Характеристика энергообъектов

 

Необходимость производства тепловой и электрической энергии для нужд промышленных предприятий и быта человека общеизвестна. Собственно электроэнергия может быть выработана генераторами, солнечными батареями, магнитогидродинамическими генераторами (МГД - генераторами). Однако для промышленной выработки электрической энергии используют синхронные генераторы трехфазного переменного тока, первичными двигателями для которых могут быть паровые, газовые или гидравлические турбины.

Промышленная выработка тепловой и электрической энергии и доставка ее до непосредственного потребителя осуществляются энергообъектами.

К энергообъектам относятся [1]: электрические станции, котельные, тепловые и электрические сети.

Комплекс энергообъектов, связанных общностью режима работы и имеющих централизованное оперативно диспетчерское управление, составляет энергетическую систему, которая, в свою очередь, является основным технологическим звеном энергопроизводства.

Ниже представлена краткая характеристика энергообъектов.

 

Электрические станции

 

В общем случае электростанциями называют предприятия или установки, предназначенные для производства электроэнергии. По особенностям основного технологического процесса преобразования энергии и виду используемого энергетического ресурса электростанции подразделяют [2] на тепловые электростанции (ТЭС); гидроэлектростанции (ГЭС); атомные электростанции (АЭС); гелиоэлектростанции, или солнечные, электростанции (СЭС); геотермальные электростанции (ГТЭС); приливные электростанции (ПЭС).

Большую часть электроэнергии (как в России, так и в мире) вырабатывают тепловые (ТЭС), атомные (АЭС) и гидравлические электростанции (ГЭС). Состав и расположение электростанций по регионам страны зависят от наличия и размещения по территории страны гидроэнергетических и теплоэнергетических ресурсов, их технико-экономических характеристик, затрат на транспорт топлива, а также от технико-экономических показателей работы электростанций.

Тепловые электрические станции (ТЭС) подразделяются на конденсационные (КЭС); теплофикационные (теплоэлектроцентрали - ТЭЦ); газотурбинные (ГТЭС); парогазовые электрические станции (ПГЭС).

На ТЭС химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в энергию рабочего тела (водяного пара или горячего газа), приводящего во вращение ротор турбогенератора, а механическая энергия вращения ротора преобразуется генератором в электрическую.

Топливом для тепловых электрических станций может служить уголь, торф, горючие сланцы, газ, мазут и др.

Конденсационные электрические станции (КЭС) строят по возможности ближе к местам добычи топлива или к местам, удобным для его транспортировки, на крупных реках или водоемах. Основными особенностями КЭС являются:

- использование мощных экономичных конденсационных турбин;

- блочный принцип построения современных КЭС;

- выработка для потребителя одного вида энергии - электрической (тепловая энергия вырабатывается только для собственных нужд станции);

- обеспечение базовой и полупиковой части графика потребления электроэнергии;

- оказание существенного влияния на экологическое состояние окружающей среды.

Современные КЭС могут обеспечивать электроэнергией крупный город или район страны и поэтому могут классифицироваться как ГРЭС - государственная районная электрическая станция.

Теплофикационные электрические станции (ТЭЦ) предназначены для централизованного снабжения промышленных предприятий и городов электроэнергией и теплом [4]. На них устанавливаются теплофикационные турбины типа «Т»; «ПТ»; «Р»; «ПР» и т.п. Являясь, как и КЭС, тепловыми электростанциями, ТЭЦ отличаются от последних использованием тепла ''отработавшего'' в теплофикационных турбинах пара для нужд промышленного производства, а также для отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. При такой комбинированной выработке электроэнергии и тепла достигается значительная экономия топлива по сравнению с раздельным энергоснабжением, т.е. выработкой электроэнергии на КЭС и получением тепла от местных котельных. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в городах с большим потреблением тепла и электроэнергии. Наибольшая экономичность оборудования ТЭЦ достигается при нагрузке, соответствующей номинальному тепловому потреблению и минимальному пропуску пара в часть низкого давления турбин и в конденсаторы (т.е. при работе турбогенератора в теплофикационном режиме). Единичная мощность теплофикационных агрегатов ТЭЦ достигает 250 МВт. Тепломеханическая часть ТЭЦ с турбогенераторами до 175 МВт включительно выполняется с поперечными связями по пару и питательной воде. Существенной особенностью ТЭЦ является также повышенная мощность вспомогательного тепломеханического оборудования, что предопределяет больший относительный расход электроэнергии на собственные нужды, чем на КЭС.

Газотурбинные электростанции (ГТЭС) в качестве самостоятельных энергетических установок имеют ограниченное распространение. Основу ГТЭС составляет газотурбинная установка (ГТУ), в состав которой входят компрессоры, камеры сгорания и газовые турбины. ГТУ потребляет, как правило, высококачественное топливо (жидкое или газообразное), подаваемое в камеру сгорания. Туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. К основным недостаткам ГТУ следует отнести:

- повышенные шумовые характеристики, требующие дополнительной звукоизоляции машинного отделения и воздухозаборных устройств;

- потребление значительной доли (до 50-60 %) внутренней мощности газовой турбины воздушным компрессором;

- малый диапазон изменения электрической нагрузки вследствие специфического соотношения мощности компрессора и газовой турбины;

- низкий общий КПД (25-30 %).

К основным достоинствам ГТЭС следует отнести быстрый запуск энергетической установки (1-2 мин), высокую маневренность и пригодность для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах.

Парогазовые электрические станции (ПГЭС) для современной энергетики являются наиболее эффективным средством значительного повышения тепловой и общей экономичности электростанций, использующих органическое топливо [1]. Основу ПГЭС составляет парогазовая силовая установка (ПГУ), в состав которой входят паровая и газовая турбины, объединенные общим технологическим циклом. Соединение этих установок в единое целое позволяет:

- снизить потерю теплоты с уходящими газами ГТУ или парового котла;

- использовать газы за газовыми турбинами в качестве подогретого окислителя при сжигании топлива;

- получить дополнительную мощность за счет частичного вытеснения регенерации паротурбинных установок и, в конечном итоге, повысить КПД парогазовой электростанции до 46-55 %.

Гидравлические электрические станции (ГЭС) предназначены для выработки электроэнергии за счет использования энергии водных потоков (рек, водопадов и т.п.). Первичными двигателями на ГЭС являются гидротурбины, которые приводят во вращение синхронные генераторы. Отличительная особенность ГЭС – небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которое в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе собственных нужд. Кроме этого, технология производства электроэнергии на ГЭС довольно проста, легко поддается автоматизации, а пуск гидроагрегата занимает не более 50 секунд, поэтому резерв мощности энергосистем целесообразно обеспечивать именно этими агрегатами. Однако строительство ГЭС сопряжено с большими капиталовложениями, большими сроками строительства, спецификой размещения гидроресурсов страны, со сложностью решения экологических задач.

Атомные электростанции (АЭС) – это по существу тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Они могут быть сооружены практически в любом географическом районе, но при наличии источника водоснабжения. Количество потребляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что облегчает требования к его транспортировке. Одним из основных элементов АЭС является реактор. В настоящее время на АЭС используются реакторы двух типов – ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор) и РБМК (реактор большой мощности канальный). Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в различных вариантах, но так же как и на КЭС, строятся по блочному принципу. АЭС особенно эффективны в районах, бедных топливными ресурсами, их выгодно оснащать энергоблоками большой мощности. Тогда по своим технико-экономическим показателям они не уступают КЭС. АЭС не имеют выбросов дымовых газов и не имеют отходов в виде золы и шлака. Однако удельные тепловыделения в охлаждающую воду у АЭС больше, чем у ТЭС. Для агрегатов АЭС предпочтительна работа в базовом режиме. К оборудованию атомных станций предъявляются повышенные требования безопасности и надежности. Особой проблемой является захоронение или восстановление топливных элементов.

Солнечные, геотермальные, приливные, ветряные электростанции относятся к нетрадиционным типам электростанций, информация о которых, может быть получена из дополнительных литературных источников [3].

Котельные установки

 

Котельные установки включают комплекс устройств, предназначенных для выработки тепловой энергии в виде горячей воды или пара [4]. Главной частью этого комплекса является паровой или водогрейный котел. В зависимости от назначения котельные подразделяются на энергетические, отопительно-производственные и отопительные.

Энергетические котельные снабжают паром паросиловые установки, вырабатывающие электроэнергию, и обычно входят в комплекс ТЭС в виде котельного цеха или котельного отделения в составе котлотурбинного цеха ТЭС.

Отопительно-производственные котельные сооружаются на промышленных предприятиях и обеспечивают тепловой энергией системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения промышленных зданий и технологические процессы производства.

Отопительные котельные обеспечивают тепловой энергией системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. В отопительных котельных могут использоваться водогрейные и промышленные паровые котлы различных типов и конструкций. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, т.е. теплопроизводительность, и температура воды, а для парового котла – паропроизводительность, давление и температура свежего пара.

 

Тепловые сети

 

Представляют собой теплопроводы, предназначенные для транспортирования тепловой энергии в виде пара или горячей воды от источника теплоты (ТЭС или котельной) к тепловым потребителям.

В состав теплопроводов входят: соединенные между собой стальные трубы; тепловая изоляция; компенсаторы тепловых удлинений; запорная и регулирующая арматура; строительные конструкции; опоры; камеры; дренажные и воздухоспускные устройства.

Тепловая сеть является одним из наиболее дорогостоящих элементов системы централизованного теплоснабжения.

 

Электрические сети

 

Электрическими сетями [5] называют устройство, соединяющее источники питания с потребителями электроэнергии. Основным назначением электрических сетей является электроснабжение потребителей, кроме этого, электрические сети обеспечивают передачу энергии на большие расстояния и позволяют объединить электрические станции в мощные энергетические системы. Целесообразность создания мощных энергетических объединений обусловлена их большими технико-экономическими преимуществами. Электрические сети классифицируют по различным признакам:

- для передачи постоянного или трехфазного переменного тока;

- электрические сети низких, средних, высоких и сверх высоких напряжений;

- внутренние и наружные электрические сети;

- основные, сельские, городские, промышленные; распределительные, питающие и т.п.

Более подробные сведения об электрических сетях рассматриваются в специальной технической литературе.

 

Функции энергообъектов

 

С точки зрения технологии производства электрической и тепловой энергии основными функциями энергообъектов являются производство, преобразование, распределение тепловой и электрической энергии и отпуск ее потребителям.

На рис. 1.1. изображена принципиальная схема комплекса энергообъектов, обеспечивающих промышленную выработку тепловой и электрической энергии, а также доставку ее потребителю.

Основу комплекса составляет ТЭЦ, на которой осуществляется производство, преобразование и распределение электрической, а также производство и отпуск тепловой энергии.

Производство электрической энергии осуществляется непосредственно в генераторе (3). Для вращения ротора генератора используется паровая турбина (2), на которую подается острый (перегретый) пар, полученный в паровом котле (1). Выработанная в генераторе электроэнергия преобразуется в трансформаторе (4) на более высокое напряжение, для уменьшения потерь при передаче электроэнергии потребителю. Часть выработанной в генераторе электроэнергии используется на собственные нужды ТЭЦ. Другая, большая её часть, передается на распределительное устройство (5). С распределительного устройства ТЭЦ электроэнергия поступает в электрические сети энергетических систем, из которых осуществляется отпуск электроэнергии потребителям.

ТЭЦ осуществляет также производство тепловой энергии и отпуск её потребителю, в виде пара и горячей воды. Тепловая энергия (Qп) в виде пара отпускается с регулируемых производственных отборов турбины (в некоторых случаях непосредственно с паровых котлов через соответствующие РОУ) и в результате его использования у потребителя – конденсируется. Конденсат полностью или частично возвращается от потребителя пара на ТЭЦ и далее используется в пароводяном тракте, обеспечивая снижение пароводяных потерь электростанции.

Нагрев сетевой воды осуществляется в сетевых подогревателях (6) электростанции, после которых нагретая сетевая вода подаётся в циркуляционный контур системы горячего водоснабжения потребителей или в так называемые тепловые сети. Циркуляция горячей («прямой») и холодной («обратной») теплосетевой воды осуществляется за счет работы так называемых сетевых насосов (СН).

 

Рис. 1.1. Принципиальная схема комплекса энергообъектов:

1 – паровой котел; 2 – паровая турбина; 3 – синхронный генератор; 4 – трансформатор; 5 – распределительное устройство; 6 – сетевой подогреватель. КН, СН, ЦН, ПН – соответственно конденсатный, сетевой, циркуляционный и перекачивающий насосы; НПТС – насос подпитки теплосети; ДС – дымосос; С.Н. – собственные нужды ТЭЦ; Тр.С.Н. – трансформатор собственных нужд ТЭЦ.

– – – границы зон обслуживания оборудования энергообъектов.

Конденсат греющего пара сетевых подогревателей перекачивающими насосами (ПН) подаётся в конденсатный тракт электростанции. Восполнение потерь сетевой воды в тепловых сетях осуществляется за счёт ввода предварительно обработанной подпиточной воды во всасывающий трубопровод сетевых насосов специальными насосами подпитки теплосети (НПТС).

На рисунке 1.1 границы зон обслуживания оборудования энергообъектов выделены соответствующими контурами.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: