ТЭС – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (рис.Д.1).

Различают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), газотурбинные (ГТЭС) и парогазовые (ПГЭС). Подробнее остановимся на ТПЭС.

Рис.Д.1 Схема ТЭС

На ТПЭС тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь, мазут, природный газ, лигнит (бурый уголь), торф, сланцы. Их КПД достигает 40%, мощность – 3 ГВт. ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называют конденсационными электростанциями (официальное название в РФ – Государственная районная электрическая станция, или ГРЭС). На ГРЭС вырабатывается около 2/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

ТПЭС оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около 1/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

Известны четыре типа угля. В порядке роста содержания углерода, а тем самым и теплотворной способности эти типы располагаются следующим образом: торф, бурый уголь, битуминозный (жирный) уголь или каменный уголь и антрацит. В работе ТЭС используют в основном первые два вида.

Уголь не является химически чистым углеродом, также в нем содержится неорганический материал (в буром угле углерода до 40%), который остается после сгорания угля в виде золы. В угле может содержаться сера, иногда в составе сульфида железа, а иногда в составе органических компонентов угля. В угле обычно присутствуют мышьяк, селен, а также радиоактивные элементы. Фактически уголь оказывается самым грязным из всех видов ископаемого топлива.

При сжигании угля образуются диоксид углерода, оксид углерода, а также в больших количествах оксиды серы, взвешенные частицы и оксиды азота. Оксиды серы повреждают деревья, различные материалы и оказывают вредное влияние на людей.

Частицы, выбрасываемые в атмосферу при сжигании угля на электростанциях, называются «летучей золой». Выбросы золы строго контролируются. Реально попадает в атмосферу около 10% взвешенных частиц.

Работающая на угле электростанция мощностью 1000 МВт сжигает 4-5 млн. т угля в год.

Поскольку в Алтайском крае отсутствует добыча угля, то будем считать, что его привозят из других регионов, и для этого прокладывают дороги, тем самым, изменяя природный ландшафт.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Назначение теплоэлектростанции заключается в превращении химической энергии топлива в электрическую энергию. Так как совершить такое преобразование непосредственно оказывается практически невозможным, то приходится сначала превращать химическую энергию топлива в тепло, что производится путем сжигания топлива, затем преобразовывать тепло в механическую энергию и, наконец, эту последнюю превращать в электрическую энергию.

На рисунке ниже представлена простейшая схема тепловой части электрической станции, именуемой часто паросиловой установкой. Сжигание топлива производится в топке . При этом . Полученное тепло передается воде, находящейся в паровом котле. Вследствие этого вода нагревается и затем испаряется, образуя так называемый насыщенный пар, т. е. пар, имеющий ту же температуру, что и кипящая вода. Далее тепло подводится к насыщенному пару, в результате чего образуется перегретый пар, т. е. пар, имеющий более высокую температуру, чем испаряющаяся при том же давлении вода. Перегретый пар получается из насыщенного в пароперегревателе, в большинстве случаев представляющем собой змеевик из стальных труб. Пар движется внутри труб, с внешней же стороны змеевик омывается горячими газами.

Если бы давление в котле было равно атмосферному, то воду необходимо было бы нагреть до температуры 100° С; при дальнейшем сообщении тепла она начала бы быстро испаряться. Получающийся при этом насыщенный пар имел бы также температуру 100° С. При атмосферном давлении пар будет перегретым в том случае, когда температура его выше 100° С. Если давление в котле выше атмосферного, то насыщенный пар имеет температуру выше 100° С. Температура насыщенного пара тем выше, чем больше давление. В настоящее время в энергетике вообще не применяются паровые котлы с давлением, близким к атмосферному. Гораздо более выгодным оказывается применение паровых котлов, рассчитанных на значительно большее давление, порядка 100 атмосфер и более. Температура насыщенного пара при этом составляет 310° С и более.

Из пароперегревателя перегретый водяной пар по стальному трубопроводу подается к тепловому двигателю, чаще всего - . В существующих паросиловых установках электрических станций другие двигатели почти никогда не применяются. Перегретый водяной пар, поступающий в тепловой двигатель, содержит большой запас тепловой энергии, выделившейся в результате сжигания топлива. Задачей теплового двигателя является преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию.

Давление и температура пара на входе в паровую турбину, именуемые обычно , значительно выше, чем давление и температура пара на выходе из турбины. Давление и температура пара на выходе из паровой турбины, равные давлению и температуре в конденсаторе, называются обычно . В настоящее время, как уже было сказано, в энергетике применяется пар весьма высоких начальных параметров, с давлением до 300 атмосфер и с температурой до 600° С. Конечные параметры, напротив, выбираются низкими: давление около 0,04 атмосферы, т. е. в 25 раз меньше атмосферного, а температура около 30° С, т. е. близкой к температуре окружащей среды. При расширении пара в турбине вследствие уменьшения давления и температуры пара количество заключенной в нем тепловой энергии на много уменьшается. Так как процесс расширения пара происходит весьма быстро, то за это весьма короткое время сколько-нибудь значительный переход тепла от пара к окружающей среде осуществиться не успевает. Куда же идет избыток тепловой энергии? Известно ведь, что согласно основному закону природы - закону сохранения и превращения энергии - невозможно уничтожить или получить «из ничего» любое, даже самое малое, количество энергии. Энергия может только переходить из одного вида в другой. Очевидно, именно с такого рода преобразованием энергии мы имеем дело и в данном случае. Избыток тепловой энергии, заключенный ранее в паре, перешел в механическую энергию и может быть использован по нашему усмотрению.

О том, как работает паровая турбина, рассказывается в статье о .

Здесь мы скажем только, что струя пара, поступающая на лопатки турбины, имеет весьма большую скорость, часто превышающую скорость звука. Струя пара приводит во вращение диск паровой турбины и вал, на который диск насажен. Вал турбины может быть связан, например, с электрической машиной - генератором. В задачу генератора входит преобразование механической энергии вращения вала в энергию электрическую. Таким образом, химическая энергия топлива в паросиловой установке превращается в механическую и далее в электрическую энергию, которую можно хранить в ИБП переменного тока.

Пар, совершивший работу в двигателе, поступает в конденсатор. По трубкам конденсатора непрерывно прокачивается охлаждающая вода, забираемая обычно из какого-либо естественного водоема: реки, озера, моря. Охлаждающая вода забирает тепло от пара, поступившего в конденсатор, вследствие чего пар конденсируется, т. е. превращается в воду. Образовавшаяся в результате конденсации вода с помощью насоса подается в паровой котел, в котором снова испаряется, и весь процесс повторяется заново.

Таково в принципе действие паросиловой установки теплоэлектрической станции. Как видно, пар служит посредником, так называемым рабочим телом, с помощью которого химическая энергия топлива, преобразованная в тепловую энергию, превращается в механическую энергию.

Не следует думать, конечно, что устройство современного, мощного, парового котла или теплового двигателя столь просто, как это показано на рисунке выше. Напротив, котел и турбина, являющиеся важнейшими элементами паросиловой установки, имеют весьма сложное устройство.

К объяснению работы и мы сейчас и приступаем.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Какие бывают электростанции.

На пороге XXI века человек все чаще стал задумываться о том, что станет основой его существования в новой эре.

Энергия была и остается главной составляющей жизни человека. Люди прошли путь от первого костра до атомных электростанций.

Основными источниками электроэнергии являются тепловые (~ 70-80%) и атомные (10-20%).

Существуют виды альтернативной энергии: энергия Солнца и ветра, морских волн и горячих источников, приливов и отливов.

На основе этих природных ресурсов были созданы электростанции: ветряные, приливные, геотермальные, солнечные.

Тепловые электростанции.

Тепловые электростанции работают по такому принципу: топливо сжигается в топке парового котла. Выделяющееся при горении тепло испаряет воду, циркулирующую внутри расположенных в котле труб, и перегревает образовавшийся пар. Пар, расширяясь, вращает турбину, а та, в свою очередь, -- вал электрического генератора. Затем отработавший пар конденсируется; вода из конденсатора через систему подогревателей возвращается в котел.

Тепловые электростанции работают на органическом топливе, и их строят обычно вблизи мест добычи топлива.

Тепловые электростанции используют в качестве топлива сравнительно дешевые уголь и мазут. Но эти виды топлива -- невосполнимые природные ресурсы. Основные энергетические ресурсы в мире сегодня -- уголь (40%), нефть (27%), газ (21%). Этих запасов, по некоторым оценкам, хватит, соответственно, на 270, 50 и 70 лет, и то при условии, что человечество будет расходовать их с той же скоростью, с какой расходует сегодня.

ТЭС работают на органическом топливе и поэтому их строят вблизи мест его добычи. В качестве топлива используется дешевый уголь и мазут. Но это, к сожалению, невосполнимые природные ресурсы, которых хватит лишь на несколько десятков лет. К тому же, в процессе сгорания топлива образуются вредные вещества, неблагоприятно влияющие на окружающую среду.

Схема работы тепловой электростанции

Такие электростанции действуют по такому же принципу, что и «ТЭС, но используют для парообразования энергию, получающуюся при радиоактивной распаде.

В качестве топлива используется обогащенная руда урана. Ядерный реактор работает на основе цепной ядерной реакции, когда деление одного ядра вызывает деление других ядер; таким образом, реакция сама себя поддерживает.

Практическое осуществление цепных реакций -- не такая простая задача, как это выглядит на схеме. Нейтроны, освобождающиеся при делении ядер урана, способны вызвать деление лишь ядер изотопа урана с массовым числом 235, для разрушения же ядер изотопа урана с массовым числом 238 их энергия оказывается недостаточной. В природном уране на долю урана-238 приходится 99,3%, а на долю урана-235 всего лишь 0,7%.

Минимальная масса урана, в котором может возникнуть цепная реакция, называется критической массой. Критическая масса для урана-235 -- несколько десятков килограммов. "Первыми ядерными реакторами были реакторы на медленных нейтронах.

Медленные нейтроны хорошо взаимодействуют с ядрами урана-235 и поглощаются ими в 500 раз эффективнее, чем быстрые. Поэтому при облучении природного урана медленными нейтронами большая часть их поглощается не в ядрах урана-238, а в ядрах урана-235 и вызывает их деление. Значит, для развития цепной реакции в природном уране скорости нейтронов должны быть уменьшены до тепловых. Замедление нейтронов происходит в результате столкновения с атомными ядрами среды, в которой они движутся. Для замедления в реакторе используется специальное вещество, называемое замедлителем. Обычно это вода или графит.

Управление реактором производится с помощью специальных управляющих стержней, вводимых в активную зону реактора. Управляющие стержни изготавливаются из соединений бора или кадмия, поглощающих тепловые нейтроны с очень большой эффективностью. Поглощая значительную часть нейтронов, они делают невозможным развитие цепной реакции. Для запуска реактора стержни выводятся из активной зоны до тех пор, пока выделение энергии не достигнет заданного уровня. При увеличении мощности свыше установленного уровня включаются автоматы, погружающие управляющие стержни в глубь активной зоны.

В настоящее время ученые работают над созданием Термоядерных электростанций, преимуществом которых является обеспечение человечества электроэнергией на неограниченное время. Термоядерная электростанция работает на основе термоядерного синтеза -- реакции синтеза тяжелых изотопов водорода с образованием гелия и выделением энергии. Реакция термоядерного синтеза не дает газообразных и жидких радиоактивных отходов, не нарабатывает плутоний, который используется для производства ядерного оружия. Если еще учесть, что горючим для термоядерных станций будет тяжелый изотоп водорода дейтерий, который получают из простой воды -- в полулитре воды заключена энергия синтеза, эквивалентная той, что получится при сжигании бочки бензина, -- то преимущества электростанций, основанных на термоядерной реакции, становятся очевидными.

Интернациональный термоядерный реактор ИТЭР.

Хочется верить, что эра экологически опасных ГЭС и АЭС скоро закончится, и наступит время новых электростанций -- термоядерных. Но, несмотря на то, что проект ИТЭР (Интернациональный термоядерный реактор) уже почти готов; несмотря на то, что уже на первых действующих экспериментальных термоядерных реакторах получена мощность, превышающая 10 МВт -- уровень первых атомных электростанций, первая термоядерная электростанция заработает не ранее, чем лет через двадцать, потому что ее стоимость очень велика. Например, для постройки ИТЭРа требуется, по самым скромным подсчетам, от 8 до 10 млрд. долларов и 10 лет работы. Эти цифры вызывают глубокое смущение у участников проекта, США даже вышли из него.

Ветряные электростанции.

Принцип действия ветряных электростанций прост: ветер крутит лопасти ветряка, приводя в движение вал электрогенератора. Генератор в свою очередь вырабатывает энергию электрическую. Получается, что ветроэлектростанции работают, как игрушечные машины на батарейках, только принцип их действия противоположен. Вместо преобразования электрической энергии в механическую, энергия ветра превращается в электрический ток.

Для получения энергии ветра применяют разные конструкции: многолопастные «ромашки»; винты вроде самолетных пропеллеров с тремя, двумя и даже одной лопастью (тогда у нее есть груз противовес); вертикальные роторы, напоминающие разрезанную вдоль и насажанную на ось бочку; некоторое подобие «вставшего дыбом» вертолетного винта: наружные концы его лопастей загнуты вверх и соединены между собой. Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления. Остальным приходится разворачиваться по ветру.

Производство ветряков очень дешево, но их мощность мала, и их работа зависит от погоды. К тому же они очень шумны, поэтому крупные установки даже приходится на ночь отключать. Помимо этого, ветряные электростанции создают помехи для воздушного сообщения, и даже для радиоволн. Применение ветряков вызывает локальное ослабление силы воздушных потоков, мешающее проветриванию промышленных районов и даже влияющее на климат. Наконец, для их использования необходимы огромные площади много больше, чем для других типов электрогенераторов.

Приливные электростанции.

Для выработки электроэнергии электростанции такого типа используют энергию прилива. Первая такая электростанция (Паужетская) мощностью 5 МВт была построена на Камчатке. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн -- перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины, которые вращают генератор. Во время прилива вода поступает в бассейн. Когда уровни воды в бассейне и море сравняются, затворы водопропускных отверстий закрываются. С наступлением отлива уровень воды в море понижается, и, когда напор становится достаточным, турбины и соединенные с ним электрогенераторы начинают работать, а вода из бассейна постепенно уходит.

Считается экономически целесообразным строительство приливных электростанций в районах с приливными колебаниями уровня моря не менее 4 м. Проектная мощность приливной электростанции зависит от характера прилива в районе строительства станции, от объема и площади приливного бассейна, от числа турбин, установленных в теле плотины.

В приливных электростанциях двустороннего действия турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно. Приливные электростанции двустороннего действия способна вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 ч с перерывами в 1-2 ч четыре раза в сутки. Для увеличения времени работы турбин существуют более сложные схемы -- с двумя, тремя и большим количеством бассейнов, однако стоимость таких проектов весьма высока. Недостаток приливных электростанции в том, что они строятся только на берегу морей и океанов, к тому же они развивают не очень большую мощность, да и приливы бывают всего лишь два раза в сутки. И даже они экологически не безопасны.

Они нарушают нормальный обмен соленой и пресной воды и тем самым -- условия жизни морской флоры и фауны. Влияют они и на климат, поскольку меняют энергетический потенциал морских вод, их скорость и территорию перемещения. Морские теплостанции, построенные на перепаде температур морской воды,способствуют выделению большого количества углекислоты, нагреву и снижению давления глубинных вод и остыванию поверхностных. А процессы эти не могут не сказаться на климате, флоре и фауне региона.

Электростанции такого типа преобразуют внутреннее тепло Земли (энергию горячих пароводяных источников) в электричество.

Первая геотермальная электростанция была построена на Камчатке. Существует несколько схем получения электроэнергии на геотермальной электростанции.

Прямая схема: природный пар направляется по трубам в турбины, соединенные с электрогенераторами.

Непрямая схема: пар предварительно (до того как попадает в турбины) очищают от газов, вызывающих разрушение труб. Смешанная схема: неочищенный пар поступает в турбины, а затем из воды, образовавшийся в результате конденсации, удаляют не растворившиеся в ней газы.

К недостаткам геотермальных электроустановок относится возможность локального оседания грунтов и пробуждения сейсмической активности. А выходящие из-под земли газы создают в окрестностях немалый шум и могут, к тому же, содержать отравляющие вещества. Кроме того, геотермальную электростанцию построить можно не везде, потому что для ее постройки необходимы определенные геологические условия.

Солнечные электростанции.

В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: солнечные электростанции башенного типа и солнечные электростанции распределенного (модульного) типа.

В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550єС, воздух и другие газы -- до 1000єС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) -- до 100єС, жидкометаллические теплоносители -- до 800єС.

Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечной электростанции мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт -- всего 50 га. Башенные солнечные электростанции мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт, а высота башни 250 м.

В солнечных электростанциях распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболоцилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная солнечная электростанция этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт.

При небольшой мощности солнечные электростанции модульного типа более экономичны чем башенные. В солнечных электростанциях модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей -- устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкций позволяет создавать установки практически любой мощности и делает их весьма перспективными. Недостатком ФЭП является высокая стоимость и низкий КПД (в настоящее время практически 10-12 %).

Солнечные батареи пока используются в основном в космосе, а на Земле только для энергоснабжения автономных потребителей мощностью до 1 кВт, питания радионавигационной и маломощной радиоэлектронной аппаратуры, привода экспериментальных электромобилей и самолетов. В 1988 г. в Австралии состоялись первые всемирные ралли солнечных автомобилей. По мере совершенствования солнечных батарей они будут находить применение в жилых домах для автономного энергоснабжения, т.е. отопления и горячего водоснабжения, а также для выработки электроэнергии для освещения и питания бытовых электроприборов.

Гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции преобразуют энергию потока воды в электроэнергию посредством гидравлических турбин, приводящих во вращение электрические генераторы. Наибольший КПД гидроэлектростанция имеет тогда, когда поток воды падает на турбину сверху. Для этих целей строится плотина, поднимающая уровень воды в реке и сосредотачивающая напор воды в месте расположения турбин.

Схема работы гидроэлектростанции:

Происходит преобразование энергии движущейся воды в электричество путем ее подачи непосредственно на турбину.

При постройке плотины образуется водохранилище. Вода, залившая огромные площади, необратимо изменяет окружающую среду. Подъем уровня реки плотиной может вызвать заболоченность, засоленность, изменения прибрежной растительности и микроклимата. Кроме того, плотина перегораживает путь рыбе, идущей на нерест. Затапливаются поля, леса, выселяются с насиженных мест люди.

Возобновляемые виды энергии.

Выдвигается множество различных идей и предложений по использованию всевозможных возобновляемых видов энергии. Даже навоз может служить источником энергии! Как топливо используют не только навоз, но и продукты его переработки. Перерабатывают навоз чаще совместно с отходами коммунального хозяйства. Дело в том, что оба вида биомассы содержат микроорганизмы, которые в определенных условиях (в частности, при температуре 50-60єС, без доступа воздуха) разлагают органические вещества до биогаза. Этот процесс обязательно происходит с участием особых веществ -- ферментов -- и поэтому называется ферментацией.

Схема переработки отходов животных.

Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы -- для удобрения. электрический термоядерный реактор

Электростанции с двигателем внутреннего сгорания.

Считается, что изобретателем двигателя внутреннего сгорания (ДВС) является выдающийся голландский математик Х. Гюйгенс. Однако предложенный им двигатель построен не был. В 1866 г. германские ученые Ланген и Н. Отто создали более эффективный газовый двигатель. А в 1891 г. германский инженер Р. Дизель построил двигателя внутреннего сгорания с воспламенением смеси от сжатия. Идея и принцип работы двигателя Рудольфа Дизеля излагалась следующим образом:

Рабочий процесс в двигателе внутреннего сгорания, отличающийся тем, что поршень в цилиндре настолько сильно сжимает воздух или смесь какого-нибудь другого индифферентного газа (пара) с воздухом, что возникающая при этом температура сжатия значительно превышает температуру воспламенения топлива; при этом сгорание постепенно вводимого после мертвой точки топлива совершается так, что в цилиндре двигателя не происходит существенного повышения давления и температуры.

При осуществлении рабочего процесса, описанного выше, к рабочему цилиндру присоединяется многоступенчатый компрессор с ресивером. Равным образом возможно соединение нескольких рабочих цилиндров между собой или же с цилиндрами для предварительного сжатия и последующего расширения.

Через год после получения патента теоретическая часть работы Дизеля была изложена им в брошюре «Теория и конструкция рационального теплового двигателя, призванного заменить паровую машину и другие существующие в настоящее время двигатели». В таком двигателе, считал Дизель, повышение температуры расширяющейся газовой смеси должно производиться не только в результате сгорания топлива, но и до начала этого процесса -- путем предварительного сжатия чистого воздуха в цилиндре. Работать «рациональный двигатель», как и газовые двигатели Отто, должен был 1 по четырехтактному циклу.

Однако последние всасывали не чистый воздух, а рабочую смесь, состоящую из воздуха и газообразного горючего, что не позволяло из-за возможности преждевременного воспламенения смеси достигать высоких степеней сжатия. Чистый воздух, всасываемый по циклу Дизеля, можно было доводить до каких угодно технически осуществимых степеней сжатия. Если в двигателях Отто смесь зажигалась электрической искрой, то в двигателе Дизеля раскаленный воздух сам воспламенял поступающее горючее. Наконец, Дизель планировал осуществить постепенное сжигание топлива по мере его поступления без существенного повышения температуры в цилиндре на этапе рабочего хода, в то время как в двигателе Отто смесь сгорала быстро, почти взрывообразно. Таким образом, Дизель надеялся вплотную приблизиться к реализации термодинамического цикла Карно.

Столетняя история развития ДВС в совокупности с последними достижениями в области электроники и вычислительной техники способствовала созданию современных электростанций с двигателями внутреннего сгорания.

В настоящее время компактные передвижные электростанции становятся предметом повседневного использования. Домашние электростанции, работающие на бензине и дизельном топливе, позволяют подавать электроэнергию в дом автономно, без централизованной электросети, поэтому их всё чаще используют в коттеджах и на дачах. Автономные электрогенераторы не занимают много места, при этом в некоторых моделях предусмотрена система автоматического запуска с переключением потребителя на электростанцию (автозапуск). В этом случае приблизительно через 20-50 секунд после обесточивания электросети все включенные бытовые электроприборы могут быть вновь «оживлены» домашней электростанцией, а при восстановлении централизованного электропитания она автоматически отключится с перерывом подачи напряжения в сеть всего на 2-5 сек.

Составные части дизельного/бензинового электроагрегата.

Домашняя электростанция состоит из двигателя внутреннего сгорания (карбюраторного или дизельного), приводящего в действие генератор, который вырабатывает электроэнергию напряжение 220 или 380 В частотой 50 Гц. Чаще используются генераторы синхронного типа, хотя они могут быть и асинхронными. В отдельных моделях электрогенераторов предусмотрено трёхфазное напряжение 380 или 400 В, а также постоянное напряжение 12 В для подзарядки аккумуляторной батареи автомобиля. Электростанции с карбюраторным двигателем работают на бензине (обычно, марки АИ-92), а с дизельным двигателем -- на дизельном топливе. Самый простой из используемых двигателей -- одноцилиндровый двухтактный с воздушным охлаждением, а самый сложный -- дизельный двенадцатицилиндровый четырёхтактный с водяным охлаждением.

Электростанции различаются значениями рабочих параметров: мощности, ресурса, экономичности и рядом других.

Мощность их может быть от 0,35 кВт до 500 кВт и более, но при домашнем применении она обычно не превышает 5-20 кВт. Нужно заметить, что бензиновые электрогенераторы имеют мощность от 0,35 до 11 кВт, в то время как дизельные электростанции -- от 2,5 кВт и выше.

Другой немаловажный параметр -- ресурс гарантируемой безотказной работы до первого капитального ремонта электростанции, измеряемый в моточасах. По нему электростанции можно условно разделить на три группы -- сезонные (с ресурсом от 500 до 1000 моточасов), робусты -- только для питания бытовых электроприборов и электроинструмента (с ресурсом от 1500 до 2500 моточасов) и долговременного пользования (с ресурсом 3000 моточасов и более). Стоимость электростанции, как бензиновой, так и дизельной, растет пропорционально её ресурсу.

Третий рабочий параметр -- расход топлива, выражаемый в литрах расходуемого топлива за один час непрерывной работы двигателя или сокращённо -- л/час. Имея эти данные, можно подсчитать экономичность электростанции, которую оценивают стоимостью одного часа её работы в рублях.

В данной статье рассмотрен далеко не полный перечень способов выработки электроэнергии и, соответственно, не все типы электростанций. При появлении новой информации данная статья будет обновляться.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Ветер как источник энергии. Принципы преобразования энергии ветра и работы ветродвигателя. Принцип действия ветряных электростанций. Принцип работы ветроколеса. Положительные и отрицательные стороны развития ветроэнергетики сегодня в России и за рубежом.

курсовая работа , добавлен 08.12.2014


Производство электрической энергии. Основные виды электростанций. Влияние тепловых и атомных электростанций на окружающую среду. Устройство современных гидроэлектростанций. Достоинство приливных станций. Процентное соотношение видов электростанций.

презентация , добавлен 23.03.2015


Существующие источники энергии. Типы электростанций. Проблемы развития и существования энергетики. Обзор альтернативных источников энергии. Устройство и принцип работы приливных электростанций. Расчет энергии. Определение коэффициента полезного действия.

курсовая работа , добавлен 23.04.2016


Приливная энергия, ее использование. Принцип действия приливных электростанций. Основные преимущества использования приливных электростанций. Экологическая характеристика и социальное значение приливных электростанций. ПЭС в энергосистеме Европы.

реферат , добавлен 30.11.2010


Ветроэлектростанции, их характеристики. Разновидности геотермальных электростанций, их применения в децентрализованных системах электроснабжения. Основные способы преобразования энергии биотопливa в электроэнергию. Классификация солнечных электростанций.

реферат , добавлен 10.06.2014


История создания промышленных атомных электростанций. Принцип работы АЭС с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором. Характеристика крупнейших электростанций мира. Влияние АЭС на окружающую среду. Перспективы использование ядерной энергии.

реферат , добавлен 27.03.2015


Принцип работы тепловых паротурбинных, конденсационных и газотурбинных электростанций. Классификация паровых котлов: параметры и маркировка. Основные характеристики реактивных и многоступенчатых турбин. Экологические проблемы тепловых электростанций.

курсовая работа , добавлен 24.06.2009


Обзор технологий и развитие электроустановок солнечных электростанций. Машина Стирлинга и принцип ее действия. Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей. Использования солнечной энергии в различных отраслях производства промышленности.

реферат , добавлен 10.02.2012


Количество солнечной энергии, попадающей на Землю, ее использование человеком. Способы пассивного применения солнечной энергии. Солнечные коллекторы. Технологический цикл солнечных тепловых электростанций. Промышленные фотоэлектрические установки.

презентация , добавлен 06.12.2015


Назначение, классификация и маркировка дизельных электростанций, их устройство и комплектация. Требования к обслуживающему персоналу. Подготовка электроагрегата к работе, пуск и остановка. Наблюдение за работой ДЭС. Указания по технике безопасности.

Пару недель назад во всех кранах Новодвинска исчезла горячая вода - здесь не нужно искать какие-то происки недругов, просто в Новодвинск пришли гидравлические испытания, процедура, необходимая для подготовки городской энергетики и коммунальных коммуникаций к новому отпительному сезону. Без горячей воды как-то сразу ощутил себя деревенским жителем - кастрюльки с кипятком на плите - помыться-побриться,- мытье посуды в холодной воде и т.д.

Вместе с тем в голове появился вопрос: а как все-таки "делается" горячая вода, и как она попадает в краны в наших квартирах?

Конечно, вся городская энергетика "запитана" на Архангельский ЦБК, точнее на ТЭС-1, куда я и направился, чтобы узнать откуда берется горячая вода и тепло в наших квартирах. Помочь в моем поиске согласился главный энергетик Архангельского ЦБК Андрей Борисович Зубок, ответивший на множество моих вопросов.

Вот, кстати, рабочий стол - главного энергетика Архангельского ЦБК - монитор, куда выводятся самые разнообразные данные, многоканальный телефон, который неоднократно звонил в ходе нашей беседы, стопка документов...

Андрей Борисович рассказал мне, как "в теории" работает ТЭС-1, главная энергетическая установка комбината и города. Сама аббревиатура ТЭС - тепло-электро станция - подразумевает собой, что станция вырабатывает не только электричество, но и тепло (горячая вода, отопление), причем, выработка тепла возможно даже более приоритетна в нашем холодном климате.

Схема работы ТЭС-1:


Любая тепло-электростанция начинается с главного щита управления, куда стекается вся информация о процессах, происходящих в котлах, о работе турбин и т.д.

Здесь на многочисленных индикаторах и циферблатах видна работа турбин, генераторов и котлов. Отсюда управляют производственным процессом станции. А процесс этот весьма сложный = чтобы разобраться во всем, нужно не мало учиться.

Ну а рядом - находится сердце ТЭС-1 - паровые котлы. Их на ТЭС-1 восемь. Это огромные сооружения, высота которых достигает 32 метров. Именно в них и происходит главный процесс преобразования энергии, благодаря которому и появляется и электричество, и горячая вода в наших домах - выработка пара.

Но всё начинается с топлива. В роли топлива на разных электростанциях могут выступать уголь, газ, торф. На ТЭС-1 основное топливо - это уголь, который везут сюда из Воркуты по железной дороге.

Часть его складируется, другая часть идёт по конвейерам на станцию, где сам уголь сначала измельчается до пыли и потом подаётся по специальным "пылепроводам" в топку парового котла. Для розжига котла используют мазут, а потом по мере увеличения давления и температуры переводят его на угольную пыль.

Внешне котел напоминает сплетение труб, вентелей и каких-то механизмов. Рядом с котлом жарко, ведь пар на выходе из котла имеет температуру в 540 градусов.

Есть на ТЭС-1 и другой котел - современный, установленный несколько лет назад котел Metso с решеткой Hybex. Управление этим энергоагрегатом выведено на отдельный пульт.

Агрегат работает по инновационной технологии — сжигание топлива в пузырьковом кипящем слое (Hybex). Для получения пара здесь сжигают кородревесное топливо (270 тыс. тонн в год) и осадок сточных вод (80 тыс. тонн в год), его привозят сюда с очистных сооружений.

Современный котел - это тоже огромное сооружение, высота которого более 30 метров.

Ил и кородревесное топливо попадают в котел по этим транспортерам.

А отсюда, уже после подготовки топливная смесь попадает непосредственно в топку котла.

В здании нового котла на ТЭС-1 есть лифт. Вот только этажей в привычном для обычного горожанина виде здесь нет - есть высота отметки обслуживания - вот и лифт движется от отметки к отметке.

На станции работает больше 700 человек. Работы хватает всем - оборудование требует обслуживания и постоянного контроля за ним со стороны персонала. Условия работы на станции непростые - высокие температуры, влажность, шум, угольная пыль.

А здесь рабочие готовят площадку под строительство нового котла - его возведение начнется уже в будущем году.

Здесь готовится вода для котла. В автоматическом режиме воду умягчают для того, чтобы снизить отрицательное воздействие на котел и лопатки турбины (уже в то время когда вода превратится в пар).

А это турбинный зал - сюда приходит пар из котлов, здесь он крутит мощные турбины (всего их пять).

Вид со стороны:

В этом зале пар работает: проходя через пароперегреватели, пар нагревается до температуры 545 градусов и поступает в турбину, где под его давлением вращается ротор турбогенератора и, соответственно, вырабатывается электроэнергия.

Множество манометров.

А вот она - турбина, где и работает пар и "крутит" генератор. Это турбина №7 и, соответственно, генератор №7.

Восьмой генератор и восьмая турбина. Мощности генераторов разные, но в сумме они способны выдавать около 180 МВт электроэнергии - этого электричества хватает и на нужды самой станции (а это около 16%), и на нужды производств Архангельского ЦБК, и на обеспечение "сторонних потребителей" (в город уходит около 5% выработанной энергии).

Переплетение труб завораживает.

Горячая вода для отопления (сетевая) получается путем нагревания воды паром в теплообменниках (бойлерах). В сеть она закачивается вот такими насосами - их на ТЭС-1 восемь. Вода "для отопления", к слову, специально подготавливается и очищается и на выходе со станции соответствует требованиям, предъявляемым к питьевой воде. Теоретически эту воду можно пить, но все-таки пить ее не рекомендуется из-за наличия большого количества продуктов коррозии в трубах тепловых сетей .

А в этих башнях - участке химического цеха ТЭС-1, - готовится вода, которую добавляют в теплосистему, ведь часть горячей воды расходуется - ее необходимо пополнять.

Дальше нагретая вода (теплоноситель) следует по трубопроводам различного сечения, ведь ТЭС-1 отапливает не только город, но и производственные помещения комбината.

А электричество "выходит" со станции через через распределительные электрические устройства и трансформаторы и передается в энергосистему комбината и города.

Конечно, на станции есть труба - та самая "фабрика облаков". На ТЭС-1 таких труб три. Самая высокая - более 180 метров. Как оказалось труба - это действительно пустотелая конструкция, куда сходятся газоходы от различных котлов. Перед попаданием в трубу дымовые газы проходят систему очистки от золы. На новом котле это происходит в электрофильтре. Эффективная степень очистки дымовых газов составляет 99.7%. На угольных котлах очистка производится водой,- эта система менее эффективна, но все равно большая часть «выбросов» улавливается.

Сегодня на ТЭС-1 полным ходом идут ремонты: и если здание можно отремонтировать в любое время...

То производить капитальный ремонт котлов или турбин можно только летом в период пониженных нагрузок. Кстати, именно для этого и проводят "гидравлические испытания". Программное повышение нагрузки на системы теплоснабжения необходимо, во-первых, для проверки надежности коммунальных коммуникаций, а, во-вторых, энергетики имеют возможность "слить" теплоноситель из системы и заменить, например, участок трубы. Ремонт энергетического оборудования - дорогостоящее мероприятие, требующее особой квалификации и допуска от специалистов.

За пределами комбината горячая вода (она же теплоноситель) течет по трубам - три "выхода" в город обеспечивают бесперебойную работу отопительной системы города. Система замкнута, вода в ней постоянно циркулирует. В самое холодное время года - температура воды на выходе со станции составляет 110 градусов Цельсия, возвращается теплоноситель, остыв на 20-30 градусов. Летом температуру воды снижают - нормативно на выходе со станции она составляет 65 градусов Цельсия.

Кстати, отключают горячую воду и отопление не на ТЭС, а непосредственно в домах - этим занимаются управляющие компании. ТЭС "отключает" воду лишь однажды - после гидравлических испытаний, чтобы произвести ремонт. После ремонтов энергетики постепенно заполняют систему водой - в городе есть специальные механизмы для спуска воздуха из системы - совсем как в батареях в обычном жилом доме.

Конечный пункт горячей воды - тот самый кран в любой из городских квартир, вот только сейчас воды в нем нет - гидравлические испытания.

Вот так непросто "делается" то, без чего трудно представить жизнь современного горожанина - горячая вода.

Тепловые электростанции могут быть с паровыми и газовыми турбинами, с двигателями внутреннего сгорания. Наиболее распространены тепловые станции с паровыми турбинами, которые в свою очередь подразделяются на: конденсационные (КЭС) — весь пар в которых, за исключением небольших отборов для подогрева питательной воды, используется для вращения турбины, выработки электрической энергии;теплофикационные электростанции - теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), являющиеся источником питания потребителей электрической и тепловой энергии и располагающиеся в районе их потребления.

Конденсационные электростанции

Конденсационные электростанции часто называют государственными районными электрическими станциями (ГРЭС). КЭС в основном располагаются вблизи районов добычи топлива или водоемов, используемых для охлаждения и конденсации пара, отработавшего в турбинах.

Характерные особенности конденсационных электрических станции

1. в большинстве своем значительная удаленность от потребителей электрической энергии, что обуславливает необходимость передавать электроэнергию в основном на напряжениях 110-750 кВ;
2. блочный принцип построения станции, обеспечивающий значительные технико-экономические преимущества, заключающиеся в увеличении надежности работы и облегчении эксплуатации, в снижении объема строительных и монтажных работ.
3. Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование станции, составляют систему ее .

КЭС могут работать на твердом (уголь, торф), жидком (мазут, нефть) топливе или газе.

Топливоподача и приготовление твердого топлива заключается в транспортировке его из складов в систему топливоприготовления. В этой системе топливо доводится до пылевидного состояния с целью дальнейшего вдувания его к горелкам топки котла. Для поддержания процесса горения специальным вентилятором в топку нагнетается воздух, подогретый отходящими газами, которые отсасываются из топки дымососом.

Жидкое топливо подается к горелкам непосредственно со склада в подогретом виде специальными насосами.

Подготовка газового топлива состоит в основном в регулировании давления газа перед сжиганием. Газ от месторождения или хранилища транспортируется по газопроводу к газораспределительному пункту (ГРП) станции. На ГРП осуществляется распределение газа и регулирование его параметров.

Процессы в пароводяном контуре

Основной пароводяного контур осуществляет следующие процессы:

1. Горение топлива в топке сопровождается выделением тепла, которое нагревает воду, протекающую в трубах котла.
2. Вода превращается в пар с давлением 13…25 МПа при температуре 540..560 °С.
3. Пар, полученный в котле, подается в турбину, где совершает механическую работу - вращает вал турбины. Вследствие этого вращается и ротор генератора, находящийся на общем с турбиной валу.
4. Отработанный в турбине пар с давлением 0,003…0,005 МПа при температуре 120…140°С поступаетв конденсатор, где превращается в воду, которая откачивается в деаэратор.
5. В деаэраторе происходит удаление растворенных газов, и прежде всего кислорода, опасного ввиду своей коррозийной активности.Система циркуляционного водоснабжения обеспечивает охлаждение пара в конденсаторе водой из внешнего источника (водоема, реки, артезианской скважины). Охлажденная вода, имеющая на выходе из конденсатора температуру, не превышающую 25…36 °С, сбрасывается в систему водоснабжения.

Интересное видео о работе ТЭЦ можно посмотреть ниже:

Для компенсации потерь пара в основную пароводяную систему насосом подается подпиточная вода, предварительно прошедшая химическую очистку.

Следует отметить, что для нормальной работы пароводяных установок, особенно со сверх критическими параметрами пара, важное значение имеет качество воды, подаваемой в котел, поэтому турбинный конденсат пропускается через систему фильтров обессоливания. Система водоподготовки предназначена для очистки подпиточной и конденсатной воды, удаления из нее растворенных газов.

На станциях, использующих твердое топливо, продукты сгорания в виде шлака и золы удаляются из топки котлов специальной системой шлака- и золоудаления, оборудованной специальными насосами.

При сжигании газа и мазута такой системы не требуется.

На КЭС имеют место значительные потери энергии. Особенно велики потери тепла в конденсаторе (до 40..50 % общего количества тепла, выделяемого в топке), а также с отходящими газами (до 10 %). Коэффициент полезного действия современных КЭС с высокими параметрами давления и температуры пара достигает 42 %.

Электрическая часть КЭС представляет совокупность основного электрооборудования (генераторов, ) и электрооборудования собственных нужд, в том числе сборных шин, коммутационной и другой аппаратуры со всеми выполненными между ними соединениями.

Генераторы станции соединяются в блоки с повышающими трансформаторами без каких-либо аппаратов между ними.

В связи с этим на КЭС не сооружается распределительное устройство генераторного напряжения.

Распределительные устройства на 110-750 кВ в зависимости от количества присоединений, напряжения, передаваемой мощности и требуемого уровня надежности выполняются по типовым схемам электрических соединений. Поперечные связи между блоками имеют место только в распределительных устройствах высшего или в энергосистеме, а также по топливу, воде и пару.

В связи с этим каждый энергоблок можно рассматривать как отдельную автономную станцию.

Для обеспечения электроэнергией собственных нужд станции выполняются отпайки от генераторов каждого блока. Для питания мощных электродвигателей (200 кВт и более) используется генераторное напряжение, для питания двигателей меньшей мощности и осветительных установок - система 380/220 В. Электрические схемы собственных нужд станции могут быть различными.

Ещё одно интересное видео о работе ТЭЦ изнутри:

Теплоэлектроцентрали

Теплоэлектроцентрали, являясь источниками комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, имеют значительно больший, чем КЭС, (до 75 %). Это объясняется тем. что часть отработавшего в турбинах пара используется для нужд промышленного производства (технологии), отопления, горячего водоснабжения.

Этот пар или непосредственно поступает для производственных и бытовых нужд или частично используется для предварительного подогрева воды в специальных бойлерах (подогревателях), из которых вода через теплофикационную сеть направляется потребителям тепловой энергии.

Основное отличие технологии производства энергии на в сравнении с КЭС состоит в специфике пароводяного контура. Обеспечивающего промежуточные отборы пара турбины, а также в способе выдачи энергии, в соответствии с которым основная часть ее распределяется на генераторном напряжении через генераторное распределительное устройство (ГРУ).

Связь с другими станциями энергосистемы выполняется на повышенном напряжении через повышающие трансформаторы. При ремонте или аварийном отключении одного генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через эти же трансформаторы.

Для увеличения надежности работы ТЭЦ предусматривается секционирование сборных шин.

Так, при аварии на шинах и последующем ремонте одной из секций вторая секция остается в работе и обеспечивает питание потребителей по оставшимся под напряжениям линиям.

По таким схемам сооружаются промышленные с генераторами до 60 мВт, предназначенные для питания местной нагрузки в радиусе 10 км.

На крупных современных применяются генераторы мощностью до 250 мВт при общей мощности станции 500-2500 мВт.

Такие сооружаются вне черты города и электроэнергия передается на напряжении 35-220 кВ, ГРУ не предусматривается, все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами. При необходимости обеспечить питание небольшой местной нагрузки вблизи блочной предусматриваются отпайки от блоков между генератором и трансформатором. Возможны и комбинированные схемы станции, при которых на имеется ГРУ и несколько генераторов соединены по блочным схемам.