Тема 1.2. Назначение и типы электрических станций

Электрическая станция (ЭС) — это промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрической сети. На электростанции происходит преобразование энергии какого-либо природного источника в механическую энергию вращения турбины и далее с помощью электрических генераторов — в электроэнергию. От того, какой природный источник энергии используется, зависит тип электростанции.

Электростанции делят на гидроэлектрические, тепловые и атомные. На гидроэлектростанциях в электроэнергию преобразуется механическая энергия водного потока, т е гидравлическая энергия, на тепловых электростанциях — тепловая энергия, выделяющаяся при сжигании топлива; на атомных электростанциях — тепловая энергия, выделяющаяся при делении ядер атомов урана, тория и других тяжелых элементов. В настоящее время исследуются возможности более широкого использования тепловой энергии вулканов и гейзеров на геотермальных станциях, солнечной энергии — на гелиоэлектростанциях, энергии ветра — на ветро- электростанциях, анергии приливов и отливов — на приливных электростанциях. Имеются опытные промышленные установки, использующие эти виды энергии.

Рис. 1.2. Технологическая схема работы ГЭС:

1 — верхний бьеф; 2 — нижний бьеф; 3 — турбина; ЛЭП — линия электропередачи; Т— трансформатор; G — генератор; СН — электроэнергия, отбираемая на собственные нужды ГЭС

/ — котлоагрегат; 2 — турбина; 3 — источник холодной воды; 4 — конденсатор; J— конденсатный насос; 6— деаэратор; 7— насос (остальные обозначения см. на рис. 1.2)

Рис. 1.4. Технологическая схема работы АЭС:

1 — ядерный реактор; 2 — парогенератор; 3 — турбина; 4 — источник холодной воды; 5— конденсатный насос; 6 — насос (остальные обозначения см. на рис. 1.2)

Гидроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой совокупность сооружений, создающих напор воды, подводящих воду к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции. Различные схемы преобразования энергии воды на ГЭС руслового, приплотинного и деривационного типов в настоящей книге не рассматриваются.

Технологическая схема работы ГЭС (рис, 1.2) выгодно отличается от схем работы всех других электростанций простотой процессов и надежностью элементов.

На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая при сгорании топлива (каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и др.), преобразуется в электроэнергию в соответствии с технологической схемой, указанной, на рис. 1 3 Добыча, доставка А подготовка топлива к сжиганию в котлоагрегатах — сложные и дорогие процессы. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается воде для получения в котлоагрегате перегретого пара высокого давления (до 3D МПа) и температуры (до 650 °С).

Атомные электростанции (АЭС) — это тоже тепловые паротурбинные станции, но использующие в качестве природного источника энергии топливо особого вида — ядерное. В технологической схеме работы АЭС (рис. 1.4) роль котла выполняет ядер­ный реактор. Теплота, выделяющаяся в реакторе при делении ядер урана и плутония, передается теплоносителю — тяжелой воде, гелию и др От теплоносителя тепловая энергия передается парогенератору. Далее используется та же схема преобразования энергии пара в механическую энергию паровой турбины, а затем в электроэнергию, что и на ТЭС.

В настоящее время основную часть всей вырабатываемой в стране электроэнергии обеспечивают ТЭС на органическом топливе. Тем не менее, их доля в суммарном производстве электроэнергии имела в последние годы устойчивую тенденцию к снижению, тогда как доля атомных и гидравлических электростанций не требующих закупки быстро дорожающего топлива, увеличивалась. В условиях общего спада производства энергии АЭС и ГЭС практически сохранили выработку электроэнергии на уровне своих мощности их и системных возможностей.

Тип вновь сооружаемых электростанций выбирают на основании технико-экономических расчетов с учетом наличия природных ресурсов и типа существующих электростанций в данном районе, потребности в тепловой и электрической энергии и др. При этом стремятся обеспечить наиболее эффективное сочетание электростанций разного типа с учетом изменений выработки и потребления энергии в различные сезоны года.

Часто при освоении новых регионов в начальный период эксплуатации для временного электроснабжения применяются дизельные, газотурбинные электростанции и энергопоезда.

Основной элемент дизельных электростанций (ДЭС) — дизель- генератор. Как правило, в качестве первичных двигателей применяют бескомпрессорные четырех- и двухтактные дизели мощнос­тью 5... 1000 кВт, имеющие частоту вращения 375... 1500 мин-¹. Дизели комплектуются синхронными генераторами переменного тока. По назначению ДЭС подразделяются на основные, резервные и аварийные.

Установленная мощность электростанций в мире ежегодно увеличивается на 1,5 % и должна составить в 2006 г. 3364 ГВт: ТЭС — 2169; ГЭС — 767; АЭС — 412; геотермальные электростанции (Гео- ТЭС) - 16 ГВт.

Среднее за год число часов использования установленной мощности электростанций в 2004 г. составило 4464; при этом для ТЭС этот показатель равнялся 4262, для ГЭС — 3440, для АЭС — 5884 и для ГеоТЭС - 4270.

Доля атомных электростанций в общем производстве электроэнергии в мире составляет 17 %.

Доля нетрадиционных возобновляемых источников в мировом производстве электроэнергии весьма незначительна — около 2 %.