Электрические станции

Классическим является метод получения электрической энергии на электростанциях с помощью генератора с крутящим ротором, который приводится во вращение от источника механической энергии. Для этих целей используются трехфазные синхронные электрогенераторы. В зависимости от вида используемых энергетических ресурсов электростанции бывают: гидравлические, тепловые, атомные, солнечные, ветреные, приливные и др.

ГЭС

Для получения электрической энергии используется энергия движущейся воды. В зависимости от источника используемых вод ГЭС различают на проточные и с плотинами.

Упрощенная схема ГЭС.

При открытии шибера 2 вода из водохранилища 1 поступает по напорному водоводу 3 к спиральной камере 9, откуда её направляют к лопаткам водяной турбины 10. Турбина приводит во вращение ротор генератора 6, вырабатывающего электрическую энергию. После повышения напряжения трансформатором 5 с помощью ЛЭП 4 электрическая энергия передается потребителям. Особым видом ГЭС является насосно-аккумулирующие гидравлические электростанции. Их располагают между верхним и нижним водоемами 1 и 7. При большом потреблении электрической энергии в энергосистеме, насосно-аккумулирующие станции работают в генераторном режиме, т.е. вода из верхнего водоема сбрасывается гидротурбинами и поступает в нижний водоем через трубопровод 8. Ночью при минимальном потреблении электрической энергии воду насосами из нижнего водоема перекачивают в верхний.

ТЭС

Химическую энергию горения топлива преобразуют в электрическую на ТЭС. Различают конденсаторные (КЭС), производящие только электрическую энергию и теплофикационные электрические станции (ТЭЦ), на которых производится тепловая и электрическая энергия.

Упрощенная схема КЭС (на твердом топливе)

Работает на твердом топливе: уголь по транспортёру 1 поступает в бункер 2, размолотый мельницей 3 уголь вентилятором 4, вместе с разогретым в воздухонагревателе 12 воздухом подается через горелку 5 в топочную камеру 6 парового котла 7. Теплота, выделяющаяся при сгорании газовой смеси идет на нагревание воды в паровом котле 7, а также в барабанах 8 и 9 где получают пар высокой температуры и давления. Пар проходит через паронагреватель 10 и поступает в паровую турбину 15, приводя её во вращение. После этого отработанный пар направляется в конденсатор 19, где конденсируется вода. Конденсат пара вновь подается насосом 18 через пароводяной подогреватель 11 в паровой котел. Отработанные газы вентилятором 13 после фильтрации выбрасываются через трубу 14 в атмосферу. Кроме основного пароводяного есть ещё и охлаждающий контур. Он состоит из змеевика 20 водяного насоса 21 и градирни 22, в которой вода охлаждается окружающим воздухом. Произведённую электрическую энергию генератором 16, после повышения напряжения в трансформаторе 23, подают в ЛЭП 24. Возбудитель 17 предназначен для создания тока возбуждения в генераторе 16.

АЭС

Это тепловые электростанции, в которых теплота, выделяющаяся за счет реакции деления радиоактивных элементов в ядерном реакторе. Выделение тепловой энергии в современных реакторах происходит за счет расщепления ядер некоторых тяжелых элементов (изотопы урана-235, урана-233, плутония-239 и др.). Созданы новые поколения ядерных реакторов на быстрых нейронах. Кроме теплоты для производства электроэнергии они воспроизводят и ядерное топливо.

Упрощенная схема АЭС (получение пара по двухкамерному циклу)

Первый контур, состоящий из ядерного реактора 2 с крышкой 3 и парогенератора 8 с их оборудованием, радиоактивен и обеспечивается радиационной защитой 1. В качестве теплоносителя и одновременно замедлителя нейронов используется обычная вода.

Второй контур, в который входит парогенератор 9, паровая турбина 13 и их оборудование, не радиоактивен. Теплоносителем в нем служат вода и водяной пар. Теплота, выделяемая в реакторе при ядерной реакции, нагревает теплоноситель (воду в каналах топливной сборки 6). Нагретая вода до высокой температуры поступает по трубопроводу из реактора в U-образные трубки 8 парогенератора 9. Здесь она нагревает и испаряет воду второго контура, превращая её в пар. Охлажденная в парогенераторе реактивная вода с помощью циркуляционного насоса 10 возвращается в отдельную (активную) зону реактора 7, где размещены топливные сборки. Насыщенный пар по трубопроводу 11 через клапан 12 поступает в паровую турбину 132, приводящий во вращение электрогенератор 14. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе 15 и насосом 16 через подогреватель 17 направляется обратно в паронагреватель. Первый и второй контуры АЭС надежно отгорожены и соединяются друг с другом через санитарный пропускник 18. Цепной ядерной реакцией в реакторе управляют с помощью стержней 5 системой управления и защиты 4. АЭС уменьшает загрязнение атмосферы углекислым газом и оксидами азота и серы, но для эксплуатации необходимо сложная радиационная защита и утилизация радиоактивных отходов.