Общие сведения об электрических станциях и производстве электроэнергии
Электрическая станция (ЭС) - это промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрической сети. На электростанции происходит преобразование энергии какого-либо природного источника в механическую энергию вращения турбины, а далее с помощью электрических генераторов - в электроэнергию. От того, какой природный источник энергии используется, зависит тип электростанции.
Электростанции делят на гидроэлектрические, тепловые и атомные. На гидроэлектростанциях в электроэнергию преобразуется механическая энергия водного потока, то есть гидравлическая энергия; на тепловых электростанциях - тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива; на атомных электростанциях - тепловая энергия, выделяющаяся при делении ядер атомов урана, тория и других тяжелых элементов. В настоящее время исследуются возможности более широкого использования тепловой энергии вулканов и гейзеров на геотермальных станциях, солнечной энергии — на гелиоэлектростанциях, энергии ветра - на ветроэлектростанциях, энергии приливов и отливов - на приливных электростанциях. Имеются опытные промышленные установки, использующие эти виды энергии.
Г идроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой совокупность сооружений, создающих напор воды, подводящих ее к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции.
Технологическая схема работы ГЭС (рисунок 5.4) выгодно отличается от схем работы всех других электростанций простотой процессов и надежностью элементов.
Рисунок 5.4 - Технологическая схема работы ГЭС:
1 - верхний бьеф; 2 - нижний бьеф; 3 — турбина; ЛЭП - линия электропередачи; Т - трансформатор; G - генератор; СН — электроэнергия, отбираемая на собственные нужды ГЭС
На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая при сгорании топлива (каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и др.), преобразуется в электроэнергию в соответствии с технологической схемой, указанной на рисунке 5.5. Добыча, доставка и подготовка топлива к сжиганию в котлоагрегатах - сложные и дорогие процессы. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается воде для получения в котлоагрегате перегретого пара высокого давления (до 30 МПа) и температуры (до 650 °С).
Рисунок 5.5 - Технологическая схема работы ТЭС:
1 - котлоагрегат; 2 - турбина; 3 - источник холодной воды; 4 - конденсатор; 5 - конденсатный насос; 6 - деаэратор; 7 - насос
Получение, передача к турбине и использование в турбине пара с такими параметрами - также сложные процессы. Но все технические вопросы работы ТЭС решены, и тепловые электростанции являются основой современной энергетики. Однако не устранен главный недостаток ТЭС - низкий коэффициент полезного действия (КПД). Лишь 30-40 % теплоты, полученной при сгорании топлива,
используется полезно, а остальная ее часть (70-60 %) отдается охлаждающей воде при конденсации пара дымовым газам, то есть безвозвратно теряется.
Атомные электростанции (АЭС) — это тоже тепловые паротурбинные станции, но использующие в качестве природного источника энергии топливо особого вида - ядерное. В технологической схеме работы АЭС (рисунок 5.6) роль котла выполняет ядерный реактор. Теплота, выделяющаяся в реакторе при делении ядер урана и плутония, передается теплоносителю - тяжелой воде, гелию и др. От теплоносителя тепловая энергия передается парогенератору. Далее используется та же схема преобразования энергии пара в механическую энергию паровой турбины, а затем в электроэнергию, что и на ТЭС.
Рисунок 5.6 - Технологическая схема работы АЭС:
1 — ядерный реактор; 2 - парогенератор; 3 - турбина; 4 - источник холодной воды; 5 - конденсатный насос; 6 - насос
В настоящее время основную часть всей вырабатываемой в стране электроэнергии обеспечивают ТЭС на органическом топливе. Тем не менее их доля в суммарном производстве электроэнергии имела в последние годы устойчивую тенденцию к снижению, тогда как доля атомных и гидравлических электростанций, не требующих закупки быстро дорожающего топлива, увеличивалась. В условиях общего спада производства энергии АЭС и ГЭС практически сохранили выработку электроэнергии на уровне своих мощностных и системных возможностей.
Тип вновь сооружаемых электростанций выбирают на основании технико-экономических расчетов с учетом наличия природных ресурсов и типа существующих электростанций в данном районе, потребности в тепловой и электрической энергии и др. При этом стремятся обеспечить наиболее эффективное сочетание электростанций разного типа с учетом изменений выработки и потребления энергии в различные сезоны года.
Часто при освоении новых регионов в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются дизельные, газотурбинные электростанции и энергопоезда.
Основной элемент дизельных электростанций (ДЭС) - дизель- генератор. Как правило, в качестве первичных двигателей применяют бескомпрессорные четырех- и двухтактные дизели мощностью 5-1000 кВт, имеющие частоту вращения 375-1500 об/мин. Дизели комплектуются синхронными генераторами переменного тока. По назначению ДЭС подразделяются на основные, резервные и аварийные.
Установленная мощность электростанций в мире ежегодно увеличивается в среднем на 1,5 %. Доля атомных электростанций в общем производстве электроэнергии в мире составляет 17 %. Доля нетрадиционных возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии весьма незначительна - около 2 %.
Электроснабжение потребителей осуществляется в основном от сетей энергосистем - через сетевые районы или сети распределительных компаний. Суммарная мощность электростанций самоснабжающихся предприятий составляет 7 % обшей мощности электростанций в мире, производство электроэнергии - 7,1 %.
К числу крупнейших в мире производителей и потребителей электроэнергии относятся: США, Китай, Япония, Россия, Канада, Германия и Франция. Около 2/3 всей электроэнергии в мире вырабатывается на органическом топливе, немного менее 1/6 - на ядерном, почти 1/5 - на гидроэнергии.
