Принцип работы тэс кратко

Обновлено: 30.06.2024

Электрической станцией называется комплекс оборудования, предназначенного для преобразования энергии какого-либо природного источника в электричество или тепло. Разновидностей подобных объектов существует несколько. К примеру, часто для получения электричества и тепла используются ТЭС.

Определение

ТЭС — это э лектростанция, применяющая в качестве источника энергии какое-либо органическое топливо. В качестве последнего может использоваться, к примеру, нефть, газ, уголь. На настоящий момент тепловые комплексы являются самым распространенным видом электростанций в мире. Объясняется популярность ТЭС прежде всего доступностью органического топлива. Нефть, газ и уголь имеются во многих уголках планеты.

ТЭС — это (расшифровка с амой аббревиатуры выглядит как "тепловая электростанция"), помимо всего прочего, комплекс с довольно-таки высоким КПД. В зависимости от вида используемых турбин этот показатель на станциях подобного типа может быть равен 30 - 70%.

Какие существуют разновидности ТЭС

Классифицироваться станции этого типа могут по двум основным признакам:

В первом случае различают ГРЭС и ТЭЦ. ГРЭС — это станция, работающая за счет вращения турбины под мощным напором струи пара. Расшифровка аббревиатуры ГРЭС — государственная районная электростанция — в настоящий момент утратила актуальность. Поэтому часто такие комплексы называют также КЭС. Данная аббревиатура расшифровывается как "конденсационная электростанция".

ТЭЦ — это также довольно-таки распространенный вид ТЭС. В отличие от ГРЭС, такие станции оснащаются не конденсационными, а теплофикационными турбинами. Расшифровывается ТЭЦ как "теплоэнергоцентраль".

Помимо конденсационных и теплофикационных установок (паротурбинных), на ТЭС могут использоваться следующие типы оборудования:

ТЭС и ТЭЦ: различия

Часто люди путают эти два понятия. ТЭЦ, по сути, как мы выяснили, является одной из разновидностей ТЭС. Отличается такая станция от других типов ТЭС прежде всего тем, что часть вырабатываемой ею тепловой энергии идет на бойлеры, установленные в помещениях для их обогрева или же для получения горячей воды.

Также люди часто путают названия ГЭС и ГРЭС. Связано это прежде всего со сходством аббревиатур. Однако ГЭС принципиально отличается от ГРЭС. Оба этих вида станций возводятся на реках. Однако на ГЭС, в отличие от ГРЭС, в качестве источника энергии используется не пар, а непосредственно сам водяной поток.

Какие предъявляются требования к ТЭС

ТЭС — это тепловая электрическая станция, на которой выработка электроэнергии и ее потребление производятся одномоментно. Поэтому такой комплекс должен полностью соответствовать ряду экономических и технологических требований. Это обеспечит бесперебойное и надежное обеспечение потребителей электроэнергией. Так:

помещения ТЭС должны иметь хорошее освещение, вентиляцию и аэрацию;
должна быть обеспечена защита воздуха внутри станции и вокруг нее от загрязнения твердыми частицами, азотом, оксидом серы и т. д.;
источники водоснабжения следует тщательно защищать от попадания в них сточных вод;
системы водоподготовки на станциях следует обустраивать безотходные.

Принцип работы ТЭС

ТЭС — это электростанция , на которой могут использоваться турбины разного типа. Далее рассмотрим принцип работы ТЭС на примере одного из самых распространенных ее типов — ТЭЦ. Осуществляется выработка энергии на таких станциях в несколько этапов:

Топливо и окислитель поступают в котел. В качестве первого в России обычно используется угольная пыль. Иногда топливом ТЭЦ могут служить также торф, мазут, уголь, горючие сланцы, газ. Окислителем в данном случае выступает подогретый воздух.

Образовавшийся в результате сжигания топлива в котле пар поступает в турбину. Назначением последней является преобразование энергии пара в механическую.

Вращающиеся валы турбины передают энергию на валы генератора, преобразующего ее в электрическую.

Охлажденный и потерявший часть энергии в турбине пар поступает в конденсатор. Здесь он превращается в воду, которая подается через подогреватели в деаэратор.

Деаэ рированная вода подогревается и подается в котел.

Преимущества ТЭС

ТЭС — это, таким образом, станция, основным типом оборудования на которой являются турбины и генераторы. К плюсам таких комплексов относят в первую очередь:

дешевизну возведения в сравнении с большинством других видов электростанций;
дешевизну используемого топлива;
невысокую стоимость выработки электроэнергии.

Также большим плюсом таких станций считается то, что построены они могут быть в любом нужном месте, вне зависимости от наличия топлива. Уголь, мазут и т. д. могут транспортироваться на станцию автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом ТЭС является то, что они занимают очень малую площадь в сравнении с другими типами станций.

Недостатки ТЭС

Разумеется, есть у таких станций не только преимущества. Имеется у них и ряд недостатков. ТЭС — это комплексы, к сожалению, очень сильно загрязняющие окружающую среду. Станции этого типа могут выбрасывать в воздух просто огромное количество копоти и дыма. Также к минусам ТЭС относят высокие в сравнении с ГЭС эксплуатационные расходы. К тому же все виды используемого на таких станциях топлива относятся к невосполнимым природным ресурсам.

Какие еще виды ТЭС существуют

Помимо паротурбинных ТЭЦ и КЭС (ГРЭС), на территории России работают станции:

Газотурбинные (ГТЭС). В данном случае турбины вращаются не от пара, а на природном газу. Также в качестве топлива на таких станциях могут использоваться мазут или солярка. КПД таких станций, к сожалению, не слишком высок (27 - 29%). Поэтому используют их в основном только как резервные источники электроэнергии или же предназначенные для подачи напряжения в сеть небольших населенных пунктов.

Парогазотурбинные (ПГЭС). КПД таких комбинированных станций составляет примерно 41 - 44%. Передают энергию на генератор в системах этого типа одновременно турбины и газовые, и паровые. Как и ТЭЦ, ПГЭС могут использоваться не только для собственно выработки электроэнергии, но и для отопления зданий или же обеспечения потребителей горячей водой.

Примеры станций

Итак, достаточно производительным и в какой-то мере даже универсальным объектом может считаться люба я ТЭС, электростанция. Примеры таких комплексов представляем в списке ниже.

Белгородская ТЭЦ. Мощность этой станции составляет 60 МВт. Турбины ее работают на природном газе.

Мичуринская ТЭЦ (60 МВт). Этот объект также расположен в Белгородской области и работает на природном газе.

Череповецкая ГРЭС. Комплекс находится в Волгоградской области и может работать как на газу, так и на угле. Мощность этой станции равна целых 1051 МВт.

Липецкая ТЭЦ -2 (515 МВТ). Работает на природном газе.

Черепетская ГРЭС (1735 Мвт). Источником топлива для турбин этого комплекса служит уголь.

Вместо заключения

Таким образом, мы выяснили, что представляют собой тепловые электростанции и какие существуют разновидности подобных объектов. Впервые комплекс этого типа был построен очень давно — в 1882 году в Нью-Йорке. Через год такая система заработала в России — в Санкт-Петербурге. Сегодня ТЭС — это разновидность электростанций, на долю которых приходится порядка 75% всей вырабатываемой в мире электроэнергии. И по всей видимости, несмотря на ряд минусов, станции этого типа еще долго будут обеспечивать население электроэнергией и теплом. Ведь достоинств у таких комплексов на порядок больше, чем недостатков.

Давайте вместе разберемся как работает ТЭС (Тепловая электрическая станция). Так как в название присутствует слово тепловая, то очевидно, что на таком типе электростанции всё завязано вокруг тепловой энергии — вокруг тепла.

Действительно, на ТЭС главным образом сначала пытаются получить тепло, а затем преобразовать тепло в электричество. Но как? Давайте разбираться дальше.

Видео о том, Как работает ТЭС:

Получение тепла на ТЭС.

Тепло на обычных тепловых электростанциях получают при сжигании органического топлива: газ, уголь, мазут, торф и очень редко дизель. Электростанции, которые сжигают газ называют также газовые электростанции, которые сжигают уголь — угольные электростанции .

Топливо сжигают в котлах . Котлы на электростанциях — это громадные конструкции, по размерам нередко как девятиэтажный дом, а иногда и больше. Все стенки внутри котла экранированы трубами, по которым бежит вода и при нагревании преобразуется в пар. Внутри котла есть зона, которая называется топка. В этом месте и горит наше топливо. Зона топки также экранирована трубами. Получается, что вода и пар, которые текут по трубкам внутри котла, получают тепло как непосредственно от пламени внутри топки, так и от продуктов сгорания топлива, т.е. дымовых газов, которые тоже имеют высокую температуру, порядка 1000 градусов Цельсия. Трубки внутри котла часто рвутся и получается, что вода которая течет по ним под высоким давлением, вырывается наружу. Это называется свищ. Тогда котел приходится останавливать на ремонт.

В итоге, вся вода, которая приходит в котел у нас после нагревания превращается в пар. Пар в свою очередь покидает котёл и идет по паропроводам к паровой турбине.

Преобразование тепловой энергии в электрическую.

Итак, пар после котла поступает в паровую турбину . Паровая турбина — это такая штуковина, которая преобразует тепло в механическую энергию вращения.

Основные детали паровой турбины — это сопла и рабочие лопатки. Они установлены друг за другом. Сначала ряд сопел, затем ряд рабочих лопаток и так далее. Сопла установлены на неподвижной части турбины — статоре, а рабочие лопатки на подвижной — роторе, который вращается. Совокупность одного ряда сопел и рабочих лопаток принято называть ступень. Ступеней в турбине может быть разное количество: может быть 5 ступеней, а может и 40, в зависимости от параметров пара.

В соплах и на рабочих лопатках наше тепло в виде нагретого пара и преобразуется в энергию вращения вала турбины. Первым делом пар на входе в турбину попадает на первый ряд сопел. В соплах, происходит расширение пара, при этом он теряет некоторую теплоту. Расширяясь пар увеличивает свою скорость, а скорость — это кинетическая энергия. И вот расширившись и приобретя некоторую кинетическую энергию пар толкает ряд рабочих лопаток, закрепленных на роторе турбины, в результате ротор вращается. Затем пар снова поступает на следующий ряд сопел, затем на следующий ряд рабочих лопаток и так далее.

Когда пар пройдет все сопла и лопатки он либо направится в следующую часть турбины с соплами и лопатками, либо, если он уже практически полностью расширился и остыв покидает турбину в специальное приемное устройство — конденсатор.

Вал нашей турбины сцеплен с валом электрического генератора. Генератор работает по принципу как и любой электрический генератор, например как генератор в машине. Только в машине генератор вращается приводным ремнем от двигателя, а генератор на тепловой электростанции вращается от паровой турбины.

Потери на ТЭС.

Давайте еще поговорим о том, куда девается пар после турбины. Как мы сказали выше, сначала пар попадает в конденсатор. Пар не выбрасывается, допустим в атмосферу. Потому что, он получен из специально хорошо очищенной воды с содержанием очень малого количества солей и других примесей. Поэтому пар после турбины выкидывать затратно.

В конденсаторе пар конденсируется, т.е. преобразуется обратно в воду, и затем, снова поступает в котёл, где опять нагревается и так далее.

Откуда же появляются потери, о которых написано в заголовке? А потери появляются при конденсации пара в воду. Для того, чтобы пар конденсировать, его нужно охладит. Пар охлаждается водой в конденсаторе. Охлаждающая вода берется либо с пруда охладителя, либо с реки, либо с другого источника. Вот эта охлаждающая вода и забирает часть нашего тепла и уносит с собой в атмосферу. Может унести через градирни, где охлаждается, либо в пруде-охладителе.

Здесь получаются у нас самая большая потеря тепла на ТЭС. Примерно таким образом теряется около 50% всего тепла, полученного при сжигании топлива. Проблема в том, что это тепло низкопотенциальное, т.е. его много, но оно имеет низкую температуру и, впринципе, его некуда использовать. Поэтому и приходится выбрасывать в атмосферу.

Существуют и другие недостатки ТЭС . Постепенно процессы на ТЭС совершенствуются, КПД поднимаются. Но всё же, из-за особенности рабочего цикла, даже у самых современных зарубежных ТЭС КПД не больше 65%. Т.е. 35% сжигаемого топлива мы просто выбрасываем. Средний КПД российских ТЭС не превышает 35-40%. На тепловых электростанциях России топлива выбрасывается еще больше.

На тепловых электростанциях люди получают практически всю необходимую энергию на планете. Люди научились получать электрический ток иным образом, но все еще не принимают альтернативные варианты. Пусть им невыгодно использовать топливо, они не отказываются от него.

В чем секрет тепловых электростанций?

Тепловые электростанции неслучайно остаются незаменимыми. Их турбина вырабатывает энергию простейшим способом, используя горение. За счет этого удается минимизировать расходы на строительство, считающиеся полностью оправданными. Во всех странах мира находятся такие объекты, поэтому можно не удивляться распространению.

Принцип работы тепловых электростанций построен на сжигании огромных объемов топлива. В результате этого появляется электроэнергия, которая сначала аккумулируется, а потом распространяется по определенным регионам. Схемы тепловых электростанций почти остаются постоянными.

Какое топливо используется на станции?

Каждая станция использует отдельное топливо. Оно специально поставляется, чтобы не нарушался рабочий процесс. Этот момент остается одним из проблематичных, так как появляются транспортные расходы. Какие виды использует оборудование?

Уголь;
Горючие сланцы;
Торф;
Мазут;
Природный газ.

Тепловые схемы тепловых электростанций строятся на определенном виде топлива. Причем в них вносятся незначительные изменения, обеспечивающие максимальный коэффициент полезного действия. Если их не сделать, основной расход будет чрезмерным, поэтому не оправдает полученный электрический ток.

Типы тепловых электростанций

Типы тепловых электростанций — важный вопрос. Ответ на него расскажет, каким образом появляется необходимая энергия. Сегодня постепенно вносятся серьезные изменения, где главным источником энергетики окажутся альтернативные виды, но пока их применение остается нецелесообразным.

Конденсационные (КЭС);
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);
Государственные районные электростанции (ГРЭС).

Электростанция ТЭС потребует подробного описания. Виды различны, поэтому только рассмотрение объяснит, почему осуществляется строительство такого масштаба.

Конденсационные (КЭС)

Виды тепловых электростанций начинаются с конденсационных. Такие ТЭЦ применяются исключительно для выработки электроэнергии. Чаще всего она аккумулируется, сразу не распространяясь. Конденсационный метод обеспечивает максимальный КПД, поэтому подобные принципы считаются оптимальными. Сегодня во всех странах выделяют отдельных объекты крупного масштаба, обеспечивающие обширные регионы.

Постепенно появляются атомные установки, заменяющие традиционное топливо. Только замена остается дорогостоящим и длительным процессом, так как работа на органическом топливе отличается от иных способов. Причем отключение ни одной станции невозможно, ведь в таких ситуациях целые области остаются без ценной электроэнергии.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

ТЭЦ используются сразу для нескольких целей. В первую очередь они используются для получения ценной электроэнергии, но сжигание топлива также остается полезным для выработки тепла. За счет этого теплофикационные электростанции продолжают применяться на практике.

Важной особенностью является том, что такие тепловые электростанции виды другие превосходят относительно небольшой мощностью. Они обеспечивают отдельные районы, поэтому нет необходимости в объемных поставках. Практика показывает, насколько выгодно такое решение из-за прокладки дополнительных линий электропередач. Принцип работы современной ТЭС является ненужной только из-за экологии.

Государственные районные электростанции

Общие сведения о современных тепловых электростанциях не отмечают ГРЭС. Постепенно они остаются на заднем плане, теряя свою актуальность. Хотя государственные районные электростанции остаются полезными с точки зрения объемов выработки энергии.

Разные виды тепловых электростанций дают поддержку обширным регионам, но все равно их мощность недостаточна. Во времена СССР осуществлялись крупномасштабные проекты, которые сейчас закрываются. Причиной стало нецелесообразное использование топлива. Хотя их замена остается проблематичной, так как преимущества и недостатки современных ТЭС в первую очередь отмечают большие объемы энергии.

Какие электростанции являются тепловыми? Их принцип построен на сжигании топлива. Они остаются незаменимыми, хотя активно ведутся подсчеты по равнозначной замене. Тепловые электростанции преимущества и недостатки продолжают подтверждать на практике. Из-за чего их работа остается необходимой.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Бог проявил щедрость,
когда подарил миру такого человека.

Светлане Плачковой посвящается

Издание посвящается жене, другу и соратнику, автору идеи, инициатору и организатору написания этих книг Светлане Григорьевне Плачковой, что явилось её последним вкладом в свою любимую отрасль – энергетику.

Книга 3. Развитие теплоэнергетики и гидроэнергетики

1.2. Типы тепловых электростанций и принцип их работы

Электроэнергию производят на электростанциях за счет использования энергии, скрытой в различных природных ресурсах. Как видно из табл. 1.2 это происходит в основном на тепловых (ТЭС) и атомных электростанциях (АЭС), работающих по тепловому циклу.

Типы тепловых электростанций

По виду генерируемой и отпускаемой энергии тепловые электростанции разделяют на два основных типа: конденсационные (КЭС), предназначенные только для производства электроэнергии, и теплофикационные, или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Конденсационные электрические станции, работающие на органическом топливе, строят вблизи мест его добычи, а теплоэлектроцентрали размещают вблизи потребителей тепла – промышленных предприятий и жилых массивов. ТЭЦ также работают на органическом топливе, но в отличие от КЭС вырабатывают как электрическую, так и тепловую энергию в виде горячей воды и пара для производственных и теплофикационных целей. К основным видам топлива этих электростанций относятся: твердое – каменные угли, антрацит, полуантрацит, бурые угли, торф, сланцы; жидкое – мазут и газообразное – природный, коксовый, доменный и т.п. газ.

Запорожская ТЭС (3600 МВт) – одна из самых мощных ТЭС Украины (делит 1–2-е места с Углегорской ТЭС)

Таблица 1.2. Выработка электроэнергии в мире

Доля общей выработки по электростанциям, % АЭС

ТЭС на угле и прочих видах топлива

ГЭС и ЭС на других, возобновляемых, видах топлива

Выработка электроэнергии по регионам, %

Восточная Европа Азия и Австралия Америка

Средний Восток и Африка

Установленная мощность электростанций в мире (всего), ГВт

В том числе, % АЭС

ТЭС на угле и прочих видах топлива

ГЭС и ЭС на других, возобновляемых, видах топлива

Выработка электроэнергии (суммарная),

Атомные электростанции преимущественно конденсационного типа используют энергию ядерного топлива.

В зависимости от типа теплосиловой установки для привода электрогенератора электростанции подразделяются на паротурбинные (ПТУ), газотурбинные (ГТУ), парогазовые (ПГУ) и электростанции с двигателями внутреннего сгорания (ДЭС).

В зависимости от длительности работы ТЭС в течение года по покрытию графиков энергетических нагрузок, характеризующихся числом часов использования установленной мощности τ у ст , электростанции принято классифицировать на: базовые ( τ у ст > 6000 ч/год); полупиковые ( τ у ст = 2000 – 5000 ч/год); пиковые ( τ у ст Углегорская ТЭС мощностью 3600 МВт

Южно-Украинская АЭС мощностью 3000 МВт

На конденсационных электростанциях, входящих в крупные энергосистемы, применяются только блочные системы с промежуточным перегревом пара. Неблочные схемы с поперечными связями по пару и воде применяются без промежуточного перегрева.

Принцип работы и основные энергетические характеристики тепловых электростанций

Электроэнергию на электростанциях производят за счет использования энергии, скрытой в различных природных ресурсах (уголь, газ, нефть, мазут, уран и др.), по достаточно простому принципу, реализовывая технологию преобразования энергии. Общая схема ТЭС (см. рис. 1.1) отражает последовательность такого преобразования одних видов энергии в другие и использования рабочего тела (вода, пар) в цикле тепловой электростанции. Топливо (в данном случае уголь) сгорает в котле, нагревает воду и превращает ее в пар. Пар подается в турбины, преобразующие тепловую энергию пара в механическую энергию и приводящие в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию (см. раздел 4.1).

Современная тепловая электростанция – это сложное предприятие, включающее большое количество различного оборудования. Состав оборудования электростанции зависит от выбранной тепловой схемы, вида используемого топлива и типа системы водоснабжения.

Рис. 1.5. Суточные графики электрической нагрузки: а – промышленный; б – осветительно-бытовой; в – суммарный (– зима, - - - лето)

Основное оборудование электростанции включает: котельные и турбинные агрегаты с электрическим генератором и конденсатором. Эти агрегаты стандартизованы по мощности, параметрам пара, производительности, напряжению и силе тока и т.д. Тип и количество основного оборудования тепловой электростанции соответствуют заданной мощности и предусмотренному режиму её работы. Существует и вспомогательное оборудование, служащее для отпуска теплоты потребителям и использования пара турбины для подогрева питательной воды котлов и обеспечения собственных нужд электростанции. К нему относится оборудование систем топливоснабжения, деаэрационно-питательной установки, конденсационной установки, теплофикационной установки (для ТЭЦ), систем технического водоснабжения, маслоснабжения, регенеративного подогрева питательной воды, химводоподготовки, распределения и передачи электроэнергии (см. раздел 4).

На всех паротурбинных установках применяется регенеративный подогрев питательной воды, существенно повышающий тепловую и общую экономичность электростанции, поскольку в схемах с регенеративным подогревом потоки пара, отводимые из турбины в регенеративные подогреватели, совершают работу без потерь в холодном источнике (конденсаторе). При этом для одной и той же электрической мощности турбогенератора расход пара в конденсаторе снижается и в результате к.п.д. установки растет.

Тип применяемого парового котла (см. раздел 2) зависит от вида топлива, используемого на электростанции. Для наиболее распространённых топлив (ископаемые угли, газ, мазут, фрезторф) применяются котлы с П-, Т-образной и башенной компоновкой и топочной камерой, разработанной применительно к тому или иному виду топлива. Для топлив с легкоплавкой золой используются котлы с жидким шлакоудалением. При этом достигается высокое (до 90%) улавливание золы в топке и снижается абразивный износ поверхностей нагрева. Из этих же соображений для высокозольных топлив, таких как сланцы и отходы углеобогащения, применяются паровые котлы с четырехходовой компоновкой. На тепловых электростанциях используются, как правило, котлы барабанной или прямоточной конструкции.

Турбины и электрогенераторы согласуются по шкале мощности. Каждой турбине соответствует определенный тип генератора. Для блочных тепловых конденсационных электростанций мощность турбин соответствует мощности блоков, а число блоков определяется заданной мощностью электростанции. В современных блоках используются конденсационные турбины мощностью 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 МВт с промежуточным перегревом пара.

На ТЭЦ применяются турбины (см. подраздел 4.2) с противодавлением (типа Р), с конденсацией и производственным отбором пара (типа П), с конденсацией и одним или двумя теплофикационными отборами (типа Т), а также с конденсацией, промышленным и теплофикационными отборами пара (типа ПТ). Турбины типа ПТ также могут иметь один или два теплофикационных отбора. Выбор типа турбины зависит от величины и соотношения тепловых нагрузок. Если преобладает отопительная нагрузка, то в дополнение к турбинам ПТ могут быть установлены турбины типа Т с теплофикационными отборами, а при преобладании промышленной нагрузки – турбины типов ПР и Р с промышленным отбором и противодавлением.

В настоящее время на ТЭЦ наибольшее распространение имеют установки электрической мощностью 100 и 50 МВт, работающие на начальных параметрах 12,7 МПа, 540–560°С. Для ТЭЦ крупных городов созданы установки электрической мощностью 175–185 МВт и 250 МВт (с турбиной Т-250-240). Установки с турбинами Т-250-240 являются блочными и работают при сверхкритических начальных параметрах (23,5 МПа, 540/540°С).

Особенностью работы электрических станций в сети является то, что общее количество электрической энергии, вырабатываемой ими в каждый момент времени, должно полностью соответствовать потребляемой энергии. Основная часть электрических станций работает параллельно в объединенной энергетической системе, покрывая общую электрическую нагрузку системы, а ТЭЦ одновременно и тепловую нагрузку своего района. Есть электростанции местного значения, предназначенные для обслуживания района и не подсоединенные к общей энергосистеме.

Рис. 1.6. График годовой электрической нагрузки по продолжительности: І – базовая нагрузка; ІІ – промежуточная нагрузка; ІІІ – пиковая нагрузка

Графическое изображение зависимости электропотребления во времени называют графиком электрической нагрузки . Суточные графики электрической нагрузки (рис.1.5) меняются в зависимости от времени года, дня недели и характеризуются обычно минимальной нагрузкой в ночной период и максимальной нагрузкой в часы пик (пиковая часть графика). Наряду с суточными графиками большое значение имеют годовые графики электрической нагрузки (рис. 1.6), которые строятся по данным суточных графиков.

Графики электрических нагрузок используются при планировании электрических нагрузок электростанций и систем, распределении нагрузок между отдельными электростанциями и агрегатами, в расчетах по выбору состава рабочего и резервного оборудования, определении требуемой установленной мощности и необходимого резерва, числа и единичной мощности агрегатов, при разработке планов ремонта оборудования и определении ремонтного резерва и др.

При работе с полной нагрузкой оборудование электростанции развивает номинальную или максимально длительную мощность (производительность), которая является основной паспортной характеристикой агрегата. На этой наибольшей мощности (производительности) агрегат должен длительно работать при номинальных значениях основных параметров. Одной из основных характеристик электростанции является ее установленная мощность, которая определяется как сумма номинальных мощностей всех электрогенераторов и теплофикационного оборудования с учетом резерва.

Рис. 1.7. График суточной тепловой нагрузки предприятий (– зима, - - - - лето)

Работа электростанции характеризуется также числом часов использования установленной мощности , которое зависит от того, в каком режиме работает электростанция. Для электростанций, несущих базовую нагрузку, число часов использования установленной мощности составляет 6000–7500 ч/год, а для работающих в режиме покрытия пиковых нагрузок – менее 2000–3000 ч/год.

Нагрузку, при которой агрегат работает с наибольшим к.п.д., называют экономической нагрузкой. Номинальная длительная нагрузка может быть равна экономической. Иногда возможна кратковременная работа оборудования с нагрузкой на 10–20% выше номинальной при более низком к.п.д. Если оборудование электростанции устойчиво работает с расчетной нагрузкой при номинальных значениях основных параметров или при изменении их в допустимых пределах, то такой режим называется стационарным.

Рис. 1.8. Суммарный годовой график тепловой нагрузки по продолжительности: І – отопительный период; ІІ – летний период

Режимы работы с установившимися нагрузками, но отличающимися от расчетных, или с неустановившимися нагрузками называют нестационарными или переменными режимами. При переменных режимах одни параметры остаются неизменными и имеют номинальные значения, другие – изменяются в определенных допустимых пределах. Так, при частичной нагрузке блока давление и температура пара перед турбиной могут оставаться номинальными, в то время как вакуум в конденсаторе и параметры пара в отборах изменятся пропорционально нагрузке. Возможны также нестационарные режимы, когда изменяются все основные параметры. Такие режимы имеют место, например, при пуске и остановке оборудования, сбросе и набросе нагрузки на турбогенераторе, при работе на скользящих параметрах и называются нестационарными.

Тепловая нагрузка электростанции используется для технологических процессов и промышленных установок, для отопления и вентиляции производственных, жилых и общественных зданий, кондиционирования воздуха и бытовых нужд. Для производственных целей обычно требуется пар давлением от 0,15 до 1,6 МПа. Однако, чтобы уменьшить потери при транспортировке и избежать необходимости непрерывного дренирования воды из коммуникаций, с электростанции пар отпускают несколько перегретым. На отопление, вентиляцию и бытовые нужды ТЭЦ подает обычно горячую воду с температурой от 70 до 180°С.

Тепловая нагрузка, определяемая расходом тепла на производственные процессы и бытовые нужды (горячее водоснабжение), зависит от наружной температуры воздуха. В условиях Украины летом эта нагрузка (так же как и электрическая) меньше зимней. Промышленная и бытовая тепловые нагрузки изменяются в течение суток, кроме того, среднесуточная тепловая нагрузка электростанции, расходуемая на бытовые нужды, меняется в рабочие и выходные дни. Типичные графики изменения суточной тепловой нагрузки промышленных предприятий и горячего водоснабжения жилого района приведены на рис 1.7 и 1.8.

Рис. 1.9. Тепловой баланс: а) – теплоэлектроцентрали ТЭЦ; б) – конденсационной электростанции КЭС

Эффективность работы ТЭС характеризуется различными технико-экономическими показателями, одни из которых оценивают совершенство тепловых процессов (к.п.д., расходы теплоты и топлива), а другие характеризуют условия, в которых работает ТЭС. Например, на рис. 1.9 ( а , б ) приведены примерные тепловые балансы ТЭЦ и КЭС.

Как видно из рисунков, комбинированная выработка электрической и тепловой энергии обеспечивает значительное повышение тепловой экономичности электростанций благодаря уменьшению потерь теплоты в конденсаторах турбин.

Наиболее важными и полными показателями работы ТЭС являются себестоимости электроэнергии и теплоты.

Тепловые электростанции имеют как преимущества, так и недостатки в сравнении с другими типами электростанций. Можно указать следующие достоинства ТЭС:

По оценкам экспертов, ТЭС всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно около 200–250 млн. тонн золы, более 60 млн. тонн сернистого ангидрида, большое количество оксидов азота и углекислого газа (вызывающего так называемый парниковый эффект и приводящего к долгосрочным глобальным климатическим изменениям), поглощая большое количество кислорода. Кроме того, к настоящему времени установлено, что избыточный радиационный фон вокруг тепловых электростанций, работающих на угле, в среднем в мире в 100 раз выше, чем вблизи АЭС такой же мощности (уголь в качестве микропримесей почти всегда содержит уран, торий и радиоактивный изотоп углерода). Тем не менее, хорошо отработанные технологии строительства, оборудования и эксплуатации ТЭС, а также меньшая стоимость их сооружения приводят к тому, что на ТЭС приходится основная часть мирового производства электроэнергии. По этой причине совершенствованию технологий ТЭС и снижению отрицательного влияния их на окружающую среду во всем мире уделяется большое внимание (см. раздел 6).

Луганская ТЭС

По мере своего развития человечество потребляет все больше энергии. Примерно 50 лет назад электричество нужно было в основном для работы холодильника, телевизора и лампочки. Пускай сейчас они стали потреблять намного меньше, а лампы накаливания и вовсе заменили на светодиоды, но это не означает, что мы победили энергетический голод. У нас появилось очень много других потребителей. Смартфоны, компьютеры, планшеты, игровые приставки, наконец, электромобили… Все это не просто требует энергию, но и намекает нам на то, что ее должно становиться все больше и больше. Ее рост должен идти чуть ли не по экспоненте. Кто же будет давать нам эту энергию? Есть варианты.

Такие пейзажи выглядят очень масштабно.

Какие бывают источники энергии

Источников энергии существует множество. Самыми интересными, наверное, являются солнце и ветер. Вроде ничего не происходит, а электричество вырабатывается. Самые технологичные способы получения — это без сомнения атомная энергетика и токамаки, которые еще пока строятся и рано говорить об их промышленном запуске.

Есть и более экстравагантные способы получения энергии. Например, энергия Земли, о которой я подробно рассказывал ранее. Есть даже станции, которые вырабатывают энергию из приливов. Тоже своеобразный, но иногда действенный способ.

Сочетание приведенных выше технологий позволяет поставить источник энергии почти в любой точке мира. Если что, то можно даже подогнать плавучую атомную станцию, которая обеспечит энергией небольшой город на 60-100 тысяч жителей.

Это все хорошо, но есть и более проверенные способы получения энергии, которые требуют мало затрат, но им надо обеспечивать много топлива и они не очень-то экологичны. Для выработки электричества они используют ископаемое топливо, которое, кроме прочего, может и закончиться, но пока его хватает.

Чем ТЭС отличается от ТЭЦ

Сначала надо разобраться с формулировками. Многие не понимаю, чем ТЭС отличается от ТЭЦ, и почему часто один и то же объект называют обеими этими аббревиатурами.

На самом деле это действительно примерно одно и то же. Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) является разновидностью теплоэлектростанции (ТЭС). В отличии от второй, первая вырабатывает не только электричество, а еще и тепло для отопления близлежащих домов.

60% энергии в мире добывается за счет тепловых электростанций. В том числе и та, от которой заряжается Tesla и прочие электромобили. Вот такая экологичность получается.

ТЭЦ более универсальны, но когда с отоплением в домах все нормально, строятся простые ТЭС, но часто они могут быть преобразованы в ТЭЦ строительством пары дополнительных блоков и прокладкой инфраструктуры в виде труб.

Как работает тепловая электростанция

В основе работы тепловой электростанции лежат свойства пара, которыми он обладает. Вода, превращенная в пар, несет в себе большое количество энергии. Именно эту энергию направляют на вращение турбин, которые должны вырабатывать электричество.

Как правило, на тепловых электростанциях в качестве топлива используется уголь. Выбор этого топлива очень логичен, ведь именно угля на нашей планете еще очень и очень много. В отличии от нефти и газа, которых пока хватает, но уже маячит перспектива истощения их запасов.

Выше я сказал, что 60 процентов получаемой в мире энергии вырабатывается ТЭС. Если говорить о станциях, которые работают на угле, их доля достигает примерно 25 процентов. Это лишний раз подтверждает, что угля у нас много.

Для работы станции его заранее измельчают. Это может делаться в рамках станционного комплекса, но проще это сделать где-то в другом месте.

Измельченный уголь попадает на станцию на начальном этапе производства энергии. При его сжигании разогревается котел, в который и попадает вода. Температура котла может меняться, но его главной задачей является максимальный нагрев пара. Сам пар получается из воды, которая так же поступает на станцию.

Когда вода нагревается в котле, она в виде пара попадает на отдельный блок генератора, где под большим давлением раскручивает турбины. Именно эти турбины и вырабатывают энергию.

Примерно так выглядят принцип работы тепловых электростанций.

Казалось бы, что на этом надо заканчивать, ”заправлять” в котлы новый уголь и подливать воду, но не все так просто. На этапе турбины у потерявшего свою силу и остывшего пара есть два пути. Первый — в циклическую систему повторного использования, второй — в магистраль теплоснабжения. Нагревать воду для отопления отдельно нет смысла. Куда проще отобрать ее после того, как она приняла участие в выработке электричества. Так получается намного эффективнее.

Остывшая вода попадает в градирни, где охлаждается и очищается от примесей серы и других веществ, которыми она насытилась. Охлаждение может показаться нелогичным, ведь это оборотная вода и ее все равно надо будет снова нагревать, но технологически охлаждение очень оправдано, ведь какое-то оборудование просто не может работать с горячей водой.

Принцип работы градирни.

Несмотря на работу электростанций в замкнутом цикле с точки зрения движения воды, она все равно подается со стороны. Связано это с тем, что при охлаждении она выходит из градирни в виде пара и ее объем надо восстанавливать.

После этого вода или проходит через системы предварительного подогрева, или сразу поступает в котлы. Примерно так и выглядит схема работы тепловой электростанции. Есть, конечно, тонкости вроде резервуаров, отстойников, каналов, змеевиков и прочего оборудования, но оно разнится от станции к станции и останавливаться на нем подробно не стоит. Такое оборудование не влияет на принцип работы электростанции, который я описал.

Так выглядит турбина, когда она открыта и находится на обслуживании.

Есть и другие электростанции, которые работают на мазуте, газе и других видах горючих материалов, извлекаемых из недр планеты, но принцип их работы примерно один и тот же — горячий водяной пар крутит турбину, а топливо используется для получения этого пара.

Самая мощная электростанция в мире

Рассказ о принципе работы ТЭС был бы не полным без упоминания о рекордах. Мы же их все так любим, верно?

Самой мощной тепловой электростанцией в мире является китайская ТЭС, получившая название Tuoketuo. Ее мощность составляет 6 600 МВт и состоит она из пяти аналогичных по мощности энергоблоков. Для того, чтобы разместить все это, потребовалось выделить под нее площадь размером 2,5 квадратных километра.

Если цифра 6 600 МВт вам не о чем не говорит, то это мощнее, чем Запорожская атомная станция (Украина). Всего же, если включить Tuoketuo в рейтинг самых мощных атомных станций (забыв, что она тепловая), она займет почетное третье место. Вот такая мощь.

Принцип работы атомных станций я подробно описывал в этой статье. Если коротко - там тоже используется пар.

Следом за Tuoketuo в рейтинге самых мощных тепловых станций идет Тайчжунская ТЭС в Китае (5 824 МВт). С третьего по пятое места расположились Сургутская ГРЭС-2 в России (5 597 МВт), Белхатувская ТЭС в Польше (5 354 МВт) и Futtsu CCGT Power Plant в Японии (5 040 МВт).

Когда появилась первая тепловая электростанция

Энергию пара начали использовать уже давно. Одни паровозы и паровые котлы чего стоили. Кстати, в паровозах именно пар является основным элементом. По сути, это просто большая кастрюля, в которой кипит вода и вырабатывает пар для работы поршневого механизма.

Пар можно создать и дома, но на ТЭЦ он в тысячи раз мощнее.

Первая в мире тепловая электростанция была построена в 1882 году в Нью-Йорке. Место для нее нашли на Перл-Стрит (Манхэттен). Спустя год появилась первая в России подобная станция. Она была построена в Санкт-Петербурге.

Раз вы дочитали до этого места, то статья показалась вам интересной. Еще больше хороших статей вы сможете найти в нашем Telegram-канале.

С тех пор они росли, как грибы после дождя. При относительной простоте и экономичности такие сооружения вырабатывают много энергии. Пусть она не так экологична, как солнечная или ветровая, но именно ТЭЦ будут существовать до тех пор, пока не сгорит последняя тонна угля. Надеюсь, к этому времени уже появятся достойные альтернативы, но пока их не так много.

Читайте также: