Электростанциями называются предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии.
По особенностям основного технологического процесса преобразования энергии и виду используемого энергетического ресурса электростанции подразделяют на тепловые (ТЭС), атомные (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТУ) и др.
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).
На рисунке 1 показана 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.
Рис. 1. 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.
Построение КЭС по блочному принципу дает определенные технико-экономические преимущества, которые заключаются в следующем:
Производство, передача и распределение электроэнергии
... расположенным вблизи потребителей электроэнергии. Возможность преобразования электрической энергии в механическую ... 3 — генератор; 4 — конденсатор; 5 — циркуляционный насос; 6 — парогенератор; 7, 9 — топливный насос; 8 — ... тепловую энергию в механическую. Принципиальное отличие АЭС от ТЭС ... электроэнергии, производимой в стране. Широкое применение находит электричество не только в промышленности, ...
1) облегчается применение пара высоких и сверхвысоких параметров вследствие более простой системы паропроводов, что особенно важно для освоения агрегатов большой мощности;
2) упрощается и становится более четкой технологическая схема электростанции, вследствие чего увеличивается надежность работы и облегчается эксплуатация;
3) уменьшается, а в отдельных случаях может вообще отсутствовать, резервное тепломеханическое оборудование;
4) сокращается объем строительных и монтажных работ;
5) уменьшаются капитальные затраты на сооружение электростанции;
6) 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.
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 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 рисунке 2.
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 имеют мощность 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. Их влияние на атмосферу выражается 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.
Атомные электростанции вред и польза
... на атомных электростанциях Тримайл-Айленд и Чернобыльской ... атомных станций (АС), идущих на смену тепловым станциям на органическом ископаемом топливе. ... мощность АЭС была мала и ... и радиоактивные компоненты, изменение характера землепользования и обменных процессов в непосредственной близости от АЭС, изменение микроклиматических характеристик прилежащих районов. Возникновение мощных источников тепла ...
КЭС загрязняет гидросферу большими массами теплой воды, сбрасываемыми из конденсаторов турбин, а также промышленными стоками, хотя они проходят тщательную очистку.
Рис. 2. 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.
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.
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.
Особенности технологической схемы ТЭЦ показаны на рисунке 3. 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.
Рис. 3. Особенности технологической схемы ТЭЦ
1 — сетевой насос, 2 — сетевой подогреватель
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.
Типы и виды электростанций. Энергосистемы
... топливо у геотермальных ТЭС бесплатное, то и себестоимость вырабатываемой электроэнергии в несколько раз ниже. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции. Прямая схема: ... Типы и виды электростанций. Преимущества и недостатки 1.1 Тепловые электростанции Около 75% всей электроэнергии России производится на тепловых электростанциях. Это основной тип электростанций ...
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. 4).
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).
Газотурбинные электростанции
Основу современных газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт. Упрощенная принципиальная схема энергоблока газотурбинной электростанции представлена на рисунке 5.
Рис. 5. Принципиальная технологическая схема электростанции с газовыми турбинами
КС — камера сгорания; КП — компрессор; ГТ — газовая турбина; С — 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. При этом мощность газовой турбины составляет около 20% паровой.
АЭС
АЭС — это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций.
Один из основных элементов АЭС — реактор. 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 находили в прежние годы широкое применение на АЭС в электроэнергетике.
Гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС): эскиз сооружения, ...
... СООРУЖЕНИЯ ГАЭС 2.1 Гидроаккумулирующие электрические станции Гидравлическое аккумулирование электрической энергии осуществляется гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС), ... электроэнергии имело значительный эффект. Поэтому и в последующее время 20 агрегатов на насосных станциях канала использовались ... схемах ГАЭС применяется напорная деривация. В соответствии с этой схемой созданы Загорская ГАЭС ...
Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в различных вариантах. На рисунке 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.
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.
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).
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 рисунке 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 Рu-239, который может быть впоследствии использован на АЭС в качестве ядерного горючего. Тепло ядерной реакции отводится жидким натрием и используется для выработки электроэнергии.
Рис. 7. Принципиальная технологическая схема АЭС с реактором типа БН
а — принцип выполнения активной зоны реактора; б — технологическая схема:
1-7- аналогичны указанным на рис. 1.6; 8 — теплообменник натриевых контуров;
9 — насос нерадиоактивного натрия; 10 — насос радиоактивного натрия.
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.
Производство и передача электроэнергии
... место в мире по выработке электроэнергии после США. [3] Глава 2. Производство электроэнергии 2.1 Типы электростанций В зависимости от вида преобразуемой энергии (механической, световой, химической и ... электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС). Простейшая принципиальная схема КЭС, ...
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 рисунке 8.
1-помещение реактора; 2- машинный зал; 3-площадка трансформаторов; 4 — сбросной канал (закрытый); 5 — насосные станции; 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.
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 страны.
Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные гидрогенераторы. Мощность, развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q, т. е. , Вт
Таким образом, мощность ГЭС определяется расходом и напором воды. На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной (рисунок 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.
Рис. 9. Принципиальная технологическая схема ГЭС.
На горных реках сооружаются ГЭС, которые используют большие естественные уклоны реки. Однако при этом обычно приходится создавать систему деривационных сооружений. К ним относятся сооружения, направляющие воду в обход естественного русла реки: деривационные каналы, кнели, 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. 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.
Оптовый рынок электроэнергии и мощности
... энергосистеме Системный оператор увеличивает производство электроэнергии или ограничивает нагрузку потребителей-регуляторов, начиная с указавших минимальные цены в заявках. 3.4. Рынок мощности Целью формирования рынка мощности является создание благоприятных условий ...
При сооружении ГЭС, одновременно с энергетическими, решаются важные 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 50 с, 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.
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. 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.
Рис. 10. Схема ГАЭС
Размещение основных объектов, входящих в состав электростанций, показано на примере приплотинной ГЭС, рисунок 11.
1 — здание ГЭС; 2 — станционная бетонная плотина; 3 — бетонный водослив;
4 — право- и левобережная каменно-набросные плотины; 5 — ОРУ ВН и СВН.
1 — плотина; 2 — водовод; 3 — площадка электротехнического оборудования
высокого напряжения; 4 — здание машинного зала ГЭС.
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.
