Основные типы станций: ТЭЦ, КЭС, ГЭС, АЭС, ГТУ, ПГУ. Возобновляемые источники энергии: ГэоЭС, ВЭС, ПЭС и др.

Электрическая станция — это совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции, гидроэлектрические станции, гидроаккумулирующие электростанции, атомные электростанции, приливные электростанции, ветроэлектростанции, геотермические электростанции и электростанции с магнитогидродинамическим генератором.

Тепловая электростанция (ТЭС) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. По своему функциональному назначению Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара.

На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется сначала в механическую, а затем в электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут.

Первые ТЭС появились в конце XIX в. (1882г. — в Нью-Йорке, 1883г. — в Петербурге, 1884г. — в Берлине). В начале XXI в. ТЭС — продолжает оставаться основным видом электрических станций.

Технология производства электроэнергии на тепловой электростанции (рис. 1.1 ГРЭС) включает четыре основных компонента: подсистему подготовки и подачи топлива, паровую подсистему (котел и система транспортировки пара). Уголь, поступающий на электростанцию (угольный склад 2), проходит несколько ступеней подготовки. Из него удаляются металлические примеси, происходит дробление особо крупных кусков, после предварительной подготовки уголь поступает в бункер сырого угля. Из бункера уголь попадает в угольные мельницы 1, где происходит его измельчение до состояния пыли. Угольная пыль попадает либо в бункер пыли 3, а потом по пылепроводам в топку котла 9 либо сразу в топку. При сжигании топлива в топку котла необходимо подавать воздух, который также проходит несколько ступеней подготовки, заключающихся в подогреве холодного воздуха в воздухоподогревателях. После чего воздух попадает в топку либо в питатели пыли для осуществления транспорта пыли.

При сжигании топлива, подаваемого в топку котла, происходит образование водяного пара в замкнутом объеме под давлением (в случае небольших котлов) или в трубах, образующих топочные экраны (в современных промышленных котлах). Для повышения КПД процесса используются различные устройства, являющиеся частью котла или связанные с ним, например пароперегреватели 4, промежуточные пароперегреватели, экономайзеры.

Отходами процесса сжигания являются отходящие газы, а в случае использования угля или нефтепродуктов зола. Очистка отходящих газов производится в пылеуловителях — электрических фильтрах, в которых на угольных станциях осуществляется очистка уходящих газов от угольной пыли. Газы удаляются через дымовую трубу 7. Также в процессе сгорания образуются шлаки, которые удаляются системой шлакоудаления.

Пар высокой температуры и высокого давления, образующийся в котле, поступает в паровую турбину 8. Проходя через турбину, пар вращает ротор, а затем попадает в конденсатор 5, где поддерживаются низкая температура и низкое давление.

Пар низкого давления, покидающий турбину, конденсируется на трубках конденсатора, по которым циркулирует (ЦН) охлаждающая вода. По пароводяному тракту конденсат насосами 6 возвращается в котел, где снова превращается в пар. Поскольку конденсат является практически несжимаемой жидкостью с относительно небольшим объемом, его закачка в трубы котла, находящиеся под высоким давлением, не требует значительных затрат энергии. Конденсат, перед тем как попасть в котел, проходит по пароводяному тракту, где его подогревают в подогревателях низкого и высокого давления, производят очистку от воздуха в деаэраторе и поднимают давление до давления в котле в конденсаторном насосе (КН) и питательном насосе (ПН).

Ротор турбины механически связан с ротором турбогенератора G1.
Электроэнергия, вырабатываемая генератором, поступает через повышающий блочный трансформатор Т1 на распределительное устройство высокого напряжения (РУВН) и по линиям электропередачи W в энергосистему. Распределительное устройство содержит: сборные шины К; высоковольтные выключател Q; разъединители QS; измерительные трансформаторы тока TA и напряжения TV; ограничители перенапряжений нелинейные ОПН.

Собственные нужды, обеспечивающие работу станции, получают питание от рабочих (РТСН) и пуско-резервных (ПРТСН) трансформаторов собственных нужд. Мощные потребители собственных нужд подключаются к распределительному устройству РУСН (6—10) кВ, остальные к РУСН 0,4 кВ.

Одно из основных отличий теплоэлектроцентрали от конденсационных станций, установка на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе и затем поступает в конденсатор, а другая, имеющая большую температуру и давление, отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для нужд теплоснабжения и производства.

Второе отличие ТЭЦ от КЭС заключается в технологической схеме. КЭС являются электростанциями с мощными энергоблоками (достигнута мощность 1200 кВт) и высокими параметрами пара. Это обусловливает блочный принцип построения таких электростанций, т. е. электростанция строится блоками котел–турбина–генератор–трансформатор.

На ТЭЦ же установлены значительно менее мощные энергоблоки, поэтому с точки зрения надежности тепло- и электроснабжения, а также для повышения экономичности работы электростанции возможно объединение на параллельную работу котлов (котлы выдают пар в общий коллектор пара.

ТЭЦ строят обычно вблизи потребителей — промышленных предприятий или жилых массивов, так как радиус действия мощных городских ТЭЦ по снабжению горячей водой не превышает 10 км. Загородные ТЭЦ передают горячую воду при более высокой начальной температуре на расстояние до 30 км. Пар для производственных процессов при давлении 0,6—1,6 МПа может быть передан не далее чем на 2—3 км.

Этим обусловлено следующее отличие ТЭЦ: так как потребители электроэнергии находятся вблизи электростанции, то отпадает необходимость в двойном преобразовании электроэнергии сначала в высокое напряжения, а затем наоборот, что уменьшает потери электроэнергии в силовых трансформаторах. Для электроснабжения потребителей строятся распределительные устройства на генераторном напряжении (ГРУ), рис. 1.2. Мощные ТЭЦ строят по блочному или смешанному принципу: часть блоков подключена к ГРУ, а часть — по блочному принципу, рис 1.2.

РУВН

ГРУ (6-10) кВ

Рис. 1.2. Станция смешанного типа.

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий КПД (30—40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60—70%.

Современные паровые турбины для ТЭС — весьма совершенные, быстроходные, высокоэкономичные машины с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1,2 млн. кВт, и это не является пределом.

Вопросы для самопроверки по разделу 1:

1. Развитие электронергетики.

2. Условные обозначения элементов электрических схем.

3. Система заземления нейтралей электрических сетей.

4. Технологические схемы ТЭЦ.

5. Технологическая схема ГРЭС.

6. Классификация станций.

7. Показатели графиков нагрузки.

8. Виды графиков нагрузки.

9. Показатели качества электроэнергии.

10. Классификация потребителей электроэнергии.

ЛЕКЦИЯ 2