На какой электростанции вырабатывают электроэнергию и тепло

Содержание

ТЭС – тепловые, вырабатывают электрическую энергию;

ТЭЦ – электроцентрали, вырабатывающие электроэнергию + тепло (расстояние передачи тепла не более 20- 30 км );

ГРЭС – государственные районные электростанции.

Уголь, газ, мазут, торф => по этому можно строить везде.

– быстро строят, и строительство обходится дешевле, чем строительство ГЭС и АЭС;

– способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний;

ГЭС – гидроэлектростанция на равнинных и горных реках;

ГАЭС -гидроаккумулирующая станция (Загорская);

ПЭС – приливная электростанция (высоту приливов и отливов).

Вода равнинных и горных рек.

Движение воды во время приливов и отливов.

– высокий КПД – 92-94%;

– экономичны, простота управления;

– обслуживает сравнительно немногочисленный персонал;

– маневренны при изменении нагрузки выработки электроэнергии;

– длительный срок эксплуатации (до 100 и более лет);

– низкая себестоимость электроэнергии;

– ГЭС – комплексное гидротехническое сооружение;

– плотина используется для транспортных связей между берегами (таблица);

– около них образуются промышленные центры (Тольятти, Набережные Челны, Балаково);

– процесс выработки электроэнергии не сопровождается загрязнением окружающей среды;

АЭС – атомная электростанция, вырабатывает электроэнергию;

АЭЦ – атомная электроцентраль (тепло + энергия).

Ядерное топливо (плутоний и уран). При расходе 1 кг урана образуется энергии как при сгорании 2500 кг угля.

– на 20-30 тонн ядерного топлива АЭС работает несколько лет;

– в высшей степени концентрированное и транспортабельное топливо;

– размещение (там, где нужна электроэнергия, но нет других источников сырья (мало)).

– сравнительно небольшие затраты при строительстве;

– работа станции не приводит к усилению парникового эффекта.

– процесс выработки электроэнергии не сопровождается загрязнением окружающей среды;

Несмотря на неоспоримые преимущества электростанций в добыче энергии перед топливной промышленностью и необходимостью их существования и востребованность, у них всё же существует целый ряд серьёзных проблем и недостатков, требующих внимательного изучения и решения.

1. Работают на невозабновимых ресурсах.

2. Дают много отходов (самые чистые на природном газе).

3. Режим работы меняется медленно (для разогрева котла необходимо 2-3 суток).

4. Энергия дорогая, так как для эксплуатации станции, добычи и транспортировки топлива требуется много людей.

В каждом развитом государстве существует собственная энергетика. Данная область включает в себя разные виды электростанций. Они могут использовать традиционные и нетрадиционные источники энергии. В первом случае – это природные ресурсы в виде угля, газа, продуктов переработки нефти, ядерное топливо и т.д. Второй вариант предполагает использование энергии природных явлений – солнца, ветра, приливов-отливов, подземных источников тепла. Независимо от формы использования, каждая электростанция требует много дополнительного оборудования для передачи потребителям полученной энергии.

Что такое электростанция

Любая электростанция представляет собой целый энергетический комплекс, включающий в себя различные установки, аппаратуру и оборудование, необходимые для получения, преобразования и транспортировки электроэнергии. Все эти компоненты размещаются в специальных зданиях и сооружениях, расположенных компактно на общей территории. Независимо от типа, они входят в состав Единой энергосистемы, созданной с целью эффективно использовать мощность электростанции, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение потребителей.

Принцип работы электростанций и их сопутствующих объектов основан на вращении вала генератора, который является основным элементом системы. Его основные функции заключаются в следующем:

Обеспечение стабильной продолжительной работы параллельно с другими энергетическими системами, снабжение энергией собственных автономных нагрузок.
Возможность мгновенного реагирование на наличие или отсутствие нагрузки, соответствующей его номиналу.
Выполняет запуск двигателя, обеспечивающего работу всей станции.
Вместе со специальными устройствами осуществляет функцию защиты.

Отличительными чертами каждого генератора являются формы и размеры, а также источник энергии, используемый для вращения вала. Кроме генератора, электростанция состоит из турбин и котлов, трансформаторов и распределительных устройств, средств коммутации, автоматики и релейной защиты.

В настоящее время получило развитие направления в области компактных установок. Они позволяют обеспечить энергией не только отдельные объекты, но и целые поселки, находящиеся на значительном удалении от стационарных линий электропередачи. В основном, это полярные станции и предприятия по добыче полезных ископаемых. Теперь рассмотрим какие типы установок используются в российской энергетике.

Основные типы электростанций

Все электрические станции таблица ниже классифицирует в первую очередь по источникам используемой энергии.

Среди них можно выделить следующие:

Тепловые (ТЭС). Работают на природном топливе, а основные типы электростанций могут быть конденсационными (КЭС) и теплофикационными (ТЭЦ). Первые вырабатывают только электричество, а вторые – электроэнергию и теплоту.
Гидравлические – ГЭС и гидроаккумулирующие – ГАЭС, функционирующие за счет энергии воды, падающей высоты.
Атомные – АЭС, работающие на ядерном топливе.
Дизельные – ДЭС. Бывают стационарными или мобильными. Существуют мини-электростанции малой мощности, используемые в частном секторе.
Солнечные, ветровые, приливные и геотермальные электростанции известны как альтернативные источники электроэнергии, работающим с естественными силами природы. Они имеют ряд недостатков, связанных с климатическими условиями и другими факторами.

Каждая перечисленная электростанция представляет собой традиционные или альтернативные виды энергетики. В первом случае электричество вырабатывается на тепловых, гидро- и атомных установках. На ТЭС вырабатывается примерно 70-75% всей электроэнергии, поэтому они размещаются в местах с высоким энергопотреблением и большим количеством природных ресурсов.

ГЭС привязаны к полноводным рекам, протекающим в равнинной или горной местности. АЭС строятся в местах с большим потреблением электроэнергии, при недостатке других видов энергоресурсов. Для того чтобы понять их роль и место в общей энергетической системе, следует рассмотреть более подробно типы электростанций, используемых в России.

Тепловые электрические станции – ТЭС

На тепловых электростанциях России производится примерно 70% всей электрической энергии. Они работают на мазуте, газе, угле, а в определенных местностях используется торф и сланцы.

Все ТЭС можно условно разделить на два основных вида. Первый вариант является так называемым паротурбинным, где первичным двигателем служит паровая турбина. Эти устройства могут быть конденсационными (КЭС), вырабатывающими только электроэнергию, и теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), производящими не только электричество, но и тепло. Коэффициент полезного действия ТЭЦ составляет 60-70%, а у КЭС этот показатель равен 30-40%. Основным недостатком тепловых станций считается их обязательная привязка к потребителям тепла.

Положительных качеств у тепловых электростанций значительно больше. Они свободно размещаются на всех территориях, где имеются природные ресурсы и не подвержены сезонным колебаниям погодных условий. Однако, используемое топливо является не возобновляемым, а сами установки негативно влияют на экологическую обстановку. Российские ТЭС не имеют достаточно эффективных систем очистки выходящих газов от вредных и токсичных веществ. Более экологичными считаются газовые установки, но трубопроводы, проложенные к ним, наносят непоправимый вред природе.

Электростанции, расположенные в европейской части Российской Федерации, работают в основном на мазуте и природном газе, а в восточных районах они располагаются возле месторождений угля, добываемого открытым способом. Большинство установок относится к государственным районным электростанциям – ГРЭС, входящим в Единую энергосистему страны.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций

По своей значимости, ГЭС находятся на втором месте после тепловых электростанций. В своей работе они используют энергию воды, преобразующейся в электрический ток, и относящейся к возобновляемым ресурсам. Простое управление такими станциями не требует большого количества персонала. Коэффициент полезного действия доходит до 85%.

Электричество, производимое на ГЭС считается самым дешевым, его цена примерно в 5-6 раз меньше, чем на тепловых электроустановках. Гидроэлектростанции отличаются высокой маневренностью и могут быть запущены в работу в течение 3-5 минут, тогда как на ТЭС для этого требуется несколько часов. Это качество особенно важно при перекрытии пиковых нагрузок в суточном графике электроснабжения.

Основными недостатками подобных сооружений являются:

Значительные капиталовложения на их возведение.
Привязка к определенной территории или местности с гидроресурсами.
В процессе строительства затапливаются огромные территории, большие сельскохозяйственные площади выводятся из пользования, наносится ущерб рыбному хозяйству, нарушается экологическое равновесие.
Полная мощность электростанции реализуется лишь в определенное время года, в период максимального подъема воды.

На российских реках сооружаются целые каскады гидроэлектростанций. Наиболее крупными считаются Ангаро-Енисейский каскад, включающий Братскую, Красноярскую, Саяно-Шушенскую, Усть-Илимскую ГЭС, а также Волжский каскад с Рыбинской, Угличской, Иваньковской, Саратовской, Волжской и другими ГЭС.

Достаточно перспективным направлением считается гидроаккумулирующая электростанция – ГАЭС. В основе их работы заложен принцип действия, связанный с цикличным перемещением одинакового объема воды между верхним и нижним бассейнами. Ночью за счет излишков электроэнергии вода подается снизу-вверх, а в дневное время при резком росте энергопотребления она сбрасывается вниз и вращает турбины, производя электричество. Эти станции совершенно не зависят от естественных колебаний речного стока, а под водохранилища требуется гораздо меньше затапливаемых площадей.

Атомные электростанции

На третьем месте по количеству производимой электроэнергии находятся атомные электростанции. В России их доля в энергетике составляет чуть выше 10%. В США этот показатель равен 20%, в Германии – более 30%, во Франции – свыше 75%. Сокращение программ в области атомной энергетики произошло вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.

Рассматривая виды электростанций в России, следует отметить, что наиболее известными АЭС считаются Ленинградская, Курская, Смоленская, Нововоронежская, Белоярская и другие. Новым направлением является создание АТЭЦ – атомных теплоэлектроцентралей, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию. Подобный объект построен на Чукотке в поселке Билибино. Еще одно направление – строительство АСТ – атомных станций теплоснабжения, предназначенных для производства тепла. Такие установки успешно функционируют в Нижнем Новгороде и Воронеже.

Основные плюсы АЭС заключаются в следующем:

Возможность строительства в любых районах, без привязки к энергетическим ресурсам. Транспортировка атомного топлива не отнимает много средств, поскольку 1 кг урана эквивалентен 2500 т угля.
При отсутствии нарушений эксплуатации, АЭС являются самыми экологичными установками. Выбросы в атмосферу минимальны, кислород не поглощается, отсутствует парниковый эффект.

Рассматривая вопрос как работает АЭС, нужно в первую очередь остановиться на тяжелых последствиях в случае аварий. Кроме того, серьезные проблемы возникают с радиоактивными отходами в процессе их захоронения. Водоемы, используемые для технических целей АЭС, подвержены тепловому загрязнению.

Дизельные электростанции

Для работы дизельных электростанций, которые называют ДЭС, используются различные виды жидкого топлива. Основой системы является дизель-генератор, включающий в себя дизельный двигатель, электрический генератор, системы смазки и охлаждения, пульт управления.

Данные установки применяются как альтернативные в отдаленных районах, где являются основными источниками электроэнергии. Как правило, подведение стационарных ЛЭП в такие места экономически не выгодно. Кроме того, дизельные электростанции служат аварийными или резервными источниками питания, когда потребители не должны отключаться от электроснабжения.

Виды дизельных электростанций могут быть стационарными (4-5 тысяч кВт) и мобильными (12-1000 кВт). Благодаря небольшим размерам, они могут размещаться в небольших зданиях и помещениях. Эти станции постоянно готовы к пуску, а сам процесс запуска не занимает много времени. Большинство функций установок автоматизировано, а остальные легко переводятся в автоматический режим. Основным недостатком дизельных станций является привозное горючее и все мероприятия, связанные с его доставкой и хранением.

Нетрадиционные источники электроэнергии

Нетрадиционные источники представлены геотермальными электростанциями (рис. 1), работающими на тепловой энергии, поступающей из земных недр. Чем глубже от поверхности земли, тем выше температура данного слоя. В России такие установки построены на Камчатке и на Курильских островах.

Существуют конструкции приливных электростанций (рис. 2), которые функционируют от энергии, создаваемой приливами и отливами в самом узком месте искусственного залива, отсеченного от моря. В качестве примера можно привести опытную Кислогубскую ПЭС, возведенную на Кольском полуострове.

Классификация электростанций включает в себя солнечные и ветровые альтернативные установки (рис. 3). Все виды таких систем обеспечивают электроэнергией небольшие предприятия и производства, используются в частном секторе для удовлетворения бытовых потребностей. В основном, это районы и места, где отсутствует централизованное электроснабжение и нет возможности подключиться к обычным ЛЭП.

Типы электростанций

В зависимости от источника энергии различают следующие типы электростанций:

Тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо. Они делятся на конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ)
Гидравлические электростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие (ГАЭС), использующие энергию падающей воды
Атомные электростанции (АЭС), использующие энергию ядерного распада
Дизельные электростанции (ДЭС)
ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ)
Солнечные электростанции (СЭС)
Ветровые электростанции (ВЭС)
Геотермальные электростанции (ГЕОТЭС)
Приливные электростанции (ПЭС)

Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную и нетрадиционную энергетики.

Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.

Наиболее удобный вид энергии — электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях.

В нашей стране производится и потребляется огромное количество электроэнергии. Она почти полностью вырабатывается тремя основными типами электростанций: тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями.

Примерно 70% мировой электроэнергии вырабатывают на ТЭС. Они делятся на конденсационные тепловые электростанции (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электроэнергию и теплоту.

В России около 75% энергии производится на тепловых электростанциях. ТЭС строят в районах добычи топлива или в районах потребления энергии. ГЭС выгодно строить на полноводных горных реках. Поэтому наиболее крупные ГЭС построены на сибирских реках. Енисее, Ангаре. Но также построены каскады ГЭС и на равнинных реках: Волге, Каме.

АЭС построены в районах, где потребляется много энергии, а других энергоресурсов не хватает (в западной части страны).

Основным типом электростанций в России являются тепловые (ТЭС). Эти установки вырабатывают примерно 67% электроэнергии России. На их размещение влияют топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные электростанции располагаются в местах добычи топлива. ТЭС, использующие калорийное, транспортабельное топливо, ориентированы на потребителей.

Рис.1. Принципиальная схема тепловой электростанции

Принципиальная схема тепловой электростанции представлена на рис.1. Стоит иметь в виду, что в ее конструкции может быть предусмотрено несколько контуров — теплоноситель от тепловыделяющего реактора может не идти сразу на турбину, а отдать свое тепло в теплообменнике теплоносителю следующего контура, который уже может поступать на турбину, а может дальше передавать свою энергию следующему контуру. Также в любой электростанции предусмотрена система охлаждения отработавшего теплоносителя, чтобы довести температуру теплоносителя до необходимого для повторного цикла значения. Если поблизости от электростанции есть населенный пункт, то это достигается путем использования тепла отработавшего теплоносителя для нагрева воды для отопления домов или горячего водоснабжения, а если нет, то излишнее тепло отработавшего теплоносителя просто сбрасывается в атмосферу в градирнях. Конденсатором отработавшего пара на неатомных электростанциях чаще всего служат именно градирни.

Основное оборудование ТЭС — котел-парогенератор, турбина, генератор, конденсатор пара, циркуляционный насос.

В котле парогенератора при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине энергия водяного пара превращается в механическую энергию вращения. Генератор превращает механическую энергию вращения в электрическую. Схема ТЭЦ отличается тем, что по ней, помимо электрической энергии, вырабатывается и тепловая путем отвода части пара и нагрева с его помощью воды, подаваемой в тепловые магистрали.

Есть ТЭС с газотурбинными установками. Рабочее тело и них — газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при 750-770°С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, легко пускается, останавливается, регулируется. Но их мощность в 5-8 раз меньше паровых.

Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разделить на три цикла: химический — процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический — тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический — механическая энергия превращается в электрическую.

Общий КПД ТЭС состоит из произведения КПД (η) циклов:

КПД идеального механического цикла определяется так называемым циклом Карно:

где T₁ и Т₂ — температура пара на входе и выходе паровой турбины.

На современных ТЭС Т₁=550°С (823°К), Т₂=23°С (296°К).

Практически с учетом потерь η_тэс=36-39%. Из-за более полного использования тепловой энергии КПД ТЭЦ = 60-65%.

Атомная электростанция отличается от ТЭС тем, что котел заменен ядерным реактором. Теплота ядерной реакции используется для получения пара.

Первичной энергией на АЭС является внутренняя ядерная энергия, которая при делении ядра выделяется в виде колоссальной кинетической энергии, которая, в свою очередь, превращается в тепловую. Установка, где идут эти превращения, называется реактором.

Через активную зону реактора проходит вещество теплоноситель, которое служит для отвода тепла (вода, инертные газы и т.д.). Теплоноситель уносит тепло в парогенератор, отдавая его воде. Образующийся водяной пар поступает в турбину. Регулирование мощности реактора производится с помощью специальных стержней. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а значит, и интенсивность ядерной реакции.

Природное ядерное горючее атомной электрической станции — уран. Для биологической защиты от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной.

При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт-ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива вырабатывается 23 млн. кВтч электроэнергии.

Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов:

гидравлические электростанции (ГЭС);
приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов;
гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливающие и использующие энергию водоемов и озер.

Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую.

Таким образом, основными источниками энергии являются твердое топливо, нефть, газ, вода, энергия распада ядер урана и других радиоактивных веществ.

Все основные типы электростанций оказывают значительное негативное воздействие на природу. ТЭС загрязняют воздух, шлаки станций, работающих на угле, занимают огромные территории. Водохранилища равнинных ГЭС заливают плодородные пойменные земли, приводят к заболачиванию земель. Небезопасными оказались и АЭС.

Будущее за использованием нетрадиционных источников энергии — энергии ветра, приливов, Солнца и внутренней энергии Земли.