Глава 2 . электрические станции и их назначение

ГЛАВА 2 . ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Типы электростанций

Электрическая станция – это электроустановка или группа электроустановок для производства электрической энергии или электрической энергии и тепла для снабжения промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства и транспорта. В настоящее, время для получения электрической энергии используют следующие типы электростанций:

1) тепловые электростанции (ТЭС), которые подразделяются на теплофикационные (теплоэлектроцентрали — ТЭЦ), конденсационные (КЭС) и ТЭС с использованием газотурбинных (ГТУ) и парогазовых (ПГУ) установок. Крупные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС);

2) гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

3) атомные электростанции (АЭС);

4) дизельные электростанции (ДЭС);

5) гелиоэлектростанции или солнечные электростанции (СЭС);

6) геотермальные электростанции (ГеоЭС);

7) приливные электростанции (ПЭС);

8) ветроэлектростанции (ВЭС).

Во многих странах, в том числе и в России, усиленно ведутся работы по освоению новых, нетрадиционных источников электроэнергии, способов ее преобразования, а также работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции синтеза гелия из дейтерия, что, как ожидается, позволит иметь практически неограниченный источник энергии.

Основную долю вырабатываемой электроэнергии, как в России, так и в мировой энергетике дают в настоящее время тепловые и гидравлические электростанции.

На ближайшую перспективу намечается форсированное развитие атомной энергетики и увеличение участия ГЭС, ГАЭС и ГТУ в покрытии пиковой части графика нагрузки энергосистем.

Электрическая часть электростанции тесно связана с другими частями, и поэтому режим ее работы должен, как правило, рассматриваться во взаимосвязи с режимом работы технологического (котельного, турбинного и иного) оборудования. Для понимания дальнейшего изложения рассмотрим кратко особенности технологического режима основных типов электростанций.

Тепловые электрические станции

2.2.1. Конденсационные электростанции

На тепловых электростанциях химическая энергия сжигаемого топлива преобразуется в парогенераторе (котле) в энергию водяного пара, приводящего во вращение турбоагрегат (паровую турбину, соединенную с электрогенератором одним валом). Механическая энергия вращения турбоагрегата преобразуется генератором в электрическую. Топливом для электростанции служат уголь, торф, горючие сланцы, а также газ и мазут.

Тепловые электростанции, предназначенные только для производства электроэнергии, называют конденсационными электрическими станциями (КЭС).

Принципиальная схема КЭС приведена на рис. 1.1. В котел Кт подается топливо (уголь, мазут, торф, сланцы), подогретый воздух и питательная вода (ее потери компенсируются химически очищенной водой ХОВ). Подача воздуха осуществляется дутьевым вентилятором ДВ, а питательной воды — питательным насосом ПН. Образующиеся при сгорании топлива газы отсасываются из котла дымососом Д и выбрасываются через дымовую трубу (высотой 100 - 250 м) в атмосферу. Острый пар из котла подается в паровую турбину Тб, где, проходя через ряд ступеней, совершает механическую работу — вращает турбину и жестко связанный с ней ротор генератора. Отработанный пар поступает в конденсатор К. (теплообменник); здесь он конденсируется благодаря пропуску через конденсатор значительного количества холодной (5 — 25°С) циркуляционной воды (расход циркуляционной воды в 50 - 80 раз больше расхода пара через конденсатор).

Рис. 2.1. Принципиальная схема КЭС

Источником холодной воды могут быть река, озеро, искусственное водохранилище, а также специальные установки с охлаждающими башнями (градирнями) или с брызгальными бассейнами (на относительно мелких электростанциях), откуда охлаждающая вода подается в конденсатор циркуляционными насосами ЦН. Воздух, попадающий в конденсатор через неплотности, удаляется с помощью эжектора Э. Конденсат, образующийся в конденсаторе, с помощью конденсатного насоса КН подается в деаэратор Др, который предназначен для удаления из питательной воды коррозионных газов и, в первую очередь, кислорода, вызывающего усиленную коррозию труб котла. В деаэратор также подается химически очищенная вода. После деаэратора питательная вода питательным насосом ПН подается в котел, Предварительно вода подогревается, причем ее подогрев осуществляется в подогревателях различного давления, снабжаемых паром из отборов турбины, а также в экономайзере (хвостовой части) котла. Пропуск основной массы пара через конденсатор приводит к тому, что 60 - 70% тепловой энергии, вырабатываемой котлом, бесполезно уносится циркуляционной водой.

Н рис. 2-5 приведен общий вид и основные сооружения мощной ГРЭС.

Рис. 2-2. Общий вид и основные сооружения мощной тепловой районной электростанции:

1— штабель угля; 2 — мостовой грейферный угольный кран; 3 — закрытая эстакада ленточных транспортеров со склада в угледробилки; 4 — угледробильное помещение; 5 — закрытая эстакада ленточных транспортеров из угледробилок в бункерное помещение котельной; 6 —котельная; 7—дымовые трубы; 8—машинный зал; 9—водохранилище; 10—береговая насосная; 11 — здание щита управления; 12— переходный мостик: 13— открытое распределительное устройство 110 кВ; 14 — ОРУ 220 кВ; 15—отходящие линии электропередачи 110 кв; 16 — трансформаторная мастерская; 17 — служебный корпус.

Наглядное размещение основного оборудования в главном корпусе пылеугольной электростанции приведено на рис.2-6.

Рис.2-3. Пространственная схема размещения оборудования и сооружений энергоблока пылеугольной электростанции:

/— помещение парогенераторов; II— машинный зал; / —разгрузочное устройство; 2 — вагоны с углем на склад; 3 — склад; 4 — кран-перегружатель; 5 — дробильная установка; б — ленточные конвейеры; 7, 8 — бункеры и питатели сырого угля; 9 — угольная мельница; 10 — сепаратор; // — пылевой циклон; 12 — бункер угольной пыли; 13 — пылевой шнек; 14 — питатели пыли; 15— мельничный вентилятор; 16 — парогенератор; 17 — пылеугольные горелки; 18 — топочная камера; 19 — пароперегреватели; 20 — водяной экономайзер; 21 — воздухоподогреватель; 22 — дутьевой вентилятор; 23 — золоуловитель; 24 — дымосос; 25 — дымовая труба; 26, 27 — шлакосмывные и золосмывные каналы; 28 — трубопроводы свежего пара; 29,30 — трубопроводы па­ра промежуточного перегрева; 31 — паровая турбина; 32 — электрический генератор; 33 — конденсатор; 34 — конденсатные насосы; 35 — регенеративные ПНД; 36 — деаэратор; 37 — бак-аккумулятор; 38 — питательный насос; 39 — регенеративные ПВД; 40 — питательные трубопро­воды; 41 — насосная охлаждающей воды; 42 — очистные сетки; 43 — насосы охлаждающей во­ды; 44, 45 — подающие и сливные трубопроводы охлаждающей воды; 46 — фильтры химического обессоливания воды; 47 — сетевые подогреватели; 48 — электрическое распреде­лительное устройство собственных нужд; 49 — электрический мостовой кран; 50 — повышаю­щие электрические трансформаторы; 5/ — тепловые щиты управления; ЭЭ — электроэнергия высокого напряжения; ТЭ — тепловая энергия.

Особенности КЭС следующие:

1) строятся по возможности ближе к месторождениям топлива;

2) подавляющую часть выработанной электроэнергии отдают в электрические сети повышенных напряжений (110 - 750 кВ);

3) работают по свободному (т. е. не ограниченному тепловыми потребителями) графику выработки электроэнергии; мощность может меняться от расчетного максимума до так называемого технологического минимума;

4) низкоманевренны: разворот турбин и набор нагрузки из холодного состояния требуют примерно 3 - 10 ч;

5) имеют относительно низкий КПД (h=30 - 40 %).

Наиболее мощные конденсационные станций в России - Рефтинская ГРЭС, Костромская ГРЭС,

Теплоэлектроцентрали

Теплоэлектростанции, на которых отработавший пар наряду с выработкой электроэнергии используется для теплоснабжения, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Принципиальная схема ТЭЦ приведена на рис. 1.2. В отличие от КЭС на ТЭЦ имеются значительные отборы пара, частично отработанного в турбине, на производственные и коммунально-бытовые нужды. Коммунально-бытовые потребители обычно получают тепловую энергию от сетевых подогревателей (бойлеров) СП. При снижении электрической нагрузки ТЭЦ ниже мощности на тепловом потреблении необходимая для потребителей тепловая энергия может быть получена с помощью редукционно-охладительной установки РОУ, питающейся острым паром котла. Чем больше отбор пара из турбины для теплофикационных нужд, тем меньше тепловой энергии уходит с циркуляционной водой и, следовательно, тем выше КПД электростанции. Следует, однако, отметить, что во избежание перегрева хвостовой части турбины через нее должен быть обеспечен во всех режимах пропуск определенного количества пара.

Рис. 2.4. Принципиальная схема ТЭЦ

В настоящее время в России около 40 % топлива расходуется на производство тепла. ТЭЦ, а также промышленные и крупные отопительные котельные обеспечивают потребность промышленности в паре и горячей воде практически на 100 %, а коммунально-бытовых потребителей и населения городов — более чем на 40%.

Особенности ТЭЦ следующие:

1) строятся вблизи потребителей тепловой энергии;

2) обычно работают на привозном топливе;

3) большую часть вырабатываемой электроэнергии выдают потребителям близлежащего района (на генераторном или повышенном напряжении);

4) работают по частично вынужденному графику выработки электроэнергии (т. е. график зависит от теплового потребления);

5)низкоманевренны (так же, как и КЭС);

6) имеют относительно высокий суммарный КПД (при значительных отборах пара на производство и коммунально-бытовые нужды h=60 - 70 %).

Гидроэлектростанции (ГЭС)

Гидроэлектрические станции – это электроустановка, в которой гидравлическая энергия водотока (рек, водопадов и т.д..) преобразуется в электрическую.

Принципиальная схема ГЭС приведена на рис.1.3. Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины – нижним бьефом. Разность уровней верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н.

Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая по мере необходимости для выработки электроэнергии.

В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание электростанции, водосбросные, судопропускные (шлюзы),рыбопропускные сооружения и др.

Рис. 2.5. Принципиальная схема ГЭС

Мощность ГЭС зависит от расхода воды через турбину и напора Н (рис. 1.3). Эта мощность определяется выражением

, [кВт]

где - расход воды, м³/с; Н—напор, м; - суммарный КПД;

где -КПД водоподводящих сооружений, КПД гидротурбины и КПД гидрогенератора соответственно.

При небольших напорах строят русловые гидроэлектростанции, а при значительных напорах (более 30 - 35 м) — приплотинные ГЭС. В горных местностях сооружают деривационные ГЭС с большими напорами при малых расходах.

Общий вид ГЭС приплотинного типа представлен на рис. 5.1.

Вода под действием силы тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гид­равлическая турбина соединена валом с ротором электрического генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидрогенератор. В турбине гидравлическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. Возможно создание на реках каскадов ГЭС. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Рис. 2.6. Общий вид ГЭС приплотинного типа

Особенности ГЭС следующие:

1) строятся там, где есть гидроресурсы и условия дли строительства, что обычно не совпадает с месторасположением электрической нагрузки;

2) большую часть вырабатываемой электроэнергии отдают в электрические сети повышенных напряжений;

3) работают по свободному графику (приналичии водохранилищ);

4) высокоманевренные (разворот и набор нагрузки занимает примерно 3 - 5 мин);

5) имеют высокий КПД (h_S » 85%).

Наиболее мощные гидростанции России – Красноярская ГЭС, Саяно-Шушенская ГЭС,

Особую роль в современных энергосистемах выполняют гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Эти электростанции имеют как минимум два бассейна — верхний и нижний с определенными пере­падами высот между ними (рис. 1-9). В здании ГАЭС устанавли­ваются так называемые обратимые гидроагрегаты. В часы мини­мума нагрузки энергосистемы генераторы ГАЭС переводят в двига­тельный режим, а турбины — в насосный. Потребляя мощность из сети, такие гидроагрегаты перекачивают воду по трубопроводу из нижнего бассейна в верхний. В период максимальных нагрузок, когда в энергосистеме образуется дефицит генераторной мощности, ГАЭС вырабатывает электроэнергию. Срабатывая воду из верхнего бассейна, турбина вращает генератор, который выдает мощность в сеть.

Таким образом, применение ГАЭС помогает выравнивать гра­фик нагрузки энергосистемы, что повышает экономичность работы тепловых и атомных электростанций.

Рис.2.7. Схема ГАЭС

Как видно, гидроэлектростанции в отношении режимных параметров имеют ряд преимуществ перед тепловыми электростанциями. Однако в настоящее время преимущественно строятся тепловые и атомные электростанции. Определяющими факторами здесь являются размеры капиталовложений и время строительства электростанций.

Загорская ГАЭС-1 является первой и пока единственной ГАЭС в России. Располагается она в 100 км севернее Москвы на маловодной р. Кунья.

Рис. 2.8. Принципиальная схема двухконтурной АЭС

В качестве расщепляющегося материала на АЭС обычно используется уран ²³⁵U (92 протона и 143 нейтрона) в виде концентрата закиси-окиси урана U₃O₈.

Поглощая один нейтрон, уран ²³⁵U делится на две части (осколки) с выделением энергии. При расщеплении 1 кг урана ²³⁵U выделяется энергии 21,6 млн. кВт·ч, что эквивалентно энергии, выделяющейся при сгорании примерно 2900 т угля.

Урана на земле не так мало, но ²³⁵U в нем только 0,714%, а основную массу (99,28%) составляет ²³⁸U, который нормально не расщепляется. Найдена возможность использовать и этот изотоп с получением плутония, также расщепляющегося материала;

На АЭС возможно также использовать торий, из которого получается расщепляющийся материал ²³³U.

Предполагалось, что к 2000 г. выработка электроэнергии на АЭС в мире может достигнуть 50 % общей выработки электроэнергии. Однако в настоящее время прогнозные оценки развития АЭС в мире на 2000 г. в силу ряда причин существенно снизились.

Особенности АЭС следующие:

1) могут сооружаться в любом географическом месте, в том числе и в труднодоступном;

2) по своему режиму автономны от ряда внешних факторов;

3) требуют малого количества топлива;

4) могут работать по свободному графику нагрузки (за исключением атомных ТЭЦ);

5) чувствительны к переменному режиму, особенно АЭС с реакторами на быстрых нейтронах; по этой причине, а также с учетом требования экономичности работы для АЭС выделяется базовая часть графика нагрузки энергосистемы;

6) слабо загрязняют атмосферу; выбросы радиоактивных газов и аэрозолей незначительны и не превышают значений, допустимых санитарными нормами. В этом отношении АЭС оказываются более чистыми, чем ТЭС.

Газотурбинные установки.

Основу современных газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт. Упрощенная принципиальная схема ГТУ представлена на рис. 1.5.

Топливо (газ, дизельное горючее) подается в камеру сгорания, туда же компрессором нагнетается сжатый воздух. Горячие продукты сгорания отдают свою энергию газовой турбине, которая вращает компрессор и синхронный генератор. Запуск установки осуществляется при помощи разгонного двигателя и длится 1-2 мин, в связи с чем газотурбинные установки отличаются высокой маневренностью и пригодны для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах.

Коэффициент полезного действия газотурбинных установок с агрегатами 25 - 100 МВт составляет 29 - 34 %.

Рис. 2.9. Принципиальная схема газотурбинной электростанции:

КС — камера сгорания; Тб — турбина; КП — компрессор; М — пусковой двигатель.

Парогазовые установки

Отработанные газы, покидающие газотурбинную установку, имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на к.п.д. термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротур­бинных агрегатов таким образом, что в них происходит совместное использование тепла, получаемого при сжигании топлива, позво­ляет на 8—10% повысить экономичность работы установки, на­зываемой парогазовой, и снизить ее стоимость на 25%.

Парогазовые установки, использующие два вида рабочего те­ла — пар и газ — относятся к бинарным. В них часть тепла, полу­чаемого при сжигании топлива в парогенераторе, расходуется на образование пара необходимых параметров, который затем направ­ляется в паровую турбину (рис. 1.77).

Рис.2.10.Принципиальная схема Рис.2.11. Принципиальная схема парогазовой установки: па­рогазовой установки с выбросом

1-парогенератор, 2-компрессор, отработанных газов в паровой котел:

3- газовая турбина, 4- генератор, 1-парогенератор,2-газовая турбина,

5- пароваятурбина, 6- конденсатор, 3-компрессор;4-генератор,

7- насос, 8 — экономайзер 5-паровая турбина

Охлажденные до температуры 650-700°С газы попадают на рабочие лопатки газовой тур­бины. Отработанные в турбине газы используются для подогрева питательной воды, что позволяет уменьшить расход топлива и по­высить к. п. д. всей установки, который может достичь примерно 44%.

Парогазовые установки могут работать также по схеме, в ко­торой отработанные в газовой турбине газы поступают в паровой котел (рис. 1.78). Газовая турбина в этом случае служит как бы частью паросиловой установки. В камере сгорания газотурбинной установки сжигается 30—40% топлива, а в парогенераторе — ос­тальное топливо.

Газотурбинные установки могут работать только на жидком или газообразном топливе, так как продукты сгорания твердого топлива, содержащие золу и механические примеси, оказывают вредное влияние на лопатки газовой турбины.

В газотурбинных установках, так же как и в обычных пароси­ловых установках, тепловая энергия преобразовывается в механическую в турбинах и механическая энергия — в электрическую в генераторах. Эта схема электромеханического преобразования энергии обладает тем существенным недостатком, что необходимо использовать материалы, способные выдерживать большие механи­ческие нагрузки при высоких скоростях вращения вала турбины и высоких температурах. Ограниченная прочность материалов вынуж­дает использовать пар при температурах не выше 600°С, в то вре­мя как температура сжигаемого топлива достигает 2000° С. Сокра­щение разницы в этих температурах позволит существенно повы­сить к. п. д. тепловых установок.

Дизельные электростанции.

Принципиальная схема дизельной электростанции дана на рис. 1.6. Основной ее элемент — дизель-генератор, состоящий из двигателя внутреннего сгорания ДВС и генератора переменного тока . Дизельные электростанции мобильны, автономны, поэтому широко используются в труднодоступных районах, а также для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. В настоящее время дизель-генераторы используются в качестве резервных аварийных источников питания систем собственных нужд АЭС и крупных ГРЭС.

Рис. 2.12. Принципиальная схема дизельной электростанции

Ветроэлектростанции

Ветроэлектростанции небольшой мощности используются в качестве источников электроэнергии в сельских местностях, в труднодоступных районах, на метеорологических станциях и в других местах, где стабильно удерживается ветреная погода. В России имеются установки мощностью в 100 - 400 кВт, разрабатываются установки значительно большей мощности.

Подсчитано, что с земной поверхности площадью в 1 км² можно получить в среднем 250 - 750 кВт мощности и выработать 2,19 - 6,57 млн. кВт·ч электроэнергии в год.

Преобразование кинетической энергии ветра в электрическую происходит с помощью ветроэнергетических установок (ВЭУ), которые можно классифицировать:

- по мощности — малые (до 10 кВт), средние (от 10 до 100 кВт),
крупные (от 100 до 1000 кВт), сверхкрупные (более 1000 кВт);

- по числу лопастей рабочего колеса — одно-, двух-, трех- и
многолопастные;

- по отношению рабочего колеса к направлению воздушного по­
тока — с горизонтальной осью вращения, параллельной (рис. 6.2, а; 6.3)
или перпендикулярной вектору скорости (ротор Дарье) (рис. 6.2, б). Вертикальные конструкции хороши тем, что улавливают ветер любого направления.

В настоящее время в мире и России наибольшее распростра­нение получили трехлопастные ВЭУ с горизонтальной осью вра­щения, в состав которых входят следующие основные компонен­ты: рабочее колесо 1, гондола с редуктором 2 и генератором, 3 и фундамент 4.

Башня — чаще трубообразная, реже — решетчатая, на ней в гондоле размещается основное энергетическое, механическое и вспомогательное оборудование ВЭУ, в том числе рабочее колесо или ротор с лопастями, преобразующие энергию ветра в энергию вращения вала, редуктор для повышения частоты вращения вала ротора и генератор. Лопасти ротора могут быть жестко закреплены на его втулке или изменять свое положение в зависимости от ско­рости ветра для повышения полезной мощности ВЭУ. В качестве генератора могут использоваться: синхронные и асинхронные (чаще всего), а также (реже) асинхронизируемые синхронные ге­нераторы. Считается целесообразным установка ВЭУ в местах, где среднегодовая скорость ветра составляет более 5 м/с.

Рис. 2.13. Виды ветроэнергетических

установок:

а — ВЭУ с горизонталь­ной осью вращения; б— ВЭУ с вертикальной осью вращения; 1 — ра­бочее колесо; 2— гондо­ла с двигателем и ре­дуктором; 3— башня; 4— фундамент установки

Рис. 2.14. Общий вид ВЭУ

Термоэмиссионные генераторы

Явление термоэлектронной эмиссии было открыто Эдисоном в 1883 г. Работая над созданием электрической лампы, Эдисон помещал в колбе две нити. Когда перегорала одна из них, он поворачивал лампу и включал другую. Во время испытаний ламп обнаружилось, что некоторое количество электричества переходит к холодной нити, т. е. электроны «испаряются» с горячей нити «катода» и движутся к холодной нити «аноду» и далее во внешнюю электрическую цепь. При этом часть тепловой энергии, расходуемой на нагревание катода, переносится электронами и отдается аноду, а часть энергии электронов выделяется во внешней электрической цепи при протекании электрического тока.

Анод разогревается за счет тепла, приносимого электронами. Если бы температуры катода и анода были одинаковыми, то тепло «испарения» электронов с катода в точности было бы равно теплу «конденсации» электронов на аноде и не было бы преобразования тепла в электрическую энергию. Чем меньше температура анода по сравнению с температурой катода, тем большая часть тепловой энергии превращается в электрическую. Простейшая схема термоэмиссионного преобразователя энергии показана на рис. 2.7.

При использовании термоэмиссионных генераторов в энергетических целях для нагрева катода можно воспользоваться теплом, получаемым в результате ядерной реакции. Схема ядерного термоэмиссионного преобразователя приведена на рис. 2.8. КПД первых таких преобразователей равен примерно 15%; по существующим прогнозам, его можно довести до 40%.

В рассмотренных выше термоэмиссионных генераторах испускание электронов вызывалось нагревом катода. При радиоактивном распаде электроны (b-лучи) испускаются вследствие естественного свойства элементов. Непосредственно используя это свойство, можно осуществить прямое преобразование ядерной энергии в электрическую (рис. 2.9).

Солнечные электростанции

Солнце – источник всей жизни на нашей планете и, так или иначе, источник всех видов получаемой на ней энергии. Поэтому человек обращал и обращает свое внимание на прямое использование солнечной энергии. В настоящее время строятся солнечные электростанции в основном двух типов: солнечные электростанции башенного типа и распределенного (модульного) типа.

В башенных солнечных электростанциях используется центральный приемник с полем гелиостатов, обеспечивающим степень концентрации в несколько тысяч. Система слежения за Солнцем значительно сложна, так как требуется вращение вокруг двух осей. Управление системой осуществляется с помощью ЭВМ. В качестве рабочего тела в тепловом двигателе обычно используется водяной пар с температурой до 550ºС, воздух и другие газы — до 1000ºС, низкокипящие органические жидкости (в том числе фреоны) — до 100ºС, жидкометаллические теплоносители — до 800ºС. Главным недостатком башенных солнечных электростанций являются их высокая стоимость и большая занимаемая площадь. Так, для размещения солнечной электростанции мощностью 100 МВт требуется площадь в 200 га, а для АЭС мощностью 1000 МВт — всего 50 га. Башенные солнечные электростанции мощностью до 10 МВт нерентабельны, их оптимальная мощность равна 100 МВт , а высота башни 250 м. В солнечных электростанциях распределительного (модульного) типа используется большое число модулей, каждый из которых включает параболо-цилиндрический концентратор солнечного излучения и приемник, расположенный в фокусе концентратора и используемый для нагрева рабочей жидкости, подаваемой в тепловой двигатель, который соединен с электрогенератором. Самая крупная солнечная электростанция этого типа построена в США и имеет мощность 12,5 МВт. При небольшой мощности солнечные электростанции модульного типа более экономичны, чем башенные. В солнечных электростанциях модульного типа обычно используются линейные концентраторы солнечной энергии с максимальной степенью концентрации около 100.

Энергия солнечной радиации может быть преобразована в постоянный электрический ток посредством солнечных батарей — устройств, состоящих из тонких пленок кремния или других полупроводниковых материалов. Преимущество фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) обусловлено отсутствием подвижных частей, их высокой надежностью и стабильностью. При этом срок их службы практически не ограничен. Они имеют малую массу, отличаются простотой обслуживания, эффективным использованием как прямой, так и рассеянной солнечной радиации. Модульный тип конструкций позволяет создавать установки практически любой мощности и делает их весьма перспективными. В н.в. отмечается прирост ввода или производства солнечных фотоэлектрических модулей в мире. С одновременным ростом объемов производства совершенствуются технологии производства фотоэлементов, уменьшается материалоемкость, в частности этой характеристикой является толщина подложки полупроводниковых материалов, возрастает КПД элементов. На данный момент максимально достигнутый КПД кремниевых фотопреобразователей составляет порядка 25%, а сейчас существует технология каскадных и многоэлементных полупроводниковых модулей, которые имеют КПД свыше 40%. Нужно сказать, что потенциал для увеличения КПД имеется, и довольно значительный. Примером могут служить солнечные электростанции в Германии – установки мощностью свыше 1,5 и 2,5 МВт. Это новый вид солнечных установок, обеспечивающий энергоснабжение индивидуальных коттеджей с помощью фотоэлектрических модулей, располагаемых на наклонной крыше, обращенной на южную сторону.

Принципиальные схемы солнечных электростанций (гелиоэлектро-станций) приведены на рис. 1.7.

Рис. 2.20. Принципиальные схемы гелиоэлектростанций:

а - с паровым котлом; б - с кремниевыми фотоэлементами.

Контрольные вопросы:

1. Какие типы электростанций используются для получения электроэнергии?

2. Какие электростанции вырабатывают основную долю электроэнергии в России?

3. Какие электростанции называются конденсационными?

4. Перечислите основные особенности конденсационных электростанций?

5. Основные отличия ТЭЦ от КЭС?

6. Перечислите основные особенности теплоэлектроцентралей?

7. Что такое верхний бьеф?

8. Где сооружают деривационные ГЭС?

9. Основные особенности ГЭС?

10. Что такое обратимые гидроагрегаты?

11. Что используется на АЭС в качестве первичного источника энергии?

12. Основные особенности АЭС?

13. Чему равен КПД газотурбинных установок?

14. Особенности дизельных электростанций?

15. Где устанавливаются ветроэлектростанции?

16. Где сооружаются приливные электростанции?

17. Назовите перспективные источники электроэнергии малой мощности?

ГЛАВА 2 . ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Типы электростанций

Электрическая станция – это электроустановка или группа электроустановок для производства электрической энергии или электрической энергии и тепла для снабжения промышленного и сельскохозяйственного производства, коммунального хозяйства и транспорта. В настоящее, время для получения электрической энергии используют следующие типы электростанций:

1) тепловые электростанции (ТЭС), которые подразделяются на теплофикационные (теплоэлектроцентрали — ТЭЦ), конденсационные (КЭС) и ТЭС с использованием газотурбинных (ГТУ) и парогазовых (ПГУ) установок. Крупные КЭС, обслуживающие потребителей значительного района страны, получили название государственных районных электростанций (ГРЭС);

2) гидроэлектростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС);

3) атомные электростанции (АЭС);

4) дизельные электростанции (ДЭС);

5) гелиоэлектростанции или солнечные электростанции (СЭС);

6) геотермальные электростанции (ГеоЭС);

7) приливные электростанции (ПЭС);

8) ветроэлектростанции (ВЭС).

Во многих странах, в том числе и в России, усиленно ведутся работы по освоению новых, нетрадиционных источников электроэнергии, способов ее преобразования, а также работы по осуществлению управляемой термоядерной реакции синтеза гелия из дейтерия, что, как ожидается, позволит иметь практически неограниченный источник энергии.

Основную долю вырабатываемой электроэнергии, как в России, так и в мировой энергетике дают в настоящее время тепловые и гидравлические электростанции.

На ближайшую перспективу намечается форсированное развитие атомной энергетики и увеличение участия ГЭС, ГАЭС и ГТУ в покрытии пиковой части графика нагрузки энергосистем.

Электрическая часть электростанции тесно связана с другими частями, и поэтому режим ее работы должен, как правило, рассматриваться во взаимосвязи с режимом работы технологического (котельного, турбинного и иного) оборудования. Для понимания дальнейшего изложения рассмотрим кратко особенности технологического режима основных типов электростанций.