Что такое АЭС, ТЭЦ и ТЭС?
Современный мир требует огромного количества энергии (электрической и тепловой), которая производится на электростанциях различного типа.
Человек научился добывать энергию из нескольких источников (углеводородное топливо, ядерные ресурсы, падающая вода, ветер и т.д.) Однако и по сей день наиболее востребованными и эффективными остаются тепловые и атомные электростанции, о которых и пойдет речь.
Что такое АЭС?
Атомная электростанция (АЭС) – это объект, на котором для производства энергии используется реакция распада ядерного топлива.
Попытки использования управляемой (то есть контролируемой, прогнозируемой) ядерной реакции для выработки электроэнергии были предприняты советскими и американскими учеными одновременно – в 40-х годах прошлого века. В 50-х годах «мирный атом» стал реальностью, и во многих странах мира стали строить АЭС.
Центральным узлом любой АЭС является ядерная установка, в которой происходит реакция. При распаде радиоактивных веществ происходит выделение огромного количества тепла. Выделяемая тепловая энергия используется для нагрева теплоносителя (как правило, воды), который, в свою очередь, нагревает воду второго контура до перехода ее в пар. Горячий пар вращает турбины, благодаря чему происходит образование электроэнергии.
В мире не утихают споры о целесообразности использования атомной энергии для выработки электричества. Сторонники АЭС говорят об их высокой продуктивности, безопасности реакторов последнего поколения, а также о том, что такие электростанции не загрязняют окружающую среду. Противники утверждают, что АЭС потенциально чрезвычайно опасны, а их эксплуатация и, особенно, утилизация отработанного топлива сопряжены с огромными расходами.
Что такое ТЭС?
Наиболее традиционным и распространенным в мире видом электростанциЙ являются ТЭС. Тепловые электростанции (так расшифровывается данная аббревиатура) вырабатывают электроэнергию за счет сжигания углеводородного топлива – газа, угля, мазута.
Схема работы ТЭС выглядит следующим образом: при сгорании топлива образуется большое количество тепловой энергии, с помощью которой нагревается вода. Вода превращается в перегретый пар, который подается в турбогенератор. Вращаясь, турбины приводят в движение детали электрогенератора, образуется электрическая энергия.
На некоторых ТЭЦ фаза передачи тепла теплоносителю (воде) отсутствует. В них используются газотурбинные установки, в которых турбину вращают газы, полученные непосредственно при сжигании топлива.
Существенным преимуществом ТЭС считается доступность и относительная дешевизна топлива. Однако есть у тепловых станций и недостатки. Это, прежде всего, экологическая угроза окружающей среде. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ. Чтобы сделать ТЭС более безопасными, применяется ряд методов, в том числе: обогащение топлива, установка специальных фильтров, задерживающих вредные соединения, использование рециркуляции дымовых газов и т.п.
Что такое ТЭЦ?
Само название данного объекта напоминает предыдущее, и на самом деле, ТЭЦ, как и тепловые электростанции преобразуют тепловую энергию сжигаемого топлива. Но помимо электроэнергии теплоэлектроцентрали (так расшифровывается ТЭЦ) поставляют потребителям тепло. ТЭЦ особенно актуальны в холодных климатических зонах, где нужно обеспечить жилые дома и производственные здания теплом. Именно поэтому ТЭЦ так много в России, где традиционно используется центральное отопление и водоснабжение городов.
По принципу работы ТЭЦ относятся к конденсационным электростанциям, но в отличие от них, на теплоэлектроцентралях часть выработанной тепловой энергии идет на производство электричества, а другая часть – на нагрев теплоносителя, который и поступает к потребителю.
ТЭЦ более эффективна по сравнению с обычными ТЭС, поскольку позволяет использовать полученную энергию по максимуму. Ведь после вращения электрогенератора пар остается горячим, и эту энергию можно использовать для отопления.
Помимо тепловых, существуют атомные ТЭЦ, которые в перспективе должны сыграть ведущую роль в электро- и теплоснабжении северных городов.
Принцип работы и устройство тепловой электростанции (ТЭС/ТЭЦ)
Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.
Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.
И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.
Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.
Принцип работы
Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.
Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.
Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.
Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.
Теплоснабжение
Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.
Как работают ТЭС на газе
По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.
Новые технологии сжигания угля
КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.
Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.
Чистое сжигание угля (Clean Coal)
Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО2 закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.
Метод «oxyfuel capture»
Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.
Метод «pre-combustion»
Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO2 – оксид серы. Далее происходит удаление СО2 с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.
Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира
Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.
Сургутская ГРЭС-2
Понравился пост? Есть что сказать? Присоединяйтесь:
Да и ядерные электростанции тоже на паровых турбинах,просто там котел не угольный,ядерный.И солнечные электростанции тоже на пару,это те что в жарких пустынных местах.Казалось бы что солнечные батареи это просто фигня по сравнению с гигантскими ТЭС или ГЭС не говоря уже о АЭС?Ведь эффективными солнечные электростанции могут быть только в Австралии или Сахаре . Как маломощная солнечная батарея может хоть в чем то создавать конкуренцию этим Титанам?Неужели"зеленые" этого не понимают?Но всё дело в подходе к электроснабжению.В природе нет центральных станций хлорофилла снабжающих целый лес,каждое растение это солнечная министанция.Если каждый дом будет оснащён солнечной батареей и ветряком то электроэнергия будет поставляться только тогда когда когда будет нехватка энергии от батареи.А если еще и будет большой повербанк то еще лучше.Но при таком раскладе теряют деньги владельцы больших электростанций?И они запускают свое влияние на то чтобы ставить палки в колеса этим идеям.
Если на свой дом вы поставите ветряк вас линчуют соседи. В Новосибирске есть фанат альтернативной энергии, на участке собрал все варианты. Вот от ветряка ему пришлось отказаться по выше указанной причине.
Только вы забыли, что "большой повербанк", требует для своего создания лития, который в процессе добычи и производства сильно загрязняет окружающую среду.
Авто могут работать на воздухе и на воде. Но владельцы нефти. Считают что это не так.
Короче,владельцы электростанций хают во всю зеленые технологии.Ведь столько денег которые собирают с населения они не дополучат.Но вместо того чтобы сделать по уму как некоторые когда владельцы электростанций которые вкладывают свои средства в производство этих самых солнечных батарей и тем самым отбывают свои доходы.У нас как обычно все по другому.Что например мешает у нас господину Ахматову чтобы вложить деньги в производство и обслуживание солнечных батарей или ветряков вместо того чтобы употреблять свое влияние на противоположные действия. Ведь иностранное оборудование стоит еще очень дорого,а возвращение экономики ВВП Украины к довоенному уровню прогнозируют только через 3-4 года.И то того не факт.
Стоимость киловатта энергии от солнечной панели в 4-5 раз дороже чем из розетки даже с учетом эксплуатации в течении 15 лет. Поэтому ее экономично использовать на удаленных объектах, так как электроэнергия от дизеля будет еще дороже.
Ну да.Только немцы,голландцы и другие этого не знают.И порой половину энергии получают из альтернативной энергетики.Но обычно четверть -треть.Откуда им это знать?Вот и строят на полях ветряки,смотришь из туристического автобуса ровная дорога,подстриженные,аккуратные поля и ветряки.Один за другим.Ни хрена короче немцы не понимают.Зачем столько настроили?
Ключевое слово — в полях. Подальше от жилья. У меня сосед чуть по морде не получил из-за вертушки на флюгере. Вы не представляете, как бесит это жужжание в любой час суток.
Видел в на некоторых ресурсах что российские чиновники хотят отделить российский интернет от мирового,да и границу прикрыть.Так что возможно вам и не будет с кем спорить.Избавитесь от моей прямоты,которая как луч фонарика светит прямо в глаза.Что бывает неудобно.Короче не будет кому высвечивать,светить.
Ну вряд ли такой такой идиотизм воплотится в жизнь. Любая думка — самый большой цирк в стране. А там есть и белые и рыжие клоуны. профессионалы и любители. Для ваших соотечественников запрет яндекса и прочего не сильно помешал.
Превращение России в Северную Корею уже не за горами, чтобы сохранить свой образ жизни политические проститутки пойдут на многое, предполагаю, в случае массовых возмущений приказы на расстрелы отдатут без малейших сожалений, им есть что терять в отличии от тех, кому уже почти нет.
Что касается зеленой энергетики, кто считает во сколько обходятся последствия Чернобыля, а заражение тихого океана Фукусимой, а во что обходятся устранение выбросов ТЭЦ.
Говорят, что при производство солнечных панелей грязное, однако, прогресс в технологическом развитии панелей не стоит на месте и КПД растет, поиски более перспективных технологий идут.
Электромобили вполне могут технологически двинуть развитие ветряных генераторов и батарей, странно, что предпочли зарядку батарей, а не замену на станции.
"политические проститутки пойдут на многое" полностью согласен, просить санкций к собственному народу, до этого надо еще додуматься.
" в случае массовых возмущений приказы на расстрелы" в любом обществе порядка 2% неадекватных людей, чтобы создать массовость придется долго их свозить в Москву. Хотя 2% от населения и гостей Москвы это уже много.
Мантры зеленых мошейников почему то не озвучивают откуда берутся аккумуляторы и куда они потом пропадают. Также не говорят стоимость аккумуляторов и срок их жизни. 70% стоимости солнечной энергии это стоимость аккумуляторов.
Интересная особенность природы. Порядка 2% от населения нервно нестабильные люди. Даже если их устранить (вспомните, уничтожение психбольных при Гитлере) очень скоро этот процент восстанавливается. Съежают с катушек еще вчера нормальные люди. Так что, как бы вы не хотели, уважаемый "иксперт" массовых расстрелов не будет, а вот с свободным местом в дурдоме будут проблемы.
Да все это хорошо конечно но вся соль этих технологий заключается в аккумуляторах точнее в их внутриностях консервационной жидкости чтобы как дольше держать в себе электроны и отдавать их без деградации того самого консерванта
,,Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю."
Автор в курсе,сколько углекислого газа выделяется на ТЭС,работающей на угле?По весу это 48/14=3.42 во столько раз больше,чем вес сожжённого угля.Это не большая ТЭС,мощностью 10000 квт будет производить за год около 30 тысяч тонн углекислоты,которую необходимо сжать и захоронить.И сколько ж будет стоить энергия,полученная таким способом?Автор может привести,хоть один пример ТЭС,работающей подобным образом?
Ни одна ТЭС, так не работает,100% — вранье. Как 100%- вранье и о том, что тепловые сети вырабатывают тепловую энергию для подогрева воды, получая от ТЭЦ- уже готовую подогретую воду после выработки ЭЭ, то есть ТЭЦ отработанный пар не выводит весь в конденсат, в градильны,а направляет в специальные подогреватели холодной воды,и подогрев зимой до 120° ,а летом до 70°, направляет насосами в тепловые сети, а задачатепловых сетей доставить горячую воду до потребитея,то есть в тепловые узлы домов, где эта подогретая вода будет направлена в стояки отопления и в стояки подачи горячей воды. А ТЕПЛОВЫЕ сети нам всем потребителям страны выставляет в квитанциях за отопление в Гкал, это обозначает затраты на получения тепловой энергии путем сжигания угля в топке котлаТЭЦ,,получения пара,который под.большим давлением и температурой попадая,на лопатки турбины вращает вал соединенный с валомгенератора,получая,ЭЭ,пройдя через турбину давление и температура снижается,пар напрвляется на подогрев воды, а тепловые сети несут затраты только на процесс доставки,но ни как на подогрев,это значит ,что тепловые сети затрат на подогрев не несут,а оплату с нас берут.со всего населения страны,кто пользуется услугами ТЭЦ,а не котельных,которые действительно несут затраты на подогрев воды,потому что это их основная деятельность выработать пар,подгреть воду и доставить ее потребителю, котельная ЭЭ не вырабатывает,ее основная деятельность обеспечить население теплом, а ТЭЦ обеспечить потребителя ЭЭ, и дополнительно неся затраты только на передачу подогретой воды в трубопроводы тепловой сети.Принимая закон о Теплоснабжении даже не удосужились проверить что им впаяло министерство ЖКХ, есть ли хоть один инденерв лепутатах гос.думы
Согласен полностью с Вами! Видимо многие бывшие партийцы "присосались" к доставке тепла и воды в дома, коль 1 км тепломагистрали могут обслуживать 2 компании, а магистраль. не сосчитать сколько. Если просчитать, то можно попросту отказаться от ЦО и обогревать дома электричеством — будет дешевле. В Европейских странах около 30% домов подключены к центральному отоплению. Интересно, куда продают вторичную тепловую энергию тамошние ТЭЦ?)))) А у нас много новоиспеченных олигархов сидят на продаже вторичного тепла от ТЭЦ глупому народу, да еще и по баснословным ценам.)
Да, совсем забыл упомянуть, в Питере вроде вроде (в новостях показывали) ребята нашли очень дешовый способ перевода тепловой энергии напрямую в электрическую энергию и абсолютно без всякого вреда для экологии. Только, думаю "замылят" эту тему надолго, а не то спекулянты обанкротятся, а люди вдруг станут жить лучше, разве можно такое допустить!)
Вот нашел, совсем свежее решение с высоким КПД, дешево и безопасно. https://media.spbstu.ru/news/research/307/
Жил недалеко от такой ТЭЦ. Давно подозреваю что ТЭЦ работают на ядерных таблетках Уран-235 (обогащение 3,3%). Одна такая эквивалентна 400кг каменного угля. Ни черного дыма в больших количествах от ТЭЦ ни длинных процессий грузовиков или вагонов к|от никогда не наблюдал.
Не надо рассказывать сказки про дороговизну солнечной энергии. да каждый отдельный элемент солнечной электростанции дорог: инвертор контролер аккумулятор и сама панель кстати сами солнечные панели относительно дёшевы да всё враз это стоит дорого но это разовые затраты после установки солнечная станция начинает давать халявное электричество. остаётся лишь менять аккумуляторы но их срок службы несколько лет так что от смены до смены оных мы получаем даровую энергию я у себя дома установил такую да на покупку всего оборудования пришлось расеошелиться особенно на инвертор но теперь она не требует вложений и работает исключетельно на халяву. зелёные не правы только в одном да сами по себе солнечные панели маломощные и без наворотов не способны питать мощные потребители и полностью заменить тэц
когда спорят зелёные и не зелёные на самом деле правы и те и другие:зелёные правы когда говорят что дороговизна солнечноветровой энергии сильно преувеличена они правы что солнце и ветер бесплатные единожды заплатив мы далее начинаем получать даровое электричество но вот наступает долгая зимняя безветренная ночь и вот тут правота зелёных заканчивантся и наступает правота не зелёных ибо поступление энергии от солнца и ветра заканчивается и нагрузка ложится на хрупкие плечи аккумуляторов но это главная загвоздка сохранить энергию до наступления условий когда выработка энергии от солнца и ветра возобновиться что весьма проблематично всилу несовершества современных аккумуляторов☝️ и тут наступет пора тэц☝️так что вывод прост: солнечно ветровая энергетика не может полностью заменить традиционную однако сильно подсобить сократить расходы на горючее и уменьшить вредные выбросы в атмосферу очень даже может. поэтому однозначно солнечно ветровой энергетике БЫТЬ. ☀️
Уже существует и работает установка работающая на воде и отходов углеводородов в пропорции 90 и 10 процентов соответственно. Получаемый водородсодержащих газ с температурой более 2000 гр.С революционное решение автора изобретения, запатентованная в ведущих странах мира. К сожалению держатели всех денег на планете, пока не уничтожат жизнь на земле, не допустят чтобы вода стала бы новым видом источником энергии. Смотрите Ютуб, 1канал ТВ РФ, тик ток и другие научные публикации об этом феномене,где вода при температуре 900 гр. превращается в водород работщтй сам на себя. Патенты прото так не выдают. Место использование нового вида альтернативного дешёвого в разы топлива г.Ставрополь, предприятие НПСС ,Грант,. Осталось дождаться когда власть в мире поймет,что планета в опасности, о чем говорил ген.секретарь ООН Гутерреш на 74 сессии ООН.
Централизованные системы энергоснабжения до сегодняшнего дня требовались для контроля над денежными потоками и толпой людей!
Современные технологии позволяют контролировать и финансы и людей через автоматизированные системы управления на базе ИИ.
Поэтому в ближайшие 5 лет, после окончательного разрушения старого технологического и финансового укладов, будет разрешено рассекретить все технологии и патенты по альтернативным и портативным источникам энергии.
Не скажу, что будет счастье для всех, но точно перейдем от стим-панка к кибер-панку))
Устройство и принцип работы тепловых электростанций
Теплоэнергетика
Электрическая станция представляет собой энергетическую установку, преобразующую какой-либо вид энергии в электрическую и иногда – тепловую. Тип станции зависит от того, какой тип энергоносителя на ней установлен. Тепловые электростанции (ТЭС) наиболее распространены, так как для их работы необходима тепловая энергия, получаемая при сжигании органического топлива. На них производится около 75% мировой электроэнергии. Тепловой электростанцией является электростанция, преобразующая энергию углеводородного ископаемого топлива в электрическую и тепловую энергию.
Что такое тепловая электрическая станция (ТЭС)
Тепловые электростанции (ТЭС) наиболее распространены среди других типов электростанций. Органическая энергия образуется при сжигании органического, не возобновляемого топлива. Это и плюс, и минус. Органического топлива по-прежнему много, но одним из основных недостатков является то, что продукты сгорания этого органического топлива значительно наносят вред окружающей среде.
ТЭС функционирует следующим образом: при сгорании топлива выделяется колоссальное количество тепловой энергии, которая, в свою очередь, нагревает воду. Затем из этой воды образуется пар, который подается в турбогенератор. Турбины начинают вращаться, приводя в движение части электрического генератора. Таким образом, мы получаем электрическую энергию.
Тепловые электростанции могут иметь как паровые, так и газовые турбины. Наиболее распространенными являются электростанции с паровыми турбинами. Они делятся на следующие типы:
- Тепловые электроцентрали (ТЭЦ)
- Конденсационные электрические станции (КЭС)
Тепловые электроцентрали (ТЭЦ)
Тепловые электростанции (ТЭЦ) по сути являются теми же тепловыми электростанциями, но основное различие заключается в том, что помимо электрической энергии они также могут генерировать тепловую энергию, которая затем поступает в систему центрального отопления, а оттуда в жилые здания или промышленные предприятия. Этот процесс доступен благодаря теплофикационным турбинам и турбинам с отбором пара. Поэтому ТЭЦ имеет довольно высокий коэффициент полезного действия (КПД) – до 75%.
ТЭЦ особенно актуальны для России, где центральное отопление активно используется для обеспечения теплом жилых и промышленных зданий из-за холодного климата.
ТЭЦ по принципу работы аналогичны конденсационным электростанциям (КЭС). Однако они различаются долей производства тепловых и электрических носителей, а также по конструкции паровой турбины.
Схема работы теплоэлектроцентрали
Рассмотрим принципиальную схему работы теплоэлектроцентрали. Топливо постоянно подается в топку котла вместе с окислителем, за который обычно принимается подогретый воздух. Кроме того, тепло, выделяемое при сжигании органического топлива, нагревает воду в паровом котле. В результате этого процесса мы получаем превращение жидкости в пар, поступающий в паровую турбину. Основная задача этого устройства на станции заключается в преобразовании энергии поступающего пара в механическую.
Все элементы турбины тесно связаны с валом, что заставляет их вращаться как единый механизм. Чтобы привести этот вал во вращение, необходимо передать кинетическую энергию пара на ротор, этот процесс происходит в паровой турбине. Однако пар, выходящий из турбины, имеет высокую температуру и давление. Из-за этого возникает высокая внутренняя энергия пара, которая затем поступает в сопла турбины.
Пар, непрерывным потоком с огромной скоростью проходит через сопло и таким образом происходит воздействие на лопатки турбины, закрепленные на диске, который в свою очередь непосредственно связан с валом. Пар заставляет лопатки вращаться при этом происходим известный нам процесс преобразования механической энергии в электрическую.
После того, как пар проходит через турбину, давление и температура резко падают, и часть пара попадает в следующую часть станции – конденсатор, в котором пар переходит в жидкое состояние. Для выполнения этой задачи в конденсаторе находится охлаждающая вода. В конденсаторе поддерживается постоянный вакуум с помощью эжектора. Оставшийся пар используется для нагрева очищенной воды в подогревателях сетевой воды для отопления, а конденсат подается в парогенераторы через деаэратор при помощи насосов.
1 – энергетический паровой котел; 2 подогреватель сетевой воды; 3 – конденсатор; 4 – система отопления дома; 5 – сетевые насосы; 6 – конденсатные насосы; 7 – питательный насос.
После обратного превращения пара в воду он попадает в деаэратор путем откачки с помощью конденсатного насоса. Основная задача деаэратора – удалить газ из поступающей воды, чтобы снизить содержание углекислого газа и кислорода до приемлемых значений. Это позволяет уменьшить коррозию на путях, по которым идет подача воды и пара. Одновременно с процессом очистки жидкость нагревается теплом отобранного пара.
Конденсационные электростанции (КЭС)
Конденсационная электростанция (КЭС) является тепловой электростанцией, которая может генерировать только электрическую энергию. Его название напрямую связано с его принципом работы, на КЭС используются конденсатор. Помимо КЭС, по этому принципу работает и атомная электростанция, различия существуют только в используемом топливе.
Обратите внимание:
Исторически в СССР, КЭС включенные в единую энергосистему СССР получили наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция. Название происходит от государственной принадлежности и от использования местного энергоресурса (торф, бурый уголь и т.д.) и расчёта для преимущественного электроснабжения конкретного энергетического района.
В число особенностей конденсационных электростанций входит максимальное преобразование пара в механическую энергию, которая вращает ротор турбогенератора, а затем и в электрическую энергию.
В последнее время новые или недавно введенные в эксплуатацию электростанции устанавливают энергоблоки ПГУ вместо обычных электростанций с конденсационными турбинами. Они состоят из газовых турбин. Такие агрегаты с газовыми комбинированными установками являются более экономичным вариантом, чем тот же энергоблок с конденсационной турбиной.
Действительно, пар можно брать из таких энергоблоков ПГУ для обогрева жилых зданий и близлежащих предприятий, но в большинстве случаев эти агрегаты предназначены для покрытия пиковых электрических нагрузок из-за их высокой маневренности. Однако для высвобождения тепловой энергии требуется постоянная нагрузка в течение длительного времени. Таким образом, энергоблоки ПГУ в основном производят только электроэнергию.
Тепловая схема конденсационной электростанции
Ниже приведена схема работы конденсационной установки на органическом топливе.
1 – котлоагрегат; 2 – паропровод; 3 – паровая турбина; 4 – турбоэлектрогенератор; 5 – конденсатор; 6 – насосы; 7 – регенеративные водоподогреватели; 8 – деаэратор; 9 – водоподготовительная установка.
Электростанции с конденсационной системой (КЭС) играют значительную роль среди тепловых электростанций. Их принцип работы строится следующим образом:
- В паровой котел, с циркулирующей очищенной (питательной) водой, поступает топливо и нагревается с образованием пара при температуре400-650°С.
- Далее этот пар по паропроводу под высоким давлением попадает в паровую турбину, а затем этот пар используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе и в итоге поступает в конденсатор.
- Конденсат из конденсатора подается в парогенераторы через деаэратор при помощи насосов.
Этот тип электростанций имеет низкий КПД (30-40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора.
Газопоршневые электростанции
Газопоршневая электростанция (ГПЭС) – станция, которая работает на основе поршневого двигателя внутреннего сгорания и генератора переменного тока, вырабатывающая тепловую и электрическую энергию.
При условиях когда невозможно подключить удаленные объекты к централизованным сетям электро и теплоснабжения, как правило используют газопоршневые электрогенераторные установки, они более автономны.
Газопоршневая электростанция может вырабатывать не только электрическую и тепловую энергии, но и холод. В первом случае такая технология называется когенерацией, а во втором – тригенерацией. Холод используется для вентиляции, охлаждения складов, а также для промышленного холодоснабжения, то есть для охлаждения систем.
В качестве топлива в основном используется природный газ, но также допускается использование других видов газа, например: попутный нефтяной газ, жидкий газ (СПГ), очистной газ. Перед использованием альтернативного вида топлива проводится тщательный анализ этого газа, чтобы он соответствовал определенным требованиям.
Недостаток данной станции представляет собой большой выброс вредных веществ в окружающую среду, за счет выхлопа при сгорании моторного масла. Чтобы уменьшить вредное воздействие на окружающую среду устанавливают дорогостоящие катализаторы, а также строят высокие дымовые трубы.
А к достоинствам можно отнести то, что станция может полноценно работать как на сжиженном газе, так и на сжатом, для станции требуется только чтобы она была подключена к баллону с сжиженным газом.
Принцип работы газопоршневой электростанции
Рассмотрим принцип работы газопоршневой электростанции. На газопоршневые двигатели по топливопроводу подается топливо в виде горючего газа. Пока газ сжигается образуется механическая энергия, которая передается на генератор, где вырабатывается электроэнергия.
Все газопоршневые электростанции в обязательном порядке должны иметь у себя жидкостную систему охлаждения, которая снабжена охлаждающим радиатором.
Во время работы электростанции вырабатывается огромное количество тепла, которое превосходит объемы вырабатываемой электроэнергии. Поэтому точно также как теплоэлектроцентрали они обеспечивают подачу тепла и электроэнергии на предприятия.
Внутреннее устройство парового котла
Внутри котла находится большое количество изогнутых труб, по которым течет нагретая вода. Эта конструкция труб позволяет увеличить количество тепла, передаваемого воде, тем самым создавая больше пара.
В данный момент в паровых котлах используется метод факельного сжигания топлива в топке. Топка собой представляет вертикальную шахту, топливо попадая в нее вместе с воздухом непрерывно продолжает движение по камерной топке. Котел содержит в себе определенное устройства, например – горелка, с помощью нее в топку попадает топливо и воздух. В топке есть система труб, которая служит как поверхность нагрева. Поверхности нагрева можно разделить на три вида, в зависимости от способа передачи тепла:
- радиационные (экранные трубы),
- радиационно-конвективные (фестон, ширмовый пароперегреватель)
- конвективные (конвективный пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель).
К радиационным поверхностям нагрева относят топочные экраны, они представляют собой плоские трубные системы. У данной поверхности тип передачи тепла – излучение.
Конвективные поверхности – это поверхность нагрева, которая за счет конвекции получает тепло. К ним относят пароперегреватели и водяные экономайзеры.
Радиационно-конвективная поверхность совмещает в себе две предыдущих поверхности, то есть она воспринимает теплоту как в процессе излучения, так и в процессе конвекции. К ней обычно относят ширмовую поверхность нагрева котла.
Типы тепловых электростанций
Тепловые электростанции очень разнообразны и могут быть разделены по различным характеристикам.
Классификация ТЭС по назначению
В зависимости от типа и назначения отпускаемой энергии тепловые электростанции делятся на:
- Районные электростанции – это независимые электростанции, обслуживающие потребителей района (жилые здания, промышленные предприятия и т.д.). Районные электростанции могут вырабатывать как электрическую энергию (та же ГРЭС), так и тепловую энергию (ТЭЦ).
- Промышленные электростанции. Этот тип электростанций обслуживает производственные предприятия, которые к ним присоединены тепловой и электрической энергией. Мощность промышленных электростанций напрямую зависит от потребностей предприятий. В принципе, эта мощность намного меньше, чем у районных электростанций.
Классификация ТЭС по типу теплосиловых установок
Тепловые электростанции в зависимости от типа теплосиловых установок делятся на:
- Паротурбинные электростанции. Основой их работы, как следует из их названия, являются паротурбинные установки (ПТУ) с паровой турбиной.
- Газотурбинные электростанции. Они основаны на газотурбинных установках (ГТУ).
- Парогазовые электростанции. К ним относятся парогазовые установки (ПГУ), которые представляют собой комбинацию газотурбинных и паротурбинных установок, которые обеспечивают высокую эффективность.
Классификация ТЭС по технологической схеме
По технологической схеме паропроводов тепловые электростанции подразделяются на блочные и с поперечными связями.
а) блочная; б) с поперечными связями; К – котел; Т – турбина
- Блочные тепловые электростанции. Принцип их работы прост, они состоят из отдельных агрегатов, в которых находится котел, каждый котел имеет свою турбину, в которую он подает пар. Если выйдет из строя только один котел или турбина, это приведет к отключению всей установки. Блочные схемы очень экономичны, так как длина трубопроводов сокращается. По этой схеме часто строятся все мощные ГРЭС и ТЭЦ.
1 – магистраль питательной воды, 2 – регулирующий питательный клапан, 3 – паровой котел, 4, 19 – главная паровая и встроенная задвижки, 5 – коллектор перегретого пара, 6 – турбина, 7 – генератор, 8 – конденсатор, 9, 10 – цилиндры высокого и среднего давления, 11, 13 – конденсатные насосы I и II ступеней, 12 – блочная обессоливающая установка, 14, 18 – подогреватели низкого и высокого давления, 15 – деаэратор, 16, 17 – бустерный и питательный насосы, 20 – промежуточный пароперегреватель.
- Тепловые электростанции с поперечными связями. Разница между этими тепловыми электростанциями заключается в том, что котлы могут подавать пар абсолютно в любой коллектор. Они оснащены переключающими клапанами для предотвращения несчастных случаев и повышения надежности станции. По схеме с поперечными соединениями строится КЭС без промежуточного перегрева.
1 – магистраль питательной воды, 2 – регулирующий питательный клапан, 3 – паровой котел, 4, 19 – главная паровая и встроенная задвижки, 5 – коллектор перегретого пара, 6 – турбина, 7 – генератор, 8 – конденсатор
Классификация ТЭС по начальным параметрам
В соответствии с начальным уровнем давления тепловые электростанции делятся на:
- докритического давления – до 22,1 МПа.
- низкого – 3,4 МПа
- среднего – 8,8 МПа
- высокого – 12,8 МПа
Преимущества и недостатки тепловых электростанций
Ниже в таблице приведены основные преимущества и недостатки тепловых электростанций перед другими видами объектов электрогенерации
Преимущества Недостатки По сравнению с другими электростанциями дешевые и быстрее строятся Теряется много тепла, что снижает ее КПД Могут вырабатывать электрическую энергию круглый год Их довольно сложно регулировать: чтобы остановить ТЭС или запустить ее на полную мощность может потребоваться несколько дней Их можно строить как вблизи городов, так и вблизи месторождений органических ресурсов В больших масштабах используют различные виды органического не возобновляемого топлива: уголь, газ, сланцы, торф Выбрасывают в атмосферу большие объемы отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды Эффективность ТЭЦ
На разных этапах работы электростанции теряется большое количество тепла, в то время как большая часть теряется в конденсаторе. Вот почему их эффективность так низка.
Тепловая эффективность – это безразмерная мера мощности устройства, использующего тепловую энергию, или иным образом отношение тепла, преобразованного в цикле в работу к теплу, подведенному в цикле к рабочему телу. Чем выше этот показатель, тем лучше цикл. На современных тепловых электростанциях тепловой КПД составляет 30%.
- At – тепло, преобразованное в цикле в работу
- Q1 – тепло, подведенное в цикле к рабочему телу
- Q2 – тепло, отданное в цикле рабочим телом в окружающую среду
На большинстве тепловых электростанций в электроэнергию превращаются только 40% теплоты, которая выделяется в результате сгорания топлива, все остальное выбрасывается в окружающую среду. Однако на некоторых электростанциях это остаточное тепло используется для обогрева близлежащих домов и предприятий. С помощью такой системы вы можете увеличить отдачу на 80%.
Заключение
В этой статье были изучены виды и типы тепловых электростанций. Мы рассмотрели принципы работы конденсационных станций и теплоэлектроцентралей, установили их особенности и основные параметры. Рекомендуем также ознакомиться статьей про геотермальные тепловые электростанции.
ТЭС и ТЭЦ: как тепловые станции помогают согревать наши дома и превращать энергию ископаемого топлива в электричество
Когда туристы в лесу у костра поют под гитару песню про севшую у любви батарейку, то используют тепловую энергию от сжигания дров напрямую — чтобы согреться. Такие посиделки могут наполнить туристов энергией человеческого общения, но вот аккумулятор смартфона от костра не зарядить и лампочку не включить. Чтобы получить электрическую энергию с помощью сжигания органического топлива, люди строят тепловые электростанции. Рассказываем, как они работают, и почему ТЭС, ГРЭС, КЭС, ТЭЦ только звучат как волшебные слова, но ими не являются.
Тепловые электростанции (ТЭС) работают на ископаемом топливе. Оно сгорает в топке, и энергия химических связей переходит в тепловую энергию продуктов сгорания — воды и углекислого газа. Тепло нагревает воду в паровом котле и превращает ее в горячий пар, который под огромным давлением устремляется в турбину. На ее лопатках тепловая энергия пара превращается в механическую. Пар остывает и расширяется, а турбина раскручивается и вращает ротор электрогенератора, который преобразует механическую энергию вращения в электрическую.
Пройдя линии электропередач и трансформаторные подстанции, электрическая энергия попадает в дома, школы, магазины и заводы. Описанная схема работы тепловой электростанции считается классической, а ТЭС, работающие по ней, называют конденсационными, или КЭС.
Словно офисный клерк в пятницу, водяной пар в КЭС после тяжелой работы в турбине «расслабляется и отдыхает» в конденсаторе. Там он превращается в воду и отправляется обратно в котел, где «в понедельник», то есть в новом рабочем цикле, его снова подогреют продукты сгорания топлива. Конденсация пара облегчает перекачку воды между турбинами и котлом, так как требуемая мощность насоса для перекачки пропорциональна расходу перекачиваемой среды, то есть объему, протекающему через насос в единицу времени.
Объем воды намного меньше, чем у пара, и конденсация позволяет снизить затраты энергии на перекачку.
В турбинах тепловой электростанции, наоборот, конденсации пара стремятся избегать, для чего на выходе из котла его дополнительно подогревают. Если этого не делать, образуются капли воды, которые могли бы ударяться о лопатки турбины с огромной скоростью и «подточить» даже суперсплавы, быстро разрушив турбину.
Паровые котлы тепловой электростанции можно «топить» чем угодно, но очистка топлива облегчает обслуживание и чистку оборудования, повышает надежность электростанции. Мазут — продукт нефтепереработки — очищают от серы, растворенных металлоорганических соединений и твердых примесей и подогревают до температуры текучести . Газ почти не нужно готовить — достаточно отделить от него сероводород. Уголь дробят, сушат и обжигают, а затем превращают в тонкую пыль, смешиваемую с воздухом.
инженер на Московском нефтеперерабатывающем заводе
Сегодня в России мазут на ТЭС используется только как резервное топливо. Он содержит много серы, которая при сгорании дает вредные выбросы, поэтому от сжигания мазута стараются уйти.
«Меняются технологии, и оборудование станций совершенствуется, поэтому ТЭС перешли на природный газ, что значительно экологичнее, — пояснил Антолий. — А мазут мы, вместо сжигания, с помощью современных технологий перерабатываем в светлые нефтепродукты: бензин, авиационный керосин, дизельное топливо».
Если электростанция производит только электричество, ее можно разместить в любом удобном месте, — линии электропередач доставят энергию за сотни и тысячи километров. Самые крупные электростанции снабжают электричеством целые регионы — их называют государственными районными электростанциями, или ГРЭС. По сути, ГРЭС — это просто очень большая КЭС.
Первые тепловые электростанции в России и мире появились в конце XIX века, однако они значительно отличались от современных. Вместо турбин использовались поршни и цилиндры , а отработанный пар выпускался в атмосферу. Мощность и надежность этих установок намного уступали современным. Первая ТЭС в России появилась в 1883 году в Санкт-Петербурге и представляла собой паровой локомотив, соединенный с электрогенератором мощностью 35 киловатт. Теперь типичная ТЭС вырабатывает сотни, а ГРЭС — тысячи мегаватт. Самая крупная российская тепловая электростанция, Сургутская ГРЭС-2, работает на газе и генерирует 5660 мегаватт электрической мощности.
Полезное тепло
На КЭС в электричество можно перевести до 30–40% энергии топлива. Увеличить этот показатель не позволяют законы термодинамики, а ограничения описывает теорема Карно. Но оставшиеся 60–70% можно использовать, — это тепловая энергия.
Теорема Карно определяет предельно достижимый КПД тепловой машины — установки, проводящей тепловую энергию в электрическую, механическую и другие виды. Предельный КПД зависит от температур рабочего тела на входе (Т1) и выходе (Т2) машины: КПДмакс = 1 – T2/T1. Чем больше отношение температур — тем выше предельный КПД. Но если нагреть пар выше 540 градусов Цельсия, начинается коррозия стальных паропроводов. Поэтому предельный КПД тепловой станции — примерно 62%. Реальный КПД (около 40%) составляет почти две трети от предельного, и это можно считать довольно высоким показателем в энергетической отрасли.
Передавать тепло потребителям помогают теплоэлектроцентрали, или ТЭЦ. Они отличаются от ТЭС тем, что водяной пар, отработав в турбине, направляется не в конденсатор и обратно в котел, а в теплообменник, и превращает холодную воду в кипяток. По магистральным трубопроводам горячая вода попадает в котельные и оттуда — в наши водопроводы и системы отопления.
Общая эффективность использования энергии топлива — электрическая плюс тепловая — на ТЭЦ может достигать внушительных 70 и даже 85%. ТЭЦ — «городские жители»: законы физики не дают эффективно передавать тепло на те же расстояния, что и электричество. По этой же причине не строят атомные теплоэлектроцентрали: по дороге через санитарную зону шириной десятки километров горячая вода остынет.
Сократить потери тепла из трубы с горячей водой очень сложно. Ускорить поток воды в трубах нельзя — потребуется слишком высокое давление перекачки, качественно улучшить теплоизоляцию тоже не получится. Теплопроводность обычных материалов не может быть ниже теплопроводности воздуха в порах и между волокнами материала. Выйти за этот предел способны только экзотические и дорогие материалы и конструкции. Длина магистральных трубопроводов горячей воды обычно не превышает десятка километров.
Не котлами едиными
Турбину можно вращать и напрямую продуктами сгорания топлива, температура которых превышает тысячу градусов. Для этого строят газотурбинные электростанции, или ГТЭС. Они работают только на очищенном газе, сравнительно просты в конструкции и могут быть возведены менее, чем за год. Продукты сгорания, выходящие из турбины, нагревают воду в паровом котле парогазовой ТЭС, и пар вращает отдельную турбину, как в классической конденсационной электростанции. КПД такого «тандема» из газовой и паровой турбины может достигать 60%.
Современная теплоэлектростанция сочетает в себе множество высоких технологий, но суть проста и универсальна: тепло топлива превращает воду в пар, пар вращает турбину, а турбина вращает электрогенератор, пар из турбины затем можно использовать для получения тепла. На долю ТЭС на ископаемом топливе приходится около 75% мировой выработки электроэнергии и две трети электроэнергии, вырабатываемой в России.