Общая характеристика производства электроэнергии, энергия в технологических процессах

Основы технологий производства электроэнергии ТЕС, ГЕС, АЭС

В зависимости от характера потребления электроэнергии станции бывают районного и местного значения.

Районные электростанции обеспечивают электроэнергией большие районы, областные города и имеют большие мощности (десятки и сотни тысяч киловат).

Эти станции распределяют энергию высокого напряжения и, как правило, подают ее в общую электрическую сеть, создавая энергетическую систему района.

Районные электростанции обычно строят поблизости залежей местных видов топлива или в местах с имеющимися гидроресурсами.

Электростанции местного значения поставляют энергией блажащие районы, не охваченные энергосистемой, и имеют относительно небольшую мощность. Напряжение в сети поставки - до 10 кв.

К таким станциям относят: коммунальные, которые обеспечивают энергией предприятия, коммунальные и бытовые потребности населения, а также промышленные, которые обеспечивают энергией потребности отдельных предприятий, железнодорожных узлов или других объектов местного значения.

Электростанции характеризуются установленной мощностью, которая приравнивается суммарной мощности всех установленных на электростанции энергогенераторов в МВт.

 

 

Гидроэлектростанции (ГЕС)

Механическая энергия движения воды - одно из самых выгодных источников энергии, способных к возобновлению.

Гидроэлектростанции - это комплекс силовых установок и сооружений, предназначенный для превращения механической энергии воды в электрическую.

 

Гидроэлектростанции имеют значительные преимущества перед тепловыми. Они совсем не нуждаются в топливе, имеют простое оборудование, просты в обслуживании, более дешевые в эксплуатации и обеспечивают высокую маневренность и надежность электроснабжения, а также допускаю полную автоматизацию работы.

Невзирая на большие средства, которые укладываются в ее строительство, себестоимость электроэнергии является ниже, чем себестоимость электроэнергии теплоэлектростанции. 

 Однако гидроэлектростанции имеют и свои недостатки. Удельный вес капиталовложений на строительство больших гидроэлектростанций в 2-3 разы выше, чем при строительстве мощных тепловых электростанций. Сроки строительства гидроэлектростанций также  в 2,5-3 разы превышают сроки для сооружения тепловых электростаций.

В гидроэлектростанциях потоки воды подводятся к водяным турбинам, где энергия движения воды превращается в механическую энергию. Турбины вращают роторы генераторов, которые превращают механическую энергию в электрическую.

Мощность гидроэлектростанций прямо пропорциональна высоте напора воды, который зависит от высоты дамбы, и количество воды, которая проходит за единицу времени через турбины гидроелектроагрегатов.

 

По составу и компонеровки сооружений гидроэлектростанции разделяются на речные, плотинные и деривационные.

 Д еривация (от лат. devatio- отведение) в гидротехнике – совокупность  сооружений (трубопроводов, каналов, тоннелей) для подведения воды к стационарным гидроелектроагрегатам или отведения воды от них.

Речные гидроэлектростанции работают от струи воды, созданной за счет сооружения дамбы поперек реки.

 

Плотинные гидроэлектростанции работают от среднего или высокого напора воды.

Деривационные гидроэлектростанции работают от среднего или высокого напора воды, созданного за счет отведения воды из русла обходным водоходом.

 

Чтобы обеспечить максимальное использование водной энергии, строят каскады гидроэлектростанций, то есть сооружают ряд гидроэлектростанций, размещенных одна за другой. В Украине по реке Днепр построен каскад ГЭС, так после Киевской ГЭС расположены Каневская, Кременчугская, Днепродзержинская, Днепропетровская и Каховская ГЭС.

По условиям работы и уровню автоматизации ГЕС разделяю на 3 основные группы:

1. полуавтоматические, в которых пуск и остановка отдельных агрегатов осуществляется вручную, и автоматизирована только нормальная работы и защита от аварий;

 

2 автоматические, в которых пуск и остановка агрегатов осуществляются автоматически;

 

3 автоматически дистанционно управляемые, в которых, кроме дистанционного пуска и остановки, контролируют и руководят работой агрегатов на расстоянии.

 

Недостатком является тот факт, что гигантские водохранилища, которые создаются при строительстве ГЕС, затапливают миллионы  гектаров плодородных земель, пастбищ, лесов.

Ни одна  другая страна Европы, не имеет такого большого количества искусственных водоемов с отрегулированными стоками рек.

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС)

Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) потребляют и накапливают энергию, когда она находится в избытке, и возвращают ее в электрическую сеть, когда ее недостаточно.

Алюминий.

По количеству получения и использования алюминий и его сплавы занимают второе место после стали.

Технологический процесс производства алюминия включает два основных этапа:

- получение алюминиевых руд глинозема;

- электролитическое исключение алюминия из глинозема и рафинирование его.

Основным промышленным способом получения глинозема является мокрый щелочной (способ Байера), который является наиболее технологическим и дешевым и потому наиболее экономически и практически целесообразным.

Глинозем - стойкое химическое соединение, которое имеет температуру плавления 2050 °С.

Полученный таким способом алюминий рафинируют (очищают). Рафинирования первичного алюминия проводят такими способам

Медь и сплавы

Уже в третьем тысячелетии до нашей эре люди широко применяли изделия из меди - первого металла, освоенного человечеством. Медь использовали для изготовления украшений, орудий, посуды, оружия и тому подобное.

Чистая самородная медь имеет красный цвет, ее плотность 8,94 г/м3, температура плавления 1083 °С, она мягче железа почти в 2 раза,  имеет высокую тепло- и электропроводимость, пластичность и коррозионную стойкость. Поэтому медь в наше время является основным проводниковым материалом в електро- и радиотехнике.

Медь выплавляют пирометаллургическим   (90 %) или гидрометаллургическим способами.

Пирометаллургическим способом позволяет, кроме меди, выплавлять и сопутствующие металлы (Ag, Zn и другие). Производство меди очень энергоемкое. Для экономии сырьевых ресурсов, топлива и уменьшения загрязнения окружающей среды в последнее время все более широкое используют дуговые электрические печи вместо огневых.

Производство меди пирометаллургическим способом включает такие технологические операции.

- флотационное обогащение фракций измельченной медной руды, и осуществляется путем отделения фракций руды, что, будучи смазанным минеральным маслом, всплывает с масляной пеной в водной среде при его продувке воздухом, отделяясь от смоченной водой породы;

- просушка и получение рудного концентрата, который содержит до 20 % меди;

- выжигание концентрата в печах при температурах 700-800С. При этом вигарает значительная частица примесей серы. Содержание меди в концентрате повышается до 20-33%

- плавление концентрата в печах при температурах 1500-1600 С с получением жидкого штейну, который состоит из меди (35-50 %), железа (20-40 %), серы (до 25 %), кислорода (до 8 %) других примесей.

- продувка штейна (сплаву сульфидов меди) воздухом или кислородом  в малых конвертерах для удаления серы.

- огневое рафинирование черновой меди повторным продуванием окислительной среде. Образованы окислы металлов переходят в шлак или выходят вместе с дымовым газом, а содержание меди повышается до 99,5-99,7 %;

- электролизное рафинирование с получением меди с чистотой до 99,9%

Медные сплавы сохраняют положительные качества меди и имеют хорошие механические, технологические особенности.

 

Общая характеристика производства электроэнергии, энергия в технологических процессах

 

Энергетика как отрасль хозяйства охватывает различные энергетические ресурсы, производство, переработку, передачу использования разных видов энергии.

Электроэнергия производится электрическими станциями.

Электрические станции - это совокупность установок, оборудования, аппаратуры, которые используются непосредственно для производства энергии, а также необходимые для этого сооружения и строительства, расположенные на определенной территории. То есть это предприятие, предназначенное для производства электрической энергии.

 

Все электростанции по использованию источника энергии разделяются на четыре  виды:

Тепловые электростанции, которые работают на твердом, жидком и газообразном топливе.

Гидравлические электростанции, которые используют соответствующие гидроресурсы.

Атомные, которые используют в качестве топливо обогащенный уран или другие радиоактивные элементы.

Электростанции, которые используют нетрадиционные источники энергии (ветровые, солнечные, геотермальные, приливов и отливов и тому подобное).

 

Самыми распространенными в Украине являются тепловые электростанции (ТЕС), и производят почти 2/3 всей электрической энергии.

Преимуществом есть относительно свободное размещение, вдвое более дешевая стоимость их строительства по сравнению с гидравлическими электростанциями (ГЕС).

 Крупнейшие ТЕС в Украине расположены в Донецкой, Днепропетровской, Ивано-Франковской, Запорожской, Винницкой, Киевская областях и др.

 

Все большее значение приобретают теплоэлектроцентрали. Их строят вблизи потребителя, поскольку радиус транспортировки тепла небольшой (10-12 км.), однако коэффициент полезного использования тепла составляет почти 70 %, тогда как на ТЕС - только 30-35 %.

Теплоэлектроцентрали обогревают свыше 25 городов Украины. Крупнейшие из них - Киевская ТЭЦ - 5, Дарницкая (Киев), Киевская ТЭЦ - 6, Харьковская ТЭЦ - 5, Одесская, Краматорская, и др.

 

Атомные электростанции (АЭС) по характеру используемого топлива не связаны с месторождениями его добычи, который обеспечивает характер их размещения.

АЭС ориентированы исключительно на потребителей электроэнергии, особенно на районы с ограниченными ресурсами топлива и гидроэнергии.

В Украине работают несколько мощных атомных электростанций – Запорожская, Южно-Украинская, Ровенская, Хмельницкая. Прекращено строительство Крымской, Харьковской и Одесской атомной ТЭЦ.

 

Гидроэлектростанции являются одним из самых эффективных источников электроэнергии. Преимущество ГЕС заключаются в том, что они производят электроэнергию, которая в 5- 6 раз дешевле, чем на АЭС. Коэффициент полезного действия ГЕС составляет свыше 80 %. Однако размещение их полностью зависит от естественных условий, а производство электроэнергии имеет сезонный характер. Строительство ГЕС на равнинных реках Украины наносит значительные материальные убытки, поскольку требует затопление больших территорий, которые используются под водохранилища. Пока еще гидроэнергетика занимает незначительное место в энергетике Украины.

 

Основные гидроэлектростанции расположены на Днепре. Это Днепрогес, Кременчугская, Каховская, Днепродзержинская, Каневская и Киевская. Кроме них, на малых реках действует около сотни электростанций небольшой мощности, большие из них принадлежат к объединенной энергосистеме. Построено несколько ГЕС на реках Рось (Корсунь - Шевченковская, Стебливская и др.) и Южный буг.

Специфическую роль  играют гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС): Киевская, Днестровская и Запорожская (Днепрогес - 2). За их помощью можно успешно решить  проблему обеспечения потребителей электроэнергией. Действуя по принципу перемещения того же объема воды между двумя басейнами, размещенными на разных уровнях высоты, ГАЭС работают как помпы.

Все технологические процессы, которые используются в промышленных технологиях связанные с потреблением или выделением разных видов энергии: электрической, тепловой, механической, химической, энергии света, ядерной, солнечной и др.

В силовой установке химическая энергия (энергии, которая содержится в топливе) превращается в тепловую, механическую и электрическую, а затем происходит преобразование  электрической энергии в другие виды энергии в зависимости от потребностей потребителя.

Установление количественных соотношений между механической, тепловой и  электрической энергией дает возможность на практике сравнивать и оценивать расходы энергии.

Когда энергию, которая образовалась в электрогенераторе, подать в тепловых единицах эквивалентной ей энергии и отнести ее к  количеству тепла, потраченному на создание этой энергии, то достанем коэффициент полезного действия (КПД) этого процесса. Чем высший КПД, тем эффективнее схема превращения тепловой энергии в механическую.

КПД дает представление о степенях совершенства процессов с точки зрения использования и превращения энергии.

Таким образом, электроэнергетика является отраслью народного хозяйства, которая охватывает различные энергетические ресурсы, производство, переработку, передачу и использование различных видов энергии. Все электростанции, которые обеспечивают электроэнергией все отрасли народного хозяйства и других потребителей, можно по источнику энергии подразделить на тепловые, гидравлические, атомные электростанции и электростанции, использующие нетрадиционные источники энергии.

Самыми распространенными в Украине являются тепловые электростанции. ТЕС в Украине расположены в Донецкой, Днепропетровской, Ивано-Франковской, Запорожской, Винницкой, Киевская областях. В Украине также работают несколько мощных атомных электростанций – Запорожская, Южно-Украинская, Ровенская, Хмельницкая. Прекращено строительство Крымской, Харьковской и Одесской атомной ТЭЦ.

Однако, гидроэлектростанции являются одним из самых эффективных источников электроэнергии. Преимущество ГЕС заключаются в том, что они производят электроэнергию, которая в 5- 6 раз дешевле, чем на АЭС. Основные гидроэлектростанции расположены на Днепре. Это Днепрогес, Кременчугская, Каховская, Днепродзержинская, Каневская и Киевская.