепломеханической, так и в электрической части.

Ядерное топливо обладает очень  высокой теплотворной способностью (1кг 235U заменяет 2900 т угля), поэтому  АЭС особенно эффективны в  районах, бедных топливными ресурсами, например в европейской части  России.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

• Атомные электростанции 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 ВВЭР-1000 и два турбоагрегата по 500 МВт; реактор РБМК-1500 и два турбоагрегата по 750 МВт) или с турбоагрегатом одинаковой мощности (реактор 1000 МВт и турбоагрегат 1000 МВт единичной мощности)
• Перспективными являются АЭС с реакторами на быстрых нейтронах, которые могут использоваться для получения теплоты и электроэнергии, а также и для воспроизводства ядерного топлива. Реактор типа БН имеет активную зону, где происходит ядерная реакция с выделением потока быстрых нейтронов. Эти нейтроны воздействуют на элементы из 238U, который обычно в ядерных реакциях не применяется, и превращают его в плутоний 239Pu, который может быть впоследствии использован на АЭС в качестве ядерного топлива. Теплота ядерной реакции отводится жидким натрием и используется для выработки электроэнергии.

 

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

• Схема АЭС с реактором типа БН трехконтурная, и 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 радиоактивною натрия первого контура с водой или водяным паром, выполняют второй (промежуточный) контур, теплоносителем в котором является нерадиоактивный натрии. Рабочим телом третьего контура являются вода и водяной пар.
• В настоящее время в эксплуатации находится ряд энергоблоков типа БН, из них наиболее крупный БН-600.
• Атомные электростанции не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золи 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.
• Особенностью АЭС 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, принимают специальные меры по повышению надежности оборудования (дублирование систем безопасности и др.), а вокруг станции создают санитарно-защитную зону.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

Атомная электростанция с реактором  типа БН.

Технологическая схема:

1 — реактор; 2 — теплообменник  первого контура; 

3 — теплообменник (барабан)  второго контура; 

4 — паровая турбина;

 5 — повышающий трансформатор; 6 — генератор;

7— конденсатору 8, 9, 10 -   насосы.

 

При работе АЭС, не потребляющих  органическое топливо (уголь, нефть, газ), в атмосферу не выбрасываются  окислы серы, азота, углекислый газ. Это позволяет снизить парниковый  эффект, ведущий к глобальному  изменению климат.

Во многих странах атомные  станции уже вырабатывают более  половины электроэнергии (во Франции  — около 75%, в Бельгии — около 65%), в России только 15%.

Уроки аварии на Чернобыльской  АЭС (апрель 1986 г.) потребовали существенно (во много раз) повысить безопасность  АЭС и заставили отказаться  от строительства АЭС в густонаселенных  и сейсмоактивных районах. Тем  не менее с учетом экологической  ситуации атомную энергетику  следует рассматривать как перспективную.

В России на АЭС стабильно  вырабатывалось около 120 млрд. кВт.ч  электрической энергии в год.

По данным Росэнергоатома, будет  наблюдаться дальнейшее развитие  атомной энергетики, как по мощности  АЭС, так и по количеству вырабатываемой  электрической энергии на АЭС  России.

ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

 

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

• Гидроэлектрические станции — это высокоэффективные источники электроэнергии. В большинстве случаев гидроэлектростанции представляют собой объекты комплексного назначения, обеспечивающие нужды электроэнергетики и других отраслей народного хозяйства: мелиорации земель, водного транспорта, водоснабжения, рыбного хозяйства и пр.
• Гидроэлектрическая станция — это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия водотока преобразуется в электрическую энергию. Она состоит из гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание сосредоточенного напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в электрическую энергию.
• В зависимости от напора ГЭС подразделяют на высоконапорные (более 80 м), средненапорные (от 25 до 80 м) и низконапорные (до 15 м).
• Принято называть совокупность гидротехнических сооружений, энергетическое и механическое оборудование гидроэнергетической установкой (ГЭУ).

Различают следующие основные  типы гидроэнергетических установок:

• гидроэлектростанции (ГЭС);
• насосные станции (НС);
• гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
• приливные электростанции (ПЭС).
• Как уже отмечалось, ГЭС — это предприятие» на котором энергия водотока преобразуется в электрическую.
• Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т.е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидротурбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование. В случае необходимости строятся водосбросные и судоходные сооружения, рыбопропускные сооружении и т.п.