Partea termică a centralelor electrice este discutată suficient de detaliat în cursul „Energie generală”. Totuși, aici, în acest curs, este indicat să revenim la luarea în considerare a unor aspecte ale părții termice. Dar această considerație trebuie făcută din punctul de vedere al influenței sale asupra părții electrice a centralelor electrice.
2.1. Scheme de centrale electrice în condensare (CPS)
Apa de alimentare este, de asemenea, furnizată cazanului de către pompa de alimentare (PN), care este transformată în abur sub influența temperaturii ridicate. Astfel, la ieșirea cazanului se obține abur viu cu următorii parametri: p=3...30 MPa, t=400...650°C. Aburul viu este furnizat turbinei cu abur (T). Aici, energia aburului este convertită în energie mecanică de rotație a rotorului turbinei. Această energie este transferată la un generator electric sincron (G), unde este convertită în energie electrică.
Aburul evacuat de la turbină intră în condensator (K) (de aceea aceste stații se numesc stații de condensare) și este răcit apa receși se condensează. Condensul este furnizat de o pompă de condens (CP) către sistemul de tratare a apei (WTP), iar apoi, după completarea cu apă purificată chimic (denumită acum apă de alimentare), este furnizat cazanului de către pompa de alimentare.
Sursele de apă rece, care este furnizată condensatorului printr-o pompă de circulație (CP), pot fi un râu, un lac, un rezervor artificial, precum și turnuri de răcire și iazuri de pulverizare. Trecerea părții principale a aburului prin condensator duce la faptul că 60...70% din energia termică generată de cazan este dusă de apa în circulație.
Produșii gazoși proveniți din arderea combustibilului din cazan sunt îndepărtați de extractoare de fum (Ds) și eliberați în atmosferă prin coș de fum 100...250 m înălțime (cel mai înalt coș de fum cu o înălțime de 420 m este trecut în Cartea Recordurilor Guinness) și particule în suspensie prin sistemul hidraulic de îndepărtare a cenușii (GZU) sunt trimise la depozitul de cenușă.
Toate aceste dispozitive și unități (alimentatoare de praf, suflante, aspiratoare de fum, pompe de alimentare etc.) destinate să asigure procesul tehnologic și funcționarea normală a echipamentelor principale (cazane, turbine, generatoare) se numesc mecanisme auxiliare (S.N.). La staţiile de bloc mecanismele S.N. Acestea sunt împărțite în blocuri, concepute pentru a asigura funcționarea unei singure unități, și stații generale - pentru funcționarea stației în ansamblu.
Principalele mecanisme ale S.N. sunt:
– ventilator (DV) pentru alimentarea cu aer a cazanului;
– un extractor de fum (Ds) pentru emisia de produse de ardere a combustibilului gazos (și în mare parte solide în suspensie) din cazan într-un coș de fum de 100...250 m înălțime (420 m în Guinness Book);
– pompa de circulatie (CP) pentru alimentarea condensatorului cu apa rece circulanta;
– pompa de condens (KN) pentru pomparea condensului din condensator;
– pompă de alimentare (PN) pentru alimentarea cu apă de alimentare a cazanului și pentru a crea presiunea necesară în circuitul de proces.
Centrala electrică folosește și alte mecanisme auxiliare pentru alimentarea cu combustibil și prepararea combustibilului, în sistemele de tratare chimică a apei și de îndepărtare a zgurii și cenușii, în sistemele de control pentru diferite robinete, robinete și robinete etc. etc. Nu este recomandabil să le enumerați pe toate în acest curs, dar cu toate acestea le vom lua în considerare pe majoritatea în procesul de studiere a materialului.
Mecanisme S.N. împărțit în responsabili și iresponsabili.
Responsabile sunt acele mecanisme a căror oprire de scurtă durată duce la o oprire de urgență sau la descărcarea principalelor unități ale stației. O întrerupere pe termen scurt a funcționării mecanismelor auxiliare neesențiale nu duce la o oprire imediată de urgență a echipamentului principal. Totuși, pentru a nu perturba ciclul tehnologic de producere a energiei electrice, după o perioadă scurtă de timp acestea trebuie repuse în funcțiune.
În camera cazanelor, mecanismele responsabile sunt aspiratoarele de fum, suflantele și alimentatoarele de praf. Oprirea funcționării aspiratoarelor de fum, suflantelor și alimentatoarelor de praf duce la stingerea pistoletului și oprirea cazanului de abur. Cele neresponsabile includ pompele de spălare și captare ale sistemului hidraulic de îndepărtare a cenușii (GZU), precum și precipitatoarele electrice.
Mașinile critice din sala mașinilor includ pompe de alimentare, de circulație și de condens, pompe de ulei pentru turbine și generatoare, pompe de ridicare a răcitorului de gaz al generatorului și pompe de ulei pentru etanșarea arborelui generatorului. Mecanismele irelevante includ pompele de scurgere ale încălzitoarelor regenerative, pompe de drenaj, ejectoare.
Un loc important în ciclul tehnologic al stației îl ocupă pompele de alimentare care furnizează apă de alimentare cazanelor cu abur. Puterea acționărilor electrice ale pompelor de alimentare de înaltă presiune ajunge la 40% (pentru CPP-uri cu motorină) din puterea totală a consumatorilor de propriile nevoi, adică. câțiva megawați. Oprirea pompelor de alimentare duce la oprirea de urgență a cazanelor de abur prin protecții tehnologice. Este deosebit de dificil pentru cazanele cu trecere o singură dată ale centralelor electrice bloc să suporte o astfel de oprire.
Oprirea condensului și pompe de circulatie duce la o defecțiune a vidului turbinelor și la oprirea lor de urgență.
Mecanismele auxiliare deosebit de critice, a căror oprire poate duce la deteriorarea unităților principale, includ pompele de ulei ale sistemului de lubrifiere a turbogeneratorului și etanșările arborelui generatorului. Refuzul de a porni pompele de ulei de rezervă în timpul oprire de urgență stația cu pierderea alimentării cu energie pentru nevoile proprii poate duce la întreruperea alimentării cu ulei a lagărelor turbinei și generatorului și la topirea lagărelor acestora. Prin urmare, sursa de alimentare pentru pompele de ulei de turbină și etanșările arborelui generatorului este susținută de baterii.
Un loc aparte la centralele termice îl ocupă mecanismele de preparare și alimentare cu combustibil: concasoare, mori de măcinat cărbune, ventilatoare de moara, transportoare și benzi transportoare pentru alimentarea cu combustibil și buncăre pentru instalațiile de praf, macarale de încărcare într-un depozit de cărbune, basculante auto. O oprire pe termen scurt a acestor mecanisme, de obicei, nu duce la întreruperea ciclului tehnologic de producere a energiei electrice și termice și, prin urmare, aceste mecanisme pot fi clasificate drept iresponsabile. Într-adevăr, există întotdeauna o aprovizionare cu cărbune brut în buncăre și, prin urmare, oprirea benzilor transportoare sau a dispozitivelor de zdrobire a cărbunelui nu duce la oprirea alimentării cu combustibil a camerelor de ardere. De asemenea, este posibilă oprirea morilor cu bile cu tambur, deoarece atunci când sunt utilizate la centralele electrice există de obicei buncăre intermediare cu o sursă de praf de cărbune proiectate pentru aproximativ două ore de funcționare a cazanului la puterea nominală. Când se folosesc mori cu ciocane, buncărele intermediare nu sunt de obicei prevăzute, dar pe fiecare cazan sunt instalate cel puțin trei mori. Când una dintre ele se oprește, cele rămase asigură cel puțin 90% din productivitate.
Mecanismele generale ale stației includ pompe pentru tratarea chimică a apei și alimentarea cu apă menajeră. Cei mai mulți dintre ei pot fi clasificați drept consumatori iresponsabili, deoarece o oprire pe termen scurt a pompelor de tratare chimică a apei nu ar trebui să conducă la o urgență în alimentarea cu apă a unităților de cazane. O excepție o constituie pompele pentru alimentarea cu apă purificată chimic a compartimentului turbinei, deoarece dacă echilibrul dintre performanța acestora și consumul de apă de alimentare este perturbat, este posibilă o situație de urgență la stație.
Mecanismele destinate stațiilor generale includ și excitatoarele de rezervă, pompele de spălare cu acid, pompele de stingere a incendiilor (aceste mecanisme nu funcționează în condiții normale de funcționare a unităților), dispozitivele de ventilație, compresoarele principale de aer, instalațiile de macarale, atelierele, încărcătoarele. baterii, tablou deschis și mecanisme de carcasă auxiliare integrate. Majoritatea acestor mecanisme pot fi clasificate ca neresponsabile. Unele dintre mecanismele auxiliare ale părții electrice a stației sunt responsabile: moto-generatoare ale alimentatoarelor de praf și ventilatoare de răcire ale transformatoarelor puternice, care suflă prin răcitoarele de ulei și circulă cu forță uleiul. Atunci când generatorul funcționează pe un excitator de rezervă, acesta din urmă aparține și mecanismelor responsabile pentru propriile nevoi.
De regulă, motoarele electrice sunt folosite ca acționări pentru mecanismele auxiliare și numai la stațiile cu unități de putere mai mare pentru a reduce curenții scurt-circuit Turbinele cu abur pot fi utilizate în sistemul de alimentare cu energie pentru nevoi auxiliare (acesta va fi discutat mai jos). Pentru alimentarea consumatorilor electrici S.N. La statii este prevazut un sistem de alimentare S.N. cu o sursă de alimentare specială, care este de obicei un transformator TSN conectat la tensiunea generatorului.
Caracteristicile IES sunt următoarele:
1) sunt construite cât mai aproape de depozitele de combustibil sau de consumul de energie electrică;
2) majoritatea covârșitoare a energiei electrice generate este dată retelelor electriceînalte tensiuni (110...750 kV);
Primele două puncte determină scopul stațiilor de tip condensare - alimentarea cu energie electrică a rețelelor regionale (dacă stația este construită într-o zonă în care se consumă energie electrică) și alimentarea cu energie a sistemului (când se construiește o stație în locuri în care este alimentat combustibil). produs).
3) functioneaza dupa un program liber (independent de consumatorii de caldura) de generare a energiei electrice - puterea poate varia de la maximul calculat la minimul tehnologic (determinat in principal de stabilitatea arderii flacarii in cazan);
4) manevrabilitate redusa - rotirea turbinelor si incarcarea sarcinii din stare rece necesita aproximativ 3...10 ore;
Punctele 3 și 4 determină modul de funcționare al unor astfel de stații - ele funcționează în principal în partea de bază a programului de încărcare a sistemului.
5) necesită mai multă apă de răcire pentru a o furniza condensatoarelor turbinei;
Această caracteristică determină șantierul stației - lângă un rezervor cu o cantitate suficientă de apă.
6) au un randament relativ scăzut - 30...40%.
1.2. scheme de cogenerare
Centralele combinate de căldură și electricitate sunt destinate furnizării centralizate de căldură și energie electrică întreprinderilor industriale și orașelor. Prin urmare, spre deosebire de CES, centralele de cogenerare, pe lângă energia electrică, produc căldură sub formă de abur sau apă caldă pentru nevoile de producție, încălzire, ventilație și alimentare cu apă caldă. În aceste scopuri, centrala termică are extracții semnificative de abur, parțial epuizat în turbină. Cu o astfel de generare combinată de energie electrică și termică, se realizează economii semnificative de combustibil în comparație cu sursa de alimentare separată, de exemplu. generarea de energie electrică la CPP și primirea căldurii de la cazane locale.
Cele mai multe aplicații Centrala termică a primit turbine cu una și două extractii de abur reglabile și condensatoare. Extracțiile reglabile fac posibilă reglarea independentă a furnizării de căldură și a producerii de energie electrică în anumite limite.
La sarcină termică parțială, pot, dacă este necesar, să dezvolte puterea nominală prin trecerea aburului către condensatoare. Când în procesele tehnologice există un consum mare și constant de abur, se folosesc și turbine cu contrapresiune fără condensatoare. Puterea de funcționare a unor astfel de unități este complet determinată de sarcina termică. Cele mai răspândite sunt unitățile cu o capacitate de 50 MW și mai mare (până la 250 MW).
Mecanismele pentru nevoile auxiliare la centralele de cogenerare sunt similare cu cele de la CPP, dar sunt completate cu mecanisme care asigură livrarea energiei termice către consumator. Acestea includ: pompe de rețea (SN), pompe de condens pentru cazan, pompe de alimentare rețelei de încălzire, pompe de condens de retur (RCP) și alte mecanisme.
Producția combinată de energie termică și electrică complică semnificativ schema tehnologică a unei centrale termice și determină dependența producției de energie electrică de consumator de căldură. Modul de cogenerare - zilnic și sezonier - este determinat în principal de consumul de căldură. Stația funcționează cel mai economic dacă puterea sa electrică se potrivește cu puterea termică. În același timp, intră în condensatoare cantitate minima pereche. În perioadele în care consumul de căldură este relativ scăzut, de exemplu vara, precum și iarna când temperatura aerului este mai mare decât temperatura de proiectare și noaptea, puterea electrică a centralei termice corespunzătoare consumului de căldură scade. Dacă sistemul de alimentare are nevoie putere electrică, centrala termică trebuie să treacă în regim mixt, în care alimentarea cu abur a pieselor crește joasă presiune turbine si condensatoare. În plus, pentru a evita supraîncălzirea secțiunii de coadă a turbinei, o anumită cantitate de abur trebuie să fie trecută prin aceasta în toate modurile. În același timp, eficiența centralei scade. Cand sarcina electrica la o centrala termica este redusa sub puterea de consum termic, energia termica necesara consumatorilor se poate obtine folosind o unitate de reducere-racire ROU, alimentata cu abur viu din cazan.
Raza de acțiune a centralelor termice puternice - alimentare apa calda pentru încălzire - nu depășește 10 km. Centralele de cogenerare suburbane transmit apa calda la o temperatura initiala mai mare pe o distanta de pana la 45 km. Aburul pentru procesele de producție la o presiune de 0,8...1,6 MPa poate fi transmis nu mai mult de 2...3 km.
Cu o densitate medie de sarcină termică, puterea unei centrale termice nu depășește de obicei 300...500 MW. Doar în cele mai mari orașe (Moscova, Sankt Petersburg) cu o densitate mare de sarcină sunt potrivite centrale termice cu o capacitate de până la 1000...1500 MW.
Caracteristicile centralei termice sunt următoarele:
1) sunt construite în apropierea consumatorilor de energie termică;
2) funcționează de obicei cu combustibil importat (majoritatea centralelor termice utilizează gaz transportat prin conducte de gaz);
3) cea mai mare parte a energiei electrice generate este distribuită consumatorilor din zona apropiată (la generator sau la tensiune crescută);
4) să funcționeze conform unui program de generare a energiei electrice parțial forțat (adică programul depinde de consumatorul de căldură);
5) manevrabilitate redusă (cum ar fi IES);
6) au o eficiență totală relativ mare (60...75% cu extracție semnificativă a aburului pentru producție și nevoi casnice).
1.3. Diagramele CNE
Centralele nucleare sunt centrale termice care folosesc energia reacțiilor nucleare. Energia termică eliberată în reactor în timpul reacției de fisiune a nucleelor de uraniu este îndepărtată din miez folosind un lichid de răcire care este pompat sub presiune prin miez. Cel mai comun lichid de răcire este apa, care este complet purificată în filtre anorganice.
Centralele nucleare sunt proiectate și construite cu reactoare de diferite tipuri, folosind neutroni termici sau rapizi, folosind un design cu un singur circuit, cu dublu sau cu trei circuite. Echipamentul ultimului circuit, care include o turbină și un condensator, este similar cu echipamentul centralelor termice. Primul circuit radioactiv conține un reactor, un generator de abur și o pompă de alimentare.
La centralele nucleare din CSI se folosesc reactoare nucleare următoarele tipuri principale:
RBMK (reactor de mare putere, canal) - reactor de neutroni termici, apă-grafit;
VVER (reactor de putere răcit cu apă) – reactor de neutroni termici, tip vas;
BN (neutroni rapizi) este un reactor de neutroni rapid cu lichid de răcire cu sodiu din metal.
Capacitatea unitară a centralelor nucleare a ajuns la 1.500 MW. În prezent, se crede că puterea unitară a unei centrale nucleare este limitată nu atât de considerente tehnice, cât de condițiile de siguranță în cazul accidentelor la reactoare.
Reactoarele răcite cu apă pot funcționa în mod cu apă sau cu abur. În al doilea caz, aburul este produs direct în miezul reactorului.
 |
| Orez. 2.6. Schema unui singur circuit a unei centrale nucleare |
La CNE Leningrad a fost utilizată o schemă cu un singur circuit cu un reactor cu apă clocotită și un moderator de grafit de tip RBMK-1000. Reactorul funcționează într-un bloc cu două turbine în condensare de tip K-500-65/3000 și două generatoare cu o capacitate de 500 MW. Reactorul de fierbere este un generator de abur și astfel predetermină posibilitatea utilizării unui circuit cu un singur circuit. Parametrii inițiali ai aburului saturat în fața turbinei: temperatura 284°C, presiunea aburului 7,0 MPa. Circuitul cu un singur circuit este relativ simplu, dar radioactivitatea se răspândește la toate elementele unității, ceea ce complică protecția biologică.
Schema cu trei circuite este utilizată la centralele nucleare cu reactoare rapide cu neutroni cu lichid de răcire cu sodiu de tip BN-600. Pentru a preveni contactul sodiului radioactiv cu apa, este construit un al doilea circuit cu sodiu neradioactiv. Astfel, circuitul se dovedește a fi cu trei circuite. Reactorul BN-600 funcționează într-o unitate cu trei turbine de condensare K-200-130 cu o presiune inițială a aburului de 13 MPa și o temperatură de 500°C.
Prima centrală nucleară industrială Obninsk din lume cu o capacitate de 5 MW a fost dată în exploatare în URSS la 27 iunie 1954. În 1956...1957. Au fost lansate unități de centrale nucleare în Anglia (Calder Hall cu o capacitate de 92 MW) și în SUA (Shippingport Nuclear Power Plant cu o capacitate de 60 MW). Ulterior, programele de construcție a centralelor nucleare au început să fie accelerate în Anglia, SUA, Japonia, Franța, Canada, Germania, Suedia și o serie de alte țări. S-a presupus că până în 2000, producția de energie electrică din centralele nucleare din lume ar putea atinge 50% din totalul producției de energie electrică. Cu toate acestea, în prezent ritmul de dezvoltare energie nuclearăîn lume, din mai multe motive, au scăzut semnificativ.
Caracteristicile centralei nucleare sunt următoarele:
1) poate fi construit în orice locație geografică, inclusiv în locuri greu accesibile;
2) în modul lor sunt autonomi de serie factori externi;
3) necesită o cantitate mică de combustibil;
4) poate lucra conform unui program liber de lucru;
5) sensibile la condiții alternante, în special centrale nucleare cu reactoare cu neutroni rapizi; din acest motiv, și ținând cont și de cerințele de funcționare economică, partea de bază a programului de sarcină a sistemului energetic este alocată centralelor nucleare (durata de utilizare a capacității instalate 6500...7000 h/an);
6) poluează ușor atmosfera; emisiile de gaze radioactive și aerosoli sunt nesemnificative și nu depășesc valorile admise standardele sanitare. În acest sens, centralele nucleare sunt mai curate decât centralele termice.
1.4. Scheme de centrale hidroelectrice
La construirea unei centrale hidroelectrice, se urmăresc de obicei următoarele obiective:
producerea de energie electrică;
Îmbunătățirea condițiilor de navigație pe râu;
Îmbunătățirea condițiilor de irigare a terenurilor adiacente.
Puterea unei centrale hidroelectrice depinde de debitul de apă prin turbină și de presiune (diferența dintre nivelurile piscinelor superioare și inferioare).
Unitățile pentru fiecare centrală hidroelectrică, de regulă, sunt proiectate individual, în raport cu caracteristicile acestei centrale hidroelectrice.
Pentru presiuni joase, se construiesc centrale hidroelectrice la curent (centrale hidroelectrice Uglich și Rybinsk) sau combinate (centrale hidroelectrice Volzhsky numite după V.I. Lenin și numite după Congresul XXII al PCUS) și pentru presiuni semnificative (mai mult peste 30...35 m) - hidrocentrale de baraj (DneproGES, hidrocentrala Bratsk). ÎN zone muntoase ei construiesc centrale hidroelectrice de deviere (centrala hidroelectrică Gyumush, centrala hidroelectrică Farhad) cu presiuni mari la debite mici.
 |
| Orez. 6 |
Centralele hidroelectrice au de obicei rezervoare care le permit să acumuleze apă și să regleze debitul acesteia și, în consecință, puterea de funcționare a stației astfel încât să asigure modul cel mai favorabil întregului sistem energetic.
Procesul de reglementare este următorul. De ceva timp, când sarcina sistemului de alimentare este redusă (sau afluxul natural de apă în râu este mare), centrala hidroelectrică consumă apă într-o cantitate mai mică decât afluxul natural. În acest caz, apa se acumulează în rezervor, iar capacitatea de funcționare a stației este relativ mică. Alteori, când sarcina sistemului este mare (sau debitul de apă este mic), centrala hidroelectrică consumă apă într-o cantitate care depășește debitul natural. În acest caz, apa acumulată în rezervor este consumată, iar capacitatea de funcționare a stației crește la maxim. În funcție de volumul rezervorului, perioada de reglare sau timpul necesar pentru umplerea și funcționarea rezervorului, poate fi o zi, o săptămână, câteva luni sau mai mult. În acest timp, centrala hidroelectrică poate consuma o cantitate de apă strict definită, determinată de afluxul natural.
La lucrând împreună Centralele hidroelectrice cu centrale termice și centralele nucleare distribuie sarcina sistemului energetic între ele astfel încât, la un anumit consum de apă în perioada analizată, cererea de energie electrică să fie satisfăcută cu un consum minim de combustibil (sau costuri minime pentru combustibil) în sistem. Experiența în operarea sistemelor energetice arată că în cea mai mare parte a anului este indicată utilizarea centralelor hidroelectrice în regim de vârf. Aceasta înseamnă că în timpul zilei puterea de funcționare a unei centrale hidroelectrice ar trebui să varieze în limite largi - de la minim în timpul orelor când sarcina sistemului de alimentare este scăzută la maxim în timpul orelor. sarcina cea mai grea sisteme. Odată cu această utilizare a centralelor hidroelectrice, sarcina centralelor termice este nivelată și funcționarea lor devine mai economică.
În perioadele de inundații, este indicat să folosiți non-stop centrale hidroelectrice cu o capacitate de funcționare apropiată de maxim, și astfel să reduceți resetare inactiv apa prin baraj.
Funcționarea hidrocentralelor se caracterizează prin porniri și opriri frecvente ale unităților, o schimbare rapidă a puterii de operare de la zero la nominală. Turbinele hidraulice prin natura lor sunt adaptate acestui regim. Pentru hidrogeneratoare, acest mod este, de asemenea, acceptabil, deoarece, spre deosebire de generatoarele cu turbină cu abur, lungimea axială a hidrogeneratorului este relativ mică, iar deformațiile de temperatură ale tijelor de înfășurare sunt mai puțin pronunțate. Procesul de pornire a unității hidraulice și de obținere a puterii este complet automatizat și necesită doar câteva minute.
Durata de utilizare a capacității instalate a hidrocentralelor este de obicei mai mică decât cea a centralelor termice. Este de 1500...3000 de ore pentru stațiile de vârf și până la 5000...6000 de ore pentru stațiile de bază. Este recomandabil să se construiască centrale hidroelectrice pe râurile de munte și semimontane.
3-4. Mecanisme pentru nevoile auxiliare ale centralelor hidroelectrice
Mecanismele pentru nevoile auxiliare ale centralelor hidroelectrice se împart în centrale și centrale generale în funcție de destinația lor.
Mecanismele agregate auxiliare asigură pornirea, oprirea și funcționarea normală a generatoarelor hidraulice și a transformatoarelor de putere crescătoare asociate acestora în scheme bloc. Acestea includ:
Pompele de ulei ale sistemului de control al turbinei hidraulice;
Pompe de racire si ventilatoare pentru transformatoare de putere;
Pompele de ulei sau apă ale sistemului de lubrifiere a unității;
Pompe de răcire directă cu apă pentru generatoare;
Compresoare de frânare a unității;
Pompe pentru pomparea apei din capacul turbinei;
Dispozitive auxiliare pentru sistemul de excitare a generatorului;
Agenții patogeni în sistemele de autoexcitare. Cele publice includ:
Pompe pentru pomparea apei din camere spiralate și conducte de aspirație;
Pompe de alimentare cu apă menajeră;
Pompe de drenaj;
Dispozitive pentru incarcarea, incalzirea si ventilarea bateriilor;
Macarale, mecanisme de ridicare pentru porți de baraj, scuturi, opritoare pentru țevi de aspirație, grătare de susținere a resturilor;
Compresoare electrice pentru exterior;
Încălzirea, iluminatul și ventilația spațiilor și structurilor;
Dispozitive de incalzire pentru obloane, grile si caneluri.
Cu un sistem centralizat de alimentare cu aer comprimat a unităților, compresoarele la nivel de stație includ și compresoare pentru unitățile de presiune a uleiului și frânarea unității.
Compoziția și puterea receptoarelor electrice pentru nevoile auxiliare ale centralelor hidroelectrice sunt influențate de condițiile climatice: într-un climat aspru, o sarcină de încălzire semnificativă (câteva mii de kilowați) apare pe întrerupătoare, rezervoare de ulei, terminații de cablu umplute cu ulei, grile, porți, caneluri; În climatele calde, aceste sarcini sunt absente, dar consumul de energie pentru răcirea echipamentului, ventilație și aer condiționat crește.
La centralele hidroelectrice, o proporție relativ mică de mecanisme auxiliare funcționează continuu pe termen lung. Acestea includ: pompe și ventilatoare de răcire pentru generatoare și transformatoare; dispozitive auxiliare sisteme de excitație; pompe pentru lubrifierea cu apă sau ulei a rulmenților. Aceste mecanisme sunt printre cele mai critice și permit o întrerupere a alimentării pe durata transferului automat de rezervă (ATS). Pompele pentru alimentarea tehnică cu apă și dispozitivele electrice de încălzire funcționează, de asemenea, în regim continuu. Restul receptoarelor electrice funcționează în mod repetat, pentru scurt timp, pentru o perioadă scurtă de timp, sau chiar doar ocazional. Mecanismele responsabile pentru nevoile proprii includ, de asemenea, pompele de incendiu, pompele pentru instalații cu presiune de ulei, unele pompe de drenaj, compresoare de comutație pentru exterior și mecanisme de închidere pentru supapele conductelor de presiune. Aceste mecanisme permit o întrerupere a alimentării de până la câteva minute fără a perturba funcționarea normală și sigură a unităților. Consumatorii rămași de propriile nevoi pot fi clasificați drept iresponsabili.
Unitățile de presiune a uleiului ale unităților hidraulice au o rezervă de energie suficientă pentru a închide paleta de ghidare și a frâna unitatea chiar și în cazul unei pierderi de tensiune de urgență în sistemul auxiliar. Prin urmare, pentru a asigura siguranța echipamentelor în cazul unei pierderi de tensiune la centralele hidroelectrice, nu sunt necesare surse autonome sub formă de baterii și generatoare diesel.
Puterea unitară a mecanismelor auxiliare variază de la unități la sute de kilowați. Cele mai puternice mecanisme pentru nevoile proprii sunt pompele tehnice de alimentare cu apă, pompele pentru pomparea apei din conductele de aspirație și unele mecanisme de ridicare. La majoritatea hidrocentralelor, cu excepția hidrocentralelor de tip deturnare, consumatorii de nevoi proprii sunt concentrați într-o zonă restrânsă, în cadrul clădirii și barajului stației.
Spre deosebire de centralele termice, mecanismele auxiliare ale centralelor hidroelectrice nu necesită o reglare continuă a productivității; Modul de funcționare intermitent și pe termen scurt (pompe de ulei, compresoare) este suficient.
Caracteristicile centralei hidroelectrice sunt următoarele:
1) sunt construite acolo unde există resurse de apă și condiții pentru construcție, care de obicei nu coincide cu locația sarcinii electrice;
2) cea mai mare parte a energiei electrice este furnizată rețelelor electrice de înaltă tensiune;
3) lucrați pe un program flexibil (dacă există rezervor);
4) foarte manevrabil (întoarcerea și obținerea sarcinii durează aproximativ 3...5 minute);
5) au o eficiență ridicată (până la 85%).
centrala hidroelectrica in raport cu parametrii de funcționare au o serie de avantaje față de centralele termice. Cu toate acestea, în prezent, se construiesc în principal centrale termice și nucleare. Factorii determinanți aici sunt mărimea investițiilor de capital și timpul de construcție a centralelor electrice. (Există date privind investițiile de capital specifice, costul energiei electrice și timpul de construcție diverse tipuri e-mail stații).
Costul specific al centralelor hidroelectrice (RUB/MW) este mai mare decât costul specific al centralelor termice de aceeași capacitate datorită volumului mai mare lucrari de constructii. Timpul de construcție a unei hidrocentrale este de asemenea mai lung. Cu toate acestea, costul energiei electrice este mai mic, deoarece costurile de operare nu includ costul combustibilului.
Centrale de acumulare prin pompare.
Scopul centralelor cu acumulare prin pompare este nivelarea programului zilnic de sarcină a sistemului electric și creșterea eficienței centralelor termice și centralelor nucleare. În timpul orelor de sarcină minimă a sistemului, unitățile centrale cu acumulare prin pompare funcționează în regim de pompare, pompând apă din rezervorul inferior în cel superior și astfel crescând încărcătura centralelor termice și centralelor nucleare. În timpul orelor de sarcină maximă a sistemului, acestea funcționează în modul turbină, extragând apă din rezervorul superior și, prin urmare, descarcând centralele termice și centralele nucleare din sarcinile de vârf pe termen scurt. Unitățile PSPP sunt, de asemenea, folosite ca unități de rezervă rotative și ca compensatoare sincrone.
Centralele de acumulare cu pompare de vârf sunt proiectate, de regulă, să funcționeze în regim de turbină timp de 4...6 ore pe zi. Durata de funcționare a unei centrale cu acumulare prin pompare în regim de pompare este de 7...8 ore cu un raport dintre pomparea și puterea turbinei de 1,05...1,10. Utilizarea anuală a capacității centralei cu acumulare prin pompare este de 1000...1500 de ore.
PSPP-urile sunt construite în sisteme în care nu există centrale hidroelectrice sau capacitatea lor este insuficientă pentru a acoperi sarcina în orele de vârf. Sunt realizate dintr-un număr de blocuri care produc energie într-o rețea de înaltă tensiune și o primesc din rețea atunci când funcționează în modul pompă. Unitățile sunt foarte manevrabile și pot fi transferate rapid din modul pompă în modul generator sau în modul compensator sincron. Eficiența centralelor cu acumulare prin pompare este de 70...75%. Acestea necesită un număr mic de personal de întreținere. Centralele de acumulare prin pompare pot fi construite acolo unde există surse de alimentare cu apă, iar condițiile geologice locale permit crearea unui rezervor sub presiune.
1.4. Unități cu turbine cu gaz
1.7. Centrale solare.
Dintre centralele solare (centrale solare), se pot distinge două tipuri de centrale - cu boiler cu abur și cu fotocelule de siliciu. Astfel de centrale electrice și-au găsit aplicație într-un număr de țări cu un număr semnificativ de zile însorite pe an. Conform datelor publicate, eficiența acestora poate fi crescută la 20%.
1.8. Centralele geotermale folosesc energie ieftină din izvoarele termale subterane.
Centralele geotermale funcționează în Islanda, Noua Zeelandă, Papua, Noua Guinee, SUA, iar în Italia furnizează aproximativ 6% din toată energia electrică produsă. În Rusia (pe Komchatka) a fost construită centrala geotermală Pauzhetskaya.
1.9. Centralele mareomotrice cu așa-numitele unități hidroelectrice capsule sunt construite acolo unde există o diferență semnificativă a nivelului apei în timpul mareelor înalte și joase. Cel mai puternic TPP Rance a fost construit în 1966 în Franța: capacitatea sa este de 240 MW. PPP-urile sunt proiectate în SUA cu o capacitate de 1000 MW, în Marea Britanie cu o capacitate de 7260 MW etc. În Rusia, pe Peninsula Kola, unde mareele ating 10...13 m, în 1968 a intrat în funcțiune prima etapă a TPP experimental Kislogubskaya (2·0,4 MW).
1.10. Centralele magnetohidrodinamice folosesc principiul generării curentului atunci când un conductor în mișcare trece printr-un câmp magnetic. Plasma la temperatură joasă (aproximativ 2700 C) este utilizată ca fluid de lucru, care se formează în timpul arderii combustibilului organic și al furnizării de aditivi speciali ionizanți în camera de ardere. Fluidul de lucru care trece prin sistemul magnetic supraconductor creează D.C., care se transformă în alternanță cu ajutorul convertoarelor invertor. Fluidul de lucru, după ce trece prin sistemul magnetic, intră în partea de turbină cu abur a centralei electrice, constând dintr-un generator de abur și o turbină convențională cu abur cu condensare. În prezent, la Centrala Electrică a Districtului de Stat Ryazan a fost construită o unitate principală MHD de 500 MW, inclusiv un generator MHD cu o capacitate de aproximativ 300 MW și o unitate cu turbină cu abur cu o capacitate de 315 MW cu un K-300-240. turbină. Cu o capacitate instalată de peste 610 MW, puterea de ieșire a unității de putere MHD în sistem este de 500 MW datorită consumului de energie semnificativ pentru propriile nevoi în unitatea de putere MHD. 
piese. Eficiența MGD-500 depășește 45%, consumul specific de combustibil este de aproximativ 270 g/(kW*h). Unitatea principală de alimentare MHD este proiectată pentru a fi utilizată gaz natural, în viitor s-a planificat trecerea la combustibil solid. Cu toate acestea dezvoltare ulterioară Instalațiile MHD nu au fost dezvoltate din cauza lipsei de materiale capabile să funcționeze la temperaturi atât de ridicate.
Electricitatea este produsă la centralele electrice prin utilizarea energiei ascunse în diverse resurse naturale. După cum se vede din tabel. 1.2 acest lucru se întâmplă în principal la centralele termice (TPP) și centralele nucleare (CNP) care funcționează conform ciclului termic.
Tipuri de centrale termice
În funcție de tipul de energie generată și degajată, centralele termice se împart în două tipuri principale: centrale electrice în condensare (CHP), destinate numai producției de energie electrică, și centrale termice, sau centrale termice combinate (CHP). Centralele electrice în condensare care funcționează pe combustibili fosili sunt construite în apropierea locurilor de producție, iar centralele de căldură și energie combinată sunt situate în apropierea consumatorilor de căldură - întreprinderi industriale și zone rezidențiale. Centralele de cogenerare funcționează și pe combustibili fosili, dar spre deosebire de CPP, acestea generează atât energie electrică, cât și termică sub formă de apă caldă și abur pentru producție și încălzire. Principalele tipuri de combustibil ale acestor centrale electrice includ: solid - cărbuni, antracit, semiantracit, cărbune brun, turbă, șist; lichid - păcură și gazos - natural, cocs, furnal etc. gaz.
Tabelul 1.2. Producerea de energie electrică în lume
|
Indicator |
2010 (prognoză) |
||
|
Ponderea producției totale a centralelor electrice, % CNE Centrala termica pe gaz TPP pe păcură |
|||
|
Producția de energie electrică pe regiune, % Europa de Vest Europa de Est Asia și Australia America Orientul Mijlociu și Africa |
|||
|
Capacitatea instalată a centralelor electrice din lume (total), GW Inclusiv, % NPP Centrala termica pe gaz TPP pe păcură Centrale termice care folosesc cărbune și alte tipuri de combustibil Centrale hidroelectrice și centrale care utilizează alte tipuri de combustibili regenerabili |
|||
|
Generare de energie electrică (total), miliarde kWh |
Centralele nucleare, predominant de tip în condensare, folosesc energia combustibilului nuclear.
În funcție de tipul de centrală termică pentru antrenarea unui generator electric, centralele electrice se împart în turbină cu abur (STU), turbină cu gaz (GTU), ciclu combinat (CCG) și centrale cu motoare cu ardere internă (ICE).
În funcție de durata muncii TPP pe tot parcursul anului Pe baza acoperirii programelor de sarcină energetică, caracterizate prin numărul de ore de utilizare a capacității instalate τ la stație, centralele se clasifică de obicei în: de bază (τ la stație > 6000 h/an); semi-vârf (τ la stație = 2000 – 5000 h/an); vârf (τ la st< 2000 ч/год).
Centralele de bază sunt cele care transportă sarcina constantă maximă posibilă pentru cea mai mare parte a anului. În industria energetică globală, centralele nucleare, centralele termice extrem de economice și centralele termice sunt utilizate ca centrale de bază atunci când funcționează conform unui program termic. Sarcinile de vârf sunt acoperite de centrale hidroelectrice, centrale cu acumulare prin pompare, centrale cu turbine cu gaz, care au manevrabilitate și mobilitate, adică. pornire și oprire rapidă. Centralele de vârf sunt pornite la orele în care este necesar să se acopere partea de vârf a programului zilnic de sarcină electrică. Centralele cu jumătate de vârf, atunci când sarcina electrică totală scade, fie sunt transferate la putere redusă, fie sunt puse în rezervă.
După structura tehnologică, centralele termice sunt împărțite în bloc și non-bloc. Cu o schemă bloc, echipamentele principale și auxiliare ale unei centrale cu turbine cu abur nu au conexiuni tehnologice cu echipamentele unei alte instalații a centralei electrice. Pentru centralele pe combustibili fosili, fiecare turbină este furnizată cu abur de la una sau două cazane conectate la aceasta. Cu o schemă TPP non-bloc, aburul de la toate cazanele intră într-o magistrală comună și de acolo este distribuit către turbinele individuale.
Doar la centralele electrice în condensare incluse în sisteme mari de energie sisteme bloc cu supraîncălzire intermediară cu abur. Circuitele non-bloc cu cuplare încrucișată între abur și apă sunt utilizate fără supraîncălzire intermediară.
Principiul de funcționare și principalele caracteristici energetice ale centralelor termice
Energia electrică la centralele electrice este produsă prin utilizarea energiei ascunse în diverse resurse naturale (cărbune, gaz, petrol, păcură, uraniu etc.), în conformitate cu suficiente principiu simplu, implementând tehnologia de conversie a energiei. Diagrama generală a unei centrale termice (vezi Fig. 1.1) reflectă succesiunea unei astfel de conversii a unui tip de energie în altul și utilizarea fluidului de lucru (apă, abur) în ciclul unei centrale termice. Combustibilul (în acest caz cărbunele) arde în cazan, încălzește apa și o transformă în abur. Aburul este furnizat turbinelor, care transformă energia termică a aburului în energie mecanică și antrenează generatoarele care produc energie electrică (vezi secțiunea 4.1).
O centrală termică modernă este o întreprindere complexă, inclusiv număr mare diverse echipamente. Compoziția echipamentelor centralei depinde de circuitul termic selectat, de tipul de combustibil utilizat și de tipul sistemului de alimentare cu apă.
Echipamentele principale ale centralei electrice includ: centrale termice și turbine cu generator electric si un condensator. Aceste unități sunt standardizate în ceea ce privește puterea, parametrii aburului, productivitatea, tensiunea și curentul etc. Tipul și cantitatea echipamentului principal al unei centrale termice corespund puterii specificate și modului de funcționare prevăzut. Există, de asemenea, echipamente auxiliare folosite pentru a furniza căldură consumatorilor și pentru a utiliza aburul turbinei pentru a încălzi apa de alimentare a cazanului și pentru a satisface nevoile proprii ale centralei electrice. Acestea includ echipamente pentru sistemele de alimentare cu combustibil, instalații de dezaerare și alimentare, instalații de condensare, centrale termice (pentru centrale termice), sisteme tehnice de alimentare cu apă, sisteme de alimentare cu ulei, încălzire regenerativă a apei de alimentare, tratare chimică a apei, distribuție și transport de energie electrică ( vezi secțiunea 4).
Toate instalațiile cu turbine cu abur utilizează încălzirea regenerativă a apei de alimentare, ceea ce crește semnificativ eficiența termică și generală a centralei electrice, deoarece în circuitele cu încălzire regenerativă, fluxurile de abur îndepărtate din turbină către încălzitoarele regenerative efectuează lucrări fără pierderi în sursa rece. (condensator). În același timp, pentru aceeași putere electrică a turbogeneratorului, debitul de abur în condensator scade și, ca urmare, eficiența instalațiile sunt în creștere.
Tipul cazanului de abur utilizat (vezi secțiunea 2) depinde de tipul de combustibil utilizat în centrala electrică. Pentru cei mai obișnuiți combustibili (cărbune fosil, gaz, păcură, turbă de măcinat), se folosesc cazane cu aspect în formă de U, T și turn și o cameră de ardere proiectată în raport cu un anumit tip de combustibil. Pentru combustibilii cu cenușă cu punct de topire scăzut se folosesc cazane cu îndepărtarea cenușii lichide. În același timp, se obține o colectare mare (până la 90%) de cenușă în focar și se reduce uzura abrazivă a suprafețelor de încălzire. Din aceleași motive, cazanele de abur cu un aranjament cu patru treceri sunt utilizate pentru combustibili cu conținut ridicat de cenuşă, cum ar fi deșeurile de șist și de la prepararea cărbunelui. Centralele termice folosesc de obicei cazane cu tambur sau cu flux direct.
Turbinele și generatoarele electrice sunt potrivite pe o scară de putere. Fiecare turbină are un anumit tip de generator. Pentru centralele termocondensante în bloc, puterea turbinelor corespunde puterii blocurilor, iar numărul de blocuri este determinat de puterea dată a centralei. Unitățile moderne folosesc turbine de condensare de 150, 200, 300, 500, 800 și 1200 MW cu reîncălzire cu abur.
Centralele termice folosesc turbine (vezi subsecțiunea 4.2) cu contrapresiune (tip P), cu condensare și extracție industrială a aburului (tip P), cu condensare și una sau două extracții de încălzire (tip T), precum și cu condensare, industriale și pereche de extractie incalzire (tip PT). Turbinele PT pot avea, de asemenea, una sau două prize de încălzire. Alegerea tipului de turbină depinde de mărimea și raportul sarcinilor termice. Daca predomina sarcina de incalzire, atunci pe langa turbinele PT pot fi instalate turbine de tip T cu extractie de incalzire, iar daca predomina sarcina industriala pot fi instalate turbine de tip PR si R cu extractie industriala si contrapresiune.
În prezent, cele mai utilizate centrale termice sunt instalațiile cu o capacitate electrică de 100 și 50 MW, care funcționează la parametri inițiali de 12,7 MPa, 540–560°C. Pentru termocentralele din orașele mari au fost create instalații cu o capacitate electrică de 175–185 MW și 250 MW (cu o turbină T-250-240). Instalațiile cu turbine T-250-240 sunt modulare și funcționează la parametri inițiali supercritici (23,5 MPa, 540/540°C).
O caracteristică a funcționării centralelor electrice în rețea este că cantitatea totală de energie electrică generată de acestea în fiecare moment de timp trebuie să corespundă pe deplin cu energia consumată. Partea principală a centralelor electrice funcționează în paralel în sistemul energetic unificat, acoperind sarcina electrică totală a sistemului, iar centrala termică acoperă simultan sarcina termică a zonei sale. Există centrale electrice locale concepute pentru a deservi zona și nu sunt conectate la rețeaua electrică generală.
Se numește o reprezentare grafică a dependenței consumului de energie în timp graficul sarcinii electrice. Graficele zilnice ale sarcinii electrice (Fig. 1.5) variază în funcție de perioada anului, ziua săptămânii și sunt de obicei caracterizate printr-o sarcină minimă pe timp de noapte și o sarcină maximă în orele de vârf (partea de vârf a graficului). Alături de graficele zilnice, graficele anuale ale sarcinii electrice (Fig. 1.6), care sunt construite pe baza datelor din graficele zilnice, sunt de mare importanță.
Graficele de sarcină electrică sunt utilizate la planificarea sarcinilor electrice ale centralelor și sistemelor electrice, distribuirea sarcinilor între centrale și unități individuale, în calculele pentru selectarea compoziției echipamentelor de lucru și de rezervă, determinarea puterii instalate necesare și a rezervei necesare, numărul și unitatea. puterea unităților, la elaborarea planurilor de reparații a echipamentelor și la determinarea rezervei de reparații etc.
Când funcționează la sarcină maximă, echipamentul centralei își dezvoltă valoarea nominală sau cât mai mult posibil puterea (performanța), care este principala caracteristică a pașaportului unității. La această putere (performanță) maximă, unitatea trebuie să funcționeze timp îndelungat la valorile nominale ale parametrilor principali. Una dintre principalele caracteristici ale unei centrale electrice este capacitatea sa instalată, care este definită ca suma capacităților nominale ale tuturor generatoarelor electrice și echipamentelor de încălzire, ținând cont de rezerva.
Funcționarea centralei se caracterizează și prin numărul de ore de utilizare capacitatea instalată, care depinde de modul în care funcționează centrala electrică. Pentru centralele electrice cu sarcină de bază, numărul de ore de utilizare a capacității instalate este de 6000–7500 ore/an, iar pentru cele care funcționează în modul de acoperire a sarcinii de vârf – mai puțin de 2000–3000 ore/an.
Sarcina la care unitatea funcționează cu cea mai mare eficiență se numește sarcină economică. Sarcina nominală pe termen lung poate fi egală cu sarcina economică. Uneori este posibilă operarea echipamentelor pentru o perioadă scurtă de timp cu o sarcină cu 10–20% mai mare decât sarcina nominală la o eficiență mai mică. Dacă echipamentul central funcționează stabil cu sarcina de proiectare la valorile nominale ale parametrilor principali sau când se modifică în limite acceptabile, atunci acest mod se numește staționar.
Se numesc moduri de operare cu sarcini constante, dar diferite de cele de proiectare, sau cu sarcini instabile. nestaționară sau moduri variabile. În modurile variabile, unii parametri rămân neschimbați și au valori nominale, în timp ce alții se modifică în anumite limite acceptabile. Astfel, la sarcina parțială a unității, presiunea și temperatura aburului din fața turbinei pot rămâne nominale, în timp ce vidul din condensator și parametrii aburului din extracție se vor modifica proporțional cu sarcina. Sunt posibile și moduri non-staționare, când toți parametrii principali se modifică. Astfel de moduri apar, de exemplu, la pornirea și oprirea echipamentului, la descărcarea și creșterea sarcinii unui turbogenerator, atunci când funcționează pe parametrii de alunecare și sunt numite nestaționare.
Sarcina termică a centralei este utilizată pentru procese tehnologice și instalații industriale, pentru încălzirea și ventilarea instalațiilor industriale, rezidențiale și clădiri publice, aer conditionat si nevoi casnice. În scopuri de producție, este de obicei necesară o presiune a aburului de 0,15 până la 1,6 MPa. Cu toate acestea, pentru a reduce pierderile în timpul transportului și pentru a evita nevoia de scurgere continuă a apei din comunicații, aburul este eliberat din centrala electrică oarecum supraîncălzit. Centrala termică furnizează de obicei apă caldă cu o temperatură de 70 până la 180°C pentru încălzire, ventilație și nevoi casnice.
Sarcina termică, determinată de consumul de căldură pentru procesele de producție și nevoile menajere (alimentare cu apă caldă), depinde de temperatura aerului exterior. În condițiile Ucrainei vara, această sarcină (precum și electrică) este mai mică decât în timpul iernii. Sarcinile termice industriale și casnice se modifică în timpul zilei, în plus, sarcina termică medie zilnică a centralei electrice, cheltuită pentru nevoile casnice, se modifică în zilele lucrătoare și în weekend. Graficele tipice ale modificărilor încărcăturii zilnice de căldură a întreprinderilor industriale și alimentării cu apă caldă a unei zone rezidențiale sunt prezentate în figurile 1.7 și 1.8.
Eficiența de funcționare a centralelor termice este caracterizată de diverși indicatori tehnici și economici, dintre care unii evaluează perfecțiunea proceselor termice (eficiență, consum de căldură și combustibil), în timp ce alții caracterizează condițiile în care funcționează centrala termică. De exemplu, în Fig. 1.9 (a, b) arată bilanțele termice aproximative ale centralelor termice și CPP-urilor.
După cum se poate observa din cifre, generarea combinată de energie electrică și termică asigură o creștere semnificativă a eficienței termice a centralelor electrice datorită unei reduceri a pierderilor de căldură în condensatoarele de turbină.
Cei mai importanți și completi indicatori ai funcționării centralelor termice sunt costul energiei electrice și căldurii.
Centralele termice au atât avantaje, cât și dezavantaje în comparație cu alte tipuri de centrale. Pot fi indicate următoarele avantaje ale TPP:
- distribuția teritorială relativ liberă asociată cu distribuția largă a resurselor de combustibil;
- capacitatea (spre deosebire de centralele hidroelectrice) de a genera energie fără fluctuații sezoniere de putere;
- aria de înstrăinare și retragere din circulația economică a terenurilor pentru construcția și exploatarea centralelor termice este, de regulă, mult mai mică decât cea necesară pentru centralele nucleare și hidrocentralele;
- Centralele termice sunt construite mult mai rapid decât centralele hidroelectrice sau centralele nucleare, iar costul lor specific pe unitatea de capacitate instalată este mai mic comparativ cu centralele nucleare.
- În același timp, centralele termice au dezavantaje majore:
- exploatarea centralelor termice necesită de obicei mult mai mult personal decât centralele hidroelectrice, ceea ce este asociat cu menținerea unui ciclu de combustibil la scară foarte mare;
- funcționarea centralelor termice depinde de aprovizionarea cu resurse de combustibil (cărbune, păcură, gaz, turbă, șisturi petroliere);
- variabilitatea modurilor de funcționare a centralelor termice reduce eficiența, crește consumul de combustibil și duce la creșterea uzurii echipamentelor;
- centralele termice existente se caracterizează prin randament relativ scăzut. (de cele mai multe ori până la 40%);
- TPP-urile au un impact direct și negativ asupra mediuși nu sunt surse de energie electrică ecologice.
- Cele mai mari pagube aduse mediului din regiunile înconjurătoare sunt cauzate de centralele electrice care ard cărbune, în special cărbune bogat în cenușă. Dintre termocentrale, cele mai „curate” sunt cele care folosesc gaze naturale în procesul lor tehnologic.
Potrivit experților, centralele termice din întreaga lume emit anual aproximativ 200–250 de milioane de tone de cenușă, peste 60 de milioane de tone de dioxid de sulf, cantități mari de oxizi de azot și dioxid de carbon (care provoacă așa-numitul efect de seră și ducând la -termenul schimbărilor climatice globale), în atmosferă absorbind cantităţi mari de oxigen. În plus, acum s-a stabilit că excesul radiații de fondîn jurul centralelor termice pe cărbune, în medie în lume este de 100 de ori mai mare decât în apropierea centralelor nucleare de aceeași putere (cărbunele conține aproape întotdeauna uraniu, toriu și un izotop de carbon radioactiv ca urme de impurități). Cu toate acestea, tehnologiile bine dezvoltate pentru construcția, echiparea și funcționarea centralelor termice, precum și costul mai mic al construcției acestora, duc la faptul că centralele termice reprezintă cea mai mare parte a producției de energie electrică a lumii. Din acest motiv, se acordă multă atenție îmbunătățirii tehnologiilor TPP și reducerii impactului lor negativ asupra mediului din întreaga lume (a se vedea secțiunea 6).
Scopul centralei termice constă în transformarea energiei chimice a combustibilului în energie electrică. Deoarece se dovedește a fi practic imposibil să se efectueze o astfel de transformare direct, este necesar să se transforme mai întâi energia chimică a combustibilului în căldură, care este produsă prin arderea combustibilului, apoi să se transforme căldura în energie mecanică și, în final, transforma aceasta din urma in energie electrica.
Figura de mai jos arată cea mai simplă schemă partea termică a unei stații electrice, adesea numită centrală electrică cu abur. Combustibilul este ars într-un cuptor. În același timp. Căldura rezultată este transferată în apa din cazanul de abur. Ca urmare, apa se încălzește și apoi se evaporă, formând așa-numitul abur saturat, adică abur la aceeași temperatură cu apa clocotită. Apoi, căldura este furnizată aburului saturat, rezultând formarea de abur supraîncălzit, adică abur care are o temperatură mai mare decât apa care se evaporă la aceeași presiune. Aburul supraîncălzit este obținut din abur saturat într-un supraîncălzitor, care în cele mai multe cazuri este o bobină din tevi de otel. Aburul se deplasează în interiorul țevilor, în timp ce la exterior serpentina este spălată de gazele fierbinți.
Dacă presiunea din cazan ar fi egală cu presiunea atmosferică, atunci apa ar trebui să fie încălzită la o temperatură de 100 ° C; cu mai multă căldură ar începe să se evapore rapid. Aburul saturat rezultat ar avea și o temperatură de 100 ° C. La presiunea atmosferică, aburul va fi supraîncălzit dacă temperatura acestuia este peste 100 ° C. Dacă presiunea din cazan este mai mare decât cea atmosferică, atunci aburul saturat are o temperatură peste 100 ° C. Temperatura saturatei Cu cât presiunea este mai mare, cu atât vaporii sunt mai mari. În prezent, cazanele cu abur cu presiune apropiată de cea atmosferică nu sunt deloc folosite în sectorul energetic. Este mult mai profitabil să folosești cazane de abur concepute pentru o presiune mult mai mare, aproximativ 100 de atmosfere sau mai mult. Temperatura aburului saturat este de 310°C sau mai mult.
De la supraîncălzitor, vaporii de apă supraîncălziți sunt furnizați printr-o conductă de oțel către un motor termic, cel mai adesea -. În centralele electrice cu abur existente ale centralelor electrice, alte motoare nu sunt aproape niciodată utilizate. Vaporii de apă supraîncălziți care intră într-un motor termic conține o cantitate mare de energie termică eliberată ca urmare a arderii combustibilului. Sarcina unui motor termic este de a transforma energia termică a aburului în energie mecanică.
Presiunea și temperatura aburului la intrarea în turbina cu abur, denumită de obicei , sunt semnificativ mai mari decât presiunea și temperatura aburului la ieșirea turbinei. De obicei se numesc presiunea și temperatura aburului la ieșirea turbinei cu abur, egale cu presiunea și temperatura din condensator. În prezent, după cum sa menționat deja, industria energetică folosește abur cu parametri inițiali foarte mari, cu o presiune de până la 300 de atmosfere și o temperatură de până la 600 ° C. Parametrii finali, dimpotrivă, sunt aleși mici: o presiune de aproximativ 0,04 atmosfere, adică de 25 de ori mai puțin decât temperatura atmosferică, iar temperatura este de aproximativ 30 ° C, adică aproape de temperatura ambiantă. Când aburul se extinde într-o turbină, din cauza scăderii presiunii și temperaturii aburului, cantitatea de energie termică conținută în acesta scade semnificativ. Deoarece procesul de expansiune al aburului are loc foarte rapid, în acest timp foarte scurt orice transfer semnificativ de căldură de la abur în mediu nu are timp să aibă loc. Unde se duce excesul de energie termică? Se știe că, conform legii de bază a naturii - legea conservării și transformării energiei - este imposibil să distrugi sau să obții „din nimic” orice cantitate, chiar și cea mai mică, de energie. Energia se poate muta doar de la un tip la altul. Evident, tocmai acest tip de transformare energetică avem de-a face în acest caz. Excesul de energie termică conținută anterior în abur s-a transformat în energie mecanică și poate fi folosită la discreția noastră.
Cum funcționează o turbină cu abur este descris în articolul despre.
Aici vom spune doar că fluxul de abur care intră în palele turbinei are o viteză foarte mare, depășind adesea viteza sunetului. Jetul de abur rotește discul turbinei cu abur și arborele pe care este montat discul. Arborele turbinei poate fi conectat, de exemplu, la o mașină electrică - un generator. Sarcina generatorului este de a converti energia mecanică de rotație a arborelui în energie electrică. Astfel, energia chimică a combustibilului din centrala cu abur este transformată în energie mecanică și apoi în energie electrică, care poate fi stocată într-un UPS AC.
Aburul care a lucrat în motor intră în condensator. Apa de răcire este pompată continuu prin tuburile condensatorului, de obicei preluată dintr-un corp natural de apă: râu, lac, mare. Apa de răcire preia căldură din aburul care intră în condensator, drept urmare aburul se condensează, adică se transformă în apă. Apa formată în urma condensului este pompată într-un cazan cu abur, în care se evaporă din nou, iar întregul proces se repetă din nou.
Aceasta este, în principiu, funcționarea centralei cu abur a unei stații termoelectrice. După cum puteți vedea, aburul servește ca intermediar, așa-numitul fluid de lucru, cu ajutorul căruia energia chimică a combustibilului, transformată în energie termică, este transformată în energie mecanică.
Nu ar trebui să ne gândim, desigur, că proiectarea unui cazan cu abur modern și puternic sau a unui motor termic este la fel de simplu precum se arată în figura de mai sus. Dimpotrivă, cazanul și turbina, care sunt cele mai importante elemente ale unei centrale electrice cu abur, au o structură foarte complexă.
Acum începem să explicăm munca.
Scopul centralelor combinate termice și electrice. Schema schematică a unei centrale termice
CHP (centrale combinate de energie termică și electrică)- concepute pentru furnizarea centralizată de căldură și energie electrică a consumatorilor. Diferența lor față de IES este că folosesc căldura aburului evacuat în turbine pentru nevoile de producție, încălzire, ventilație și alimentare cu apă caldă. Datorită acestei combinații de generare de energie electrică și căldură, se realizează economii semnificative de combustibil în comparație cu furnizarea separată de energie (generarea de energie electrică la CPP și energie termică la cazanele locale). Datorită acestei metode de producție combinată, centralele CHP ating o eficiență destul de ridicată, ajungând până la 70%. Prin urmare, centralele de cogenerare s-au răspândit în zone și orașe cu consum mare de căldură. Puterea maximă a unei centrale CHP este mai mică decât cea a unei CPP.
Centralele de cogenerare sunt legate de consumatori, pentru că Raza de transfer de căldură (abur, apă caldă) este de aproximativ 15 km. Centralele termice suburbane transmit apa calda la o temperatura initiala mai mare pe o distanta de pana la 30 km. Aburul pentru nevoile de producție cu o presiune de 0,8-1,6 MPa poate fi transmis pe o distanță de cel mult 2-3 km. Cu o densitate medie de încărcare termică, puterea unei centrale termice nu depășește de obicei 300-500 MW. Doar în marile orase, precum Moscova sau Sankt Petersburg cu o densitate mare de sarcină termică, are sens să construim stații cu o capacitate de până la 1000-1500 MW.
Puterea centralei termice și tipul de turbogenerator sunt selectate în conformitate cu cerințele de căldură și parametrii aburului utilizat în procesele de producție și pentru încălzire. Cele mai utilizate sunt turbinele cu una și două extractii de abur reglabile și condensatoarele (vezi figura). Selecțiile reglabile vă permit să reglați producția de căldură și electricitate.
Modul de cogenerare - zilnic și sezonier - este determinat în principal de consumul de căldură. Stația funcționează cel mai economic dacă puterea sa electrică se potrivește cu puterea termică. În acest caz, o cantitate minimă de abur intră în condensatoare. Iarna, când cererea de căldură este maximă, la temperatura de proiectare a aerului în timpul orelor de funcționare a întreprinderilor industriale, sarcina generatoarelor de cogenerare este apropiată de cea nominală. În perioadele în care consumul de căldură este scăzut, de exemplu vara, precum și iarna când temperatura aerului este mai mare decât temperatura de proiectare și noaptea, puterea electrică a centralei termice corespunzătoare consumului de căldură scade. Dacă sistemul de alimentare are nevoie de energie electrică, centrala termică trebuie să treacă în modul mixt, ceea ce crește fluxul de abur în partea de joasă presiune a turbinelor și în condensatoare. În același timp, eficiența centralei scade.
Producția maximă de energie electrică de către stațiile de încălzire „pe consum de căldură” este posibilă numai atunci când se lucrează împreună cu CPP-uri puternice și centrale hidroelectrice, care preiau o parte semnificativă a sarcinii în orele de consum redus de căldură.
Paletele rotorului acestei turbine cu abur sunt clar vizibile.
O centrală termică (CHP) folosește energia eliberată de arderea combustibililor fosili - cărbune, petrol și gaze naturale - pentru a transforma apa în abur de înaltă presiune. Acest abur, având o presiune de aproximativ 240 de kilograme pe centimetru pătrat și o temperatură de 524°C (1000°F), antrenează turbina. Turbina învârte un magnet gigant în interiorul unui generator, care produce electricitate.
Centralele termice moderne transformă aproximativ 40 la sută din căldura degajată în timpul arderii combustibilului în energie electrică, restul este descărcat în mediu. În Europa, multe centrale termice folosesc căldura reziduală pentru a încălzi casele și întreprinderile din apropiere. Generarea combinată de căldură și energie crește producția de energie a centralei electrice cu până la 80%.
Instalatie de turbina cu abur cu generator electric
O turbină cu abur tipică conține două seturi de pale. Aburul de înaltă presiune care vine direct din cazan intră pe calea de curgere a turbinei și rotește rotoarele cu primul grup de pale. Aburul este apoi încălzit în supraîncălzitor și intră din nou pe calea curgerii turbinei pentru a roti rotoarele cu un al doilea grup de pale, care funcționează la o presiune mai mică a aburului.
Vedere în secțiune
Un generator tipic de centrală termică (CHP) este acționat direct de o turbină cu abur, care se rotește cu 3.000 de rotații pe minut. La generatoarele de acest tip, magnetul, numit și rotor, se rotește, dar înfășurările (statorul) sunt staționare. Sistemul de răcire previne supraîncălzirea generatorului.
Producerea de energie cu ajutorul aburului
La o centrală termică, combustibilul arde într-un cazan, producând o flacără la temperatură ridicată. Apa trece prin tuburi prin flacără, este încălzită și se transformă în abur de înaltă presiune. Aburul învârte o turbină, producând energie mecanică, pe care un generator o transformă în electricitate. După ieșirea din turbină, aburul intră în condensator, unde spală tuburile cu rece. apă curgătoareși, ca rezultat, se transformă din nou în lichid.
Cazan pe petrol, cărbune sau gaz
În interiorul cazanului
Cazanul este umplut cu tuburi complicat curbate prin care trece apa încălzită. Configurația complexă a tuburilor vă permite să creșteți semnificativ cantitatea de căldură transferată în apă și, ca urmare, să produceți mult mai mult abur.