Электростанции и их характеристика

Ряд терминов в электроэнергетике определяется через понятие электроустановка – совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другие виды энергии. (ПУЭ, п. 1.1.3)

Электростанция – электроустановка, предназначенная для производства (генерации) электрической энергии из первичной энергии заключенной в природных энергоносителях.

Основным назначением электрических станций является выработка электрической энергии для снабжения ею промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства и транспорта. Часто электростанции обеспечивают также предприятия и жилые зда­ния паром и горячей водой.

По особенностям технологического процесса производства электроэнергия и исполь­зуемым видам топлива электростанции подразделяются на тепловые (ТЭС), атомные (АЭС), гидростанции (ГЭС), гидроаккумулирующие (ГАЭС), газотурбинные (ГТС) и др. (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Классификация электрических станций

 

Тепловые электрические станции (ТЭС) являются основными производителями электроэнергии (более 60 %). Все тепловые электростанции (ТЭС) подразделяются на два основных типа: вырабатывающие только электроэнергию (КЭС или ГРЭС, ГТУ) и вырабатывающие также дополнительно и тепловую энергию (ТЭЦ). Основным видом являются ТЭС, у которых рабочее тело – водяной пар с большой температурой и давлением (КЭС, ТЭЦ).

ТЭС состоит из топливного склада, ко­тельного и турбинного агрегатов, генератора и распределительных устройств. Технологический процесс на КЭС имеет следующее содержание. В топках котла сгорает органическое топливо(уголь, газ, мазут, торф, сланец) и появляется энергия горения, которая преобразуется в тепловую энергию пара с большой температурой и давлением. Энергия пара поступает в турбину и преобразуется в механическую энергию вращения турбины. Затем в генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую.

Вместе с электрической энергией ТЭС могут вырабатывать и тепловую. В соответствии с этим они делятся на 2 типа ТЭС: КЭС и ТЭЦ.

Тепловые электрические станции, предназначенные только для производства электроэнергии, называют конденсационными электри­ческими станциями (КЭС). К КЭС обычно относятся электростанции, турбины которых работают по конденсационному циклу, когда практически весь пар, вырабатываемый парогенератором, конденсируется и его энергии пре­образуется в механическую энергию вала турбины, а затем и в электрическую. Работающие на органическом топливе КЭС строят обычно вблизи мест добычи топлива. Мощные КЭС называют государственными районными электростанциями – ГРЭС.

Теплоэлектростанции, на которых отрабо­тавший пар наряду с выработкой электроэнергии используется для теп­лоснабжения, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). На ТЭЦ значительная часть тепловой энергии передается по трубам потребителям и используется непосредственно в технологических процессах. И лишь часть тепловой энергии преоб­разуется в электрическую. На ТЭЦ для этого ус­танавливают турбоагрегаты двух типов: теплофи­кационные и противодавления. На таких установках теплота отработавше­го пара частично или даже полностью используется для теплоснабже­ния, вследствие чего потери теплоты с охлаждающей водой сокращают­ся или вообще не существуют (на установках с турбогенераторами с противодавлением). Однако доля энергии пара, преобразованная в электрическую энергию, при одних и тех же начальных параметрах на установ­ках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках с кон­денсационными турбинами. Обычно ТЭЦ строят вблизи потребителя тепла — промышленных предприятий или жилых массивов, если ТЭЦ предназначены для теплофикации го­рода (района).

На атомных электростанциях (АЭС), так же как на электростанциях, ра­ботавших на органическом топливе, осуществляется процесс превра­щения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электриче­скую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит лишь в том, что в одном случае используется энергия, выде­ляющаяся при распаде ядер тяжелых элементов (применяемых в ка­честве топлива), в другом – при горении топлива. АЭС могут использоваться как КЭС и как ТЭЦ, соответственно они обозначаются АКЭС и АТЭЦ.

Тепловые схемы АЭС разнообразны, хотя паротурбинная ее часть остается практически такой же, как и на обычной электростанции.

Атомные электростанции всегда строят вблизи крупных промыш­ленных потребителей электрической энергии. На таких электростан­циях масса расходуемого топлива очень невелика (в тысячи раз ниже, чем на ТЭС), и транспортировка его даже при доставке на большие расстояния не отражается на стоимости электроэнергии.

Атомная энергия может использоваться также только для целей теплоснабжения. Такие атомные станции теплоснабжения (ACT) имеются уже в ряде стран. Можно полагать, что в ближайшие годы они найдут сравнительно широкое распространение. Строиться ACT будут, конечно, вблизи круп­ных городов.

На гидроэлектростанциях (ГЭС) вода, падающая с высоты, обусловленной разностью верхнего и нижнего уровней плотины, вращает рабочее колесо гидротурбины, в результате чего энергия воды преобразуется в электроэнергию. На долю ГЭС около 20% электроэнергии в общем энергобалансе. Основное преимущество – малые эксплуатационные расходы и низкая себестоимость энергии. Основной недостаток – значительные капиталовложения при строительстве.

Приплотинные ГЭС используются на равнинных реках, там создается напор воды плотиной высотой 20 – 30 м. На горных реках ГЭС называются деривационными, и в них напор создается за счет высокой воды.

ГАЭС предназначены для выравнивания графика нагрузки энергосистемы (рисунок 1.3). Они являются по принципу работы такими ГЭС, кото­рые днем, в часы максимального электропотребления системы, генерируют электрическую энергию за счет сработки воды в водохранилище, а ночью, в часы минимума электропотребления, работают как потребители электрической энергии – насосы, закачивающие воду об­ратно в водохранилище. За счет этого снижается величина необходимой установленной ге­нерирующей мощности вЭЭС, а также улучшаются условия использования других электро­станций, особенно АЭС, не допускающих резких изменений своей загрузки.

Выработка электроэнергии электростанциями ЕЭС в 2002 году составила 889,6 млрд. кВт^.ч, в т.ч. ТЭС – 583 млрд. кВт^.ч, ГЭС – 164,1 млрд. кВт^.ч, АЭС – 108 млрд. кВт^.ч.

Незначительную часть энергии вырабатывают тепловые дизельные электростанции (ДЭС), а также ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ).

Особое место занимают нетрадиционные виды злектрогенерируюших станций. К ним относятся геотермальные (ГеоТЭС), ветряные электростанции (ВЭС), гелиоустановки и др. Однако суммарная мощность этих станций незначительна, и они не имеют существенной роли в энерго­балансе страны.