ZZLO

Лекция 1. Общие сведения и классификация

Создано

Zlodei

для

Содержание лекции: общие сведения, классификация электрических станций, технологический процесс производства электроэнергии.

Цель лекции: изучение общих сведений и классификации электрических станций, изучение технологических процессов на электрических станциях.

1. Общие сведения об электрических станциях

Электрическая станция (ЭС) – это энергетическое предприятие, на котором происходит преобразование энергии природных источников в электрическую энергию или одновременно в тепловую и электрическую энергию.

Электроэнергия, вырабатываемая на электрических станциях, выдается потребителям с помощью линий электропередачи и электрических подстанций, которые образуют электрические сети, связывающие генераторы станций и потребителей в единое целое – электрическую систему.

Рисунок 1 — Виды электрических станций

На рисунке представлены основные виды станций в зависимости от используемых природных источников энергии:

  • КЭС – конденсационная электростанция;
  • ТЭЦ – тепловая электроцентраль;
  • АЭС – атомная электростанция;
  • ГЭС – гидроэлектростанция;
  • ГТЭ – газотурбинная электростанция;
  • Нетрадиционные ЭС (СЭС, ВЭС, ГеоТЭС и др.).

2. Классификация электрических станций

Для полной характеристики электростанции классифицируют по ряду основных признаков:

  1. По виду первичных энергоресурсов:
    • органическое топливо (уголь, газ, мазут, сланцы) – ТЭС;
    • ядерное топливо – АЭС.
  2. По процессам преобразования энергии:
    • тепловая → механическая → электрическая (ТЭС, АЭС);
    • тепловая непосредственно в электрическую (МГД-ЭС, СЭС с фотоэлементами).
  3. По количеству и виду энергоносителей:
    • с одним энергоносителем (КЭС, ТЭЦ на паре, АЭС с газовым теплоносителем, ГТЭС);
    • с двумя разными по фазовому состоянию (парогазовые ПГ-КЭС, ПГ-ТЭЦ);
    • с двумя разными энергоносителями одинакового фазового состояния (бинарные).
  4. По видам отпускаемой энергии:
    • только электрическая (ГЭС, ГАЭС, КЭС, атомные КЭС, ГТЭС);
    • электрическая и тепловая (ТЭЦ, атомные ТЭЦ, ГТ-ТЭЦ).
  5. По кругу охватываемых потребителей:
    • районные (ГРЭС – государственные районные электрические станции);
    • местные (для отдельных населенных пунктов);
    • блок-станции (для отдельных потребителей или предприятий).
  6. По режиму работы в энергосистеме:
    • базовые (крупные экономичные КЭС, атомные КЭС, ТЭЦ в теплофикационном режиме);
    • маневренные или полупиковые (маневренные КЭС, ПГ-КЭС, ТЭЦ);
    • пиковые (ГАЭС, ГТЭС; частично ТЭЦ и менее экономичные КЭС).

3. Технологический процесс получения электроэнергии

3.1. Тепловые конденсационные электростанции (КЭС)

Рисунок 2 — Технологическая схема КЭС

На КЭС 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 служат уголь, торф, горючие сланцы, газ и мазут. На долю КЭС приходится до 60% выработки электроэнергии.

Последовательность процесса:

  1. Из бункера (1) уголь поступает в дробильную установку (2), где превращается в пыль.
  2. Угольная пыль с воздухом из воздуходувки (3′) подается в топку (3).
  3. Теплота сжигания преобразует воду в пар в трубах (4). Вода насосом (14) накачивается в барабан котла (5′) через змеевик (5).
  4. Пар при высокой температуре и давлении поступает в первую (7) и вторую (8) ступени турбины.
  5. В турбине энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора генератора (9).
  6. Отработанный пар поступает в конденсатор (13), превращается в воду и насосом (14) подается обратно в котел.
  7. Охлаждение пара в конденсаторе производится водой из водоема (11), накачиваемой насосом (12).

Особенности КЭС:

  • Удаленность от потребителей, что определяет выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях (110–750 кВ).
  • Блочный принцип построения (энергоблоки 200–800 МВт, крупнейшие – до 4 млн кВт).
  • Наибольшие энергетические потери происходят в конденсаторе (тепло уносится с циркуляционной водой). КПД современных КЭС составляет не более 40–42%.

3.2. Теплофикационные электрические станции (ТЭЦ)

(См. Рисунок 1.4: Схема тепловой электрической централи)

ТЭЦ предназначены для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом. Они отличаются от КЭС использованием тепла «отработавшего» в турбинах пара для нужд производства, отопления и горячего водоснабжения. На ТЭЦ производится около 25% всей электроэнергии.

Особенности ТЭЦ:

  • Использование частично отработавшего пара из промежуточных ступеней турбины уменьшает потери тепла с циркуляционной водой. КПД достигает 60–70% и более.
  • Располагаются в непосредственной близости к потребителям (из-за значительных потерь тепла при передаче на большие расстояния).
  • Часть мощности выдается в местную сеть на генераторном напряжении через генераторное распределительное устройство (ГРУ).

3.3. Газотурбинные электростанции (ГТЭС)

(См. Рисунок 1.5: Схема ГТУ)

Основу составляют газовые турбины мощностью 25–200 МВт. Топливо (газ, дизель) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают энергию газовой турбине, вращающей компрессор и генератор.
Особенности: высокий темп пуска (1–2 мин), высокая маневренность, пригодность для покрытия пиковых нагрузок. Общий КПД составляет 25–30% (основная часть теплоты выбрасывается в атмосферу).

3.4. Атомные электростанции (АЭС)

(См. Рисунок 1.6: Схема работы АЭС)

АЭС – это тепловые электростанции, использующие тепловую энергию ядерных реакций (расщепление урана U-235). Основные элементы: реактор, замедлитель нейтронов, теплоноситель.
В реакторах типа ВВЭР (водно-водяной энергетический) в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная вода под давлением. Энергия активной зоны передается теплоносителю первого контура, который в парогенераторе нагревает воду второго контура. Пар вращает турбину и генератор, затем конденсируется.

3.5. Гидроэлектрические станции (ГЭС)

(См. Рисунок 1.7: Схема приплотинной ГЭС; Рисунок 1.8: Схема деривационной ГЭС)

Используется энергия падающей воды. Мощность определяется количеством воды (QQ) и величиной напора (HH).

  • Русловые/приплотинные ГЭС: строятся при небольших напорах или напорах более 30–35 м (вода поступает к турбинам через напорные трубопроводы в теле плотины).
  • Деривационные ГЭС: напор создается за счет использования естественных уклонов горных рек с помощью деривационного канала или туннеля.

Достоинства ГЭС: отсутствие затрат на топливо, простота автоматизации, себестоимость электроэнергии в 3–5 раз ниже, чем на ТЭС.
Недостатки: большие капитальные затраты, длительные сроки сооружения, затопление земель.

Гидроаккумулирующие станции (ГАЭС): в часы минимума нагрузки перекачивают воду из нижнего бассейна в верхний (потребляя энергию), а в период максимальных нагрузок вырабатывают электроэнергию, покрывая дефицит мощности в энергосистеме.

4. Контрольные вопросы к лекции № 1

  1. Что такое электрическая станция и какова её основная функция?
  2. Назовите виды электрических станций по используемым природным источникам энергии.
  3. По каким основным признакам классифицируются электростанции?
  4. Чем отличается КЭС от ТЭЦ по назначению и выработке энергии?
  5. Какие электростанции относятся к базовым, маневренным и пиковым?
  6. Какой технологический процесс используется на тепловых конденсационных электростанциях?
  7. Каковы основные особенности КЭС и каков их КПД?
  8. Какие экологические проблемы связаны с работой ТЭС?
  9. Чем отличается принцип работы газотурбинной электростанции?
  10. Какие преимущества и недостатки имеют гидроэлектростанции?

Ещё лекции