Традиционные источники электрической энергии. Тэс источник энергииИсточники энергииПлан работы Введение 1. Гидравлические электростанции 2. Тепловые электростанции 3. Атомные электростанции 4. Альтернативные источники энергии Заключение Список использованной литературы Введение Энергетическая промышленность наших дней – одна из чаще всего обсуждаемых сфер жизнедеятельности страны, ведь именно сейчас она приобретает всё более многогранные экономические, технические и даже политические аспекты. Уже в ближайшие годы, на фоне исчерпания месторождений природных энергетических ресурсов, общее потребление всех их видов возрастет в несколько раз. Обеспечение же этого потребует от специалистов глубокого изучения состава и роли энергетического комплекса в мировом хозяйстве, и в частности – России. Актуальность выбранной темы контрольной работы не вызывает сомнений, если взять за основу аксиому, что научно-технический прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. И для повышения производительности труда первостепенное значение имеет автоматизация производственных процессов, замена человеческого труда (особенно тяжелого или монотонного), машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций). Человечеству электроэнергия нужна, причем потребности в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем, запасы традиционных органических топлив (нефти, угля, газа) конечны. Конечны также и запасы ядерного топлива – урана и тория, из которого можно получать в реакторах-бридерах (размножителях) плутоний. Поэтому на сегодняшний день крайне важно найти выгодные источники электроэнергии, причем – выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, стоимости необходимых для постройки станции материалов, их долговечности. Пока же мир больше эксплуатирует технические достижения ХХ века. Перспективные направления развития отрасли делают только пробные шаги либо находятся в стадии проектов, и данная контрольная работа является кратким обзором типов действующих электростанций с некоторым анализом их роли в энергетической промышленности страны. В частности, рассматриваются традиционные источники электрической энергии: атомные, гидро и тепловые предприятия. Соответственно, цель работы – прежде всего ознакомление именно с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике, характеристика наиболее выгодных в нынешнее время способов получения электроэнергии. 1. Гидравлические электростанции (ГЭС) Гидравлическая электростанция (ГЭС) – комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. Состоит из последовательной цепи гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока, и энергетических мощностей, преобразующих энергию движущегося напора в механическую энергию вращения с дальнейшей её трансформацией в электроэнергию. Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной. Основное энергетическое оборудование размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции – гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления – пульт оператора-диспетчера. Повышающая трансформаторная подстанция размещается либо внутри здания ГЭС, либо в отдельных зданиях или на открытых площадках. Распределительные устройства тоже зачастую располагаются на открытой площадке. По максимально используемому напору, ГЭС делятся на высоконапорные (перепад более 60 метров), средненапорные (от 25 до 60 метров), и низконапорные (от 3 до 25 метров). На равнинных реках напоры редко превышают 100 метров, зато в горных условиях посредством плотины можно создавать перепад до 300 метров. Классификация по напору приблизительно соответствует и типам применяемого энергетического оборудования: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных – поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спиральными камерами, на низконапорных, чаще — горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. По установленной мощности (в Мегаваттах), различают ГЭС мощные (св. 250), средние (до 25) и малые (до 5)мВт. Мощность ГЭС зависит от напора (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), используемого в гидротурбинах расхода воды, кпд гидроагрегатов и их количества. Ввиду ряда причин (сезонные изменения уровня воды в водоёмах, непостоянство нагрузки энергосистемы, плановый ремонт оборудования или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются. Кроме того, изменяется он и при регулировании мощности ГЭС, а отсюда различают годичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров, ГЭС обычно подразделяют на русловые, плотинные и гидроаккумулирующие. В русловых ГЭС напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе; при этом неизбежно некоторое затопление долины реки. Строят их и на равнинных многоводных и на горных реках, в узких сжатых долинах. Помимо плотины, в состав такого предприятия входят здание ГЭС и различные водосбросные сооружения. Их перечень напрямую зависит от высоты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолжением плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом, с одной стороны к зданию примыкает верхний бьеф, а с другой – нижний бьеф. В соответствии с назначением гидроузла, его состав могут дополнять судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопропускные сооружения, водозаборные сооружения для ирригации и водоснабжения. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30-40 метров, и данная компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волжская ГЭС имени 22-го съезда КПСС – наиболее крупная среди станций руслового типа. При более высоких напорах оказывается нецелесообразным передавать на здание ГЭС гидростатическое давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за ней, примыкая к нижнему бьефу. В состав гидравлической трассы между верхним и нижним бьефом ГЭС такого типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, турбинный водовод, спиральная камера, гидротурбина и отсасывающая труба. В качестве дополнительных сооружений в состав узла могут входить судоходные сооружения и рыбоходы, а также водосбросы. Примером подобного типа станций служит Братская ГЭС на многоводной реке Ангара. Весьма перспективным является строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС). Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между двумя бассейнами – верхним и нижним. В ночные часы, когда потребность в электроэнергии мала, эта вода перекачивается из нижнего водохранилища в верхнее, расходуя при этом излишки энергии, производимой электростанциями ночью. Днем, когда потребление электричества резко возрастает, вода сбрасывается из верхнего бассейна вниз через турбины, вырабатывающие энергию. Это выгодно, так как остановки станции в ночное время невозможны. Таким образом, ГАЭС позволяют решать проблемы пиковых нагрузок использования мощностей, ведь в России, особенно в eвpoпeйской части, остро стоит проблема создания маневренных электростанций, в том числе ГАЭС. Построена Загорская ГАЭС (1,2 мВт), возводится Центральная ГАЭС (3,6 мВт). В целом же, для гидростроительства нашей страны было характерно сооружение на реках каскадов гидроэлектростанций. Каскад – группа ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока для последовательного его использования при получении электроэнергии. С помощью каскадов полнее решаются проблемы снабжения населения и производства водой, устранения паводков, улучшения транспортных условий. Но к сожалению, их создание принесло и крайне негативные последствия: потерю ценных сельскохозяйственных земель, особенно пойменных, нарушение экологического равновесия. Наиболее мощные ГЭС построены в Сибири, где освоение гидроресурсов наиболее эффективно: удельные капиталовложения в 2-3 раза ниже и себестоимость электроэнергии в 4-5 раз меньше, чем в Европейской части страны. А Самые крупные ГЭС страны входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: - Саяно-Шушенская, - Красноярская — на Енисее, - Иркутская, Братская, - Усть-Илимская — на Ангаре, - строится Богучанская ГЭС (4 мВт). В Европейской части России тоже создан крупный каскад ГЭС на Волге. В него включены Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская, Волжская (вблизи Волгограда) ГЭС. Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов в сравнении с прочими – их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низкую себестоимость вырабатываемой там электроэнергии. Поэтому, несмотря на значительные удельные капиталовложения на 1 кВт установленной мощности и продолжительные сроки строительства, гидроэлектростанциям придавалось и придаётся большое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств. Так, в России ГЭС находятся на втором месте по количеству вырабатываемой электроэнергии (к 2000 году около 18%). Они являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, просты в управлении (количество персонала на ГЭС в 15-20 раз меньше, чем на ТЭС) и имеют высокий КПД – более 80%. В результате, их энергия самая дешевая. Также, огромное достоинство ГЭС – это высокая маневренность, то есть возможность практически мгновенного автоматического запуска или отключения любого требуемого количества агрегатов. Это позволяет использовать мощные ГЭС либо в качестве максимально маневренных, «пиковых» электростанций, обеспечивающих устойчивую работу крупных энергосистем, либо «покрывать» плановые пики суточного графика нагрузки энергосистемы, когда имеющихся в наличии мощностей ТЭС не хватает. mirznanii.com Источники энергии - часть 2Строительство ГЭС требует длительных сроков и больших капиталовложений, связано с потерями земель на равнинах, наносит ущерб рыбному хозяйству. Доля участия ГЭС в выработке электроэнергии существенно меньше их доли в установленной мощности, что объясняется полной реализацией их мощности лишь в короткий период, причем – только в многоводные годы. Поэтому, несмотря на обеспеченность России гидроэнергетическими ресурсами, ГЭС не могут служить основой выработки электроэнергии в стране. 2. Тепловые электростанции (ТЭС) Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой, выделяющейся при сжигании органического топлива. На электростанциях данного типа химическая энергия топлива преобразуется сначала в механическую, а лишь затем в электрическую. Топливом для ТЭС могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие помимо электрической ещё и тепловую энергию. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС). Опишем простейшую технологическую цепочку КЭС, работающей на угле. Топливо подается в бункер, а оттуда – на дробильную установку, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла), имеющего систему трубок, по которым циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле она нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400-650°С и под давлением 3-24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину. Его параметры зависят от мощности агрегатов. Пар вращает ротор турбины, тот – ротор генератора, и в результате вырабатывается электрический ток. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30-40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом, ввиду невысокой потери мощности в ЛЭП, потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции. В городах же чаще используются ТЭЦ – теплоэлектроцентрали, производящие и тепло в виде горячей воды. От конденсационной станции она отличается установленной специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. Одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии генератором и затем поступает в конденсатор, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины для теплоснабжения. Количество отбираемого пара зависит от потребности в тепловой энергии.Хотя коэффициент полезного действия ТЭЦ и достигает 60-70%, такая система является довольно-таки непрактичной. В отличие от электрокабеля, надежность теплотрасс на больших расстояниях чрезвычайно низка, следовательно, эффективность централизованного теплоснабжения при передаче тоже сильно понижается. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов), в отдельно стоящем доме экономически выгодней будет установка электрического бойлера. Поэтому ТЭЦ обычно строят вблизи потребителей – промышленных предприятий или жилых массивов, а работают они чаще всего на привозном топливе. Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата – паровой турбины, относятся к паротурбинным станциям. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками. Наиболее экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль, и для выработки 1 кВт/ч электроэнергии затрачивается всего несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару, после чего кинетическая энергия его струи передается ротору турбины. Вал турбины жестко соединен с валом генератора. Современные паровые турбины для ТЭС – весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, то есть обычно имеют несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество – перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Поступающий в турбину пар доводят до высоких параметров: температуру почти до 550 °С и давление – до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. К началу XXI века, теплоэлектростанции – по прежнему основной вид электрических станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляет в России около 67%. Тепловая энергетика нашей страны располагает уникальной, потенциально эффективной структурой топлива, в которой 63% составляет природный газ, 28% - уголь и 9% - мазут. В ней заложены огромные возможности энергосбережения. И в тоже время, эффективность топливоиспользования на ТЭС недостаточна. Она значительно уступает топливной экономичности современных парогазовых установок (ПГУ). Однако из-за трудностей с финансированием, к настоящему моменту в энергосистему введен лишь парогазовый блок ПГУ-450 на Северо-Западной ТЭЦ Ленэнерго. Реальное повышение технического уровня отечественной теплоэнергетики при эффективном использовании капиталовложений на эти цели, может быть достигнуто главным образом путем реконструкции с переводом действующих ТЭС на природный газ. Или строительством новых газовых ТЭС, как правило, с применением ПГУ. Парогазовая технология на базе современных газовых турбин позволяет на 20% снизить капиталовложения, и на столько же повысить рациональность использования топлива, получив при этом ещё и существенный природоохранный эффект. 3. Атомные электростанции (АЭС) атомная электростанция (АЭС) – электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии АЭС является атомный реактор. Тепло, выделяемое реактором в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основе 233 U, 235 U, 239 Pu). При делении 1 грамма изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 кВт/ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. На АЭС наиболее часто применяют 4 вида реакторов на тепловых нейтронах: 1) водо-водяные с обычной водой в качестве замедлителя и теплоносителя; 2) графитоводные с водяным теплоносителем и графитовым замедлителем; 3) тяжеловодные с водяным теплоносителем и тяжёлой водой в качестве замедлителя; 4) графитогазовые с газовым теплоносителем и графитовым замедлителем. Выбор типа реактора определяется главным образом накопленным опытом в реакторостроении а также наличием необходимого промышленного оборудования, сырьевых запасов и т. д. В России строят главным образом графитоводные канальные (РБМК) и водо-водяные (ВВЭР) реакторы. На АЭС США наибольшее распространение получили водо-водяные реакторы. Графитогазовые реакторы применяются в Англии. В атомной энергетике Канады преобладают АЭС с тяжеловодными реакторами. В зависимости от вида и агрегатного состояния теплоносителя создается тот или иной термодинамический цикл АЭС. Выбор его верхней температурной границы определяется максимально допустимой температурой оболочек тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащих ядерное горючее; допустимой температурой собственно ядерного горючего, а также свойствами теплоносителя, принятого для данного типа реактора. На АЭС, тепловой реактор которой охлаждается водой (ВВЭР), обычно пользуются низкотемпературными паровыми циклами. Тепловая схема АЭС в этих двух случаях выполняется двухконтурной: в 1-м контуре циркулирует теплоноситель, 2-й контур – пароводяной. При реакторах с кипящим водяным (РБМК) или высокотемпературным газовым теплоносителем возможна одноконтурная тепловая АЭС. В кипящих реакторах вода кипит в активной зоне, полученная пароводяная смесь сепарируется, и насыщенный пар направляется или непосредственно в турбину или предварительно возвращается в активную зону для перегрева. К реактору и обслуживающим его системам относятся: непосредственно реактор с биологической защитой, теплообменники, насосы или газодувные установки, осуществляющие циркуляцию теплоносителя; трубопроводы и арматура циркуляции контура; устройства для перезагрузки ядерного горючего; системы специальной вентиляции, аварийного расхолаживания и другие. В зависимости от конструктивного исполнения реакторы имеют отличительные особенности: в корпусных реакторах топливо и замедлитель расположены внутри корпуса, несущего полное давление теплоносителя (Волгодонская, Балаковская АЭС). В канальных реакторах топливо, охлаждаемое теплоносителем, устанавливается в специальных трубах-каналах, пронизывающих замедлитель, заключённый в тонкостенный кожух. Такие реакторы тоже широко применяются (Ленинградская, Белоярская АЭС). mirznanii.com Традиционные источники электрической энергииТрадиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику. Наиболее удобный вид энергии — электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС. Производство энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетического производства,в котором можно выделить пять стадий: Получение и концентрация энергетических ресурсов: добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с помощью гидротехнических сооружений и т.д. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию; она осуществляется путем перевозок по суше и воде или перекачки по трубопроводам воды, нефти, газа и т.д. форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной. Потребителями энергии являются: промышленность, транспорт, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство, сфера быта и обслуживания. Если общую энергию применяемых первичных энергоресурсов принять за 100 %, то полезно используемая энергия составит только 35-40 %, остальная часть теряется, причем большая часть - в виде теплоты. Преобразование первичной энергии во вторичную, в частности в электрическую, осуществляется на станциях, которые в своем названии содержат указание на то, какой вид первичной энергии в какой вид вторичной на них преобразуются: ТЭС - тепловая электростанция - преобразует тепловую энергию в электрическую; ГЭС - гидроэлектростанция - преобразует механическую энергию движения воды в электрическую; ГАЭС - гидроаккумулирующая электростанция – преобразует механическую энергию движения предварительно накопленной в искусственном водоеме воды в электрическую; АЭС - атомная электростанция - преобразует атомную энергию ядерного топлива в электрическую; ПЭС - приливная электростанция - преобразует энергию океанических приливов и отливов в электрическую; ВЭС - ветряная электростанция - преобразует энергию ветра в электрическую; СЭС - солнечная электростанция - преобразует энергию солнечного света в электрическую. В Беларуси более 95 % энергии вырабатывается на ТЭС. Поэтому рассмотрим процесс преобразования энергии на ТЭС подробнее. По назначению ТЭС делятся на два типа: КЭС - конденсационные тепловые электростанции, вырабатывающие только электрическую энергию; ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, на которых осуществляется совместное производство электрической и тепловой энергии. На тепловых электрических станциях (ТЭС) химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в паровом котле в энергию водяного пара, приводящего в движение паровую турбину, соединенную с генератором. Механическая энергия вращения турбины преобразуется генератором в электрическую. Отработанный пар поступает в конденсатор и превращается в воду. Далее с помощью насоса вода подается в паровой котел и цикл повторяется. Тепловую энергию, необходимую для работы парового котла, получают в результате сжигания природного газа, твердого топлива (уголь, сланцы, торф) или жидкого топлива (нефть, мазут). На рис. 2.2 представлена принципиальная схема тепловой электростанции. В зависимости от типа первичного двигателя различают паротурбинные, газотурбинные, паромашинные и дизельные тепловые станции. Последние два типа первичных двигателей используют на небольших местных ТЭС, в том числе и сельскохозяйственных.
Большинство ТЭС оборудовано паровыми турбинами, имеющими ряд преимуществ по сравнению с другими первичными двигателями. Паровую турбину можно изготовить с частотой вращения, равной частоте вращения генератора, и соединять их непосредственно друг с другом. Паровые турбины обладают равномерным ходом, что важно для получения постоянной частоты электрического тока.
Рис.2.2 Принципиальная схема тепловой электростанции
Тепловые паротурбинные электрические станции делятся на два типа: конденсационные и теплофикационные. Конденсационные станции служат только для выработки электроэнергии. На теплофикационных, кроме электрической, вырабатывают также и тепловую энергию, направляемую ближайшим потребителям в виде пара или горячей воды. Конденсационными станциями (КЭС) называются станции, отработанный пар которых подвергается охлаждению в специальных устройствах - конденсаторах. Такие станции строят вблизи мест добычи топлива и водных источников, т. к. для их работы требуется большое количество воды, поэтому, как правило, они расположены вдали от непосредственных потребителей энергии. Электрическая энергия от таких станций передается по линиям электропередачи напряжением 35-110 кВ и выше. Мощные конденсационные станции называются государственными районными станциями или просто районными. Такие станции имеют коэффициент полезного действия (КПД) не более 40 %. Теплофикационные электростанции, которые вырабатывают в основном тепловую энергию, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Их сооружают вблизи потребителей тепла. Схема ТЭЦ отличается от КЭС тем, что по ней, помимо электрической энергии, вырабатывается и тепловая путем отвода части пара и нагрева с его помощью воды, подаваемой в тепловые магистрали. Снабжение электроэнергией от ТЭЦ осуществляется на более низких напряжениях (обычно6-10 кВ). КПД ТЭЦ составляет 70-80 %, а при особых режимах он достигает 85 %. Есть ТЭС с газотурбинными установками. Рабочее тело в них — газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при 750—770 °С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, легко пускается, останавливается, регулируется. Но их мощность в 5—8 раз меньше паровых. Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разделить на три цикла: химический — процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический — тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический — механическая энергия превращается в электрическую. Общий КПД ТЭС состоит из произведения КПД ( ) циклов:
ηтэс = ηх ηм ηэ
КПД ТЭС теоретически равен ηтэс = 0,9 • 0,63 • 0,9 = 0,5.
Практически с учетом потерь КПД ТЭС находится в пределах 36-39 %. Это означает, что 64-61 % топлива используется «впустую», загрязняя окружающую среду в виде тепловых выбросов в атмосферу. КПД ТЭЦ примерно в 2 раза выше, чем КПД ТЭС. Поэтому использование ТЭЦ является существенным фактором энергосбережения. При передаче больших мощностей от электростанции к потребителю по линиям электропередачи возникают большие потери электричества. Это связано с рассеиванием мощности на самих проводах вследствие их внутреннего сопротивления. Поэтому необходимо повышать напряжение в сетях ( с помощью повышающих и понижающих трансформаторных подстанций), а не ток, т. к. при повышении тока рассеиваемая мощность на проводах прямо пропорциональна текущему току в квадрате. К тепловым электрическим станциям относят также атомные станции. На рис. 2.3 представлена принципиальная схема атомной электростанции. Атомные электростанции (АЭС) представляют собой сложные электрические установки. На них используется тепловая энергия распада атомного ядра изотопа урана (235U) или тория (Th). Чтобы получать тепловую энергию распада атомного ядра длительно, а не в виде взрыва, и управлять ею, применяют специальные атомные котлы, называемые реакторами, со специальными замедлителями. По существу атомная электростанция является тепловой, т. к. тепловая энергия распада атомного ядра через специальные теплоносители передается воде, преобразуемой в пар, который приводит в движение турбогенератор. Однако вследствие интенсивного радиоактивного излучения требуется сооружение специальных средств для защиты от излучения, что существенно отличает атомные электростанции от обыкновенных тепловых.
Рис. 2.3 Принципиальная схема АЭС (1 - реактор; 2 - парогенератор; 3 - турбина; 4 - генератор; 5 -трансформатор: 6 - электролинии)
Атомный котел (реактор) электростанции состоит из графитовых блоков (активных зон), графит которых одновременно служит замедлителем. В графитовых блоках сделаны цилиндрические отверстия, в которые помещаются тонкостенные стальные трубки. Внутрь каждой трубки вставляется стержень из атомного горючего, покрытый защитным слоем. В каналы между стержнем и стенками стальных трубок нагнетается охлаждающий теплоноситель, обладающий свойством незначительно поглощать нейтроны, которые выделяются в процессе цепной реакции. Теплоносителем может быть тяжелая вода, газ, металл (натрий (Na) или висмут (Bi)). Система отбора тепла, осуществляемая этим теплоносителем, должна отводить очень большое количество тепла. Чем выше допускаемая температура теплоносителя, тем выше КПД всей энергетической установки, который для современных атомных электростанций составляет 25-35 % . Для биологической защиты от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной. На рис. 2.4 представлена типичная схема активной зоны. Строительство новых АЭС не останавливается. По состоянию на 1 января 2003 года в мире в эксплуатации находилось 438 энергоблоков АЭС по сравнению с 434, зарегистрированными в 1998 году. Много это или мало, судите сами, если учитывать тот факт, что их эксплуатация связана с определенным риском. Каждый помнит трагедию, произошедшую на Чернобыльской АЭС. Общая электрическая мощность работающих в мире энергоблоков – около 353 ГВт (1ГВт = 1000 МВт = 109 Вт). Действующие атомные электростанции обеспечивают покрытие 17 % мировых потребностей в электроэнергии. Только в Западной Европе атомные электростанции вырабатывают в среднем около 50 % всей электроэнергии. При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт-ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива - 23 млн. кВт-ч.
Рис. 2.4 Схема активной зоны АЭС
Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды применяется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов: -гидравлические электростанции (ГЭС), использующие энергию рек; -энергия воды применяется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов: 1) гидравлические электростанции (ГЭС), использующие энергию рек;
2) приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов; 3) гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). накапливающие и использующие энергию водоемов и озер. Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую. Многие страны в мире располагают значительными водными богатствами, что позволяет успешно использовать энергию водного потока рек для производства электрической энергии. Наиболее эффективными являются сооружения крупных гидроэлектростанций(ГЭС) мощностью в сотни тысяч киловатт. Строительство любой ГЭС ведется с учетом комплексного использования водных ресурсов, не только в целях энергетики, но и ирригации, судоходства, рыбного и сельского хозяйства. Для электрификации сельскохозяйственных потребителей, особенно в районах, удаленных от сетей энергосистем, используют небольшие гидроэлектростанции мощностью в несколько тысяч киловатт. Гидроэлектростанции имеют ряд существенных преимуществ: - легко поддаются автоматизации, -обладают быстрым запуском, -малыми эксплуатационными расходами, а значит, и низкой себестоимостью производимой электроэнергии. Недостатками ГЭС являются значительные капитальные вложения, вызванные большими объемами земляных и строительных работ, устройством водохранилищ, плотин, отводных каналов и другие. Производство электроэнергии на ГЭС осуществляется за счет использования энергии падающей воды (рис. 2.5). Высота падения воды называется напором. Он создается установкой плотины, размещенной поперек реки. Величина напора определяется разницей верхнего уровня (бьефа) водного пространства до плотины и нижнего после нее. Используя полученный перепад уровней воды, можно привести в действие рабочее колесо гидротурбины и закрепленный на одном валу с ней генератор, вырабатывающий электрический ток. На гидростанциях не вся энергия водного потока превращается в полезную работу. Часть энергии (до 30 %) расходуется на механические сопротивления, потери в гидросооружениях и генераторах.
В зависимости от природных условий, величины расхода воды в реке и напора гидроэлектрические станции подразделяются на приплотинные (низконапорные) и деривационные (высоконапорные). Приплотинные ГЭС сооружают главным образом на равнинных реках. Напор воды в таких станциях создается плотиной, для таких рек он, как правило, невелик, поэтому требуемую мощность на валу турбины обеспечивают за счет значительных расходов воды. Здание станции располагается на стороне нижнего бьефа непосредственно за плотиной. В ряде случаев по конструктивным соображениям здание станции с машинным залом может входить в состав плотины, являясь ее продолжением. В этих случаях ГЭС называют русловыми. Деривационные ГЭС сооружают на горных реках. Мощность здесь обеспечивается за счет больших напоров воды, которые удается получить, отводя воду по обходному (деривационному) каналу. Канал заканчивается напорным бассейном, откуда вода подается к гидротурбинам по напорному трубопроводу. После чего вода по отводным каналам поступает в нижний бьеф. Перед плотиной или у напорного бассейна сооружают водохранилище, которое обеспечивает суточное регулирование стока воды. ГЭС называются станциями с суточным регулированием стока. Гидрогенераторы станции устанавливаются на одном валу с турбиной. Помещение, в котором размещены генераторы, регуляторы скорости вращения турбин и другое вспомогательное оборудование, называют машинным залом. К машинному залу примыкает распределительное устройство генераторного напряжения. Гидроэлектростанции обычно работают параллельно с тепловыми станциями, что обеспечивает наиболее экономичное расходование воды, топливных ресурсов и надежное обеспечение потребителей электрической энергии. КПД гидроэлектростанций значительно выше, чем тепловых и ядерных электростанций, и составляет 80-90 %. Большой интерес в мировой энергетике вызывают эксперименты над созданием новых электростанций на основе термоядерных реакторов. Принцип действия заключается в выделении большого количества энергии при слиянии легких ядер, таких как ядра водорода или его изотопов дейтерия (D) и трития (Т), образующих плазму. Поскольку трития в природе нет, его источником является литий (Li), который превращается в тритий под действием нейтронов. Дейтерий легко получить из воды путем электролиза. Предполагается, что будущий термоядерный реактор будет работать в режиме последовательных микровзрывов с частотой в несколько герц, а выделяемое в камере тепло будет отводиться теплоносителем и использоваться для получения электроэнергии. Термоядерный реактор обладает определенными преимуществами, позволяя получать большие энергетические мощности в условиях, предъявляющих высокие требования к экологии и безопасности. В отличие от АЭС термоядерные электростанции можно строить вблизи городов, т. к. они на много порядков безопаснее. В случае их физического разрушения реакция прекратится сама по себе, за миллионные доли секунды. Несмотря на большие успехи, достигнутые в этом направлении, предстоит еще пройти большой путь прежде, чем будет построен первый коммерческий термоядерный реактор. Развитие термоядерной энергетики требует больших затрат на развитие специальных технологий и материалов, на физические исследования. При нынешнем уровне финансирования термоядерная энергетика не будет готова раньше 2020-2040 гг.
Дата добавления: 2015-10-23; просмотров: 466 | Нарушение авторских прав Читайте в этой же книге: Законодательство РБ в области организации безопасных перевозок пассажиров транспорта общего пользования | Химические ожоги (кислоты, щелочи) | Изотопы, попавшие в выброс в результате чернобыльской аварии | Социально-экономические потери Республики Беларусь | Таяние льдов является признаком серьезных изменений климата | Основные источники и виды загрязнения воздушного бассейна | Основные направления охраны водных ресурсов(оценка состояния и нормирование качества воды). Правовое и экономическое регулирование охраны водных ресурсов | Табачный дым в окружающем воздухе | Механическая вентиляция | Национальная система мониторинга окружающей среды (НСМОС) |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.083 сек.)mybiblioteka.su Тепловая электростанция - Чистая энергия14 09 2016 greenman Пока нет комментариев
Известно, что крупные куски угля горят плохо и медленноСущественно улучшить процесс горения можно, сжигая угольную пыль. Поэтому привезенный уголь сначала измельчают, а затем в шаровых мельницах тяжелые стальные шары превращают кусочки угля в мельчайшую пыль. Потоком горячего воздуха эта пыль вдувается в топку парового котла через специальные горелки. Сгорая на лету, пыль превращается в яркий факел пламени с температурой горения до 1500 градусов. Пламя нагревает воду в тонких трубках, которыми изнутри покрыты боковые стенки котельной топки. Раскаленные топочные газы устремляются по дымоходу, встречая на своем пути кипятильные трубки. В них нагретая пламенем вода превращается в парДалее газы попадают в экономайзер – устройство для пополнения запасов воды в котле, и подогревают в нем воду. Затем газы попадают в подогреватель воздуха, в котором нагревается воздух, поступающий вместе с угольной пылью в горелки котлов. Уголь прекрасно горит, если в топке хорошая тяга. Сильную тягу дает высокая труба. Однако для мощных котлов трубы оказывается недостаточно – приходится дополнительно устанавливать мощные дымососы. Дымовые газы несут в себе много золы. Поэтому их очищают в золоуловителях, а золу отвозят в золоотвалы. Сложность приведенного процесса сжигания угля полностью оправдывается высоким к.п.д. такой тепловой электростанции – до 90% тепла, заключенного в угле преобразуется в электрическую энергию. Итак, топливо сгорело, передав свою энергию воде. Вода в котле превратилась в пар. Но этот пар еще нельзя пускать в турбину – он недостаточно горяч и, остывая, быстро превратиться в капли воды. Поэтому пар попадает в змеевики пароперегревателя, расположенного в дымоходе между кипятильными трубами и экономайзером. Там пар дополнительно нагревается до очень высокой температуры 500-600 градусов при давлении в 150-250 атмосфер. Такой сжатый и перегретый пар по паропроводам направляется в паровые турбины. Турбины на тепловых электростанциях бывают не только разной мощности, но и различной конструкции. Существуют малые одноступенчатые турбины мощностью в десятки киловатт. А есть и многоступенчатые турбины – гиганты мощностью от 500 до 1500 киловатт. Чем выше температура и давление пара на входе в турбину и чем ниже они на выходе, тем больше энергии пара использует турбина. Чтобы снизить температуру и давление пара на выходе из турбины, его не выпускают в воздух, а направляют в конденсатор. Внутри конденсатора по тонким латунным трубкам циркулирует холодная вода. Она охлаждает пар, превращая его в воду, называемую конденсатом. От этого давление в конденсаторе становится в 10-15 раз ниже атмосферного. Итак, пар, отдавший практически всю свою энергию, превращается в конденсат – очень чистую воду, не содержащую химических, или механических примесей. Эта очищенная вода нужна в котлах, поэтому конденсат вновь закачивают в котел, замыкая цикл движения воды на тепловой станции. Обычно мощная паровая турбина имеет скорость 3000 оборотов в минуту и ее вал напрямую соединен с валом электрического генератора, вырабатывающего трехфазный переменный ток частотой 50 периодов в секунду и напряжением 10-15 тысяч вольт. Электроэнергия – основной и главнейший продукт тепловой электростанции. На большинстве станций выработанная электроэнергия делится на три потокаЧасть ее направляется по кабелю потребителям, расположенным неподалеку. Другая небольшая часть – до 8% — идет на удовлетворение собственных технологических нужд станции. Большая же часть выработанной электроэнергии предназначается для городов и промышленных предприятий, находящихся на большом удалении – в десятках и сотнях километров от станции. На большие расстояния электроэнергию передают по высоковольтным линиям при напряжении 110, 220, 400, 500 и 800 тысяч вольт. Для создания такого высокого напряжения на станции есть повышающая трансформаторная подстанция и распределительное устройство высокого напряжения. От него к городам и предприятиям расходятся высоковольтные линии электропередач. Описанная электростанция имеет замкнутый водяной цикл, производит только электрический ток и называется «конденсационной» (поскольку весь пар попадает в конденсатор). Однако помимо электроэнергии нужен еще и пар и горячая вода. Для их получения на электростанциях устанавливают специальные теплофикационные турбины. Они состоят из двух частей – цилиндров высокого и низкого давления. Отрабатывает пар в цилиндре высокого давления, а в цилиндр низкого давления поступает уже только часть пара. Другую часть из турбины отбирают и направляют в теплообменник. Там очень горячий турбинный пар нагревает воду, превращая ее во вторичный пар. Затем турбинный пар идет дальше своей дорогой в конденсатор, а вторичный пар направляется потребителю. В городе часть вторичного пара попадает в теплообменники – бойлеры, в которых нагревает воду для отопления помещений и бытовых нужд в жилых домах. Тепловые электростанции, которые одновременно дают электрическую энергию и тепло, называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Конденсационные электростанции выгодно строить вблизи богатых угольных месторождений, торфяных болот, если рядом есть подходящие водоемы. Несмотря на удаленность такой станции от города, передавать по проводам электрический ток оказывается значительно проще и выгоднее, нежели возить топливо (торф, уголь и т.п.). А возле городов и крупных заводов выгодно строить ТЭЦ. Эти станции снабдят город и теплом и электричеством. Современные ТЭЦ, работающие на природном газе, практически не загрязняют воздух и являются незаменимыми спутниками любого города, или крупного промышленного предприятия. Кроме того, строительство тепловой электростанции обходится значительно дешевле и занимает меньше времени, чем, например, строительство ГЭС. Газовые ТЭЦ могут быть быстро построены в любом районе, являясь наиболее безопасным источником энергии. Просто о сложном – Тепловая электростанция для производства электроэнергии
greensource.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Тепловые электростанции вырабатывают в нашей стране около 80% электроэнергии. Эти станции работают на каменном угле, торфе, сланцах, природном газе. Рассмотрим, к примеру, принцип работы тепловой электростанции на каменном угле. Каменный уголь привозится к станции по железной дороге, разгружается и складируется.
