Тепловые электростанции (ТЭС)

Тепловая электростанция (ТЭС) вырабатывает электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, горючие сланцы и др.).

Напомним, что тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды или пара.

Простейшая схема КЭС (ТЭЦ) с паровой турбиной, работающей на угле, представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема конденсационной электростанции (КЭС)

Уголь подается в топливный бункер 1, из него в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650°С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

Пар, воздействуя на лопатки турбины, вращает синхронный генератор 5 (валы турбины и генератора жестко связаны друг с другом), в результате чего механическая энергия движения турбины в генераторе превращается в электрическую энергию.

В отличие от КЭС на ТЭЦ имеются значительные отборы пара, частично отработанного в турбине, на производственные и коммунально-бытовые нужды. На рис. 1 эти отборы обозначены штриховыми линиями. Наличие этих отборов пара у ТЭЦ и есть главное отличие ТЭЦ от КЭС.

Из турбины ТЭС отработанный пар подается в конденсатор 6, здесь он конденсируется благодаря пропуску через конденсатор значительного количества холодной циркуляционной воды. Источником холодной воды могут быть река, озеро, искусственное водохранилище или специальные установки с охлаждающими башнями (градирнями) или с брызгательными бассейнами (на мелких электростанциях), откуда охлаждающая вода подается в конденсатор специальными (циркуляционными) насосами.

Конденсат, образующийся из пара в конденсаторе, с помощью конденсационного насоса 7 подается в деаэратор 8, где вода (конденсат) освобождается от ухудшающих теплообмен агрессивных газов, вызывающих усиленную коррозию труб. После деаэратора питательная вода питательным насосом 9 подается вновь в парогенератор 3..

Пропуск основной массы пара через конденсатор приводит к тому, что 60-70% тепловой энергии, вырабатываемой котлом, бесполезно уносится циркуляционной водой. Поэтому КПД КЭС составляет 30-40%, а у ТЭЦ, имеющих значительные отборы пара, КПД существенно выше и достигает значений 60-70%. Чем больше отбор пара на теплофикационные цели (производственные или коммунально-бытовые), тем выше КПД станции.

К ТЭС относятся также парогазовые установки (ПГУ). ПГУ – сравнительно новый тип генерирующих станций, работающих на газе или на жидком топливе. Парогазовая технология стала самой популярной в мировой энергетике потому, что в ПГУ энергия сжигаемого топлива (природный газ, мазут, солярка) используется в бинарном цикле – сначала в газовой турбине, а затем в паровой. Электрический КПД ПГУ всегда выше 50%, а в самых современных установках – даже и 60%.

Важное преимущество ПГУ в том, что на их строительство требуется значительно меньшие капиталовложения, чем на строительство ТЭС других типов (600 долларов и 1000 долларов на киловатт установленной мощности соответственно). К тому же энергоблоки можно пускать поэтапно: сначала газотурбинную часть, а потом достраивать паровой цикл.

Устройство ПГУ состоит из двух блоков: газотурбинной (ГТУ) и паросиловой (ПС) установок. В ГТУ вращение вала турбины обеспечивается образовавшимися в результате сжигания топлива газами. Образовавшиеся в камере сгорания газотурбинной установки продукты горения вращают ротор турбины, а турбина крутит вал первого генератора. Отработавшие в ГТУ, но все ещё сохраняющие высокую температуру продукты горения поступают в котел-утилизатор. Там они нагревают пар до температуры и давления (500°С и 80 атмосфер), достаточных для работы паровой турбины, к которой подсоединен ещё один генератор.

ГТУ – ключевой элемент парогазовых установок, ведь от начальной температуры газа зависят параметры пара, вырабатываемого для второго цикла, а значит и эффективность этой части установки. Газотурбинные установки значительно компактнее, а главное преимущество, работающей на этом принципе электростанции в том, что ее можно быстро – за минуты – запускать и останавливать, в то время как для запуска КЭС или ТЭЦ Вт требуется время порядка 3-10 часов.

Гидроэлектростанции (ГЭС)

Гидроэлектрическая станция – это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды в реке преобразуется в электрическую энергию. Принцип выработки электроэнергии на гидроэлектростанции несложен: кинетическая энергия движущейся воды используется для вращения турбины (Т), связанной с электрогенератором (Г) (рис.2).

Рис.2. Принципиальная схема ГЭС

Чтобы заставить реку работать, её перегораживают плотиной, которая, поднимая воду, образует водохранилище и создает напор воды (Н). Напор – это разность уровней воды до и за платиной, то есть разность уровней верхнего и нижнего бьефа. Мощность ГЭС зависит от напора, расхода воды, используемого в гидротурбинах (Т) и КПД гидроагрегатов. Водохранилище, накапливая воду, служит для сезонного и суточного регулирования стока воды, поступающей к турбинам ГЭС.