Структура производства электроэнергии в мире

Рост населения, быстрое экономическое развитие стран Африки и Азии, увеличение потребления электроэнергии в расчете на душу населения приводит к интенсивному росту ее производства в мире (рис. 9.1).

Рост цен на органическое топливо, его исчерпаемость и значительное загрязнение окружающей среды в процессе производства электроэнергии на ТЭС, опасность АЭС приво­дят к изменению структуры производства электроэнергии в мире и в отдельных странах.

В конце прошлого века доля ТЭС в производстве электро­энергии в мире составляла 60 %, ГЭС - 19 %, АЭС - 17 % (рис. 9.2).

Вследствие неравномерного распределения энергетичес­ких ресурсов в различных странах мира, структура произ­водства электроэнергии в них формируется исходя из тех­нической и экономической доступности энергетических ис­точников. В Польше, Молдове, Беларуси около 100 % элект­роэнергии производят на ТЭС; в Норвегии 99,5 % электро­энергии производят на ГЭС, 0,5 % - на ТЭС; в Литве 85 % -на АЭС, 15 % - на ГЭС и ТЭС; во Франции 80 % - на АЭС, 10 % - на ГЭС. Кроме того, в большинстве стран не учиты­вается загрязнение окружающей среды электростанциями на различных видах топлива и приоритетными являются не экологические, а экономические факторы. Так, в Индии, Китае, Польше и др. ТЭС работают преимущественно на угле.

В 2005 г. доля электроэнергии, производимой на АЭС, в ми­ре составила около 14 %, и прогнозируется ее дальнейшее снижение. Значительно возрастает доля полученной за счет возобновляемых источников электроэнергии и может соста­вить около 20 % к 2030 г.

4. Принципы работы энергетических установок по производству тепловой и электрической энергииСовременные тепловые электрические станции (рис. 9.3) имеют преимущественно блочную структуру, т. е. составляются из отдельных энергоблоков. В состав каждого энергоблока входят основные агрегаты - турбинный, котель­ный - и связанное непосредственно с ними оборудование.

Топливо сгорает в топочной камере с выделением тепло­ты. Температура в зоне активного горения в топочной каме­ре может достигать 1 500-1 800 °С. Из топочной камеры газы при температуре 900-1 200 "С проходят через систему до­полнительного нагрева, а затем, остывая до температуры 500-600 °С, производят пар высокого давления 10-14МПа и сверхкритического давления 25,5 МПа при температуре 540-560 °С. Энергия пара приводит во вращение ротор паро­вой турбины. Механическая энергия вращения вала турби­ны передается электрогенератору, выработанная электричес­кая энергия после повышения напряжения по линиям элек­тропередачи направляется потребителю.

Работа атомной электростанции по техно­логическим условиям отличается от работы тепловых элек­тростанций. Роль источника теплоты на тепловых электро­станциях играет котел, в котором сжигается органическое топливо, на АЭС - ядерный реактор, теплота в котором вы­деляется в результате деления ядерного топлива. Ядерное топливо обладает высокой теплотворной способностью. При делении всех ядер, содержащихся в 1 г урана, выделяется 2 МВт-ч энергии. Для получения такого же количества энер­гии на ТЭС необходимо сжечь 2 т угля.

Проблему ликвидации радиоактивных отходов АЭС не смогла решить ни одна страна мира, что связано с наличи­ем в них радиоактивных изотопов с периодом полураспада десятки тысяч лет. Во многих странах строительство АЭС прекращается или они демон­тируются. Решение об отказе от производства электроэнер­гии на АЭС приняли Великоб­ритания, Швеция, Швейцария, Италия, Бразилия, Мексика и др. В Беларуси рассмотрение вопроса о строительстве соб­ственной АЭС отложено на десять лет. Немаловажную роль в тенденции к сокраще­нию производства электро­энергии на АЭС играют высо­кая капиталоемкость (около 3,5 тыс. долларов США на 1 кВт мощности) и высокие эксплуатационные расходы. Гидроэлектростанция (рис. 9.5) представляет собой комплекс гидротехнических со­оружений (плотина, водохрани­лище и др.), а также электро­технического оборудования (ге­нератор, гидравлическая турбина). Принцип работы ГЭС заклю­чается в преобразовании энергии потока воды в электрическую. Мобильные, легко монтируемые, автоматизированные элек­тростанции различной мощности с применением газотур­бинных установок (ГТУ) являются наиболее рациональным источником электро- и теплоснабжения отдельных районов и промышленных объектов.

В ГТУ рабочим телом является смесь продуктов сгорания с воздухом или нагретый воздух при определенном давле­нии. В проточной части газовой турбины рабочий газ рас­ширяется, тепловая энергия преобразуется в кинетическую, а затем кинетическая энергия газа - в механическую рабо­ту вращения ротора (вала) турбины. Широкое их внедрение в народном хозяйстве будет способствовать достижению вы­сокой экономии топлива.

Экономичность ГТУ зависит преж­де всего от темпера­туры рабочего газа. Если при температу­ре газа 800-900 °С ее КПД составляет лишь 20-22 %, то при повышении темпера­туры газа до 1 000-1 300 °С он достигает 32-35 % и более.

Современные ГТУ в основном работают на жидком топливе, с успехом используется и газообразное топливо.

ГТУ простого цикла (состоят из газотурбинного двигателя и потребителя мощности - электрогенератора (для использования в энергетике) или нагнетателя (для использования на компрессорных станциях). Такие установки отличаются небольшими габаритами, малой массой, манев­ренностью (допускают использование на передвижных плат­формах), быстрым запуском.

Комбинированные ГТУ предназначены для выра­ботки электрической энергии с наибольшей эффективностью. Тепло выхлопных газов газотурбинного двигателя использу­ется в котле-утилизаторе для производства пара. Пар подает­ся в отдельно стоящую турбину, соединенную с собственным электрогенератором. Электрическая мощность равна суммар­ной мощности газотурбинного двигателя и паровой турбины.

Когенерационные ГТУ предназначены для одновременной выработки электрической и тепловой энергии в виде пара или го­рячей воды. Электрическая мощность соответствует мощ­ности газотурбинного двига­теля, величина тепловой мощ­ности может изменяться в широких пределах за счет вы­бора схемы теплоутилизиру-ющего контура (парового или водяного, с дожиганием или без него). Такие установки об­ладают высоким коэффициен­том использования топлива и эффективны в качестве элек-

тростанций для промпредприятий и коммунальных хо­зяйств, использующих тепловую энергию.

Установки типа «водолей» имеют контактный конден­сатор, установленный на выхлопном патрубке котла-утили­затора. За счет орошения его водой происходит охлаждение

выхлопных газов до тем­пературы ниже точки росы водяного пара, кон­денсация воды и сбор кон­денсата.

Установки с впрыском пара в проточную часть двигателя (рис. 9.9) ис­пользуют энергию вых­лопных газов для выработ­ки пара в котле-утилиза­торе. Полученный пар подводится в проточную часть газовой турбины как дополнительное рабочее тело для получения допол­нительной механической энергии. Установки такого типа характеризуются наиболь­шим приростом мощности (до 80 %), минимальными значе­ниями эмиссий N0 , СО, малыми капитальными затратами.