Моделирование гидро или тепловой электростанции расчет ее кпд сообщение

Обновлено: 16.05.2024

Одной из важнейших проблем современных ТЭС является низкий КПД, составляющий всего 30. 35 %. Наибольшие потери связаны с уносом тепла с охлаждающей водой.

Для повышения КПД используется технологическая схема комбинированного производства электроэнергии и тепла, отпускаемого потребителям для производственных нужд или для теплофикации и горячего водоснабжения. С этой целью в турбинах производится отбор пара необходимых параметров после соответствующих ступеней. При этом через конденсатор проходит гораздо меньше пара, что позволяет повысить КПД до 60,…,65 %. Электростанции такого типа называют ТЭЦ (тепло-электро-централь).

Повышение КПД может быть достигнуто и за счет подъема параметров острого пара. По оценкам специалистов повышение температуры пара до 600 о С позволит увеличить КПД примерно на 5 %, а подъем давления до 30 МПа – на 3,…,4%.Правда, для этого потребуется металл с более высокими показателями прочности. В 60-е годы прошлого века на Каширской ГРЭС был пущен экспериментальный блок СКР-100 с параметрами пара 31,5 МПа и 650 о С, но до промышленной эксплуатации его не удалось довести. Сегодня у нас отсутствуют даже опытно-промышленные образцы блоков на такие параметры, хотя за рубежом они разрабатываются.

Для существенного повышения КПД разработана и уже применяется технологическая схема бинарного цикла с использованием газовой и паровой турбин. Принципиальная схема такой установки показана на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Принципиальная схема ПГУ

Простейшая газотурбинная установка (ГТУ) состоит из камеры сгорания (1), газовой турбины (2) и воздушного компрессора (3). Газовая турбина используется здесь для привода синхронного генератора (4) и компрессора. Принцип работы ГТУ прост: сжимаемый компрессором воздух нагнетается в камеру сгорания, в которую подается и газообразное или жидкое топливо. Образовавшиеся продукты сгорания направляются в турбину, для которой они являются рабочим телом. Отработавшие в турбине газы здесь не выбрасываются в атмосферу как в простой ГТУ, а поступают в котел-утилизатор (8), где их тепло используется для производства пара и обеспечения термодинамического цикла по обычной схеме. КПД паро-газовой установки (ПГУ) во многом определяется температурой Т₁ продуктов сгорания на входе газовой турбины. При Т₁=1300 о С достигается КПД около 53%. Освоение газовых турбин, способных надежно работать при Т₁=1460 о С позволит поднять КПД ПГУ до 60 %. Для начального запуска ГТУ используется разгонный двигатель (9).

Сегодня в мировой практике более половины планируемых к вводу новых блоков на ТЭС будут работать по бинарному циклу. В США, например, уже работают 67 таких электростанций с общей мощностью 40,6 ГВт. Современные ПГУ значительно дешевле угольных ТЭС, дают меньше вредных выбросов, требуют меньше обслуживающего персонала.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Описание презентации по отдельным слайдам:

Исследование характеристик модели гидроэлектростанции постоянного тока Автор: Телечук Роман Вячеславович, ученик 11 класса Научный руководитель: Парамонов Сергей Васильевич, учитель физики

Проблемы: Исследовать зависимость ЭДС генератора постоянного тока от высоты падения воды Исследовать зависимость КПД генератора постоянного тока от высоты падения воды Исследовать зависимость мощности генератора постоянного тока от высоты падения воды Актуальность: В связи с большим количеством эксплуатируемых гидроэлектростанций важно уметь оценивать КПД, ЭДС и мощность генератора гидроэлектростанции на примере генератора постоянного тока Практическая значимость: а) знания исследованных зависимостей позволит улучшать характеристики гидроэлектростанции и конструировать более выгодные подобные технические устройства Объект исследования: Генератор постоянного тока в комплексе с рабочим колесом

Предмет исследования: Зависимости КПД, ЭДС и мощности гидроагрегата от высоты падения воды на рабочее колесо Задачи исследования: Изучение принципа действия гидроэлектростанции Изготовление исследовательской установки для проведения необходимых экспериментов Проведение необходимых экспериментов для: а) выяснения зависимости ЭДС генератора постоянного тока от высоты падения воды б) выяснение зависимости КПД генератора постоянного тока от высоты падения воды в) выяснение зависимости мощности генератора постоянного тока от высоты падения воды Методы работы: Наблюдение за работой гидроагрегата в процессе падения воды на рабочее колесо с разной высоты Измерение характеристик необходимых для расчета КПД, ЭДС и мощности генератора при падении воды на рабочее колесо с разной высоты Графическое представление исследуемых характеристик от высоты падения воды на рабочее колесо Анализ и интерпретация полученных результатов

Гидроэлектростанция (ГЭС) – электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Водяная мельница – гидротехническое сооружение, использующее гидроэнергию, получаемую с водяного колеса, движение которого выполняет полезную работу посредствам зубчатой передачи. Краткая история использования потенциальной энергии воды, падающей с высоты

Модели гидроэлектростанции с различной высотой водовода На рисунках показан общий вид модели гидроэлектростанции с максимальной и минимальной высотой водовода. В моделях водохранилищем является двухлитровая пластиковая бутылка (2) с отрезанным дном и укреплённая на верхней части шланга-водовода (1). В горлышко бутылки вставлена специальная пробка со стержнем. С помощью стержня можно управлять подачей воды в водовод в период измерений. В бутылку помещается 1,5 кг воды.

Представление модели экспериментальной установки Экспериментальная установка состоит из водовода (1), изготовленного из шланга, нижний конец которого нависает над рабочим колесом (2), жёстко соединённым осью с генератором (3). Генератором является двигатель постоянного тока, так как это машина обратимая. К генератору подключено нагрузочное сопротивление (4) через миллиамперметр (5). Напряжение на нагрузке измеряется с помощью вольтметра (6).

Общий вид модели генератора с подстанцией На рисунке представлена подстанция с генератором постоянного тока. Под номером 1 представлен сам генератор постоянного тока, под номером 2 представлен миллиамперметр, под номером 3 представлен магазин сопротивления и под номером 4 – вольтметр. На втором рисунке показана конструкция рабочего колеса. По соображениям простоты изготовления рабочее колесо сделано по типу мельничного.

Принцип действия модели генератора постоянного тока

Наполнение сосуда водой

Представление измеренных характеристик

Расчет КПД и мощности модели генератора для различных случаев падения воды

Графическое представление полученных зависимостей

Объяснение зависимости ЭДС от высоты падения воды ЭДС по мере уменьшения высоты водовода закономерно уменьшается, так как на меньшей высоте вода обладает меньшей потенциальной энергией. Поэтому на рабочее колесо приходит меньшая кинетическая энергия, и вода падает на него с меньшей скоростью. С меньшей скоростью раскручивается ротор генератора, что приводит к появлению меньшей ЭДС из-за меньшей скорости изменения потока магнитной индукции, проходящего через обмотки ротора. Отступление от правила наблюдается при падении воды с высоты 1,5 метра из-за разбрызгивания воды мимо рабочего колеса Объяснение зависимости КПД от высоты падения воды При падении воды с достаточно большой высоты происходило сильное разбрызгивание струи, что существенно уменьшало КПД модели гидрогенератора. При некотором значении высоты падения воды наблюдается резкий рост КПД по причине стабильности попадания водяного потока в лопатки рабочего колеса. В дальнейшем по мере уменьшения высоты падения воды закономерно уменьшался КПД электроустановки, так как все меньшее количество потенциальной энергии воды превращалось в кинетическую энергию рабочего колеса по сравнению с потерями энергии по разным причинам и, соответственно, в электрическую энергию генератора.

Объяснение зависимости мощности от высоты падения воды Вследствие того, что при использовании достаточно высоких водоводов, происходило приблизительно одинаковое разбрызгивание струи воды (попадание мимо лопастей рабочего колеса), наблюдалось приблизительная стабильность мощности станции. По мере уменьшения высоты водовода от 1 метра до 0,5 метра стабильно наблюдается падение мощности станции, так как потенциальная энергия падающей воды уменьшается. Заключение Исследования модели гидроэлектростанции показали, что основные ожидаемые параметры станции выполняются. Маленькое значение КПД станции объясняется тем, что очень малая потенциальная энергия падающей воды превращается в электрическую энергию. Это происходит по причине использования простейшего рабочего колеса и в качестве генератора двигателя постоянного тока. Их конструкции не позволяют получить лучший результат. В рабочем колесе много воды проходит мимо лопастей, а в генераторе вращающаяся часть – ротор, слабо охватывается магнитным полем постоянных магнитов.

Краткое описание документа:

Научно-исследовательская деятельность учащихся предполагает выступления на научно-практических конференциях различного уровня: Школьной, Муниципальной, Региональной, Российской. Получить право выступать на выше стоящей конференции можно, достигнув хороших и отличных результатов на ниже стоящей конференции, то есть стать победителем или призёром

Стать победителем или призёром можно, если в исследованиях достигнут определённый положительный результат, например для школьного физического кабинета изготовлена исследовательская установка, необходимая учителю для уроков, или в исследованиях получен результат, в котором заинтересуется какое-либо производство.

Качественному выступлению способствует хорошо подготовленная презентация: учебно-методическая заготовка, на которую выступающий школьник может опираться при выступлении. Презентация является, также, демонстрационным материалом в виде описания, фотографий и кинофильмов.

В презентации зафиксирован весь процесс исследования, сделаны соответствующие выводы, даны рекомендации по использованию на практике исследованного явления.

По презентации учащиеся готовятся к выступлению. На выступление на различных уровнях выделяется время от 7 до 10 минут, поэтому требуется уметь коротко и точно изложить материал исследовательской работы. После выступления необходимо качественно ответить на вопросы членов Жюри и присутствующих на выступлении участников, а, также, учителей.

Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром. Тепловые электростанции - так называемые теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) - позволяют значительную часть энергии отработанного пара использовать на промышленных предприятиях и для бытовых нужд (для отопления и горячего водоснабжения). В результате КПД ТЭЦ достигает 60—70%, АЭС- до 80 %.

ТЭС 33-35% (уголь, газ, мазут. Торф); ТЭЦ 35-38% (уголь, газ, мазут, торф); ГРЭС 36-44% (уголь, газ, мазут, торф); ПГУ 50-65% (газ); ГТЭС (газотурбинные ЭС) 30-35% (газ); ГПЭС (газопоршневые ЭС) 40-46% (газ, дизтопливо).

Как первый закон термодинамики позволяет организовать учет энергии в рамках технологического процесса или установки?

В частности, первый закон термодинамики утверждает, что энергия не может создаваться или уничтожаться, но может лишь переходить из одной формы в другую. Это позволяет организовывать учет энергии в рамках технологического процесса или установки, рассчитывать КПД процессов и т.п.

Как второй закон термодинамики определяет потери тепла или энергии?

Согласно второму закону термодинамики, никакой процесс преобразования энергии не допускает совершения полезной работы, равной 100% затраченной энергии. Неизбежно существуют потери в форме рассеяния низкопотенциального тепла или энергии, и, как следствие, КПД никакого процесса или машины не может достигать 100%.

Чем обусловлена оптимизация расхода пара на деаэратор?

В результате деаэрации концентрации растворенного кислорода и диоксида углерода снижаются до уровня, безопасного с точки зрения коррозии. Для предотвращения коррозии в большинстве котлов высокого давления (> 13,79 бар (м)) концентрация кислорода не должна превышать 5 част./млрд. (частей на миллиард).

Пар, подаваемый в деаэратор, обеспечивает нагрев смеси возвратного конденсата и подпиточной воды до температуры насыщения, а также физическое действие (барботирование), приводящее к выделению растворенных газов. После использования большая часть пара конденсируется, однако незначительная его доля (как правило, от 5 до 14 %) выбрасывается вместе с газами в составе выпара. Потребности деаэратора в паре должны быть проанализированы и оценены при рассмотрении любых планов реконструкции паровых систем, а также мер по возврату конденсата и утилизации тепловой энергии.

(Как правило, при проектировании деаэраторов рассчитывается расход пара, необходимый для подогрева воды, а затем проектировщики при необходимости обеспечивают достаточность расхода и для барботажа. При высокой степени возврата конденсата (>80 %) и его высоком давлении по сравнению с давлением в деаэраторе требуется лишь небольшое количество греющего пара, и могут быть приняты меры по конденсации избыточного барботажного пара.)

Какие параметры пара называют суперсверхкритическими?

300 атмосфер при температуре выше 580 градусов.

Низкие 30Мпа и >650С.

Назовите показатели, которыми характеризуется экономичность работы ТЭЦ.

ТЭЦ отпускает два вида энергии — электрическую и тепловую. Поэтому для оценки качества работы ТЭЦ необходимо иметь также два показателя.

Коэффициент полезного использования тепла топлива. Если у конденсационных ТЭС России он не превышает 40 %, то для ТЭЦ он может достигать 85 % (а 15 % составляют потери с уходящими газами энергетических и водогрейных котлов, с конденсацией той части пара, которая проходит в конденсатор, собственные нужды).

Выработка электроэнергии на тепловом потреблении  = N_э/Q_т. Ясно, что если, например, две ТЭЦ отпускают одинаковое количество тепла Q_т и имеют одинаковый коэффициент использования топлива, то из них лучше та, которая отпускает больше электроэнергии.

Эти два показателя полностью характеризуют экономичность работы ТЭЦ.

На практике и в отчетной документации ТЭЦ используют два других эквивалентных упомянутым выше показателям: привычный нам удельный расход условного топлива на производство электроэнергии b_э в г/(кВт·ч) и удельный расход условного топлива на производство 1 Гкал тепла b_т в кг/Гкал. Для ТЭЦ b_т = 150—170 кг/Гкал. Эти величины подсчитываются в соответствии с нормативными документами по распределению затраченного топлива на производство электроэнергии и тепла.

Какие из нетрадиционных и возобновляемых энергетических ресурсов наиболее перспективны для использования в энергетике.

Ветроэнергетика, биотопливо, гелиоэнергетика, приливные и волновые ГЭС, геотермальная энергетика, использование тепловых насосов.

Укажите составляющие суммарной экономии энергии при глубокой утилизации теплоты уходящих газов.

Метод глубокой утилизации теплоты дымовых газов позволяет увеличить КПД топливопотребляющей установки на 2-3%, что соответствует снижению расхода топлива на 4-5 кг у.т. на 1 Гкал выработанного тепла.

Перечислите основные энергосберегающие мероприятия, рекомендуемые для котельных установок в целях уменьшения потерь теплоты с уходящими газами.

· поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха в топке котла а_т и снижение присосов воздуха по его тракту.

· поддержание чистоты наружных и внутренних поверхностей нагрева, что позволяет увеличить коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде;

· увеличение площадей хвостовых поверхностей нагрева;

· поддержание в барабане парового котла номинального давления, обеспечивающего расчетную степень охлаждения газов в хвостовых поверхностях нагрева;

· поддержание расчетной температуры питательной воды, определяющей температуру уходящих после экономайзера дымовых газов;

· перевод котлов с твердого или жидкого топлива на природный газ и др.

Изменение температуры уходящих газов на 20 °С приводит к изменению КПД котла на 1 %

Каким образом температура окружающей среды влияет на КПД паротурбинной установки?

Увеличение температуры холодного воздуха ведет к снижению КПД, так как температура дымовых газов будет повышаться а как следствие будет увеличиваться q2.

Как влияет коэффициент избытка воздуха на КПД котла?

Увеличение коэффициента избытка воздуха приведет к увеличению потерь с уходящими газами. Чрезмерное уменьшение коэффициента избытка воздуха приведет к появлению зон с недостатком кислорода. В таких зонах не происходит полного окисления элементов топлива и образуется сажа.

Почему перевод котла на газовое топливо приводит к росту его КПД (брутто) и КПД (нетто)?

При переводе котла на сжигание газа эффект достигается за счет снижения потребления условного топлива (повышение КПД котла, снижение расхода тепла на собственные нужды).

Поясните, каким образом определяется рациональное распределение нагрузки между отдельными котлами в котельных установках?

Из условий наибольшей экономичности котельной установки вытекает требование такого распределения нагрузки между котлами, чтобы относительные приросты расхода топлива, приходящиеся на увеличение нагрузки котла (например, в 1 г/ч), были бы одинаковые.

Факторы, влияющие на величину потери тепла с уходящими газами

Основным определяющим фактором, влияющим на потерю теплоты уходящими газами, является их температура. Для снижения Т_ух увеличивают площадь теплоиспользующих поверхностей нагрева - воздухоподогревателей и экономайзеров.

Величина Т_ух влияет не только на КПД агрегата, но и на капитальные затраты, необходимые для установки воздухоподогревателей или экономайзеров.

Чем определено повышение потери теплоты с механическим недожогом для низкореакционных топлив.

Повышение потери у низкореакционных топлив определяются поздним воспламенением коксовых частиц и затянутым горением в кинетической области, в связи с этим низкореакционные топлива весьма чувствительны к режиму эксплуатации.

Типы паровых турбин

Конденсационная (К), теплофикационная с отопительным отбором пара (Т), теплофикационная с производственным отбором пара (П), теплофикационная с производственным и отопительным отбором пара (Пт), с противодавлением (Р). Разновидности: ПР, ТР, ТК, КТ.

Условное топливо

Это топливо, имеющее теплоту сгорания 7000ккал/кг (29,3МДж/кг). Используется в повседневной практике как показатель эффективности работы котельного агрегата.

Способы увеличения КПД ТЭС

Основные типы деаэраторов

Деаэратор— техническое устройство, реализующее процесс деаэрации некоторой жидкости, то есть её очистки от присутствующих в ней нежелательных газовых примесей. На многих электрических станциях и котельных также играет роль бака запаса питательной воды для паровых котлов или подпитки теплосети.

В зависимости от предназначения применяют деаэраторы:

· для питательной воды парогенераторов;

· для подпиточной воды и обратного конденсата;

· для подпиточной воды тепловых сетей.

В зависимости от давления пара бывают устройства:

· повышенного давления (давление пара от 0,6 до 0,8 МПа); Деаэраторы ДП имеют больш́ую толщину стенок, зато их применение в схеме ТЭС позволяет сократить количество металлоёмких ПВД и использовать выпар как дешёвую рабочую среду для пароструйных эжекторов конденсатора (эжектор-устройство, в котором происходит передача кинетической энергии от одной среды, движущейся с большей скоростью, к другой); деаэрационная приставка конденсатора, в свою очередь, является вакуумным деаэратором.

· атмосферные (0,12 МПа). Из атмосферных деаэраторов выпар удаляется под действием небольшого избытка давления над атмосферным.

· вакуумные (давление пара от 7,5 до 50 кПа). Вакуумные деаэраторы могут работать в условиях, когда на котельной нет пара, однако им требуется специальное устройство для отсоса выпара (эжектор)

В зависимости от конструкции:

· струйные; (В деаэраторах струйного типа вода проходит активную зону в виде струй, на которые она может быть разбита 5—10 дырчатыми тарелками (кольцевые с центральным проходом пара чередуются с круговыми меньшего диаметра, обтекаемыми по краю). Струйные деаэрационные устройства имеют простую конструкцию и малое паровое сопротивление, но интенсивность деаэрации воды сравнительно низка.)

· струйно-барботажные; (В струйно-барботажных деаэраторах деаэрация происходит в основном, под действием барботажа. В уменьшенной колонке деаэратора (две тарелки) происходит подогрев воды и деаэрация на 85—90%. Последняя заканчивается только в результате барботажа. При барботаже используется эффект вскипания перегретой воды при подъеме ее из нижней части бака к поверхности (разность давлений 0,2—0,25 кгс/см2).)

1) пленочного типа с неупорядоченной насадкой;

2) пленочные с упорядоченной насадкой.

(В первом случае поверхность контакта пара с водой создается в процессе их движения, а во втором — поверхность контакта фиксированная.)

(В деаэраторных колонках пленочного типа деаэрируемая вода разбивается на тонкие пленки, стекая вниз по поверхности насадки. Используется упорядоченная или неупорядоченная насадка. Упорядоченная насадка выполняется из вертикальных, наклонных или зигзагообразных листов, концентрических цилиндров, укладываемых правильными рядами колец или других элементов, обеспечивающих непрерывное направленное движение воды.)

Типы питательных насосов

Питательный насос— насос для подачи питательной воды в паровой котел. Питательные насосы бывают поршневыми и центробежными с электрич. и паровым приводами, а также струйными — инжекторами.

В отопит, установках используют поршневые насосы для питания котлов водой при темпре до 100 С с рабочим давлением 0,4— 2,0 МПа и произ-стыо 2—б т/ч. Однако из-за недостатков (низкая экономичность, высокий расход пара, неравномерность подачи воды, чувствительность к механич. примесям и загрязнениям) их используют как резервные.

В качестве осн. применяют центробежные с электроприводом. Их преимущества: экономичность и надежность работы, удобство регулирования произвести, простота обслуживания и др.

Инжекторы (пазоструйные устройства) используют для питания водой мелких отопит, котельных. Для их надежной работы темп-pa питат. воды должна быть не выше 40 С и высота подачи — не более 2 м. Расход пара инжекторами составляет 7—9% кол-ва подаваемой воды. П.н. — важный элемент котельной установки, т.к. даже кратковремен. прекращение подачи воды может привести к аварии котла. Вследствие этого питательный насос, как и др. насосы тепловой схемы, оборудуют устройством автоматического включения резерва (АВР). Произ-сть, число, типы питательных насосов и их приводов для производств.-отопит, и энер-гетич. котельных регламентированы правилами технич. эксплуатации электростанций.

В каких диапазонах варьируется КПД производства электроэнергии на различных ТЭС?

Теплоэнергетика – это отрасль промышленности, которая занимается преобразованием теплоты в другие виды энергии. Она объединяет электростанции, работающие на ископаемом топливе. Уголь, нефть, природный газ являются наиболее часто используемыми источниками энергии в мире. Например, в РФ 358 тепловых станций вырабатывают более 60% всей генерируемой электроэнергии. Они по-прежнему имеют преимущество по сравнению с электростанциями, работающими от возобновляемых источников.

Ископаемое топливо: характеристика, проблематика

Природные запасы ископаемого топлива – это модифицированные продукты распада животных и растений, погибших миллионы лет назад. Когда они сжигаются на специализированных предприятиях, выделяется тепловая энергия, которая применяется для производства электрической.

Сегодня переход на чистые возобновляемые источники энергии является политической задачей всего мира. Это обусловлено тем, что ископаемое топливо будет исчерпано в течение последующих 200 лет, а мировые поставки сырой нефти и природного газа, по оценкам специалистов, иссякнут в течение 100 лет.

Но есть и преимущества ископаемого топлива:

Высокая эффективность. Оно может быть добыто относительно дешевым способом, а транспортировка его сравнительно быстра и удобна.
Технологии, необходимые для генерирования электроэнергии, давно отработаны, оборудование является надёжным, его легче приобрести и эксплуатировать, чем, например, устройства для солнечных или ветровых электростанций.

Помимо того, что запасы ископаемого топлива постепенно истощаются, главным недостатком процесса извлечения энергии этим способом является негативное воздействие на окружающую среду. Горение сопровождается образованием тяжелых твердых частиц и высоким выбросом углекислого газа.

Каменный уголь более качественный, но многие электростанции используют бурый, который добывать намного дешевле. Количество получаемой энергии в расчете на 1 кг веса бурого угля по сравнению с каменным примерно в 3 раза ниже (первого – 3 кВт⋅ч на кг, второго – 9 кВт⋅ч на кг). Поэтому на электростанциях, работающих на буром угле, необходимо сжигать тройную массу на единицу энергии.

Для уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде, ТЭС имеют высотные дымоходы, которые рассеивают эти частицы и локально уменьшают их вредное влияние. Кроме того, на электростанциях устанавливаются дымоходные фильтры.

Как функционируют тепловые электростанции

Принцип действия тепловых электростанций практически одинаков и не зависит от вида ископаемого топлива. Отличается только предварительная обработка и конструкция горелок и печей.

Поступающее топливо сжигается, а вода в котлах нагревается до кипения. Образующийся пар приводит в движение турбину, которая связана с ротором генератора и вызывает его вращение. Напряжение генерируемого переменного тока повышается трансформаторами, а затем транспортируется по линиям электропередачи и через сеть понижающих подстанций поступает к потребителям.

Большая тепловая электростанция состоит из одного или нескольких блоков, которые могут работать в значительной степени независимо друг от друга. Каждый имеет свое оборудование – паровые турбины и электрогенераторы.

КПД тепловых электростанций

Эффективность тепловых электростанций ограничена. Наибольший КПД – 60%. Он достигается на парогазовых электростанциях, а на современных угольных – ниже 50%, на старых – всего 40%. Указанные показатели эффективности применимы к работе при полной нагрузке. При частичной КПД может значительно снизиться.

Практически все крупные электростанции, за исключением ГЭС, являются тепловыми, во многих странах они производят большую часть электроэнергии. Из-за их ограниченной эффективности образуется значительное количество отработанного тепла, использование которого на месте возможно только в малом объеме. Поэтому оно выбрасывается в атмосферу через градирни, иногда через охлаждающую воду в реки.

Существуют ТЭС только для выработки электроэнергии и ТЭЦ – теплоэлектроцентраль. Последние предназначены также для использования вырабатываемого тепла посредством его транспортировки в отопительные системы и трубопроводы горячего водоснабжения. КПД ТЭЦ намного выше, он может превышать 70%.

История тепловой энергетики и перспективы развития

Первую теплоэлектростанцию построил немецкий инженер Зигмунд Шуккерт в Баварии в 1878 году. С ее помощью освещался грот в саду замка Линдерхоф. В 1882 году были введены в эксплуатацию электростанция в Лондоне, которая использовалась для электрического освещения, и в Нью-Йорке (500 кВт). На них применялись поршневые паровые двигатели.

Изобретение паровой турбины позволило строить более крупные и эффективные установки, и с 1905 года тепловые электростанции стали возводиться только с турбинами.

В России первая тепловая электростанция общего пользования мощностью 35 кВт была построена в 1883 году в Санкт-Петербурге. Она предназначалась для подачи электроэнергии на освещение Невского проспекта. Московская ГЭС-1 (городская электростанция) появилась в 1897 году. Ее мощность составляла 3,7 мВт.

Структура тепловых электростанций в России на сегодняшний день:

с паровыми турбинами – 79% от общей мощности;
с парогазовыми агрегатами – 15,5%;
с газотурбинными агрегатами – 4,8%;
с дизельными и газопоршневыми установками – 0,7%.

Переход к выработке электроэнергии от возобновляемых источников не так прост, хотя это желаемое направление развития электроэнергетики для человечества. В ближайшее время отказаться от тепловой энергетики будет невозможно, и она сохранит свою доминирующую роль.

Главным направлением развития этой отрасли является разработка прогрессивных технологий, которые позволят снизить количество вредных выбросов в атмосферу, а также повысить эффективность работы теплоэлектростанций.

Крупнейшие тепловые электростанции

Самыми крупными являются гидроэлектростанции, но тепловые также обладают внушительной мощностью.

Крупнейшими в мире считаются:

Теплоэлектростанция в Шоаибе (Саудовская Аравия). В качестве топлива используют мазут или сырую нефть. Ее мощность – 5600 мВт. Расположена на побережье Красного моря. Пресная вода, необходимая для работы электростанции, поставляется установками по опреснению морской, которые в свою очередь снабжаются электроэнергией от станции.
Сургутская ГРЭС-2. Самая мощная газовая электростанция в мире.
Тайчжунская ТЭС (Тайвань). Может претендовать на 2 рекорда: с установленной мощностью 5500 мВт – это крупнейшая угольная электростанция в мире, в то же время ни одна другая ТЭС не производит больше углекислого газа – ежегодные его выбросы соответствуют годовым выбросам СО2 Швейцарии.

Крупнейшие тепловые электростанции России

Сургутская ГРЭС-2

Расположена в городе Сургуте в Тюменской области. Одна из самых эффективных российских ТЭС с условным расходом топлива – от 225 до 306 г/кВт⋅ч. Ее коэффициент использования установленной мощности несколько лет подряд превышал 80%. Тепловая производительность – 840 Гкал/ч.

Рефтинская ГРЭС

Покрывает 40% энергопотребления Свердловской области. Основные потребители – промышленные предприятия Свердловской, Челябинской и Тюменской областей, Пермского края. Возведение первой очереди Рефтинской ГРЭС продолжалось с 1963 по 1975 год, второй этап строительных работ закончен в 1980 году. Одна из дымовых труб станции входит в число высочайших в мире (330 м).

Костромская ГРЭС

Костромская ГРЭС снабжает электроэнергией области Центральной части РФ, а также осуществляет экспортные поставки. Она вырабатывает 3% всей российской электрической энергии.

Пермская ГРЭС

Потребители электроэнергии – расположенные в данном регионе нефтедобывающие, нефтеперерабатывающие, нефтехимические предприятия, а также промышленные компании Верхнекамского узла (металлургические, лесоперерабатывающие, извлекающие полезные ископаемые).

Сургутская ГРЭС-1

Станция введена в эксплуатацию в 1972 году, когда был запущен первый энергоблок. В дальнейшем (вплоть до 1983 года) ежегодно вводили в эксплуатацию по дополнительному блоку. Среднегодовая выработка электроэнергии – около 20 млн кВт⋅ч. Потребителями являются нефтегазодобывающие предприятия Тюменской области.

Рязанская ГРЭС

Первоначально станция строилась для работы на буром угле Подмосковного угольного бассейна. В 1984 году 5-й и 6-й блоки перевели на газ, а в 2008 г. рядом расположенная ГРЭС-24, работающая на газе, вошла в состав электростанции и получила название 7-го энергоблока. Максимальная годовая выработка электроэнергии достигала 9517 млн кВт⋅ч.

Киришская ГРЭС

Конаковская ГРЭС

Ириклинская ГРЭС

Ставропольская ГРЭС

На станции работает 8 энергоблоков по 300 мВт. Общая мощность – 2 423 мВт. Максимальный показатель годовой выработки электроэнергии – 11 379 кВт⋅ч. Основное топливо – природный газ, резервным и аварийным служит мазут. Из-за низкой рентабельности Ставропольскую ГРЭС планировали закрыть, но системный оператор не дал на это согласия по причине повышенного спроса на электроэнергию в энергосистеме.

Читайте также: