Отличительные параметры кэс и тэц

Конденсационная электростанция (КЭС), тепловая паротурбинная электростанция, назначение которой — производство электрической энергии с использованием конденсационных турбин. На КЭС применяется органическое топливо: твердое топливо, преимущественно уголь разных сортов в пылевидном состоянии, газ, мазут и т. п. Тепло, выделяемое при сжигании топлива, передаётся в котельном агрегате (парогенераторе) рабочему телу, обычно — водяному пару.

Тепловая энергия водяного пара преобразуется в конденсационной турбине в механическую энергию, а последняя в электрическом генераторе — в электрическую энергию. Отработавший в турбине пар конденсируется, конденсат пара перекачивается сначала конденсатным, а затем питательным насосами в паровой котёл (котлоагрегат, парогенератор). Таким образом создаётся замкнутый пароводяной тракт: паровой котёл с пароперегревателем — паропроводы от котла к турбине — турбина — конденсатор — конденсатный и питательные насосы — трубопроводы питательной воды — паровой котёл. Схема пароводяного тракта является основной технологической схемой паротурбинной электростанции и носит название тепловой схемы КЭС.

Общий кпд современной КЭС — 35—42% и определяется кпд усовершенствованного термодинамического цикла Ренкина (0,5—0,55), внутренний относительный кпд турбины (0,8—0,9), механический кпд турбины (0,98—0,99), кпд электрического генератора (0,98—0,99), кпд трубопроводов пара и воды (0,97—0,99), кпд котлоагрегата (0,9—0,94).

Увеличение кпд КЭС достигается главным образом повышением начальных параметров (начальных давления и температуры) водяного пара, совершенствованием термодинамического цикла, а именно — применением промежуточного перегрева пара и регенеративного подогрева конденсата и питательной воды паром из отборов турбины. На КЭС по технико-экономическим основаниям применяют начальное давление пара докритическое 13—14, 16—17 или сверхкритическое 24—25 Мн/м2, начальную температуру свежего пара, а также после промежуточного перегрева 540—570 °С.

Основное оборудование КЭС (котельные и турбинные агрегаты) размещают в главном корпусе, котлы и пылеприготовительную установку (на КЭС, сжигающих, например, уголь в виде пыли) — в котельном отделении, турбоагрегаты и их вспомогательное оборудование — в машинном зале электростанции. На КЭС устанавливают преимущественно по одному котлу на турбину. Котёл с турбоагрегатом и их вспомогательным оборудование образуют отдельную часть — моноблок электростанции. Для турбин мощностью 150—1200 Мвт требуются котлы производительностью соответственно 500—3600 м/ч пара. Ранее на ГРЭС применяли по два котла на турбину, т. е. дубль-блоки (см. Блочная тепловая электростанция). На КЭС без промежуточного перегрева пара с турбоагрегатами мощностью 100 Мвт и меньше в СССР применяли неблочную централизованную схему, при которой пар 113 котлов отводится в общую паровую магистраль, а из неё распределяется между турбинами.

КЭС сооружают непосредственно у источников водоснабжения (река, озеро, море); часто рядом с КЭС создают пруд-водохранилище. На территории КЭС, кроме главного корпуса, размещают сооружения и устройства технического водоснабжения и химводоочистки, топливного хозяйства, электрические трансформаторы, распределительные устройства, лаборатории и мастерские, материальные склады, служебные помещения для персонала, обслуживающего КЭС. Топливо на территорию КЭС подаётся обычно ж. д. составами. Золу и шлаки из топочной камеры и золоуловителей удаляют гидравлическим способом. На территории КЭС прокладывают ж. д. пути и автомобильные дороги, сооружают выводы линий электропередачи, инженерные наземные и подземные коммуникации.

ГРЭС, государственная районная электростанция, тепловая конденсационная электростанция, производящая только электрическую энергию.

Тепловая электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Их кпд достигает 40%.

 

Виды плотин горных рек

Гидравлические электростанции (ГЭС)- это комплекс гидротехнических сооружений и энергетического оборудования, с помощью которых энергия концентрированного водного потока с сосредоточенным напором преобразуется в электрическую энергию. ГЭС, как правило, сооружаются не только для выработки электрической энергии, но и для одновременного решения комплекса задач улучшения судоходства, ирригации в составе единого водохозяйственного комплекса.

Гидроэлектростанция состоит из двух частей:

· гидротехнических сооружений, обеспечивающих концентрацию потока воды;

· энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в электрическую. Преобразование энергий осуществляется при помощи гидротурбины.

Существуют две схемы создания напора гидротехническими сооружениями:

· плотинная

· деривационная

На равнинных реках, уклоны которых незначительны, концентрация гидроэнергии выполняется главным образом по плотинной схеме. На горных реках с большими естественными уклонами используются деривационные схемы, основанные на применении искусственного водовода, выполненного в виде открытого канала, туннеля или трубопровода.

На деривационных ГЭСстанционный узел расположен вдали от плотины и других сооружений, образующих головной узел. Плотина головного узла создает только часть полезного напора ГЭС, основная же часть напора создается вследствие расположения станционного узла на более низкой отметке. Длина обводного канала (деривации) достигает 20-30 км, а в установках более 100 км. К турбинам вода из водохранилища поступает, проходя через водоприемник, деривацию и напорные трубопроводы. Для смягчения гидравлических ударов при некоторых режимах работы ГЭС сооружается уравнительный резервуар.

Гидроэлектростанции также разделяются в зависимости от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

• русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
• плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
• деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.

Тип и конструкция Плотины. определяются её размерами, назначением, а также природными условиями и видом основного строительного материала. По назначению различают П. водохранилищные и П. водоподъёмные (предназначенные лишь для повышения уровня верхнего бьефа). По величине напора П. условно подразделяют на низконапорные (с напором до 10 м), средненапорные (от 10 до 40 м) и высоконапорные (более 40 м). В зависимости от роли, выполняемой в составе гидроузла, П. может быть: глухой, если служит лишь преградой для течения воды; водосливной, когда предназначена для сброса избыточных расходов воды и оборудована поверхностными водосливными отверстиями (открытыми или с затворами) или глубинными водоспусками; станционной, если имеет водозаборные отверстия (с соответствующим оборудованием) и водоводы, питающие турбины ГЭС. По основному материалу, из которого возводят П., различают земляные плотины (См. Земляная плотина), каменные плотины (См. Каменная плотина), бетонные плотины (См. Бетонная плотина), деревянные плотины (См. Деревянная плотина).

Бетонные П. обычно классифицируют по конструктивному признаку в зависимости от условий работы на Сдвиг; соответственно этому различают 3 основных типа П. (рис. 2) — гравитационные плотины (См. Гравитационная плотина), арочные плотины (См. Арочная плотина), контрфорсные плотины (См. Контрфорсная плотина). Осн. материалом для современных бетонных П. (преимущественно гравитационных) служит Гидротехнический бетон.

Распространённая в практике гидротехнического строительства низконапорная бетонная Водосливная плотина, возводимая на нескальном основании и предназначенная для пропуска больших расходов воды

Особый тип водоподпорного сооружения — разборная судоходная П. Для её возведения в летнюю межень на плоском флютбете устанавливают контрфорсы из стальных ферм, по ним прокладывают мосты, на которые опирают затворы простейшей конструкции. П. подпирает уровень верхнего бьефа, а суда и плоты идут через шлюз. В многоводный период затворы и мосты убирают, фермы контрфорсов укладывают на флютбет, открывая судам и плотам путь через П.

Виды турбин

Гидроэлектростанция (ГЭС) — комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию.

Мощность потока воды, протекающего через некото­рое сечение — створ, определяется расходом воды Q, вы­сотой между уровнем воды в верхнем по течению бас­сейне (верхнем бьефе) и уровнем воды в нижнем по те­чению бассейне (нижнем бьефе) в месте сооружения
плотины. Разность уровней верхнего и нижнего бассей­нов называется напором. Мощность потока в створе (кВт) можно определить посредством расхода (м³/с) и
напора (м):

P=9,81QH.

В двигателях ГЭС можно использовать только часть мощности потока воды в створе из-за неизбежных потерь мощности в гидротехнических сооружениях, турбинах и генераторах, учитываемых коэффициентом полезного действия η. Таким образом, приближенно мощность ГЭС

P=9,81QHη.

Напор Н увеличивают на равнинных реках с помощью плотины (рис. 2.17, а), а в горных местностях строят спе­циальные обводные каналы, называемые деривационны­ми

В гидравлических турбинах преобразуется энергия воды в механическую энергию вращения вала турбины. Турбина называется активной, если используется дина­мическое давление воды, и реактивной, если использует­ся статическое давление при реактивном эффекте.

В ковшовой активной турбине по­тенциальная энергия гидростатического давления в су­живающейся насадке — сопле — полностью превращает­ся в кинетическую энергию движения воды.(Рабочее ко­лесо турбины выполнено в виде диска, по окружности которого расположены ковшеобразные лопасти. Вода, огибая поверхности лопастей, меняет на­правление движения. При этом возникают центробежные силы, действующие на поверхности лопастей, и энергия движения воды преобразуется в энергию вращения ко­леса турбины.

У радиально-осевых турбин лопасти рабочего колеса имеют сложную кривизну, поэтому вода, поступа­ющая с направляющего аппарата, постепенно меняет на­правление с радиального на осевое. Такие турбины ис­пользуют в широком диапазоне напоров от 30 до 600 м. В настоящее время созданы уникальные раднально-осевые турбины мощностью 700 МВт.

Пропеллерные турбины обладают простой конструкцией и высоким КПД, однако у них с изменени­ем нагрузки КПД резко уменьшается.

У поворотно-лопастных гидротурбин в отличие от пропеллерных лопасти рабочего колеса пово­рачиваются при изменении режима работы для поддер­жания высокого значения КПД.

Двухперовые турбины имеют спаренные ра­бочие лопасти, что позволяет повысить расход воды. Ши­рокое применение их ограничено конструктивными слож­ностями. Сложная конструкция свойственна также диагональным турбинам, у которых рабочие лопасти поворачиваются относительно своих осей.

 

Гидрогенератор – это электрическая машина, преобразующая механическую энергию вращения в электрическую.

На ГЭС применяются в качестве генераторов синхронные машины трехфазного переменного тока.

Вращающаяся часть простейшего генератора – ротор – представляет собой двухполюсный электромагнит, магнитное поле которого создается при протекании по обмотке возбуждения постоянного тока от независимого источника. Этот ток подается на ротор через неподвижные щетки, прижатые к вращающимся вместе с ротором контактным кольцам. На статоре размещена силовая обмотка, которая в простейшем случае состоит из одного витка.

Ротор, жестко связанный с валом турбины, вращается с постоянной частотой. За счет магнитного потока ротора в витке обмотки наводится переменная электродвижущая сила. Если к выводам обмотки статора подключить нагрузки, то по обмотке потечет ток, на выводах появится напряжение, которое также будет переменным, изменяющимся по синусоиде.

Основные конструктивные части гидрогенератора – ротор и статор. Обод ротора выполняется в виде металлического кольца с прикрепленными к нему полюсами. В гидрогенераторах полюсы расположены вплотную друг к другу и образуют сплошную наружную цилиндрическую поверхность.

Статор гидрогенератора состоит из сердечника и корпуса. Сердечник является магнитопроводом и представляет собой массивное стальное кольцо, собранное из тонких (до 0,5 мм) листов электротехнической стали. На внутренней поверхности кольца устроены пазы, в которых размещаются стержни силовой обмотки. Сердечник заключен в сварной металлический корпус, крепящийся к строительным конструкциям здания ГЭС. Для возможности перевозки статор крупных гидрогенераторов разделен на несколько (обычно шесть) сегментов, которые соединяются при монтаже.

Ротор – это самый крупный и тяжелый узел генератора, его диаметр может достигать 15 м, масса 1000 т и более. Ротор состоит из обода, полюсов, спиц и втулки. Обод представляет собой массивное кольцо, собранное из большого количества стальных сегментов толщиной 3 – 5 мм. На внешней поверхности обода устраиваются пазы, в которые вставляются и расклиниваются хвостовики металлических сердечников полюсов с надетыми на них катушками обмотки возбуждения. Внутренняя сторона обода соединяется сварными спицами с втулкой, представляющей собой крупную деталь, соединяющую ротор с валом.

Виды подшипников

Генераторы с вертикальным валом подразделяются на два основных типа — подвесные и зонтичные, отличающиеся друг от друга расположением подпятника относительно ротора. При частотах вращения до 200 об/мин гидрогенераторы выполняются преимущественно в зонтичном исполнении, свыше 200 об/мин — в подвесном. При частотах вращения свыше 250 об/мин вертикальные гидрогенераторы выполняются исключительно в подвесном исполнении.

Подшипники передают на фундамент радиальные нагрузки от вала. Подшипник состоит из полированной стальной втулки и прижатых к ней сегментов, которые так же, как в подпятнике, залиты баббитом и помещены в охлаждаемую масляную ванну.

Обычно в генераторе устанавливаются два направляющих подшипника, из которых нижний встроен в нижнюю крестовину, а верхний — в верхнюю грузонесущую крестовину. Если расстояние между верхним подшипником генератора и подшипником турбины относительно невелико и жесткость вала достаточна, нижний генераторный подшипник может не устанавливаться.

 

Мини ТЭЦ и ГЭС

Мини-ТЭЦ (малая теплоэлектроцентраль) — теплосиловые установки, служащие для совместного производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт, независимо от вида оборудования.

Отличительной особенностью мини-ТЭЦ является более экономичное использование топлива для произведенных видов энергии в сравнении с общепринятыми раздельными способами их производства. Это связано с тем, что электроэнергия в масштабах страны производится в основном в конденсационных циклах ТЭС и АЭС, имеющих электрический КПД на уровне 30-35 % при отсутствии теплового потребителя. Фактически такое положение дел определяется сложившимся соотношением электрических и тепловых нагрузок населенных пунктов, их различным характером изменения в течение года, а также невозможностью передавать тепловую энергию на большие расстояния в отличие от электрической энергии.

Модуль мини-ТЭЦ включает газопоршневой, газотурбинный или дизельный двигатель, генератор электроэнергии, теплообменник для утилизации тепла от воды при охлаждении двигателя, масла и выхлопных газов. К мини-ТЭЦ обычно добавляют водогрейный котел для компенсации тепловой нагрузки в пиковые моменты.

Мини ТЭЦ состоит из следующих основных узлов и агрегатов:

силовая установка (двигатель) генератора;

сам генератор;

котлы- утилизаторы, позволяющие утилизировать отработанные газы;

теплообменники, которые способствуют сбору и переработке тепла системы охлаждения двигателя;

технологически необходимые катализаторы;

различные системы управления выработки энергии и тепла, а также контроля за работой всего оборудования.

Основное предназначение мини-ТЭЦ является выработка электрической и тепловой энергии из различных видов топлива.

Концепция строительства мини-ТЭЦ в непосредственной близости к потребителю имеет ряд преимуществ (в сравнении с большими ТЭЦ):

позволяет избежать затрат на строительство дорогостоящих и опасных высоковольтных линий электропередач (ЛЭП);

исключаются потери при передаче энергии;

отпадает необходимость финансовых затрат на выполнение технических условий на подключение к сетям централизованного электроснабжения;

бесперебойное снабжение электроэнергией потребителя;

электроснабжение качественной электроэнергией, соблюдение заданных значений напряжения и частоты;

возможно, получение прибыли.

Основное преимущество мини-ТЭЦ — близость к потребителям тепловой энергии. Снижаются или отпадают проблемы с теплосетями (трубопроводы, обеспечивающие подачу тепловой энергии от ТЭЦ к потребителям). В случае аварии, разрыва в теплосети возникают большие проблемы: разрытие грунта, временное отчуждение территории для ремонта теплосети, как правило прекрывается движение автотранспорта. По советским нормативам теплосети подлежали замене через 20-30 лет. На основе двигателей внутреннего сгорания существует оборудование «мини-ТЭЦ», позволяющее обеспечивать электро- и теплоснабжение отдельных домов, в том числе и индивидуальных домов (коттеджей).