Тэс сообщение. Как работает тепловая электростанция (ТЭЦ)? Недостатки угольных электростанций
Тепловые электростанции могут быть с паровыми и газовыми турбинами, с двигателями внутреннего сгорания. Наиболее распространены тепловые станции с паровыми турбинами, которые в свою очередь подразделяются на: конденсационные (КЭС) — весь пар в которых, за исключением небольших отборов для подогрева питательной воды, используется для вращения турбины, выработки электрической энергии;теплофикационные электростанции - теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), являющиеся источником питания потребителей электрической и тепловой энергии и располагающиеся в районе их потребления.
Конденсационные электростанции
Конденсационные электростанции часто называют государственными районными электрическими станциями (ГРЭС). КЭС в основном располагаются вблизи районов добычи топлива или водоемов, используемых для охлаждения и конденсации пара, отработавшего в турбинах.
Характерные особенности конденсационных электрических станции
- в большинстве своем значительная удаленность от потребителей электрической энергии, что обуславливает необходимость передавать электроэнергию в основном на напряжениях 110-750 кВ;
- блочный принцип построения станции, обеспечивающий значительные технико-экономические преимущества, заключающиеся в увеличении надежности работы и облегчении эксплуатации, в снижении объема строительных и монтажных работ.
- Механизмы и установки, обеспечивающие нормальное функционирование станции, составляют систему ее .
КЭС могут работать на твердом (уголь, торф), жидком (мазут, нефть) топливе или газе.
Топливоподача и приготовление твердого топлива заключается в транспортировке его из складов в систему топливоприготовления. В этой системе топливо доводится до пылевидного состояния с целью дальнейшего вдувания его к горелкам топки котла. Для поддержания процесса горения специальным вентилятором в топку нагнетается воздух, подогретый отходящими газами, которые отсасываются из топки дымососом.
Жидкое топливо подается к горелкам непосредственно со склада в подогретом виде специальными насосами.
Подготовка газового топлива состоит в основном в регулировании давления газа перед сжиганием. Газ от месторождения или хранилища транспортируется по газопроводу к газораспределительному пункту (ГРП) станции. На ГРП осуществляется распределение газа и регулирование его параметров.
Процессы в пароводяном контуре
Основной пароводяного контур осуществляет следующие процессы:
- Горение топлива в топке сопровождается выделением тепла, которое нагревает воду, протекающую в трубах котла.
- Вода превращается в пар с давлением 13…25 МПа при температуре 540..560 °С.
- Пар, полученный в котле, подается в турбину, где совершает механическую работу - вращает вал турбины. Вследствие этого вращается и ротор генератора, находящийся на общем с турбиной валу.
- Отработанный в турбине пар с давлением 0,003…0,005 МПа при температуре 120…140°С поступаетв конденсатор, где превращается в воду, которая откачивается в деаэратор.
- В деаэраторе происходит удаление растворенных газов, и прежде всего кислорода, опасного ввиду своей коррозийной активности.Система циркуляционного водоснабжения обеспечивает охлаждение пара в конденсаторе водой из внешнего источника (водоема, реки, артезианской скважины). Охлажденная вода, имеющая на выходе из конденсатора температуру, не превышающую 25…36 °С, сбрасывается в систему водоснабжения.
Интересное видео о работе ТЭЦ можно посмотреть ниже:
Для компенсации потерь пара в основную пароводяную систему насосом подается подпиточная вода, предварительно прошедшая химическую очистку.
Следует отметить, что для нормальной работы пароводяных установок, особенно со сверх критическими параметрами пара, важное значение имеет качество воды, подаваемой в котел, поэтому турбинный конденсат пропускается через систему фильтров обессоливания. Система водоподготовки предназначена для очистки подпиточной и конденсатной воды, удаления из нее растворенных газов.
На станциях, использующих твердое топливо, продукты сгорания в виде шлака и золы удаляются из топки котлов специальной системой шлака- и золоудаления, оборудованной специальными насосами.
При сжигании газа и мазута такой системы не требуется.
На КЭС имеют место значительные потери энергии. Особенно велики потери тепла в конденсаторе (до 40..50 % общего количества тепла, выделяемого в топке), а также с отходящими газами (до 10 %). Коэффициент полезного действия современных КЭС с высокими параметрами давления и температуры пара достигает 42 %.
Электрическая часть КЭС представляет совокупность основного электрооборудования (генераторов, ) и электрооборудования собственных нужд, в том числе сборных шин, коммутационной и другой аппаратуры со всеми выполненными между ними соединениями.
Генераторы станции соединяются в блоки с повышающими трансформаторами без каких-либо аппаратов между ними.
В связи с этим на КЭС не сооружается распределительное устройство генераторного напряжения.
Распределительные устройства на 110-750 кВ в зависимости от количества присоединений, напряжения, передаваемой мощности и требуемого уровня надежности выполняются по типовым схемам электрических соединений. Поперечные связи между блоками имеют место только в распределительных устройствах высшего или в энергосистеме, а также по топливу, воде и пару.
В связи с этим каждый энергоблок можно рассматривать как отдельную автономную станцию.
Для обеспечения электроэнергией собственных нужд станции выполняются отпайки от генераторов каждого блока. Для питания мощных электродвигателей (200 кВт и более) используется генераторное напряжение, для питания двигателей меньшей мощности и осветительных установок - система 380/220 В. Электрические схемы собственных нужд станции могут быть различными.
Ещё одно интересное видео о работе ТЭЦ изнутри:
Теплоэлектроцентрали
Теплоэлектроцентрали, являясь источниками комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, имеют значительно больший, чем КЭС, (до 75 %). Это объясняется тем. что часть отработавшего в турбинах пара используется для нужд промышленного производства (технологии), отопления, горячего водоснабжения.
Этот пар или непосредственно поступает для производственных и бытовых нужд или частично используется для предварительного подогрева воды в специальных бойлерах (подогревателях), из которых вода через теплофикационную сеть направляется потребителям тепловой энергии.
Основное отличие технологии производства энергии на в сравнении с КЭС состоит в специфике пароводяного контура. Обеспечивающего промежуточные отборы пара турбины, а также в способе выдачи энергии, в соответствии с которым основная часть ее распределяется на генераторном напряжении через генераторное распределительное устройство (ГРУ).
Связь с другими станциями энергосистемы выполняется на повышенном напряжении через повышающие трансформаторы. При ремонте или аварийном отключении одного генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через эти же трансформаторы.
Для увеличения надежности работы ТЭЦ предусматривается секционирование сборных шин.
Так, при аварии на шинах и последующем ремонте одной из секций вторая секция остается в работе и обеспечивает питание потребителей по оставшимся под напряжениям линиям.
По таким схемам сооружаются промышленные с генераторами до 60 мВт, предназначенные для питания местной нагрузки в радиусе 10 км.
На крупных современных применяются генераторы мощностью до 250 мВт при общей мощности станции 500-2500 мВт.
Такие сооружаются вне черты города и электроэнергия передается на напряжении 35-220 кВ, ГРУ не предусматривается, все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами. При необходимости обеспечить питание небольшой местной нагрузки вблизи блочной предусматриваются отпайки от блоков между генератором и трансформатором. Возможны и комбинированные схемы станции, при которых на имеется ГРУ и несколько генераторов соединены по блочным схемам.
Реферат по дисциплине «Введение в направление»
Выполнил студент Михайлов Д.А.
Новосибирский государственный технический университет
Новосибирск, 2008
Введение
Электрическая станция – энергетическая установка, служащая для преобразования природной энергии в электрическую. Тип электрической станции определяется прежде всего видом природной энергии. Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), на которых используется тепловая энергия, выделяемая при сжигании органического топлива (уголь, нефть, газ и др.). На тепловых электростанциях вырабатывается около 76% электроэнергии, производимой на нашей планете. Это обусловлено наличием органического топлива почти во всех районах нашей планеты; возможностью транспорта органического топлива с места добычи на электростанцию, размещаемую близ потребителей энергии; техническим прогрессом на тепловых электростанциях, обеспечивающим сооружение ТЭС большой мощностью; возможностью использования отработавшего тепла рабочего тела и отпуска потребителям, кроме электрической, также и тепловой энергии (с паром или горячей водой) и т.п. Тепловые электрические станции, предназначенные только для производства электроэнергии, называют конденсационными электрическими станциями (КЭС). Электростанции, предназначенные для комбинированной выработки электрической энергии и отпуска пара, а также горячей воды тепловому потребителю имеют паровые турбины с промежуточными отборами пара или с противодавлением. На таких установках теплота отработавшего пара частично или даже полностью используется для теплоснабжения, вследствие чего потери теплоты с охлаждающей водой сокращаются. Однако доля энергии пара, преобразованная в электрическую, при одних и тех же начальных параметрах на установках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках с конденсационными турбинами. Теплоэлектростанции, на которых отработавший пар наряду с выработкой электроэнергии используется для теплоснабжения, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).
Основные принципы работы ТЭС
На рис.1 представлена типичная тепловая схема конденсационной установки на органическом топливе.
Рис.1 Принципиальная тепловая схема ТЭС
1 – паровой котёл; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – подогреватели низкого давления; 7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – подогреватели высокого давления; 10 – дренажный насос.
Эту схему называют схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно из курса термодинамики, тепловая экономичность такой схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше, чем в схеме без промежуточного перегрева.
Рассмотрим принципы работы ТЭС. Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку котла (1). В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину (2). Назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию.
Все движущиеся части турбины жёстко связаны с валом и вращаются вместе с ним. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору следующим образом. Пар высокого давления и температуры, имеющий большую внутреннюю энергию, из котла поступает в сопла (каналы) турбины. Струя пара с высокой скоростью, чаще выше звуковой, непрерывно вытекает из сопел и поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на диске, жёстко связанном с валом. При этом механическая энергия потока пара превращается в механическую энергию ротора турбины, а точнее говоря, в механическую энергию ротора турбогенератора, так как валы турбины и электрического генератора (3) соединены между собой. В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру, поступает в конденсатор (4). Здесь пар с помощью охлаждающей воды, прокачиваемой по расположенным внутри конденсатора трубкам, превращается в воду, которая конденсатным насосом (5) через регенеративные подогреватели (6) подаётся в деаэратор (7).
Деаэратор служит для удаления из воды растворённых в ней газов; одновременно в нём, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация проводится для того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара.
Деаэрированная вода питательным насосом (8) через подогреватели (9) подаётся в котельную установку. Конденсат греющего пара, образующийся в подогревателях (9), перепускается каскадно в деаэратор, а конденсат греющего пара подогревателей (6) подаётся дренажным насосом (10) в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора (4).
Наиболее сложной в техническом плане является организация работы ТЭС на угле. Вместе с тем доля таких электростанций в отечественной энергетике высока (~30%) и планируется её увеличение.
Технологическая схема такой электростанции, работающей на углях, показана на рис.2.
Рис.2 Технологическая схема пылеугольной ТЭС
1 – железнодорожные вагоны; 2 – разгрузочные устройства; 3 – склад; 4 – ленточные транспортёры; 5 – дробильная установка; 6 – бункера сырого угля; 7 – пылеугольные мельницы; 8 – сепаратор; 9 – циклон; 10 – бункер угольной пыли; 11 – питатели; 12 – мельничный вентилятор; 13 – топочная камера котла; 14 – дутьевой вентилятор; 15 – золоуловители; 16 – дымососы; 17 – дымовая труба; 18 – подогреватели низкого давления; 19 – подогреватели высокого давления; 20 – деаэратор; 21 – питательные насосы; 22 – турбина; 23 – конденсатор турбины; 24 – конденсатный насос; 25 – циркуляционные насосы; 26 – приемный колодец; 27 – сбросной колодец; 28 – химический цех; 29 – сетевые подогреватели; 30 – трубопровода; 31 – линия отвода конденсата; 32 – электрическое распределительное устройство; 33 – багерные насосы.
Топливо в железнодорожных вагонах (1) поступает к разгрузочным устройствам (2), откуда с помощью ленточных транспортёров (4) направляется на склад (3), со склада топливо подаётся в дробильную установку (5). Имеется возможность подавать топливо в дробильную установку и непосредственно от разгрузочных устройств. Из дробильной установки топливо поступает в бункера сырого угля (6), а оттуда через питатели – в пылеугольные мельницы (7). Угольная пыль пневматически транспортируется через сепаратор (8) и циклон (9) в бункер угольной пыли (10), а оттуда питателями (11) к горелкам. Воздух из циклона засасывается мельничным вентилятором (12) и подаётся в топочную камеру котла (13).
Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после выхода из неё проходят последовательно газоходы котельной установки, где в пароперегревателе (первичном и вторичном, если осуществляется цикл с промежуточным перегревом пара) и водяном экономайзере отдают теплоту рабочему телу, а в воздухоподогревателе – подаваемому в паровой котёл воздуху. Затем в золоуловителях (15) газы очищаются от летучей золы и через дымовую трубу (17) дымососами (16)выбрасываются в атмосферу.
Шлак и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухоподогревателем и золоуловителями, смываются водой и по каналам поступают к багерным насосам (33), которые перекачивают их на золоотвалы.
Воздух, необходимый для горения, подаётся в воздухоподогреватели парового котла дутьевым вентилятором (14). Забирается воздух обычно из верхней части котельной и (при паровых котлах большой производительности) снаружи котельного отделения.
Перегретый пар от парового котла (13) поступает к турбине (22).
Конденсат из конденсатора турбины (23) подаётся конденсатными насосами (24) через регенеративные подогреватели низкого давления (18) в деаэратор (20), а оттуда питательными насосами (21) через подогреватели высокого давления (19) в экономайзер котла.
Потери пара и конденсата восполняются в данной схеме химически обессоленной водой, которая подаётся в линию конденсата за конденсатором турбины.
Охлаждающая вода подаётся в конденсатор из приемного колодца (26) водоснабжения циркуляционными насосами (25). Подогретая вода сбрасывается в сбросной колодец (27) того же источника на некотором расстоянии от места забора, достаточном для того, чтобы подогретая вода не подмешивалась к забираемой. Устройства для химической обработки добавочной воды находятся в химическом цехе (28).
В схемах может быть предусмотрена небольшая сетевая подогревательная установка для теплофикации электростанции и прилегающего посёлка. К сетевым подогревателям (29) этой установки пар поступает от отборов турбины, конденсат отводится по линии (31). Сетевая вода подводится к подогревателю и отводится от него по трубопроводам (30).
Выработанная электрическая энергия отводится от электрического генератора к внешним потребителям через повышающие электрические трансформаторы.
Для снабжения электроэнергией электродвигателей, осветительных устройств и приборов электростанции имеется электрическое распределительное устройство собственных нужд (32).
Заключение
В реферате представлены основные принципы работы ТЭС. Рассмотрена тепловая схема электростанции на примере работы конденсационной электрической станции, а так же технологическая схема на примере электростанции работающей на углях. Показаны технологические принципы производства электрической энергии и теплоты.
Что такое и каковы же принципы работы ТЭС? Общее определение таких объектов звучит примерно следующим образом - это энергетические установки, которые занимаются переработкой природной энергии в электрическую. Для этих целей также используется топливо природного происхождения.
Принцип работы ТЭС. Краткое описание
На сегодняшний день наибольшее распространение получили именно На таких объектах сжигается которое выделяет тепловую энергию. Задача ТЭС - использовать эту энергию, чтобы получить электрическую.
Принцип работы ТЭС - это выработка не только но и производство тепловой энергии, которая также поставляется потребителям в виде горячей воды, к примеру. Кроме того, эти объекты энергетики вырабатывают около 76% всей электроэнергии. Такое широкое распространение обусловлено тем, что доступность органического топлива для работы станции довольно велико. Второй причиной стало то, что транспортировка топлива от места его добычи к самой станции - это довольно простая и налаженная операция. Принцип работы ТЭС построен так, что имеется возможность использовать отработавшее тепло рабочего тела для вторичной поставки его потребителю.
Разделение станций по типу
Стоит отметить, что тепловые станции могут делиться на типы в зависимости от того, какой именно они производят. Если принцип работы ТЭС заключается лишь в производстве электрической энергии (то есть тепловая энергия не поставляет потребителю), то ее называют конденсационной (КЭС).
Объекты, предназначенные для производства электрической энергии, для отпуска пара, а также поставки горячей воды потребителю, имеют вместо конденсационных турбин паровые. Также в таких элементах станции имеется промежуточный отбор пара или же устройство противодавления. Главным преимуществом и принципом работы ТЭС (ТЭЦ) такого типа стало то, что отработанный пар также используется в качестве источника тепла и поставляется потребителям. Таким образом, удается сократить потерю тепла и количество охлаждающей воды.
Основные принципы работы ТЭС
Прежде чем перейти к рассмотрению самого принципа работы, необходимо понять, о какой именно станции идет речь. Стандартное устройство таких объектов включает в себя такую систему, как промежуточный перегрев пара. Она необходима потому, что тепловая экономичность схемы с наличием промежуточного перегрева, будет выше, чем в системе, где она отсутствует. Если говорить простыми словами, принцип работы ТЭС, имеющей такую схему, будет гораздо эффективнее при одних и тех же начальных и конечных заданных параметрах, чем без нее. Из всего этого можно сделать вывод, что основа работы станции - это органическое топливо и нагретый воздух.
Схема работы
Принцип работы ТЭС построен следующим образом. Топливный материал, а также окислитель, роль которого чаще всего берет на себя подогретый воздух, непрерывным потоком подаются в топку котла. В роли топлива могут выступать такие вещества, как уголь, нефть, мазут, газ, сланцы, торф. Если говорить о наиболее распространенном топливе на территории Российской Федерации, то это угольная пыль. Далее принцип работы ТЭС строится таким образом, что тепло, которое образуется за счет сжигания топлива, нагревает воду, находящуюся в паровом котле. В результате нагрева происходит преобразование жидкости в насыщенный пар, который по пароотводу поступает в паровую турбину. Основное предназначение этого устройства на станции заключается в том, чтобы преобразовать энергию поступившего пара, в механическую.
Все элементы турбины, способные двигаться, тесно связываются с валом, вследствие чего они вращаются, как единый механизм. Чтобы заставить вращаться вал, в паровой турбине осуществляется передача кинетической энергии пара ротору.
Механическая часть работы станции
Устройство и принцип работы ТЭС в ее механической части связан с работой ротора. Пар, который поступает из турбины, имеет очень высокое давление и температуру. Из-за этого создается высокая внутренняя энергия пара, которая и поступает из котла в сопла турбины. Струи пара, проходя через сопло непрерывным потоком, с высокой скоростью, которая чаще всего даже выше звуковой, воздействуют на рабочие лопатки турбины. Эти элементы жестко закреплены на диске, который, в свою очередь, тесно связан с валом. В этот момент времени происходит преобразование механической энергии пара в механическую энергию турбин ротора. Если говорить точнее о принципе работы ТЭС, то механическое воздействие влияет на ротор турбогенератора. Это из-за того, что вал обычного ротора и генератора тесно связываются между собой. А далее происходит довольно известный, простой и понятный процесс преобразования механической энергии в электрическую в таком устройстве, как генератор.
Движение пара после ротора
После того как водяной пар проходит турбину, его давление и температура значительно опускаются, и он поступает в следующую часть станции - конденсатор. Внутри этого элемента происходит обратное превращение пара в жидкость. Для выполнения этой задачи внутри конденсатора имеется охлаждающая вода, которая поступает туда посредством труб, проходящих внутри стен устройства. После обратного преобразования пара в воду, она откачивается конденсатным насосом и поступает в следующий отсек - деаэратор. Также важно отметить, что откачиваемая вода, проходит сквозь регенеративные подогреватели.
Основная задача деаэратора - это удаление газов из поступающей воды. Одновременно с операцией очистки, осуществляется и подогрев жидкости так же, как и в регенеративных подогревателях. Для этой цели используется тепло пара, которое отбирается из того, что следует в турбину. Основное предназначение операции деаэрации состоит в том, чтобы понизить содержание кислорода и углекислого газа в жидкости до допустимых значений. Это помогает снизить скорость влияние коррозии на тракты, по которым идет поставка воды и пара.
Станции на угле
Наблюдается высокая зависимость принципа работы ТЭС от вида топлива, которое используется. С технологической точки зрения наиболее сложным в реализации веществом является уголь. Несмотря на это, сырье является основным источником питания на таких объектах, число которых примерно 30% от общей доли станций. К тому же планируется увеличивать количество таких объектов. Также стоит отметить, что количество функциональных отсеков, необходимых для работы станции, гораздо больше, чем у других видов.
Как работают ТЭС на угольном топливе
Для того чтобы станция работала непрерывно, по железнодорожным путям постоянно привозят уголь, который разгружается при помощи специальных разгрузочных устройств. Далее имеются такие элементы, как по которым разгруженный уголь подается на склад. Далее топливо поступает в дробильную установку. При необходимости есть возможность миновать процесс поставки угля на склад, и передавать его сразу к дробилкам с разгрузочных устройств. После прохождения этого этапа раздробленное сырье поступает в бункер сырого угля. Следующий шаг - это поставка материала через питатели в пылеугольные мельницы. Далее угольная пыль, используя пневматический способ транспортировки, подается в бункер угольной пыли. Проходя этот путь, вещество минует такие элементы, как сепаратор и циклон, а из бункера уже поступает через питатели непосредственно к горелкам. Воздух, проходящий сквозь циклон, засасывается мельничным вентилятором, после чего подается в топочную камеру котла.
Далее движение газа выглядит примерно следующим образом. Летучее вещество, образовавшееся в камере топочного котла, проходит последовательно такие устройства, как газоходы котельной установки, далее, если используется система промежуточного перегрева пара, газ подается в первичный и вторичный пароперегреватель. В этом отсеке, а также в водяном экономайзере газ отдает свое тепло на разогрев рабочего тела. Далее установлен элемент, называющийся воздухоперегревателем. Здесь тепловая энергия газа используется для подогрева поступающего воздуха. После прохождения всех этих элементов, летучее вещество переходит в золоуловитель, где очищается от золы. После этого дымовые насосы вытягивают газ наружу и выбрасывают его в атмосферу, использую для этого газовую трубу.
ТЭС и АЭС
Довольно часто возникает вопрос о том, что общего между тепловыми и и есть ли сходство в принципах работы ТЭС и АЭС.
Если говорить об их сходстве, то их несколько. Во-первых, обе они построены таким образом, что для своей работы используют природный ресурс, являющийся ископаемым и иссекаемым. Кроме этого, можно отметить, что оба объекта направлены на то, чтобы вырабатывать не только электрическую энергию, но и тепловую. Сходства в принципах работы также заключаются и в том, что ТЭС и АЭС имеют турбины и парогенераторы, участвующие в процессе работы. Далее имеются лишь некоторые отличие. К ним можно отнести то, что, к примеру, стоимость строительства и электроэнергии, полученной от ТЭС гораздо ниже, чем от АЭС. Но, с другой стороны, атомные станции не загрязняют атмосферу до тех пор, пока отходы утилизируются правильным образом и не происходит аварий. В то время как ТЭС из-за своего принципа работы постоянно выбрасывают в атмосферу вредные вещества.
Здесь кроется и главное отличие в работе АЭС и ТЭС. Если в тепловых объектах тепловая энергия от сжигания топлива передается чаще всего воде или преобразуется в пар, то на атомных станциях энергию берут от деления атомов урана. Полученная энергия расходится для нагрева самых разных веществ и вода здесь используется довольно редко. К тому же все вещества находятся в закрытых герметичных контурах.
Теплофикация
На некоторых ТЭС в их схемах может быть предусмотрена такая система, которая занимается теплофикацией самой электростанции, а также прилегающего поселка, если таковой имеется. К сетевым подогревателям этой установки, пар отбирается от турбины, а также имеется специальная линия для отвода конденсата. Вода подводится и отводится по специальной системе трубопровода. Та электрическая энергия, которая будет вырабатываться таким образом, отводится от электрического генератора и передается потребителю, проходя через повышающие трансформаторы.
Основное оборудование
Если говорить об основных элементах, эксплуатирующихся на тепловых электрических станциях, то это котельные, а также турбинные установки в паре с электрическим генератором и конденсатором. Основным отличием основного оборудования от дополнительного стало то, что оно имеет стандартные параметры по своей мощности, производительности, по параметрам пара, а также по напряжению и силе тока и т. д. Также можно отметить, что тип и количество основных элементов выбираются в зависимости от того, какую мощность необходимо получить от одной ТЭС, а также от режима ее эксплуатации. Анимация принципа работы ТЭС может помочь разобраться в этом вопросе более детально.
Теплофикационные станции (ТЭС). Назначение. Виды
ТЭС, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора). В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы.
ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями. На ГРЭС вырабатывается около электроэнергии, производимой на ТЭС. ТПЭС, оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называемым теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около электроэнергии, производимой на ТЭС.
ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен Мвт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.
ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ПГЭС). кпд которой может достигать 42 - 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.
Тепловые электростанции используют широко распространенные топливные ресурсы, относительно свободно размещаются и способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. Их строительство ведется быстро и связано с меньшими затратами труда и материальных средств. Но у ТЭС есть существенные недостатки. Они используют невозобновимые ресурсы, обладают низким КПД (30-35%), оказывают крайне негативное влияние на экологическую обстановку. ТЭС сего мира ежегодно выбрасывают в атмосферу 200-250 млн. т золы и около 60 млн. т ернистого ангидрида, а также поглощают огромное количество кислорода. Установлено, что уголь в микродозах почти всегда содержит U238, Th232 и радиоактивный изотоп углерода. Большинство ТЭС России не оснащены эффективными системами очистки уходящих газов от оксидов серы и азота. Хотя установки, работающие на природном газе экологически существенно чище угольных, сланцевых и мазутных, вред природе наносит прокладка газопроводов (особенно в северных районах).
Первостепенную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС). Они тяготеют и к источникам топлива, и к потребителям, и поэтому очень широко распространены.
Чем крупнее КЭС, тем дальше она может передавать электроэнергию, т.е. по мере увеличения мощности возрастает влияние топливно-энергетического фактора. Ориентация на топливные базы происходит при наличии ресурсов дешевого и нетранспортабельного топлива (бурые угли Канско-Ачинского бассейна) или в случае использования электростанциями торфа, сланцев и мазута (такие КЭС обычно связаны с центрами нефтепереработки).
ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и теплоты. Их КПД доходит до 70% против 30-35% на КЭС. ТЭЦ привязаны к потребителям, т.к. радиус передачи теплоты (пара, горячей воды) составляет 15-20 км. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.
В последнее время появились принципиально новые установки:
- газотурбинные (ГТ) установки, в которых вместо паровых применяются газовые турбины, что снимает проблему водоснабжения (на Краснодарской и Шатурской ГРЭС);
- парогазотурбинные (ПГУ), где тепло отработавших газов используется для подогрева воды и получения пара низкого давления (на Невинномысской и Кармановской ГРЭС);
- магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), которые преобразуют тепло непосредственно в электрическую энергию (на ТЭЦ-21 Мосэнерго и Рязанской ГРЭС).
В России мощные (2 млн. кВт и более) построены в Центральном районе, в Поволжье, на Урале и в Восточной Сибири.
На базе Канско-Ачинского бассейна создается мощный топливно-энергетический комплекс (КАТЭК). В проекте предусмотрено строительство восьми ГРЭС мощностью по 6,4 млн. кВт. В 1989 г. был введен в строй первый агрегат Березовской ГРЭС-1 (0,8 млн. кВт).
Climate Analytics продолжает настаивать на том, что угольная энергетика в Европе должна быть ликвидирована уже к 2030 году - иначе ЕС не выполнит целей Парижского соглашения по климату. Но какие станции закрывать в первую очередь? Предлагается два подхода - экологический и экономический. «Кислород.ЛАЙФ» присмотрелся к крупнейшим угольным ТЭС в России, которые никто закрывать не собирается.
Закрыть за десять лет
Climate Analytics продолжает настаивать , что для достижения целей Парижского соглашения по климату странам ЕС придется закрыть практически все действующие угольные ТЭС. Энергетический сектор Европы нуждается в тотальной декарбонизации, поскольку значительная часть общего объема выбросов парниковых газов (ПГ) в ЕС формируется в угольной энергетике. Поэтому постепенный отказ от угля в этой отрасли является одним из самых рентабельных методов сокращения эмиссии ПГ, также такие действия обеспечат значительные преимущества с точки зрения качества воздуха, здоровья населения и энергетической безопасности.
Сейчас в ЕС – более 300 электростанций с действующими на них 738 энергоблоками, работающими на угольном топливе. Географически они распределены, естественно, не равномерно. Но в целом каменный уголь и лигнит (бурый уголь) обеспечивают четверть всей генерации электричества в ЕС. Самые зависимые от угля члены Евросоюза – Польша, Германия, Болгария, Чехия и Румыния. На долю Германии и Польши приходится 51% установленных угольных мощностей в ЕС и 54% выбросов ПГ от угольной энергетики во всей объединенной Европе. При этом в семи странах ЕС вообще нет угольных ТЭС.
«Дальнейшее использование угля для производства электроэнергии не совместимо с реализацией задачи резкого снижения выбросов ПГ. Поэтому ЕС необходимо разработать стратегию поэтапного отказа от угля быстрее, чем это происходит в настоящее время», - резюмирует Climate Analytics. В противном случае, совокупные объемы выбросов к 2050 году по всему ЕС вырастут на 85%. Моделирование, проведенное Climate Analytics, показало, что 25% работающих в настоящее время угольных электростанций должны быть закрыты уже к 2020 году. Еще через пять лет закрыть необходимо 72% ТЭС, а полностью избавиться от угольной энергетики к 2030 году.
Главные вопрос – как это делать? По мнению Climate Analytics, «критический вопрос – по каким критериям нужно определять, когда закрывать те или иные ТЭС? С точки зрения земной атмосферы, критерии не имеют значения, так как выбросы ПГ будут сокращаться в нужном темпе. Но с точки зрения политиков, владельцев предприятий и других заинтересованных сторон, выработка таких критериев – решающий момент в принятии решений».
Climate Analytics предлагает две возможные стратегии для полного отказа от использования угля в производстве электроэнергии. Первая – сначала закрывать те ТЭС, которые лидируют по выбросам ПГ. Вторая стратегия – закрывать станции, наименее ценные с точки зрения бизнеса. Для каждой из стратегий нарисована интересная инфографика, показывающая, как будет меняться облик ЕС в годами вслед за закрытием угольных станций. В первом случае под ударом окажутся Польша, Чехия, Болгария и Дания. Во втором – также Польша и Дания.
Единства нет
Climate Analytics также по всем 300 станциям проставил годы закрытия в соответствии с двумя стратегиями. Нетрудно заметить, что эти годы существенно расходятся со сроками работы этих станций в обычном режиме (т.н. BAU - businnes as usual). Например, крупнейшая в Европе станция Белхатов в Польше (мощность более 4,9 ГВт) может работать как минимум до 2055 года; тогда как ее предлагается закрыть уже к 2027 году - одинаковый срок при любом сценарии.
В целом именно пять польских ТЭС, которые могут спокойно дымит до 2060-х годов, Climate Analytics предлагает закрыть на три-четыре десятилетия раньше срока. Польшу, энергетика которой на 80% зависит от угля, такое развитие событий вряд ли устроит (напомним, эта страна даже собирается оспаривать климатические обязательства, навязанные ей ЕС, в суде). Еще пять станций из Топ-20 находятся в Великобритании; восемь - в Германии. Также в первой двадцатке на закрытие - две ТЭС в Италии.
При этом английская Fiddler"s Ferry (мощность 2 ГВт) должна быть закрыта уже в 2017 году, а остальные британские ТЭС, как и заявляло правительство этой страны - к 2025 году. То есть только в этой стране процесс может пройти относительно безболезненно. В Германии все может растянуться до 2030 года, реализация двух стратегий будет различаться в зависимости от специфики земель (там есть угледобывающие регионы). В Чехии и Болгарии угольную генерацию нужно будет свернуть уже к 2020 году - прежде всего, из-за солидных объемов выбросов.
На замену углю должны прийти ВИЭ. Снижение себестоимости генерации солнца и ветра – важный тренд, который необходимо поддерживать и развивать, считают в Climate Analytics. За счет ВИЭ можно провести трансформацию энергетики, в том числе путем создания новых рабочих мест (не только в самой отрасли, но и в производстве оборудования). Которые, в том числе, смогут занять и высвобождаемые из угольной энергетики кадры.
Впрочем, в Climate Analytics признают, что в Европе нет единства в отношении угля. В то время как некоторые страны значительно сократили добычу и заявили о полном отказе от этого вида топлива в ближайшие 10-15 лет (среди них, например, Великобритания, Финляндия и Франция), другие или строят, или планируют строить новые угольные электростанции (Польша и Греция). «Вопросам экологии в Европе уделяют большое внимание, однако быстро отказаться от угольной генерации вряд ли будет возможно. Сначала необходимо ввести в строй замещающие мощности, ведь тепло и свет нужны и населению, и экономике. Это тем более важно, что ранее принимались решения о закрытии ряда атомных электростанций в Европе. Возникнут социальные проблемы, потребуется переобучить часть сотрудников самих станций, будет сокращено значительное количество рабочих мест в самых разных отраслях, что, безусловно, увеличит напряженность в обществе. Скажется закрытие угольных электростанций и на бюджетах, так как не станет значительной группы налогоплательщиков, а операционные показатели тех компаний, кто ранее им поставлял товары и услуги, существенно уменьшатся. Если какое-то решение и возможно, то заключаться оно может в растянутом по времени отказе от угольной генерации, с одновременным продолжением работы по совершенствованию технологий с целью уменьшения выбросов от сжигания угля, улучшения экологической ситуации на угольных электростанциях», - говорит по этому поводу Дмитрий Баранов , ведущий эксперт УК «Финам Менеджмент».
Top-20 угольных ТЭС Европы, которые, по мнению Climate Analytics, нужно будет закрыть
А что у нас?
Доля тепловой генерации в структуре выработки электроэнергии в России составляет более 64%, в структуре установленной мощности станций ЕЭС – более 67%. Однако в ТОП-10 крупнейших ТЭС страны только две станции работают на угле – Рефтинская и Рязанская; в основном же тепловая энергетика в России – газовая. «В России одна из лучших структур топливного баланса в мире. Мы используем всего 15% угля для производства энергии. В среднем по миру этот показатель составляет 30-35%. В Китае – 72%, в США и ФРГ – 40%. Задачу сократить долю не углеродных источников до 30% активно решают и в Европе. В России эта программа, фактически, уже реализована», - заявил глава Минэнерго РФ Александр Новак
, выступая в конце февраля на панельной сессии «Зеленая экономика как вектор развития» в рамках Российского Инвестиционного форума-2017 в Сочи.
Доля атомной энергетики в общем объеме энергобаланса страны – 16-17%, гидрогенерации – 18%, на газ приходится порядка 40%. По данным Института энергетических исследований РАН, уголь в производстве электроэнергии давно и активно вытесняется газом и атомом, причем быстрее всего - в европейской части России. Крупнейшие угольные ТЭС расположены, тем не менее, в центре и на Урале. Но если посмотреть на картину в энергетике в разрезе регионов, а не отдельных станций, то картинка будет другая: наиболее «угольные» регионы – в Сибири и на Дальнем Востоке. Структура территориальных энергобалансов зависит от уровня газификации: в европейской части России он высокий, а в Восточной Сибири и далее – низкий. Уголь в качестве топлива, как правило, используется на городских ТЭЦ, где вырабатывается не только электричество, но и тепло. Поэтому генерация в больших городах (вроде Красноярска) полностью основана на угольном топливе. В целом на долю тепловых станций только в ОЭС Сибири в настоящее время приходится 60% выработки электроэнергии - это порядка 25 ГВт «угольных»мощностей.
Что касается ВИЭ, то сейчас на долю таких источников в энергобалансе РФ приходится символические 0,2%. «Планируем выйти на 3% - до 6 тысяч МВт за счет различных механизмов поддержки», - дал прогноз Новак. В компании «Россети» дают более оптимистичные прогнозы : установленная мощность ВИЭ к 2030 году в России может вырасти на 10 ГВт. Тем не менее, глобальной перестройки энергобаланса в нашей стране не предвидится. «По прогнозам, к 2050 году в мире будет насчитываться порядка 10 миллиардов человек. Уже сегодня порядка 2 миллиардов не имеют доступа к источникам энергии. Представьте, какая будет потребность человечества в энергии через 33 года, и как должны развиться ВИЭ, чтобы обеспечить весь спрос», - так доказывает жизнеспособность традиционной энергетики Александр Новак.
«Речь об «отказе от угля» в России точно не идет, тем более что, согласно Энергостратегии до 2035 года, запланировано увеличение доли угля в энергобалансе страны, - напоминает Дмитрий Баранов из УК «Финам Менеджмент». - Наряду с нефтью и газом, уголь является одним из важнейших полезных ископаемых на планете, и Россия, как одна из крупнейших стран в мире по его запасам и добыче, просто обязана уделять должное внимание развитию этой отрасли. Еще в 2014 году на заседании правительства РФ Новак представил программу развития угольной промышленности России до 2030 года. В ней основной упор сделан на создание новых центров угледобычи, в первую очередь, в Сибири и на Дальнем Востоке, совершенствование научно-технического потенциала в отрасли, а также реализацию проектов в углехимии».
Крупнейшие ТЭС России, работающие на угольном топливе
Рефтинская ГРЭС («Энел Россия»)
Является самой крупной угольной ТЭС в России (и второй в топ-10 тепловых станций страны). Расположена в Свердловской области, в 100 км северо-восточнее Екатеринбурга и в 18 км от Асбеста.
Установленная электрическая мощность - 3800 МВт.
Установленная тепловая мощность - 350 Гкал/ч.
Обеспечивает энергоснабжение промышленных районов Свердловской, Тюменской, Пермской и Челябинской областей.
Строительство электростанции началось в 1963 году, в 1970 состоялся пуск первого энергоблока, в 1980 - последнего.
Рязанская ГРЭС (ОГК-2)
Пятая в топ-10 крупнейших тепловых станций России. Работает на угле (первая очередь) и природном газе (вторая очередь). Расположена в Новомичуринске (Рязанская область), к 80 км южнее от Рязани.
Установленная электрическая мощность (вместе с ГРЭС-24) - 3 130 МВт.
Установленная тепловая мощность - 180 Гкал/час.
Строительство началось в 1968 году. Первый энергоблок введен в эксплуатацию 1973 году, последний – 31 декабря 1981 года.
Новочеркасская ГРЭС (ОГК-2)
Расположена в микрорайоне Донской в Новочеркасске (Ростовская область),в 53 км на юго-восток от Ростова-на-Дону. Работает на газе и угле. Единственная ТЭС в России, использующая местные отходы добычи угля и углеобогащения - антрацитовый штыб.
Установленная электрическая мощность - 2229 МВт.
Установленная тепловая мощность - 75 Гкал/час.
Строительство началось в 1956 году. Первый энергоблок введен в эксплуатацию в 1965 году, последний – восьмой – в 1972 году.
Каширская ГРЭС («ИнтерРАО»)
Расположена в Кашире (Московская область).
Работает на угле и природном газе.
Установленная электрическая мощность – 1910 МВт.
Установленная тепловая мощность - 458 Гкал/ч.
Введена в эксплуатацию в 1922 году по плану ГОЭЛРО. В 1960-е годы на станции была проведена масштабная модернизация.
Пылеугольные энергоблоки №1 и №2 планируется вывести из эксплуатацию в 2019 году. К 2020 году такая же судьба ждет еще четыре энергоблока, работающих на газомазутном топливе. В работе останется только самый современный блок №3 мощностью 300 МВт.
Приморская ГРЭС (РАО «ЭС Востока»)
Расположена в Лучегорске (Приморский край).
Самая мощная ТЭС на Дальнем Востоке. Работает на угле Лучегорского угольного разреза. Обеспечивает большую часть энергопотребления Приморья.
Установленная электрическая мощность – 1467 МВт.
Установленная тепловая мощность – 237 Гкал/час.
Первый энергоблок станции был введён в эксплуатацию в 1974 году, последний в 1990-м. ГРЭС расположена практически «на борту» угольного разреза – больше нигде в России электростанция не строилась в столь непосредственной близости от источника топлива.
Троицкая ГРЭС (ОГК-2)
Расположена в Троицке (Челябинская область). Выгодно расположена в промышленном треугольнике Екатеринбург – Челябинск – Магнитогорск.Установленная электрическая мощность – 1 400 МВт.
Установленная тепловая мощность - 515 Гкал/час.
Пуск первой очереди станции состоялся в 1960 году. Оборудование второй очереди (на 1200 МВт) было выведено из эксплуатации в 1992-2016 годы.
В 2016 году введен в эксплуатацию уникальный пылеугольный энергоблок №10 мощностью 660 МВт.
Гусиноозерская ГРЭС («ИнтерРАО»)
Расположена в Гусиноозерске (Республика Бурятия), обеспечивает электроэнергией потребителей Бурятии и соседних регионов. Основным топливом для станции является бурый уголь Окино-Ключевского разреза и Гусиноозёрского месторождения.
Установленная электрическая мощность – 1160 МВт.
Установленная тепловая мощность - 224,5 Гкал/ч.
Четыре энергоблока первой очереди введены в эксплуатацию с 1976 по 1979 годы. Ввод второй очереди начался в 1988 году запуском энергоблока №5.