Экологические проблемы ТЭС

Оседание почвы. Известно, что нефть и газ залегают в толще Земли в пористых породах и являются "подушкой" для верхних пластов. При выкачивании нефти или природного газа эта подушка нарушантся и земная поверхность может оседать на 10 и более метров.

Сжигание топлива.Состав атмосферы: азот порядка 80%, кислород -20%, аргон, углекислый газ, водород и др. порядка 1%. Содержание углекислого газа 0,03%. Необходимо учитывать также наличие водяных паров.

Атмосфера выполняет функции защиты Земли от чрезмерного нагревания и охлаждения. Причем эта защита осуществляется углекислым газом и парами воды. При сжигании топлива в ТЭС в последнее столетие замечено сильное увеличение углекислого газа в составе атмосферного воздуха (примерно на 15%). А это неотвратимо приведет к "парниковому эффекту", т.е. увеличению средней температуры на земной поверхности. Это вызвано также сокращением площади растительного покрова на Земле. Значительный урон растительности наносят также отравляющие вещества.

Сжигание кислорода.Ежегодно при сжигании на Земле расходуется около 10-15 10⁶ тонн свободного кислорода. Ведь кислород является основным окислителем при реакции горения. Для примера реактивный самолет типа Боинга при перелете Москва - Владивосток сжигает от 30 до 50 тонн свободного кислорода.

Выбросы в атмосферу. При работе типовой ТЭС мощностью 1000Мвт и коэффициенте полезного действия 40% в атмосферу в течении года непрерывной работы выбрасывается:

углекислого газа - 70 000тонн, угарного газа - 100 тонн, твердых частиц - 300 тонн,

а также дымовые газы, в состав которых могут входить соединения серы (соединяясь с водой образуется -серная кислота). азота (образуется азотная кислота), радиоактивные вещества (изотопы радия и др.)

Таблица (данные по США)

Тепловое загрязнение водоемов.При работе ТЭС охлажденная вода из онденсаторов сбрасывается в естественные водоемы, в результате происходит "тепловое загрязнение водоемов". При этом нарушаются естественные условия существования живых и растительных организмов.

Проблема золы. Золоотвалы ТЭС мощностью 1000Мвт ежегодно составляют площадь 0,5км² высотой 2м.

Теплофикационные электроцентрали (ТЭЦ) вырабатывают одновременно и тепловую, и электрическую энергию. Носителем первой служит пар, который ТЭЦ передают по трубам на расстояние 10-15км для использования в быту (отопление, снабжение горячей водой) и для нужд промышленности. В соответствии со своим назначением ТЭЦ строятся вблизи или на окраинах больших городов. Благодаря использованию теплоты пара, отработавшего в паровой турбине, ТЭЦ значительно экономичнее, чем конденсационные станции. Их кпд производства электроэнергии 40-50%, а кпд производства тепловой энергии может достигать 80%.

Тепловые электростанции с газовыми турбинами и двигателями внутреннего сгорания играют сравнительно малую роль в России. Газовые турбины являются новейшими тепловыми двигателями. При мощностях свыше 10Мвт их кпд достигает 35%. Весьма ценно то, что газовую турбину можно пустить в ход в течение нескольких минут, а для пуска мощной паровой турбины на угле требуется несколько часов.

2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ (ГЭС).

Основой изучения работы ГЭС, преобразующих энергию воды в электрическую энергию, является наука, называема я гидравликой. ГЭС преобразуют энергию водяных потоков в электрическую энергию. Первичными двигателями на этих станциях служат гидравлические турбины, приводимые в движение потоком воды. Они вращают ротор генераторов. Плотина создает необходимый напор – разность уровней между участком реки выше плотины – это верхний бьеф и участком реки ниже плотины – нижний бьеф.

Приближенно, мощность ГЭС Р (кВт), определяется расходом воды Q (м3/с), высотой между уровнем воды в верхнем и нижнем бьефе Н (м)

(12-2)

η –коэффициент полезного действия

Напор Н увеличивают в равнинных реках с помощью плотины (рис.146 а), а в горных местностях строят специальные обводные каналы, называемые деривационными (рис.146 б).

а б

Рис. 146 Схема создания напора с помощью плотины(а). Схема деривационной ГЭС(б).

В ковшовой турбине (рис. 147) потенциальная энергия гидростатического давления в сопле полностью превращается в кинетическую энергию движения воды (рис.147а). Рабочее колесо турбины выполняется в виде диска (рис. 147б), по окружности которого расположены ковшеобразные лопасти. Вода, огибая поверхности лопастей, меняет направление движения. При этом возникают центробежные силы, действующие на поверхности лопастей, и энергия движения воды преобразуется в энергию, вращения колеса турбины. Если скорость движения воды, вытекающая из турбины равна нулю, то вся кинетическая энергия превращается в механическую энергию турбины.

Внутри сопла расположена, регулирующая игла, перемещением которой меняется выходное сечение сопла, а следовательно, и расход воды.

Рис. 147 Схема работы активной турбины: 1- верхний бьеф, 2- водовод, 3 – сопло, 4 – рабочее колесо, 7- лопасти ковша.

Гидротурбина, гидравлическая турбина, водяная турбина, ротационный двигатель – преобразует механическую энергию воды в энергию вращения вала. На валу турбины находится ротор генератора. Основным рабочим органом турбины, в котором происходит преобразование энергии, является рабочее колесо (рис.148). Вода подводится к рабочему колесу через сопла. Регулирование мощности осуществляется поворотом лопаток турбины.

Рис. 148 Схема активной гидротурбины: а) рабочее колесо, б) сопла.

Рис. 149 Схема плотинной ГЭС

На ГЭС (рис.149) турбина и генератор связаны общим валом. Частоты их вращения не могут выбираться произвольно. Они зависят от числа пар полюсов ротора генератора и частоты переменного тока, которая должна соответствовать стандартной. Чтобы получить скорости агрегатов близкие к оптимальным, при больших напорах воды, используют турбины с малым значением быстроходности.

Гидрогенератор Красноярской ГЭС(всего генераторов 12шт) ( технические данные)

Диаметр ротора – 16,1 м. Длина сердечника ротора – 1,75м.

Число полюсов – 64шт (р=32). Скорость ротора – 93,8об/мин.

Мощность одного генератора -500МВт. Выходное напряжение – 15,8КВ.

Коэффициент мощности –cosφ=0,85. КПД – 98,2%

Масса генератора – 1650тонн

ГЭС исключительно экономична в эксплуатации. Цена 1КВт-часа в 5-6 раз дешевле, чем на ТЭС.