Тема 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТИПЫЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
В настоящее время для получения электрической энергии используют следующие типы электростанций:
1) тепловые электростанции (ТЭС), которые подразделяются на конденсационны е (КЭС), теплофикационные (теплоэлектроцентрали — ТЭЦ) и газотурбинные (ГТУ). Крупные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС);
2) гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);
3) атомные электростанции (АЭС);
4) гелиоэлектростанции или солнечные электростанции (СЭС);
5) геотермальные электростанции (ГТЭС);
6) дизельные электростанции (ДЭС);
7) приливные электростанции (ПЭС);
8) ветроэлектростанции (ВЭС).
Большую часть электроэнергии (как в России, так и в мировой энергетике) вырабатывают ТЭС, АЭС и ГЭС. Состав электростанций различного типа по установленной мощности зависит от наличия и размещения по территории страны гидроэнергетических и теплоэнергетических ресурсов, их технико-экономических характеристик, включая затраты на транспортировку топлива, а также от технико-экономических показателей электростанций.
Рассмотрим некоторые особенности электростанций, которые в той или иной степени приходится учитывать при их строительстве и эксплуатации.
Тепловые конденсационные электростанции. КЭС строят по возможности ближе к местам добычи топлива, удобным для водоснабже- ния. Их выполняют из ряда блочных агрегатов (котел — турбогенератор — повышающий трансформатор) мощностью от 200 до 1200 МВт, выдающих выработанную энергию в сети 110—750 кВ. Особенность агрегатов КЭС заключается в том, что они недостаточно маневренны: подготовка к пуску, разворот, синхронизация и набор нагрузки требуют 3—6 ч. Поэтому для них предпочтительным является режим работы с равномерной нагрузкой в пределах от номинальной до нагрузки, соответствующей техническому минимуму, определяемому видом топлива и конструкцией агрегата. Коэффициент полезного действия КЭС не превышает 32—40%. Они существенно влияют на окружающую среду — загрязняют атмосферу, изменяют тепловой режим источников водоснабжения.
Другими особенностями КЭС являются:
- значительная удаленность их от непосредственных потребителей электроэнергии, что определяет в основном выдачу мощности на высоких и сверхвысоких напряжениях;
- блочный принцип построения станции.
Теплофикационные электростанции (теплоэлектроцентрали). ТЭЦ строят вблизи потребителей тепла, при этом используется обычно привозное топливо. Работают эти электростанции наиболее экономично (коэффициент использования тепла достигает 60—70%) при нагрузке, соответствующей тепловому потреблению и минимальному пропуску пара в часть низкого давления турбин и в конденсаторы. Единичная мощность агрегатов составляет 30—250 МВт. Станции с агрегатами до 60 МВт включительно выполняют в тепломеханической части с поперечными связями по пару и воде, в электрической части — со сборными шинами 6—10 кВ и выдачей значительной части мощности в местную распределительную сеть. Станции с агрегатами 100—250 МВт выполняют блочного типа с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Надо отметить, что ТЭЦ, как и КЭС, существенно влияют на окружающую среду.
Атомные электростанции. АЭС могут быть сооружены в любом географическом районе, в том числе и труднодоступном, но при наличии источника водоснабжения. Количество (по массе) потребляемого топлива (уранового концентрата) незначительно, что облегчает требования к транспортным связям. АЭС состоят из ряда агрегатов блочного типа, выдающих энергию в сети повышенного напряжения. Агрегаты АЭС, в особенности на быстрых нейтронах, неманевренны, так же как и агрегаты КЭС. По условиям работы и регулирования, а также по технико-экономическим соображениям предпочтительным является режим с относительно равномерной нагрузкой. АЭС предъявляют повышенные требования к надежности работы оборудования. Коэффициент полезного действия составляет 35—38%. Практически АЭС не загрязняют атмосферу. Выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначительны, что позволяет сооружать АЭС вблизи городов и центров нагрузки. Трудной проблемой является захоронение или восстановление отработанных топливных элементов.
Гидроэлектростанции. ГЭСсооружаются там, где имеются гидроресурсы, а также условия для строительства, что часто не совпадает с расположением потребителей электроэнергии. При сооружении ГЭС обычно пытаются решить комплекс задач, а именно: выработка электроэнергии, улучшение условий судоходства, орошение. Единичная мощность гидроагрегатов достигает 640 МВт. Электрическую часть выполняют по блочным схемам генераторы — трансформаторы с выдачей мощности в сети повышенного напряжения. Гидроагрегаты высокоманевренны: разворот, синхронизация с сетью и набор нагрузки требуют 1—5 мин. При наличии водохранилищ ГЭС может быть целесообразно использована для работы в пиковой части суточного графика нагрузки системы с частыми пусками и остановами агрегатов. Коэффициент полезного действия ГЭС составляет 85—87%. Станции существенно влияют на водный режим рек, рыбное хозяйство, микроклимат в районе водохранилищ, а также на лесное и сельское хозяйства, поскольку создание водохранилищ связано с затоплением значительных полезных для народного хозяйства площадей.
Гидроаккумулирующие электростанции. ГАЭС предназначены для выравнивания суточного графика энергосистемы по нагрузке. В часы минимальной нагрузки они работают в насосном режиме (перекачивают воду из нижнего водоема и запасают энергию); в часы максимальной нагрузки энергосистемы агрегаты ГАЭС работают в генераторном режиме, принимая на себя пиковую часть нагрузки. ГАЭС сооружают в системах, где отсутствуют ГЭС или их мощность недостаточна для покрытия нагрузки в часы пик. Их выполняют из ряда блоков, выдающих энергию в сети повышенного напряжения и получающих ее из сети при работе в насосном режиме. Агрегаты высокоманевренны и могут быстро переводиться из насосного режима в генераторный или в режим синхронного компенсатора. Коэффициент полезного действия ГАЭС составляет 70—75%. Их сооружают там, где имеются источники водоснабжения, а местные геологические условия позволяют создать напорное водохранилище.