Введение.
Электрическая станция – энергетическая установка, служащая для преобразования природной энергии в электрическую. Тип электрической станции определяется прежде всего видом природной энергии. Наибольшее распространение получили тепловые электрические станции (ТЭС), на которых используется тепловая энергия, выделяемая при сжигании органического топлива (уголь, нефть, газ и др.). На тепловых электростанциях вырабатывается около 76% электроэнергии, производимой на нашей планете. Это обусловлено наличием органического топлива почти во всех районах нашей планеты; возможностью транспорта органического топлива с места добычи на электростанцию, размещаемую близ потребителей энергии; техническим прогрессом на тепловых электростанциях, обеспечивающим сооружение ТЭС большой мощностью; возможностью использования отработавшего тепла рабочего тела и отпуска потребителям, кроме электрической, также и тепловой энергии (с паром или горячей водой) и т.п. Тепловые электрические станции, предназначенные только для производства электроэнергии, называют конденсационными электрическими станциями (КЭС). Электростанции, предназначенные для комбинированной выработки электрической энергии и отпуска пара, а также горячей воды тепловому потребителю имеют паровые турбины с промежуточными отборами пара или с противодавлением. На таких установках теплота отработавшего пара частично или даже полностью используется для теплоснабжения, вследствие чего потери теплоты с охлаждающей водой сокращаются. Однако доля энергии пара, преобразованная в электрическую, при одних и тех же начальных параметрах на установках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках с конденсационными турбинами. Теплоэлектростанции, на которых отработавший пар наряду с выработкой электроэнергии используется для теплоснабжения, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). В данной работе мы рассмотрим оба вида электрических станций, их принципиальные схемы.
Классификация электрических станций
Электрической станцией называется комплекс оборудования и устройств, предназначенных для преобразования энергии природного источника в электрическую энергию и тепло. Электрические станции классифицируют по следующим признакам:
1. По виду используемой природной энергии:
а) гидроэлектростанции (ГЭС) – электрическая энергия вырабатывается за счет механической энергии воды рек;
б) тепловые электрические станции (ТЭС), использующие органическое топливо;
в) атомные электростанции (АЭС), использующие атомную энергию.
2. По виду отпускаемой энергии:
а) конденсационные тепловые электрические станции (КЭС), отпускающие только электрическую энергию;
б) ТЭЦ – тепловые электростанции, отпускающие электрическую и тепловую энергию. Тепловая энергия отпускается в виде отработавшего пара или газа теплового двигателя.
3. По виду теплового двигателя:
а) электростанции с паровыми турбинами – паротурбинные ТЭС (основной вид ТЭС);
б) электростанции с газовыми турбинами – газотурбинные ТЭС;
в) электростанции с парогазовыми установками – парогазовые ТЭС;
г) электростанции с двигателями внутреннего сгорания – ДЭС.
4. По назначению:
а) районные электростанции общего пользования: конденсационные электростанции – ГРЭС: теплоэлектроцентрали – ТЭЦ; коммунальные электростанции;
б) промышленные электростанции, входящие в состав производственных предприятий.
Паротурбинные электростанции разделяют по следующим признакам (условно, так как параметры пара и мощности агрегатов и ТЭС возрастают):
1) по мощности агрегатов: малой мощности с агрегатами до 100 МВт; средней – 100÷1000 МВт; большой – более 1000 МВт;
2) по давлению свежего пара низкого давления – до 30 кгс/см2; среднего – 30 ÷50 кгс/см2; высокого – 90÷170 кгс/см2; сверхкритического – 245 кгс/см2. (р kр=225,5 кгс/см2 (22,12 МПа), t kр = 374,16 ºC).
3) по схеме соединений парогенераторов и турбоагрегатов ТЭС:
а) блочные электростанции, когда каждый турбоагрегат присоединяется к одному или двум определенным парогенераторам (при мощности турбоагрегатов 150 МВт и выше);
б) не блочные электростанции с поперечными связями, когда все парогенераторы и турбины присоединены к общим паровым магистралям;
4) по типу компоновки оборудования и здания: ТЭС закрытого, открытого и полуоткрытого типов.
Тепловые электростанции обычно работают совместно с другими электростанциями. Энергосистемой называют совокупность электростанций и подстанций, соединенных между собой линиями электропередачи и имеющих общее централизованное управление.
В РФ создана единая энергетическая система (ЕЭС), включающая объединенные энергосистемы Центра, Юга, Волги, Северо-Запада, Кавказа, Урала и Сибири.
Промышленными называются электростанции, предназначенные в основном для энергоснабжения предприятий и прилегающих к ним районов, для них характерно:
1) двухсторонняя связь электростанции с основными технологическими агрегатами, (ТЭС являются источниками электроэнергии и тепла для предприятий и потребителями горючих отходов производства и вторичных энергоресурсов);
2) объединение ряда устройств электростанции и предприятия в единую систему, (топливное хозяйство, система водоснабжения, транспортные устройства, ремонтные мастерские и др.);
3) наличие на ряде электростанций паровых турбин для привода нагнетателей воздуха и кислорода. Мощные турбокомпрессоры (до 32 МВт), предназначенные для подачи сжатого воздуха в доменные печи (ТЭЦ металлургических, машиностроительных и химических заводов), которые в этих случаях называют паровоздуходувными станциями (ПВС) или ТЭЦ-ПВС.
Потребление энергии
1) Потребление электроэнергии
Потребление электрической и тепловой энергии изменяется во времени: в течение суток, недели, года. Графическое изображение изменения нагрузки ТЭС во времени называют графиком нагрузки. Большое значение для ТЭС имеют суточные графики нагрузок: зимний, летний, весенний и осенний за рабочие сутки (в начале, в середине и в конце недели) и аналогично за нерабочие сутки (рис. 1.1).
Форма суточного графика электронагрузки зависит от времени года, соотношения потребления промышленными и осветительно–бытовыми установками, от числа смен работы предприятий. График промышленной нагрузки (рис. 1.1 а) имеет максимум в дневное время, когда работают все предприятия – с одной, двумя или тремя сменами в сутки. Характерным является быстрый подъем нагрузки в утренние часы, максимум – днем, понижение – ночью. График осветительно–бытовой нагрузки (рис. 1.1 б) имеет небольшой максимум утром, основной максимум вечером (около 16 часов для средней полосы РФ). График суммарной электрической нагрузки имеет совмещение максимумов промышленной и осветительно–бытовой нагрузок зимой около 16 часов, когда освещение включается года до окончания работы односменных предприятий (рис. 1.1 в).
Прохождение максимума нагрузки в декабре–январе – ответственный период работы ТЭС (максимальная мощность, обеспечение запасов топлива).
Таким образом, зимняя нагрузка имеет два максимума – утренний и вечерний; летняя – три максимума – утренний, дневной (после 1200) и вечерний (см. рис. 1.1 в).
Годовой график помесячных максимальных, средних и минимальных нагрузок представлен на рис. 1.2. Годовые графики различают: хронологические (помесячные) и продолжительности (длительности) нагрузок. Нанося последовательно максимальную, среднюю и минимальную нагрузки каждого месяца, получают соответственно три хронологических графика этих нагрузок (рис. 1.2).
2) Потребление тепловой энергии
Тепловая энергия отпускается теплоэлектроцентралями (ТЭЦ) двум основным видам потребителей – промышленным и коммунальным. В промышленности тепловая энергия используется для технологических процессов в виде перегретого пара 0,5÷1,5 МПа. Минимальный перегрев 25 ºС должен обеспечивать надежный транспорт пара. Коммунальное потребление включает расход тепла на отопление Q от и вентиляцию Q в зданий и на бытовые нужды Q быт в виде горячей воды с t max=150 ºC.
(1.1)
Для отопления производственных зданий используют часть технологического пара или горячую воду.
Бытовые нужды – потребление тепла коммунальными предприятиями (бани, прачечные, фабрики–кухни и т.д.) и населением (души и ванны квартир и др.).
Тепловая нагрузка ТЭЦ, как и электрическая, изменяется во времени. Суточный график промышленной тепловой нагрузки аналогичен графику электрической нагрузки. Летнее потребление меньше зимнего в связи с ремонтом оборудования и снижением теплопотерь в окружающую среду. Промышленное тепловое потребление неравномерно в течение суток и относительно равномерно в течение года.
Отопительно–вентиляционное тепловое потребление имеет суточную равномерность и годовую неравномерность, так как является сезонным (рис. 1.3). Летом отопительная нагрузка отсутствует.
Суточный график бытового потребления тепла неравномерен, имеет небольшой максимум утром и основной – вечером, в особенности в конце недели (рис. 1.3 а). Бытовая тепловая нагрузка принимается постоянной летом и зимой. Однако, летом тепловая нагрузка на бытовое потребление ниже, чем зимой, что обусловливается повышением температуры исходной (сырой) воды.
Наличие круглогодовой бытовой тепловой нагрузки улучшает энергетические и технико–экономические показатели ТЭЦ, так как увеличивает энергетически выгодную выработку электроэнергии на тепловом потреблении.
