Общие сведения об электростанциях

По виду энергии, используемой первичным двигателем, электро­станции делят на тепловые, гидравлические и др.

Тепловые электростанции могут работать на твердом (уголь, торф), жидком (мазут, нефть), газовом (естественный или искусственный газ) и атомном топливе. В качестве первичных двигателей здесь применяют паровые турбины, двигатели внутреннего сгорания, газовые турбины, а на наиболее мощных — только паровые турбины. Паротурбинные электростанции подразделяют на конденсационные (КЭС) и теплофикационные (теплоэлектроцентрали — ТЭЦ).

Конденсационные электростанции предназначаются для снабжения. потребителей только электрической энергией.

Схема технологического процесса такой станции приведена на рисунке 3.4. Твердое топливо со склада 1 подается в дробильную установку 2, а оттуда - в пылеприготовительное устройство 3, где в мощных шаровых мельницах раздробленный уголь измельчается до пылеобразного состояния. Воздушные транспортеры подают пыле­видное топливо в бункер над котлом 5 и оттуда в топку 4. Специальный вентилятор 8 нагнетает воздух в топку через воздухоподогреватель 6, омываемый отходящими газами, которые отсасывает из топки ды­мосос 7.

Рис. 3.4. Схема производственного процес­са КЭС: 1 - склад; 2 - дробильная установка; 3 - пылеприго­товительное устройство; 4 - топка; 5 - котел; 6 - воздухоподогреватель; 7 - дымосос; 8 - вентилятор; 9 -турбина; 10 - генератор; 11 - трансформатор; 12 - распредустройство; 13 - паровой эжектор для отсасывания воздуха из конденсатора; 14 - насос охлаждающей воды;

15 - конденсатор; 16 - устрой­ство для очистки воды; 17 и 19 - насосы;

18 - бак; 20 - подогреватель воды

Воду для питания котла 5 из питательного бака 18 нагнетает насос 19. По пути в котел вода проходит через подогреватель 20, где нагревается до 150...170°С (под давлением) теплом пара, который отработал в турбине 9. До поступления в питательный бак вода проходит химическую очистку в устройстве 16. Часть воды подает из конденса­тора 15 насос 17. Пар в конденсаторе охлаждается водой, которую насос 14 забирает из внешнего источника воды и прогоняет через систему труб. Паровой эжектор 13 отсасывает воздух из конденсатора и создает разряжение. При пониженном давлении в конденсаторе энергия пара используется более полно. Турбина 9 приводит в дейст­вие генератор 10. Электрическая энергия через подстанцию с повышающим трансформатором 11 и распредустройством 12 передается к потребителям.

На конденсационной электростанции наблюдаются значительные потери энергии. Особенно велики потери теплоты в конденсаторе, откуда она циркуляционной водой уносится во внешний водоем. Теплота теряется также в топке, котле, турбине, генераторе. В резуль­тате общий КПД составляет около 30%. Однако на конденсационных теплоэлектростанциях с высокими параметрами давления и темпера­туры пара коэффициент полезного действия достигает 40%.

Теплоэлектроцентрал и совмещают производственные процессы выработки тепловой и электрической энергии. Теплоснабжение осу­ществляется благодаря отбору пара из турбины. Этот пар или непо­средственно поступает для производственных и бытовых нужд, или (частично) используется предварительно для подогрева воды в специальном бойлере 2 (рис. 3.5), вода из которого затем поступает к потребителям тепловой энергии через теплофикационную сеть. КПД теплоэлектроцентралей достигает 70% и может быть несколько большим.

Рис. 3.5. Особенности технологического процесса на ТЭЦ: 1 и 3 - насосы; 2 - бойлер для подогрева воды для потребителей; 4 - бак; 5 - турбина; 6 - генератор; ППН - пар для производствен­ных нужд; ГВТ - горячая вода для теплофикации

Атомные электростанции вместо котла оборудованы ядерным реак­тором, в котором за счет энергии цепной реакции деления ядер урана выделяется теплота. Эта теплота с помощью теплоносителя, циркулирующего через трубы в реакторе, передается в парогенератор.

Электростанции с магнитогидродинамическим генератором (МГД) работают на продуктах сгорания природного газа, в которые для увеличения электрической проводимости добавляют примеси раз­личных солей. Высокотемпературная плазма (около 2600°С) на большой скорости проходит сквозь магнитное поле и в ней индуктиру­ется ЭДС, которая отводится при помощи омываемых плазмой электродов. Тепло от плазмы затем используется в парогенераторе.

Электростанции с двигателями внутреннего сгорания различных типов, используемые в сельском хозяйстве, главным образом, в качестве резервных или для питания отдаленных объектов, могут работать на жидком или газообразном топливе. Их КПД составляет приблизи­тельно 35%, однако при одновременном использовании теплоты воды, охлаждающей двигатель, КПД может быть повышен до 65%.

Наибольшее распространение получили дизельные электростан­ции мощностью до 100 кВт. Для сельской электрификации также разработаны и осваиваются автоматизированные электростанции это­го типа мощностью до 1000 кВт. Автоматизированные дизель-электрические агрегаты серии АСДА мощностью 5, 12, 20 и 50 кВт предназначаются в качестве резервных и аварийных источников для питания производственных и общественных объектов, больниц и др. Марка агрегата расшифровывается так: агрегат стационарный дизель-электрический автоматизированный; далее указаны сведения о мощ­ности (кВт), роде тока (Т - трехфазного тока), напряжении (В), системе охлаждения (Р - радиаторная, Д - двухконтурная). На стан­циях используются генераторы единой серии ЕСС, синхронные, самовозбуждающиеся, защищенного исполнения.

Агрегаты серии АСДА выпускаются первой и второй ступеней автоматизации.

Первая ступень предполагает автоматическую работу уста­новки (в течение 24 ч), за исключением операций пуска и нормального останова, которые выполняет обслуживающий персонал. На агрегате предусмотрен автоматический аварийный останов (закрытием воздуш­ной заслонки на всасывающем коллекторе двигателя) при срабаты­вании следующих защит: от разноса двигателя, от токов короткого замыкания и перегрузки, от понижения давления масла в двигателе, уменьшения уровня воды в системе охлаждения и повышения ее температуры.

Вторая ступень автоматизации обеспечивает автоматическое и дистанционное управление электроагрегатами на расстоянии не более 200 м (по кабелю) от щита автоматического управления. Работа без обслуживающего персонала возможна в течение 200 ч. Система автоматики предусматривает аварийный останов закрытием рейки топливного насоса двигателя при коротких замыканиях и перегрузках, при понижении уровня масла или воды ниже допустимого в системах смазки или охлаждения первичного двигателя, а также при повыше­нии температуры охлаждающей воды. Режимы разноса двигателя, незавершенного пуска и останова ликвидируются автоматически за­крывающейся воздушной заслонкой.

Управление агрегатами первой и второй ступеней автоматизации осуществляется при помощи специальных щитов автоматического управления.

Унифицированные передвижные дизель-электрические агрегаты серии АД мощностью 5, 10, 20, 30, 50 и 75 кВт, напряжением 230 и 400 В и частотой 50, 150, 200 и 400 Гц являются автономными источниками электроснабжения.

Широкое распространение получили передвижные электростанции типа ЖЭС (железнодорожные), ДЭС (дизельные автомобильные), ПЭС (передвижные) и др. Для электростригальных агрегатов при­меняют электростанции типа ЭС, в том числе и повышенной частоты.

Гидравлические электростанции преобразуют механическую энер­гию водных потоков в электрическую. Электростанции этого типа просты в эксплуатации, обладают весьма высоким КПД (80...90%) и вырабатывают самую дешевую электроэнергию.

Однако первоначальная стоимость, то есть стоимость сооружения гидроэлектростанций, намного превышает стоимость сооружения тепловых электростанций одинаковой мощности. Это связано с огромным объемом земляных и строительных работ. Значительно продолжительнее и сроки сооружения ГЭС.

Ниже приведен приблизительный энергетический баланс (%) гидроэлектростанции:

запас энергии в верхнем уровне ГЭС
потери на испарение, сброс и фильтрацию
потери в сооружении, турбине и генераторе
потери на повышающей подстанции и в линиях
полученная электроэнергия

Различают приплотинные и деривационные гидроэлектростанции. Напор воды при помощи плотины обычно создают на равнинных реках. На горных реках, которые имеют большой уклон, строят деривационные гидроэлектростанции. Вода из реки по деривацион­ному каналу и напорному трубопроводу подводится к турбинам ГЭС, расположенной у подножия склона.

Аккумулирующие гидроэлектростанции (АГЭС). Гидротурби­ны АГЭС работают либо в режиме первичных двигателей, тогда генератор отдает энергию в сеть (в часы пиковой нагрузки), либо в режиме насоса, закачивая воду из реки в водохранилище, тогда генераторы работают в режиме электродвигателей (в часы минимума нагрузки в энергосистеме при наличии «свободной» энергии, напри­мер, от атомных электростанций).

Маломощные ветроэлектростанции используют, как правило, в отдаленных районах для электроснабжения радиоприемных и пере­дающих устройств. На таких электростанциях применяют генераторы постоянного тока, которые, когда позволяют условия, работают на нагрузку и подзаряжают параллельно включенные аккумуляторные батареи. В безветренную погоду питание потребителей осуществляет­ся от аккумуляторной батареи. [3, 109-112].