Электрические станции

Типы станций, доля выработки на них электроэнергии, используемые энергоресурсы. Источниками ЭЭ в ЭЭС служат ЭС трех типов: тепловые ЭС (ТЭС), атомные ЭС (АЭС) и гидравлические ЭС (ГЭС). На этих станциях происходит преобразование энергии органических топлив (ТЭС), ядерных топлив (АЭС) или напора воды (ГЭС) в ЭЭ.

Большая часть ЭЭ вырабатывается на ТЭС. В России эта часть достигает 70%, в мире — 90%. ТЭС используют энергию в основном нефти, газа, угля. Большинство ТЭС России, особенно в ее европейской части, используют природный газ, а в качестве резервного топлива — мазут. Подобные ТЭС называют газомазутными. В азиатской части страны на ТЭС используют уголь, который предварительно размалывается в специальных мельницах до пылевидного состояния. Такие ТЭС называют пылеугольными.На АЭС в России вырабатывается до 15% ЭЭ (во Франции— более 70%, в Германии и Японии— около 30%, в США— более 20%). Ядерное горючее получают из природного урана (из 1000 кг природного урана получают 100 кг обогащенного урана). Из обогащенного урана изготовляют тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ), которые используются в качестве топлива на АЭС. Почти все АЭС в России расположены в европейской её части, где мало органических топлив (здесь АЭС дают 30% ЭЭ).

На ГЭС в качестве энергоресурса используется не топливо, а возобновляемый ресурс — механическую энергию воды. Для получения мощного потока воды возводятся специальные сооружения — плотины, которые дают перепад уровней воды и обеспечивают необходимый напор воды для вращения колеса турбины. Гидравлическая турбина соединена валом с ротором электрогенератора, вырабатывающего ЭЭ. Обычно стараются с максимальной эффективностью использовать богатые гидроресурсами места, устанавливая целые каскады ГЭС — Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский.

Принцип действия электростанций, особенности конструкций их энергоагрегатов, структурные электрические схемы станций. В основе принципа действия всех трех типов ЭС лежит преобразование первичной энергии (органических и ядерных топлив, механической энергии воды) в ЭЭ. Общим должен быть результат — все эти различные по используемому энергоре- сурсу ЭС должны вырабатывать напряжение определенного уровня (действующего значения) при частоте 50 Гц. Подобное преобразование энергии на каждой электростанции осуществляется с использованием специальных агрегатов — электрических генераторов. Причем в качестве такого генератора всегда выбирается СГ, с помощью которого только и возможно обеспечить полную синхронность частот напряжений, генерируемых сотнями таких генераторов в ЭЭС. Но конструкции таких генераторов для различных типов станций отличаются друг от друга.

На ТЭС и АЭС органические и ядерные топлива сжигаются в специальных котлах. Выделяемая теплота греет воду, которая перемещается внутри труб. В результате образуется пар, перемещающийся к паровой турбине. За турбиной с помощью специального аппарата — конденсатора — поддерживается очень низкое давление и из-за перепада давлений на входе и выходе пар движется в турбине с очень большой скоростью, вращая ее вал. Вал турбины связан с ротором электрогенератора, вращение которого и позволяет СГ вырабатывать ЭЭ. При этом ротор СГ выполняется в неявнополюсном исполнении, а сам СГ называют турбогенератором. Коэффициент полезного действия ТЭС может достигать 40%, КПД АЭС несколько ниже, но оценить его сложно из-за неполного сгорания ядерного топлива.

На ГЭС используются синхронные машины, называемые гидрогенераторами, с явно-полюсными роторами. Гидрогенераторы имеют частоту вращения роторов в десятки раз меньшую, чем турбогенераторы. Поскольку масса машины возрастает с уменьшением частоты ее вращения, то массы гидрогенераторов в несколько раз превышают массы турбогенераторов аналогичной мощности. Диаметры роторов турбогенераторов не превышают 1,1... 1,25 м при длине роторов до 8 м. Роторы гидрогенераторов достигают 15...20 м в диаметре при длине до 5 м, что затрудняет установку их в горизонтальном (как у турбогенераторов) положении.

На ЭС ЭЭ вырабатывается на так называемом генераторном напряжении, уровень которого несколько ниже уровня напряжения для эффективной его передачи на большие расстояния. Поэтому в состав ЭС помимо генераторов входят трансформаторы, повышающие это напряжение, автоматические выключатели, позволяющие отключать и подключать эти генераторы и трансформаторы в сеть, а также устройства, служащие для распределения ЭЭ.

Структурная схема ЭС с тремя энергоблоками

Рис. 14.3. Структурная схема ЭС с тремя энергоблоками

Выбор структурных электрических схем ЭС зависит от числа и мощности генераторов, типов используемых трансформаторов, требуемых уровней выдаваемого станцией напряжения и т.д. На рис. 14.3 показан пример структурной схемы для станции с тремя энергоблоками, каждый из которых состоит из генератора, трансформатора, автоматического выключателя (изображается в виде прямоугольника). Отдельными стрелками показан отбор мощностей на генераторном напряжении для собственных нужд ЭС (освещения, работы вентиляторов, насосов и т.д.).

Назначение станций. Исторически первым по назначению типом станции была районная ЭС — ТЭС или ГЭС, служащая для снабжения ЭЭ промышленных районов или городов. Объединение подобных ЭС вместе с их сетями привело к появлению ЭЭС. В ЭЭС ГЭС служат только для выработки ЭЭ. ТЭС по назначению подразделяются на два класса — конденсационные станции (КЭС), которые также служат только для выработки ЭЭ, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), служащие для комбинированной выработки теплоты и ЭЭ. Конденсационные ЭС проектируются с агрегатами мощностью от 100 до 1200 МВт, имеющими напряжение генераторов 10,5...36,75 кВ. Установленная мощность типовых электростанций соответствует 2400...6400 МВт. Теплоэлектроцентрали выгодно размещать рядом с потребителями теплоты (городами, поселками, предприятиями), отпуская им пар для обогрева зданий и технологических целей.

С пуском в 1954 г. в России первой в мире АЭС наступил новый этап электрификации, на котором все большая доля выработки ЭЭ приходится на АЭС. Атомные ЭС также подразделяются на конденсаторные (КАЭС) и теплофикационные (АТЭС), но преимущественно используются КАЭС. АЭС обладают слабой маневренностью, а в ЭЭС часто возникает необходимость изменения объемов выработки ЭЭ, регулирования частоты и т.д. Потребителям ЭЭ требуются разные ее объемы в разное время суток и в разное время года. Высокой маневренностью обладают гидравлические ЭС, но не во всех ЭЭС есть достаточные мощности ГЭС, а на последних — необходимые для маневрирования запасы воды. В последние годы для маневров с вырабатываемыми мощностями стали применять специальные газотурбинные агрегаты на ГЭС.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >