ZZLO

Рубрика: Электрические станции и подстанции

  • Лекция 1. Общие сведения и классификация

    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?