Виды ТЭС. Классификация ТЭС

1.1. ТЭС по виду отпуска энергии телятся на КЭС и ТЭЦ.

1.2. По виду теплового двигателя:

а) паротурбинные ТЭС;

б) газотурбинные ТЭС (ГТУ);

в) парогазовые ТЭС (ПГУ);

г) дизельные ТЭС (ДЭС).

1.3. По назначению:

а) районные и коммунальные ТЭС общего пользования (ГРЭС, ТЭЦ)

б) промышленные ТЭС, входящие в состав производственных предприятий и предназначенные для электроснабжения предприятий, а также примыкающих районов.

1.4. Паротурбинные ТЭС делят по единичной мощности агрегатов

а) малой мощности <= 25 МВт

б) средней 50-100 МВт

в) большой >= 200 МВт

1.5. По давлению пара

а) среднего давления – до 3,92 МПа

б) высокого давления - 8,8 МПа

в) сверхвысокого – 13,7 МПа

г) сверх критического – 23,7 МПа

1.6. По технологической схеме соединения парогенераторов и турбоагрегатов:

а) блочные ТЭС – каждый т/а присоединен к своему парогенератору или двум.

б) неблочные ТЭС – т/а соединены трубами с несколькими ПГ ТЭС (или ее очереди).

На рис. 1 представлена классификация тепловых электрических станций на органическом топливе.

Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ПТУ),на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращения ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора(обычно синхронного генератора).В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь(преимущественно), мазут, природный газ.

ПТУ, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями. ПТУ оснащённые теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ТЭС с ГТУ – газотурбинная установка).В камере сгорания ГТУ сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 ^°С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. КПД таких ТЭС с ГТУ обычно составляет 30-33 %, мощность - до нескольких сотен МВт. ГТУ обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.

Рис.1. Типы электростанций на органическом топливе.

ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ТЭС с ПГУ, а часто - ПГУ ). КПД которой может достигать 56-58 %. ТЭС с ГТУ или ПГУ могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.

Немаловажную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС). Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис.2. Топливо поступает в топку парогенератора (парового котла) 1, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 2. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. Далее одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 3 и затем поступает в конденсатор 4, а другая отбирается от промежуточных ступеней турбины и используется для подогрева питательной воды в подогревателях 6 и 9. Конденсат насосом 5 через деаэратор 7 и далее питательным насосом 8 подается в парогенератор. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (35— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. [3]

Рис.2 Принципиальная схема КЭС

1 – паровой котел; 2 – паровая турбина; 3 – электрический генератор;
4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – подогреватели низкого давления;
7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – подогреватели высокого давления;
10 – дренажный насос.

Особенностью теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) является то, что отработанный в турбине пар или горячая вода затем используются для отопления и горячего водоснабжения промышленной и коммунальной сферы. ТЭЦ строятся преимущественно в крупных городах, поскольку эффективная передача пара или горячей воды из-за высоких тепловых потерь в трубах возможна на расстоянии не более 20-25 км. Кроме того, чтобы уменьшить потери тепла, ТЭЦ необходимо дополнять небольшими подстанциями, которые должны размещаться вблизи от потребителя. При всех указанных недостатках ТЭЦ представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и тепла, в связи с чем суммарный коэффициент полезного использования топлива повышается до 70-76% против типовых значений 35-40% на КЭС. При этом, как правило, максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.

Принципиальная схема ТЭЦ представлена на рис.3

Рис.3 Принципиальная схема ТЭЦ

1 – паровой котел; 2 – РОУ; 3 – турбогенератор; 4 – тепловой потребитель;5 – насос; 6 – регенеративные подогреватели; 7 – питательный насос;8 – конденсатор; 9 – конденсатный насос; 10, 11 – пар из отборов.

Топливо поступает в топку парогенератора (парового котла) 1, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. . В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу . Одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 3 и затем поступает в конденсатор 8, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения 4. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии. Выработка электроэнергии зависит от пропуска этого пара. Для теплофикационных турбин(такие турбины работают на ТЭЦ) выработка электроэнергии и отпуск тепла могут изменяться в широких пределах.

Некоторые преимущества тепловых станций по сравнению с другими типами станций заключаются в следующем:

1. В относительно свободном территориальном размещении, связанном с широким распространением топливных ресурсов;

2.В способности (в отличие от ГЭС) вырабатывать энергию без сезонных колебаний мощности;

3.В том, что площади отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение и эксплуатацию ТЭС, как правило, значительно меньше, чем это необходимо для АЭС ;

4.ТЭС, в связи с массовым освоением технологий их строительства, сооружаются гораздо быстрее, чем ГЭС или АЭС, а их стоимость на единицу установленной мощности значительно ниже по сравнению с АЭС и ГЭС.

В то же время ТЭС обладают и крупными недостатками, в том числе некоторые из них:

1. для эксплуатации ТЭС обычно требуется гораздо больший персонал, чем для ГЭС сопоставимой мощности, связанной с обслуживанием очень масштабного по объему топливного цикла;

2. ТЭС постоянно зависят от поставок невозобновляемых (и нередко привозных) топливных ресурсов (уголь, мазут, газ, реже торф и горючие сланцы);

3. ТЭС весьма критичны к многократным запускам и остановкам; смены режима их работы резко снижают эффективность, повышают расход топлива и приводят к повышенному износу основного оборудования;

4. ТЭС оказывают прямое и крайне неблагоприятное воздействие на экологическую обстановку.

Теплофикация

Под теплофикациейпонимают централизованное теплоснабжение на базе комбинированной, т. е. совместной выработки тепловой и электрической энергии в одной установке. В комбинированной выработке заключается основное отличие теплофикации от так называемого раздельного метода энергоснабжения, при котором электрическая энергия вырабатывается на конденсационных тепловых электростанциях (КЭС), а тепловая - в котельных.

Основной энергетический эффект теплофикации заключается в замене теплоты, вырабатываемой при раздельной схеме энергоснабжения в котельных, отработавшей теплотой, отведенной из теплосилового цикла электростанции, благодаря чему на тепловой электростанции (ТЭС) ликвидируется бесполезный отвод теплоты в окружающую среду при превращении химической, а на атомной электростанции (АЭС) - внутриядерной энергии топлива в электрическую.

Теплофикация заметно улучшает использование топлива на тепловых электростанциях вследствие объединения процесса выработки электрической энергии с получением теплоты для централизованного теплоснабжения и приводит к удешевлению теплоснабжения благодаря правильной организации режима теплопотребления и значительному сокращению обслуживающего персонала.

При теплофикации реализуются два основных принципа рационального энергоснабжения:

а) комбинированное (совместное) производство тепловой и электрической энергии, осуществляемое на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);

б) централизация теплоснабжения, т.е. подача теплоты от одного или нескольких источников, работающих на одну тепловую сеть, многочисленным тепловым потребителям.

Кроме теплофикации находит применение также централизованное теплоснабжение от центральных котельных или промышленных теплоутилизационных установок. При централизованном теплоснабжении не реализуются основные выгоды теплофикации, заключающиеся в радикальном повышении экономичности выработки электрической энергии и теплоты. Однако преимущества централизованного теплоснабжения заключаются в экономии топлива (за счет более высокого КПД крупных районных и промышленных котельных, а также мощных котельных установок современных ТЭЦ по сравнению с мелкими местными котельными), а также в уменьшении потерь в котельных, упорядочении теплоснабжения и удешевлении эксплуатации. Эти преимущества делают централизованное теплоснабжение во многих случаях предпочтительным по сравнению с теплоснабжением от местных котельных, несмотря на дополнительные потери энергии в тепловых сетях.