Где производят электроэнергию а сэс тэс б мэс аэс в гэс тэс аэс

Глава 2. Типы электростанций

В настоящее время для получения электрической энергии используют следующие типы электростанций:

1) тепловые электростанции (ТЭС), которые подразделяются на кон-денсационные (КЭС), теплофикационные (теплоэлектроцентрали – ТЭЦ) и газотурбинные (ГТУ). Крупные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных рай-онных электростанций (ГРЭС);

2) гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростан-ции (ГАЭС);

3) атомные электростанции (АЭС);

4) гелиоэлектростанции, или солнечные электростанции (СЭС);

5) геотермальные электростанции (ГТЭС);

6) дизельные электростанции (ДЭС);

7) приливные электростанции (ПЭС);

8) ветроэлектростанции (ВЭС).

Большую часть электроэнергии (как в России, так и в мировой энергетике) вырабатывают ТЭС, АЭС и ГЭС. Состав электростанций раз-личного типа по установленной мощности зависит от наличия и раз-мещения по территории страны гидроэнергетических и теплоэнерге-тических ресурсов, их технико-экономических характеристик, включая затраты на транспортировку топлива, а также от технико-экономических показателей электростанций.

Рассмотрим некоторые особенности электростанций, которые в той или иной степени приходится учитывать при их строительстве и эксплуатации.

Тепловые конденсационные электростанции строят по возможности ближе к местам добычи топлива, удобным для водоснабжения. Их выполняют из ряда блочных агрегатов (котел – турбогенератор – повышающий трансформатор) мощностью от 200 до 1 200 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 3 – 6 ч. Поэтому для них предпочтительным является режим работы с равномерной нагрузкой в пределах от номинальной до нагрузки, соответствующей техническому минимуму, определяемому видом топлива и конструкцией агрегата. Коэффициент полезного действия КЭС не превышает 32 – 40 %. Они существенно влияют на окружающую среду – загрязняют атмосферу, изменяют тепловой режим источников водо-снабжения.

Теплофикационные электростанции строят вблизи потребителей тепла, при этом используется обычно привозное топливо. Работают эти электростанции наиболее экономично (коэффициент использования тепла достигает 60 – 70 %) при нагрузке, соответствующей тепловому потреблению и минимальному пропуску пара в часть низкого давления турбин и в конденсаторы. Единичная мощность агрегатов составляет

30 – 250 МВт. Станции с агрегатами до 60 МВт включительно выполняют в тепломеханической части с поперечными связями по пару и воде, в электрической части – со сборными шинами 6 – 10 кВ и выдачей значительной части мощности в местную распределительную сеть. Станции с агрегатами 100 – 250 МВт выполняют блочного типа с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Надо отметить, что ТЭЦ, как и КЭС, существенно влияют на окружающую среду.

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, АЭС состоят из ряда агрегатов блочного типа, выдающих энергию в сети повышенного напряжения. Агрегаты АЭС, в особенности на быстрых нейтронах, неманевренны так же, как и агрегаты КЭС. По условиям работы и регулирования, а также по технико-экономическим соображениям предпочтительным является режим с относительно равномерной нагрузкой. АЭС предъявляют повышенные требования к надежности работы оборудования. Коэффициент полезного действия 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 отрабо-танных топливных элементов.

Гидроэлектростанции сооружаются там, где имеются гидроресурсы, а также условия для строительства, что часто не совпадает с расположением потребителей электроэнергии. При сооружении ГЭС обычно пытаются решить комплекс задач, а именно: выработка электроэнергии, улучшение условий судоходства, орошение. Единичная мощность гидроагрегатов достигает 640 МВт. Электрическую часть выполняют по блочным схемам генераторы – трансформаторы с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Гидроагрегаты высоко-маневренны: разворот, синхронизация с сетью и набор нагрузки требуют 1 – 5 мин. При наличии водохранилищ ГЭС может быть целесообразно использована для работы в пиковой части суточного графика нагрузки системы с частыми пусками и остановами агрегатов. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет 85 – 87 %. Станции 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 вырав-нивания суточного графика энергосистемы по нагрузке. В часы мини-мальной 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. ГАЭС 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 высокоманевренны и могут быстро переводиться из насосного режима в генераторный или в режим синхронного компенсатора. Коэффициент полезного действия ГАЭС составляет 70 – 75 %. Их сооружают там, где имеются источники водо-снабжения, а местные геологические условия позволяют создать напорное водохранилище.

Что такое электростанция. Оборудование электростанций. Энергетика. Энергосистема

генерация электроэнергии. Электростанция. Что такое электростанция. Оборудование электростанций. Энергетика. Энергосистема

Электрическая станция — совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

Существует множество типов электростанций. Отличия заключаются в технических особенностях и исполнении, а также в виде используемого источника энергии. Но несмотря на все различия большинство электростанций используют для своей работы энергию вращения вала генератора.

Станции разных типов объединены в Единую энергетическую систему, позволяющую рационально использовать их мощности, снабжать всех потребителей.

Основное оборудование электростанций

К основному оборудованию электростанций можно отнести:

генераторы;
турбины;
котлы;
трансформаторы;
распределительные устройства;
двигатели;
выключатели;
разъединители;
линии электропередач;
средства автоматики и релейной защиты

Энергосистемы

Энергосистемы — совокупность энергетических ресурсов всех видов, методов и средств их получения, преобразования, распределения и использования, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

Что входит в энергосистему

В энергосистемы входят:

электроэнергетическая система;
система нефте- и газоснабжения;
система угольной промышленности;
ядерная энергетика;
нетрадиционная энергетика.

Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему, в масштабах нескольких районов — в объединённые энергосистемы. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевым топливно-энергетическим комплексом, оно обусловлено прежде всего взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов

Часто под энергосистемой в более узком смысле понимают совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, которые соединёны между собой и связаны общими режимами непрерывных производственных процессов преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии, что позволяет осуществлять централизованное управление такой системой.

В современном мире снабжение потребителей электроэнергией производится от электростанций, которые могут находиться вблизи потребителей или могут быть удалены от них на значительные расстояния. В обоих случаях передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи. Однако в случае удалённости потребителей от электростанции передачу приходится осуществлять на повышенном напряжении, а между ними сооружать повышающие и понижающие подстанции. Через эти подстанции с помощью электрических линий электростанции связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку, также через тепловые пункты с помощью теплопроводов, только на гораздо меньших расстояниях связывают между собой ТЭЦ и котельные.

Совокупность всех этих элементов называют энергосистемой, при таком объединении возникают существенные технико-экономические преимущества:

существенное снижение стоимости электро- и теплоэнергии;
значительное повышение надёжности электро- и теплоснабжения потребителей;
повышение экономичности работы различных типов электростанций;
снижение необходимой резервной мощности электростанций.

Энергетика

Энергетика — область общественного производства, охватывающая энергетические ресурсы, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.

Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

Энергетика как наука, в соответствии с номенклатурой специальностей научных работников, утверждённой Министерством образования и науки Российской Федерации, включает следующие научные специальности:

Энергетические системы и комплексы;
Электрические станции и электроэнергетические системы;
Ядерные энергетические установки;
Промышленная теплоэнергетика;
Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии;
Техника высоких напряжений;
Тепловые электрические станции, их энергетические системы и агрегаты.

Электроэнергетика

Электроэнергетика — это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов.

Электроэнергетику принято делить натрадиционную и нетрадиционную.

Традиционная электроэнергетика

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единична электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений.

Тепловая энергетика (теплоэнергетика)

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию органического топлива.

Тепловые электростанции делятся на:

Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки.

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39% всей электроэнергии мира, на базе угля — 27%, газа — 24%, то есть всего 90% от общей выработки всех электростанций мира. Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

Гидроэнергетика

В этой отрасли электроэнергия производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), использующих для этого энергию водного потока.

ГЭС преобладает в ряде стран — в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков.

Ядерная энергетика

Отрасль, в которой электроэнергия производится на атомных электростанциях (АЭС), использующих для этого энергию управляемой цепной ядерной реакции, чаще всего урана и плутония.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция, около 80 %. Преобладает она также в Бельгии, Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США, Франция и Япония.

Нетрадиционная электроэнергетика (Альтернативная энергетика)

Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика. Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км²) и малая единичная мощность.

Направления нетрадиционной энергетики:

Малые гидроэлектростанции
Ветровая энергетика
Геотермальная энергетика
Солнечная энергетика
Биоэнергетика
Установки на топливных элементах
Водородная энергетика
Термоядерная энергетика.

Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие — малая энергетика, этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика, распределённая энергетика, автономная энергетика и др. Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России — примерно 96 %), газопоршневые электростанции, газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе.

Электрические сети

Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии. Электрическая сеть обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, её передачи на расстояние, преобразование параметров электроэнергии (напряжения, тока) на подстанциях и её распределение по территории вплоть до непосредственных электроприёмников.

Электрические сети современных энергосистем являются многоступенчатыми, то есть электроэнергия претерпевает большое количество трансформаций на пути от источников электроэнергии к её потребителям. Также для современных электрических сетей характерна многорежимность, под чем понимается разнообразие загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе, а также обилие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях. Эти и другие характерные черты современных электросетей делают их структуры и конфигурации весьма сложными и разнообразными.

Теплоснабжение

Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами. Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80-90°C. Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемый производственный пар с давлением 1—3 МПа.

В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:

источника тепла, например котельной;
тепловой сети, например из трубопроводов горячей воды или пара;
теплоприёмника, например батареи водяного отопления.

Централизованное теплоснабжение

Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы, здания, жилые помещения и пр.).

Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые также могут вырабатывать и электроэнергию;
Котельные, которые делятся на:
- Водогрейные;
- Паровые.
Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отопительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев.

Виды децентрализованного отопления:
- Малыми котельными;
- Электрическое, которое делится на:
  - Прямое;
  - Аккумуляционное;
  Тепловые сети
  
  Тепловая сеть — это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.
  
  От коллекторов прямой сетевой воды с помощью магистральных теплопроводов горячая вода подаётся в населённые пункты. Магистральные теплопроводы имеют ответвления, к которым присоединяется разводка к тепловым пунктам, в которых находится теплообменное оборудование с регуляторами, обеспечивающими снабжение потребителей тепла и горячей воды. Тепловые магистрали соседних ТЭЦ и котельных для повышения надёжности теплоснабжения соединяют перемычками с запорной арматурой, которые позволяют обеспечить бесперебойное теплоснабжение даже при авариях и ремонтах отдельных участков тепловых сетей и источников теплоснабжения. Таким образом, тепловая сеть любого города является сложнейшим комплексом теплопроводов, источников тепла и его потребителей.
  
  Энергетическое топливо
  
  Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.
  
  Органическое топливо
  
  В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в мировом энергобалансе составляла в 2000 году около 65%, из которых 39% приходились на уголь, 16% на природный газ, 9% на жидкое топливо(2000г). В 2010 году по данным BP доля ископаемого органического топлива 87%, в том числе: нефть 33,6%, уголь 29,6% газ 23,8%. Tо же по данным «Renewable21» 80,6%, не считая традиционной биомассы 8,5%.
  
  Газообразное
  
  Естественным топливом является природный газ, искусственным:
  - Генераторный газ;
  - Коксовый газ;
  - Доменный газ;
  - Продукты перегонки нефти;
  - Газ подземной газификации;
  - Синтез-газ.
  Жидкое
  
  Естественным топливом является нефть, искусственным называют продукты его перегонки:
  - Бензин;
  - Керосин;
  - Соляровое масло;
  - Мазут.
  Твёрдое
  
  Естественным топливом являются:
  - Торф;
  - Бурый уголь;
  - Каменный уголь;
  - Антрацит;
  - Горючий сланец;
  - Дрова;
  - Древесные отходы;
  - Топливные брикеты;
  - Топливные гранулы.
  Искусственным твёрдым топливом являются:
  - Древесный уголь;
  - Кокс и полукокс;
  - Углебрикеты;
  - Отходы углеобогащения.
  Ядерное топливо
  
  В использовании ядерного топлива вместо органического состоит главное и принципиальное отличие АЭС от ТЭС.
  
  Ядерное топливо получают из природного урана, который добывают:
  - В шахтах (Франция, Нигер, ЮАР);
  - В открытых карьерах (Австралия, Намибия);
  - Способом подземного выщелачивания (США, Канада, Россия).
  Для использования на АЭС требуется обогащение урана, поэтому его после добычи отправляют на обогатительный завод, после переработки на котором 90% побочного обеднённого урана направляется на хранение, а 10% обогащается до нескольких процентов (3—5% для энергетических реакторов). Обогащённый диоксид урана направляется на специальный завод, где из него изготавливают цилиндрические таблетки, которые помещают в герметичные циркониевые трубки длиной почти 4 м, ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). По нескольку сотен ТВЭЛов для удобства использования объединяют в ТВС, тепловыделяющие сборки.
  
  Оборудование электростанций и сетей
  
  Тема: Общие сведения об энергосистемах и электроустановках
  
  1.1 НАЗНАЧЕНИЕ И ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
  
  Электростанция представляет собой промышленное предприятие, на котором вырабатывается электрическая, а в некоторых случаях и тепловая энергия.
  
  Основная задача электростанций — это обеспечение электроэнергией промышленных предприятий и коммунально-бытовых нужд населения. По особенностям технологического процесса преобразования энергии и видам природных источников энергии (твердое, жидкое, газообразное, ядерное топливо, водная и другие виды энергии) электростанции подразделяются на следующие типы:
  
  Большую часть электроэнергии вырабатывают ТЭС, АЭС и ГЭС. Выбор мощности строящихся электростанций зависит от наличия и размещения на территории страны тепло- и гидроресурсов, от затрат на транспортирование топлива, а также от размещения потребителей электрической и тепловой энергии.
  
  Тепловые конденсационные электростанции сооружают обычно вблизи мест добычи топлива при возможности осуществления водоснабжения и вдали от непосредственных потребителей электроэнергии.
  
  На КЭС обычно устанавливают несколько энергоблоков (котел — турбогенератор — трансформатор) мощностью от 200 до 1200 МВт, выдающих электроэнергию в сети 220—1150 кВ энергосистемы (рис. В.З). Особенность этих агрегатов состоит в том, что они недостаточно маневренны, а именно: пуск, разворот, включение в сеть (синхронизация) и набор нагрузки до номинальной требуют от 3 до 6 ч. Коэффициент полезного действия (КПД) КЭС находится в пределах 32—40%. КЭС обычно существенно влияют на окружающую среду (они могут значительно изменять тепловой режим источников водоснабжения и загрязнять атмосферу).
  
  Теплоэлектроцентрали сооружают вблизи потребителей тепловой энергии (технологического пара и горячей воды), причем работают они, как правило, на привозном топливе. Единичная мощность агрегатов составляет 30— 250 МВт. Теплоэлектроцентрали с агрегатами до 60 МВт включительно выполняют в тепловой части с поперечными связями по пару и воде, а в электрической части — со сборными шинами 6—10 кВ; ТЭЦ с агрегатами 100— 250 МВт в электрической части выполняют по блочному типу. ТЭЦ по сравнению с КЭС работают экономичнее: КПД их достигает 60—70%.
  
  Газотурбинные электростанции используют топливо в виде газа или дизельного горючего, которое подается в камеру сгорания. Туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. Запуск установки производится разгонным двигателем и длится всего 1—2 мин.
  
  Для повышения экономичности газовых турбин разработаны и внедряются парогазовые установки (ПГУ), в которых топливо сжигается в топке парогенератора, откуда пар направляется в паровую турбину, а продукты сгорания—в газовую турбину. Таким образом, ПГУ имеет два генератора, один из которых приводится во вращение газовой, а другой — паровой турбинами. Разработаны ПГУ мощностью 200—250 МВт с высокими технико-экономическими показателями.
  
  Атомные электростанции — это по существу тепловые электростанции, использующие тепловую энергию ядерных реакций. Атомные электростанции могут сооружаться в любом географическом районе страны, но обязательно при наличии источника водоснабжения.
  
  Атомные электростанции сооружаются по блочному принципу, как в тепловой, так и в электрической части.
  
  Их выгодно строить с энергоблоками большой мощности, тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЭС, а в ряде случаев и превосходят их.
  
  В настоящее время на АЭС устанавливаются энергоблоки мощностью 1000—1500 МВт и вся вырабатываемая электроэнергия (за исключением расходуемой на собственные нужды) выдается в энергосистему по линиям высокого и сверхвысокого напряжения. Коэффициент полезного действия АЭС составляет 35—38%.
  
  Гидроэлектростанции могут сооружаться там, где имеются гидроресурсы (реки, водопады и т. д.). При сооружении ГЭС обычно решается комплекс задач, а именно: выработка электроэнергии, улучшение условий судоходства, орошения и т. д.
  
  Первичными двигателями на ГЭС являются гидрогенераторы, единичная мощность которых достигает 640 МВт. Электрическую часть ГЭС выполняют по блочной схеме с выдачей мощности в сеть высокого напряжения. Гидроагрегаты высокоманевренны: разворот, включение в сеть и набор нагрузки занимают всего 1—5 мин; КПД ГЭС составляет 85—87%.
  
  Гидроаккумулирующие электростанции предназначены для выравнивания суточного графика нагрузки энергосистемы. Эти электростанции имеют два бассейна — верхний и нижний с определенным перепадом 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, они перекачивают воду по трубопроводу из нижнего бассейна в верхний. В период же максимальных нагрузок турбина вращает генератор, который выдает мощность в энергосистему. Агрегаты ГАЭС высокоманевренны и могут быть быстро переведены из насосного режима в генераторный и наоборот; КПД ГАЭС составляет 70—75%.
  
  Солнечные электростанции нашли применение в ряде стран, имеющих значительное число солнечных дней в году. Они могут сооружаться с паровым котлом или с кремниевыми фотоэлементами. В нашей стране строится опытная СЭС мощностью 5 МВт, а в дальнейшем будет сооружена СЭС мощностью 50 МВт; КПД таких станций может быть доведен до 20%.
  
  Геотермальные электростанции используют дешевую энергию подземных термальных источников. Такие электростанции работают в Исландии, США, Новой Зеландии, Италии и в других странах. На Камчатке сооружена первая ГТЭС — Паужетская, в дальнейшем такие электростанции будут построены в Дагестане, Ставропольском крае и на Камчатке.
  
  Дизельные электростанции в качестве первичного двигателя используют двигатели внутреннего сгорания, работающие на жидком топливе. Эти электростанции мобильны, автономны и поэтому широко используются в труднодоступных районах, а также для снабжения электроэнергией сельскохозяйственных потребителей. Кроме того, дизельные агрегаты используются в качестве резервных аварийных источников питания с.н. АЭС .
  
  Приливные электростанции с так называемыми капсульными гидроагрегатами сооружаются там, где имеется значительный перепад уровней воды во время приливов и отливов. Крупные ПЭС построены во Франции — мощностью 240 МВт (24X10 МВт) и в США — мощностью 1000 МВт (100×10 МВт). На Кольском полуострове построена опытно-промышленная Кислогубская ПЭС.
  
  Ветроэлектростанции небольшой мощности используются в качестве источников электроэнергии в труднодоступных районах, на метеорологических станциях, в сельских местностях и в других местах, где стабильно удерживается ветреная погода.
  
  1.2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ КЭС И ТЭЦ
  
  1. Технологическая схема КЭС
  
  Изучение электрической части электростанций, особенно схем собственных нужд, тесно связано с технологическим циклом производства электроэнергии, поэтому ниже рассмотрены упрощенные технологические схемы производства электроэнергии на ТЭС и АЭС.
  
  На тепловых конденсационных электростанциях химически связанная энергия топлива при сжигании преобразуется в тепловую, которая используется для нагрева воды в котле и образования пара. Энергией водяного пара приводится во вращение турбина, соединенная с генератором.
  
  Упрощенная технологическая схема КЭС на пылеугольном топливе показана на рис. 1. Нормальная работа электростанции обеспечивается четкой и бесперебойной работой всех ее механизмов. Топливное хозяйство 1 включает приемо-разгрузочные механизмы, устройства для размораживания топлива, транспортеры 2, склады топлива. К пылеприготовительным устройствам 3 относятся механизмы дробления, магнитные аппараты для удаления случайных металлических включений, мельницы для размола топлива. Подготовленное топливо мельничными вентиляторами подается в бункеры котлов, а затем питателями пыли 4 к горелкам котлов 5.
  
  Воздух в топку котла через воздухоподогреватель 6 подается дутьевыми вентиляторами 7, а продукты сгорания отсасываются дымонасосами 8. Продукты сгорания твердого топлива — шлак и зола — удаляются механизмами шлакозолоудаления 9 (смывные, багерные, шламовые насосы).
  
  Рис. 1. Технологическая схема (упрощенная) КЭС:
  
  1 — топливное хозяйство; 2 — транспортеры топлива; 3 — пылеприготовительные устройства; 4 — питатели пыли; 5 —котел; 6 — воздухоподогреватель; 7 — дутьевые вентиляторы; 8 — дымососы; 9 — шлакозолоудаление; 10 — промежуточный пароперегреватель; 11 — часть высокого давления турбины; 12 — часть низкого давления турбины; 13 — генератор; 14 — блочный трансформатор; 15 — трансформатор собственных нужд; 16 — конденсатор; 17 — конденсатный насос; 18 — циркуляционный насос; 19 — пруд-охладитель; 20 — водоподготовительная установка; 21 — дренажный насос; 22 — подогреватель низкого давления; 23 — деаэратор; 24 — питательный насос; 25 — подогреватель высокого давления; 26 — экономайзер
  
  Отработавший в турбине (части высокого давления 11 и низкого 12) пар поступает в конденсатор 16, где охлаждается и конденсируется благодаря подаче охлаждающей воды из пруда-охладителя 19 циркуляционными насосами 18. Конденсат откачивается конденсатным насосом 17, подогревается в подогревателе низкого давления 22, деаэрируется в деаэраторе 23 и питательным насосом 24 через подогреватель высокого давления 25 и экономайзер 26 подается в котел.
  
  Генераторы 13 КЭС соединяются в блоки с повышающими трансформаторами 14, которые передают энергию в распределительное устройство высокого напряжения (РУ ВН) и далее по линиям потребителям. Для электроснабжения многочисленных приводов механизмов собственных нужд электростанции используются трансформаторы с. н. 15, присоединенные отпайкой к генератору энергоблока.
  
  ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ТЭЦ
  
  На ТЭЦ вырабатывается не только электрическая, но и тепловая энергия. Для нужд промышленных предприятий используется пар, частично отработавший в турбине, а для отопления и горячего водоснабжения устанавливаются специальные подогреватели.
  
  На рис. 2 показана только часть технологической схемы, которая отличается от схемы на рис. 1. Все механизмы, обслуживающие технологическую схему ТЭЦ, аналогичны рассмотренным выше в схеме КЭС, Дополнительным механизмом с. н. является сетевой насос 30.
  
  Особенность электрической части ТЭЦ определяется расположением ее вблизи промышленных предприятий. В этих условиях часть электрической энергии выдается в местную сеть непосредственно на генераторном напряжении, для чего на ТЭЦ обычно сооружается ГРУ. Избыток мощности выдается в сеть высокого напряжения.
  
  Рис. 2. Особенности технологической схемы ТЭЦ:
  
  5,12, 13, 16, 23 —то же, что на рис. 1;27— отбор пара на производство;28 —горячая вода в теплофикационную сеть;29— подогреватели сетевой воды;30— сетевой насос
  
  1.3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ АЭС, ГЭС
  
  Технологическая схема 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 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 .
  
  Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в различных вариантах. На рис. 1. в качестве примера представлена двухконтурная схема АЭС для электростанций с реакторами ВВЭР. 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.
  
  АЭС выгодно оснащать энергоблоками большой мощности. Тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЭС, а в ряде случаев и превосходят их.
  
  Рис. 1. 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
  
  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 приведена на рис. 2. 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.
  
  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.
  
  Рис. 2. Принципиальная технологическая схема АЭС с реактором типа БН:
  
  а — принцип выполнения активной зоны реактора; б — технологическая схема: 1 —7 —аналогичны указанным на рис. 1.; 8 — теплообменник натриевых контуров; 9 — насос нерадиоактивного натрия; 10 — насос радиоактивного натрия
  
  Технологическая схема ГЭС
  
  На ГЭС для получения электроэнергии используется энергия водных потоков (рек, водопадов и т. д.).
  
  На территории России построены такие мощные гидроэлектростанций, 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.
  
  На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной (рис. 3). 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. 3. 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, 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 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.
  
  1.4 Энергосистемы и графики электрических нагрузок
  
  С целью повышения надежности электроснабжения потребителей и получения определенного народнохозяйственного эффекта электростанции объединяются на параллельную работу в энергосистемы.
  
  Энергосистемой называется совокупность электростанций, подстанций, электрических и тепловых сетей, связанных общностью режима в процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом, осуществляемом диспетчером энергосистемы.
  
  Объединение изолированных электростанций на параллельную работу и создание энергосистем дает ряд технических и экономических преимуществ:
  
  1) позволяет увеличить темпы развития энергетики и осуществить это развитие наиболее экономично за счет преобладающего ввода мощности на крупных ТЭС и АЭС;
  
  2) улучшает условия электроснабжения потребителей, резко повышая надежность электроснабжения, в связи с чем улучшаются в экономические показатели самих электростанций;
  
  3) позволяет распределять нагрузки между КЭС, ТЭЦ, АЭС в ГЭС так, что достигается наиболее экономичная выработка электроэнергии в целом по энергосистеме при наилучшем использовании энергетических ресурсов;
  
  4) улучшает качество электроэнергии, так как имеются лучшие условия для регулирования частоты и напряжения;
  
  5) позволяет снизить суммарный резерв мощности по энергосистеме;
  
  6) позволяет рационально территориально разместить электростанции и на этой основе освоить новые районы страны.
  
  При объединении нескольких энергосистем в одну объединенную энергосистему указанные преимущества проявляются в еще большей степени.
  
  В РБ, как и во многих странах, для производства и распределения электроэнергии принят трехфазный переменный ток частотой 50 Гц. Применение его объясняется большей экономичностью сетей и установок трехфазного тока по сравнению с установками однофазного переменного тока и постоянного тока, а также возможностью применения наиболее надежных, простых и экономичных асинхронных электродвигателей по сравнению с электродвигателями других типов.
  
  Номинальным напряжением электрических сетей, приемников электрической энергии, генераторов и трансформаторов называется то напряжение, при котором они предназначены, длительно работать. Установлена следующая шкала номинальных напряжений трехфазного переменного тока электрических сетей и приемников электроэнергии: 220, 380, 660 В; 3, 6, 110, 20, 35, 110, 220, 330, 500, 750 и 1150 кВ.
  
  Номинальные напряжения генераторов приняты с учетом потерь напряжения при передаче электроэнергии на 5% выше номинальных напряжений соответствующих сетей.
  
  Для питания электроосвещения и бытовых приборов применяют четырехпроводные сети 380/220 и реже 220/127 В (три фазных и один нулевой провод). Для питания электродвигателей небольшой мощности применяется напряжение 380 В. Двигатели мощностью 200 кВт и выше питаются напряжением 6—10 кВ.
  
  Потребители (приемники) электроэнергии различают по назначению, режиму работы, ответственности и другим признакам.
  
  Различают следующие основные виды потребителей электроэнергии: промышленные предприятия, строительство, железнодорожный электрифицированный транспорт, коммунально-бытовые потребители городов и рабочих поселков, сельское хозяйство.
  
  Приемниками электроэнергии являются асинхронные и синхронные электродвигатели, электропечи и электротермические установки (мощностью до 45 MB∙А), электролизные и сварочные установки, осветительные и бытовые приборы, установки для кондиционирования воздуха, холодильные установки, радио- и телеустановки и др.
  
  Качество электроэнергии, как известно, характеризуется соответствием напряжения на выводах электроприемника и частоты в энергосистеме нормированным значениям.
  
  §44. Электроэнергетика
  
  Электроэнергетика – это фундамент всей экономики страны и основа существования современного общества.
  
  2. Расскажите, какие типы электростанций существуют в нашей стране. Какова их специфика?
  
  Гидравлические электростанции (ГЭС). Используют в качестве источника движения энергию движения водных масс. Отличаются длительными сроками строительства и его высокой стоимостью, но их эксплуатация очень проста и требует минимальных затрат труда.
  
  Теплоэлектростанции (ТЭЦ). Работают на традиционных видах топлива (угле, газе, мазуте, торфе). Бывают двух видов. На конденсационных электростанциях прошедший через турбину отработанный пар охлаждается, конденсируется и вновь поступает в котёл. На теплоэлектроцентралях отработанный пар нагревает воду, которая используется для отопления. Максимальное расстояние передачи горячей воды – 20 км. ТЭЦ строятся гораздо быстрее, и стоимость их строительства гораздо ниже, чем строительства ГЭС, но для эксплуатации требуется больше труда и постоянная добыча и транспортировка невозобновимого ископаемого топлива. Велико воздействие данных электростанций на окружающую среду. Наибольший ущерб наносят станции на угле, наименьший – на газу.
  
  Атомные электростанции (АЭС) в России используются в основном для выработки электроэнергии, хотя есть уже станции теплоснабжения. АЭС очень сложные объекты. Их стоит рассматривать в рамках всего ядерного топливного цикла: добычи урановых руд, их обогащения, изготовление тепловыделяющих элементов, производство электроэнергии на АЭС, переработки и захоронения ядерных отходов. Заключительной стадией цикла должна быть утилизация ядерных установок АЭС через 20-25 лет их работы.
  
  АЭС не требуют массовых перевозок топлива, поэтому их можно строить в самых отдалённых районах. Основные направления развития АЭС – освоение безопасных, экономичных новых реакторов.
  
  Геотермальные станции используют подземное тепло. Существует опытная приливная электростанция на 12 МВт. Что касается ветровой или солнечной энергии, то их использование в России крайне ограничено.
  
  3. Какая существует связь между наличием гидроресурсов и размещением ГЭС?
  
  Самые крупные в стране ГЭС построены на реках Восточной Сибири (Ангара, Енисей). На Ангаре, Енисее и других реках России строительство ГЭС ведется, как правило, каскадами, которые представляют собой группу электростанций, расположенных ступенями по течению водного потока, для последовательного использования его энергии.
  
  4. Распределите электростанции в порядке возрастания их доли в производстве электроэнергии: а) АЭС; б) ТЭС; в) ГЭС.
  
  Верный ответ: б) ТЭС, в) ГЭС, а) АЭС.
  
  5. Установите соответствие.
  
  Тип электростанции Название электростанции
  
  Атомная. А. Мутновская.
  
  Гидроэлектростанция. Б. Костромская.
  
  Геотермальная. В. Братская.
  
  Тепловая Г. Курская
  
  Атомная. А. Курская.
  
  Гидроэлектростанция. Б. Братская.
  
  Геотермальная. В. Мутновская.
  
  Тепловая Г. Костромская
  
  6. Составьте структурную схему энергетики.
  
  7. По карте на с. 252-253 Приложения определите, как размещены крупнейшие ГЭС, ТЭС и АЭС. Постарайтесь объяснить такое размещение электростанций.
  
  Тепловые электростанции стоят либо в районах добычи топлива, либо в районах энергопотребления. Основные мощности ГЭС сосредоточены на сибирских реках. Почти все атомные электростанции расположены в европейской части России, т.е. сосредоточены главным образом в районах, не имеющих собственных запасов топлива.
  
  8. Переведите данные диаграмм на рисунке 86 в табличную форму. Проанализируйте их и запишите выводы.
  
  Структура производства электроэнергии некоторых стран мира (%)
  
  Структура производства электроэнергии некоторых стран мира наглядно отражает специфику национальных экономик государств. Те страны, которые располагают углеводородными ресурсами или имеют возможность обменивать их на выгодных условиях ориентированы на теплоэнергетику. Те страны, географический рельеф которых содержит значительные потенциалы рек, также непременно ими пользуются. Имеющийся научный потенциал также применяется странами по назначению для получения атомной энергии. Таким образом, специфика производства электроэнергии той или иной страны отражает основные преимущества и направления развития национальных экономик предвидящих или пытающихся предвидеть исчерпаемость энергетических ресурсов, рентабельность производства энергии, возобновимость ресурсов, мощность энергетических потоков так необходимых для сохранения собственной государственной независимости.
  
  9. За рубежом активно используют экологически чистую электроэнергию: ветровую, солнечную. Как вы думаете, каковы перспективы использования энергии ветра и солнца в нашей стране? Что сдерживает их использование?
  
  В Росси стоит задача повышения эффективности производства электроэнергии и тепла за счет внедрения передовых технологий и современного высокоэкономичного оборудования.
  
  Что касается ветровой или солнечной энергии, то их использование в России сейчас возможно лишь в виде мелких установок не представляющих производственной ценности. Более реальная перспектива – увеличение доли использования природного газа.
  
  Проведите небольшое исследование в вашем доме. Выясните: а) сколько в нем электрических точек; б) сколько электроприборов; в) какие из них работают постоянно; сколько в месяц и за год вы платите за электроэнергию. Что делается в вашей семье по экономии электроэнергии? Что вы можете еще предложить для её экономии?
  
  А) в нашем доме 10 электрических точек;
  
  Б) в нашем доме 18 электрических приборов;
  
  В) Работают постоянно: холодильник, отопительный электрокотел, компьютер, часы, вентиляционная установка;
  
  Г) в месяц мы платим за электроэнергию 2 тысячи рублей, в год – 24 тысячи рублей;
  
  Для экономии электроэнергии используются энергосберегающие лампы и приборы. В качестве предложения стоит рассмотреть возможность перехода на отопление жилого дома природным газом.
  Похожие публикации: