Тепловые, атомные и гидро электростанции

Газотурбинные и парогазовые установки

Рассмотренная схема ТЭС является основной, в ней используется парогенератор, в котором водяной пар служит носителем энергии. На ТЭС могут использоваться газотурбинные установки ( ГТУ ). Широкое распространение газовые турбины получили на транспорте в качестве основных элементов авиационных двигателей, на железнодорожном транспорте - газотурболокомотивы. В ГТУ в качестве рабочего тела служит смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. В ГТУ осуществляются следующие преобразования:

тепловая кинетическая энергия электрическая

энергия ► вращения ► энергия газов ротора турбины

По конструктивному исполнению и принципу преобразования энергии газовые турбины не отличаются от паровых. Экономичность работы газовых турбин примерно такая же, как и двигателей внутреннего сгорания, а при очень высоких температурах рабочего тела их экономичность выше. Газовые турбины более компактны, чем паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания аналогичной мощности. При мощности 25-100 тыс. КВт КПД ГТУ составляет 27-28%; КПД зарубежных конструкций ГТУ мощностью 100 МВт достигает 31-32%. Важнейшим преимуществом газовой турбины является ее высокая маневренность: время запуска составляет 1-1, 5 мин.

На рис. 2.3 представлена принципиальная схема ТЭС с газотурбинной установкой. В камеру сгорания 1 подается жидкое или газообразное топливо и воздух. Образующиеся в ней газы 2 высокого давления при температуре 750-770°С направляются на рабочие лопатки турбины 3. Турбина 3 вращает электрический генератор 4, вырабатывающий электрическую энергию, и компрессор 5, служащий для подачи под давлением воздуха 6 в камеру сгорания. Сжатый в компрессоре 5 воздух 6 перед подачей в камеру сгорания 1 подогревается в регенераторе 7 отмотанными в турбине горючими газами 8. Подогрев воздуха позволяет повысить эффективность сжигания топлива в камере сгорания.

Графики нагрузки

Производство электрической и тепловой энергии на электростанциях и их потребление различными пользователями - процессы взаимосвязанные. В силу физических закономерностей мощность потребления энергии в какой-либо момент времени должна быть равна генерируемой мощности. В этом заключается особенность энергетического производства.

Итак, график нагрузки – это зависимость потребляемой мощности от времени суток, месяца, года. Графики нагрузки существенно отличаются для воскресных и рабочих дней, для зимних и летних месяцев и т.п. Графики нагрузки отдельных потребителей и в целом энергосистемы имеют неравномерный характер.

Из графиков нагрузки отдельных потребителей складывается суммарный график потребления для энергосистемы (ЭС) страны, так называемая национальная кривая нагрузки.

Задача ЭС состоит в обеспечении этого графика. Количество электростанций в энергосистеме страны, их установленная мощность определяются относительно непродолжительным максимумом национальной кривой нагрузки. Это приводит к недоиспользованию оборудования, удорожанию энергосистем, росту себестоимости вырабатываемой электроэнергии.

Обеспечить график нагрузки означает организовать бесперебойную подачу электроэнергии в часы максимального потребления при дефиците мощности в энергосистеме, а в часы минимума потребления энергии не допускать разгрузки той части генерирующего оборудования.

Эффективной технической мерой выравнивания графиков нагрузок служит аккумулирование различных видов энергии. Идея заключается в том, что в часы провала нагрузки следует запасать электроэнергию, а в часы максимума - использовать се. Представляет значительный интерес идея так называемого встречного регулирования режима потребления и способы ее практического осуществления. Суть ее состоит в том, чтобы стимулировать потребителя к максимальному потреблению в часы минимума ЭС и к минимальному потреблению в часы максимума ЭС.

Тепловые, атомные и гидро электростанции

Преобразование первичной энергии во вторичную, в частности в электрическую, осуществляется на станциях, которые в своем названии содержат указание на то, какой вид первичной энергии в какой вид вторичной преобразуется на них:

• ТЭС – тепловая электрическая станция преобразует тепловую энергию в электрическую;

• ГЭС – гидроэлектростанция преобразует механическую энергию движения воды

в электрическую;

• ГАЭС – гидроаккумулирующая станция преобразует механическую энергию движения предварительно накопленной в искусственном водоеме воды в электрическую;

• АЭС – атомная электростанция преобразует атомную энергию ядерного топлива

в электрическую;

• ПЭС – приливная электростанция преобразует энергию приливов в электрическую, и т. д.

• КЭС — конденсационные тепловые электростанции, предназначенные для выработки только электрической энергии;

• ТЭЦ – теплоэлектроцентрали, на которых осуществляется совместное производство электрической и тепловой энергии.

В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в

энергию водяного пара. В турбине Т водяной пар превращается в механическую энергию

вращения. Генератор Г превращает энергию вращения в электрическую. Тепловая энергия

для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины либо котла.

На рис. 2.1 кроме основного оборудования ТЭС показаны

конденсатор пара К, в котором отработанный пар, отдавая скрытую тепло парообразования охлаждающей его воде, с помощь циркуляционного насоса Н в виде конденсата вновь подается в котел-парогенератор. Схема ТЭЦ отличается тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду, подаваемую в главные тепловые магистрали.

Технология преобразований энергии на ТЭС может быть представлена в виде цепи следующих превращений: внутренняя тепловая механическая

химическая ► энергия ► энергия ► электрическая

Процесс производства электроэнергии на ТЭС условно можно paзделить на три цикла:

1. химический – горение, в результате которого внутренняя химическая энергия топлива превращается в тепловую и передается пару;

2. механический – тепловая энергия пара превращается в энергию вращения турбины и ротора турбогенератора;

3. электрический – механическая энергия превращается в электрическую.

Общий коэффициент полезного действия ТЭС равен произведению коэффициентов полезного действия всех названных циклов:

ТЭС ХИМ МЕХ ЭЛ КПД = КПД × КПД × КПД

Атомная электростанция (АЭС) по своей сути также является тепловой электростанцией  и имеет ту же принципиальную схему. Однако вместо котла, где сжигается органическое топливо, используется ядерный реактор. Внутриядерная энергия превращается в тепловую энергию пара, которая затем - в механическую энергию вращения турбогенератора и в электрическую энергию. Наличие термодинамического цикла на АЭС ограничивает КПД этой станции, как и обычных тепловых станций. Недостаток АЭС заключается также в отсутствии маневренности: пуск и останов блоков и агрегатов этих станций требует значительных затрат времени и труда.

Значительно более высоким КПД обладают гидроэлектростанции (ГЭС) вви- ду отсутствия на них термодинамического цикла (преобразования тепловой энергии в механическую). На ГЭС используется энергия рек. Путем сооружения плотины создается разность уровней воды. Вода, перетекая с верхнего уровня (бьефа) на нижний либо по специальным трубам – турбинным трубопроводам, либо по выполненным в теле плотины каналам, приобретает большую скорость. Струя воды поступает далее на лопасти гидротурбины.

Ротор гидротурбины приводится во вращение под воздействием центробежной силы струи воды. Таким образом, на ГЭС осуществляется преобразование:

механическая энергия воды ► электрическая энергия воды

1234Следующая ⇒

Поделиться: