Climate Analytics продолжает настаивать на том, что угольная энергетика в Европе должна быть ликвидирована уже к 2030 году - иначе ЕС не выполнит целей Парижского соглашения по климату. Но какие станции закрывать в первую очередь? Предлагается два подхода - экологический и экономический. «Кислород.ЛАЙФ» присмотрелся к крупнейшим угольным ТЭС в России, которые никто закрывать не собирается.
Закрыть за десять лет
Climate Analytics продолжает настаивать , что для достижения целей Парижского соглашения по климату странам ЕС придется закрыть практически все действующие угольные ТЭС. Энергетический сектор Европы нуждается в тотальной декарбонизации, поскольку значительная часть общего объема выбросов парниковых газов (ПГ) в ЕС формируется в угольной энергетике. Поэтому постепенный отказ от угля в этой отрасли является одним из самых рентабельных методов сокращения эмиссии ПГ, также такие действия обеспечат значительные преимущества с точки зрения качества воздуха, здоровья населения и энергетической безопасности.
Сейчас в ЕС – более 300 электростанций с действующими на них 738 энергоблоками, работающими на угольном топливе. Географически они распределены, естественно, не равномерно. Но в целом каменный уголь и лигнит (бурый уголь) обеспечивают четверть всей генерации электричества в ЕС. Самые зависимые от угля члены Евросоюза – Польша, Германия, Болгария, Чехия и Румыния. На долю Германии и Польши приходится 51% установленных угольных мощностей в ЕС и 54% выбросов ПГ от угольной энергетики во всей объединенной Европе. При этом в семи странах ЕС вообще нет угольных ТЭС.
«Дальнейшее использование угля для производства электроэнергии не совместимо с реализацией задачи резкого снижения выбросов ПГ. Поэтому ЕС необходимо разработать стратегию поэтапного отказа от угля быстрее, чем это происходит в настоящее время», - резюмирует Climate Analytics. В противном случае, совокупные объемы выбросов к 2050 году по всему ЕС вырастут на 85%. Моделирование, проведенное Climate Analytics, показало, что 25% работающих в настоящее время угольных электростанций должны быть закрыты уже к 2020 году. Еще через пять лет закрыть необходимо 72% ТЭС, а полностью избавиться от угольной энергетики к 2030 году.
Главные вопрос – как это делать? По мнению Climate Analytics, «критический вопрос – по каким критериям нужно определять, когда закрывать те или иные ТЭС? С точки зрения земной атмосферы, критерии не имеют значения, так как выбросы ПГ будут сокращаться в нужном темпе. Но с точки зрения политиков, владельцев предприятий и других заинтересованных сторон, выработка таких критериев – решающий момент в принятии решений».
Climate Analytics предлагает две возможные стратегии для полного отказа от использования угля в производстве электроэнергии. Первая – сначала закрывать те ТЭС, которые лидируют по выбросам ПГ. Вторая стратегия – закрывать станции, наименее ценные с точки зрения бизнеса. Для каждой из стратегий нарисована интересная инфографика, показывающая, как будет меняться облик ЕС в годами вслед за закрытием угольных станций. В первом случае под ударом окажутся Польша, Чехия, Болгария и Дания. Во втором – также Польша и Дания.
Единства нет
Climate Analytics также по всем 300 станциям проставил годы закрытия в соответствии с двумя стратегиями. Нетрудно заметить, что эти годы существенно расходятся со сроками работы этих станций в обычном режиме (т.н. BAU - businnes as usual). Например, крупнейшая в Европе станция Белхатов в Польше (мощность более 4,9 ГВт) может работать как минимум до 2055 года; тогда как ее предлагается закрыть уже к 2027 году - одинаковый срок при любом сценарии.
В целом именно пять польских ТЭС, которые могут спокойно дымит до 2060-х годов, Climate Analytics предлагает закрыть на три-четыре десятилетия раньше срока. Польшу, энергетика которой на 80% зависит от угля, такое развитие событий вряд ли устроит (напомним, эта страна даже собирается оспаривать климатические обязательства, навязанные ей ЕС, в суде). Еще пять станций из Топ-20 находятся в Великобритании; восемь - в Германии. Также в первой двадцатке на закрытие - две ТЭС в Италии.
При этом английская Fiddler"s Ferry (мощность 2 ГВт) должна быть закрыта уже в 2017 году, а остальные британские ТЭС, как и заявляло правительство этой страны - к 2025 году. То есть только в этой стране процесс может пройти относительно безболезненно. В Германии все может растянуться до 2030 года, реализация двух стратегий будет различаться в зависимости от специфики земель (там есть угледобывающие регионы). В Чехии и Болгарии угольную генерацию нужно будет свернуть уже к 2020 году - прежде всего, из-за солидных объемов выбросов.
На замену углю должны прийти ВИЭ. Снижение себестоимости генерации солнца и ветра – важный тренд, который необходимо поддерживать и развивать, считают в Climate Analytics. За счет ВИЭ можно провести трансформацию энергетики, в том числе путем создания новых рабочих мест (не только в самой отрасли, но и в производстве оборудования). Которые, в том числе, смогут занять и высвобождаемые из угольной энергетики кадры.
Впрочем, в Climate Analytics признают, что в Европе нет единства в отношении угля. В то время как некоторые страны значительно сократили добычу и заявили о полном отказе от этого вида топлива в ближайшие 10-15 лет (среди них, например, Великобритания, Финляндия и Франция), другие или строят, или планируют строить новые угольные электростанции (Польша и Греция). «Вопросам экологии в Европе уделяют большое внимание, однако быстро отказаться от угольной генерации вряд ли будет возможно. Сначала необходимо ввести в строй замещающие мощности, ведь тепло и свет нужны и населению, и экономике. Это тем более важно, что ранее принимались решения о закрытии ряда атомных электростанций в Европе. Возникнут социальные проблемы, потребуется переобучить часть сотрудников самих станций, будет сокращено значительное количество рабочих мест в самых разных отраслях, что, безусловно, увеличит напряженность в обществе. Скажется закрытие угольных электростанций и на бюджетах, так как не станет значительной группы налогоплательщиков, а операционные показатели тех компаний, кто ранее им поставлял товары и услуги, существенно уменьшатся. Если какое-то решение и возможно, то заключаться оно может в растянутом по времени отказе от угольной генерации, с одновременным продолжением работы по совершенствованию технологий с целью уменьшения выбросов от сжигания угля, улучшения экологической ситуации на угольных электростанциях», - говорит по этому поводу Дмитрий Баранов , ведущий эксперт УК «Финам Менеджмент».
Top-20 угольных ТЭС Европы, которые, по мнению Climate Analytics, нужно будет закрыть
А что у нас?
Доля тепловой генерации в структуре выработки электроэнергии в России составляет более 64%, в структуре установленной мощности станций ЕЭС – более 67%. Однако в ТОП-10 крупнейших ТЭС страны только две станции работают на угле – Рефтинская и Рязанская; в основном же тепловая энергетика в России – газовая. «В России одна из лучших структур топливного баланса в мире. Мы используем всего 15% угля для производства энергии. В среднем по миру этот показатель составляет 30-35%. В Китае – 72%, в США и ФРГ – 40%. Задачу сократить долю не углеродных источников до 30% активно решают и в Европе. В России эта программа, фактически, уже реализована», - заявил глава Минэнерго РФ Александр Новак
, выступая в конце февраля на панельной сессии «Зеленая экономика как вектор развития» в рамках Российского Инвестиционного форума-2017 в Сочи.
Доля атомной энергетики в общем объеме энергобаланса страны – 16-17%, гидрогенерации – 18%, на газ приходится порядка 40%. По данным Института энергетических исследований РАН, уголь в производстве электроэнергии давно и активно вытесняется газом и атомом, причем быстрее всего - в европейской части России. Крупнейшие угольные ТЭС расположены, тем не менее, в центре и на Урале. Но если посмотреть на картину в энергетике в разрезе регионов, а не отдельных станций, то картинка будет другая: наиболее «угольные» регионы – в Сибири и на Дальнем Востоке. Структура территориальных энергобалансов зависит от уровня газификации: в европейской части России он высокий, а в Восточной Сибири и далее – низкий. Уголь в качестве топлива, как правило, используется на городских ТЭЦ, где вырабатывается не только электричество, но и тепло. Поэтому генерация в больших городах (вроде Красноярска) полностью основана на угольном топливе. В целом на долю тепловых станций только в ОЭС Сибири в настоящее время приходится 60% выработки электроэнергии - это порядка 25 ГВт «угольных»мощностей.
Что касается ВИЭ, то сейчас на долю таких источников в энергобалансе РФ приходится символические 0,2%. «Планируем выйти на 3% - до 6 тысяч МВт за счет различных механизмов поддержки», - дал прогноз Новак. В компании «Россети» дают более оптимистичные прогнозы : установленная мощность ВИЭ к 2030 году в России может вырасти на 10 ГВт. Тем не менее, глобальной перестройки энергобаланса в нашей стране не предвидится. «По прогнозам, к 2050 году в мире будет насчитываться порядка 10 миллиардов человек. Уже сегодня порядка 2 миллиардов не имеют доступа к источникам энергии. Представьте, какая будет потребность человечества в энергии через 33 года, и как должны развиться ВИЭ, чтобы обеспечить весь спрос», - так доказывает жизнеспособность традиционной энергетики Александр Новак.
«Речь об «отказе от угля» в России точно не идет, тем более что, согласно Энергостратегии до 2035 года, запланировано увеличение доли угля в энергобалансе страны, - напоминает Дмитрий Баранов из УК «Финам Менеджмент». - Наряду с нефтью и газом, уголь является одним из важнейших полезных ископаемых на планете, и Россия, как одна из крупнейших стран в мире по его запасам и добыче, просто обязана уделять должное внимание развитию этой отрасли. Еще в 2014 году на заседании правительства РФ Новак представил программу развития угольной промышленности России до 2030 года. В ней основной упор сделан на создание новых центров угледобычи, в первую очередь, в Сибири и на Дальнем Востоке, совершенствование научно-технического потенциала в отрасли, а также реализацию проектов в углехимии».
Крупнейшие ТЭС России, работающие на угольном топливе
Рефтинская ГРЭС («Энел Россия»)
Является самой крупной угольной ТЭС в России (и второй в топ-10 тепловых станций страны). Расположена в Свердловской области, в 100 км северо-восточнее Екатеринбурга и в 18 км от Асбеста.
Установленная электрическая мощность - 3800 МВт.
Установленная тепловая мощность - 350 Гкал/ч.
Обеспечивает энергоснабжение промышленных районов Свердловской, Тюменской, Пермской и Челябинской областей.
Строительство электростанции началось в 1963 году, в 1970 состоялся пуск первого энергоблока, в 1980 - последнего.
Рязанская ГРЭС (ОГК-2)
Пятая в топ-10 крупнейших тепловых станций России. Работает на угле (первая очередь) и природном газе (вторая очередь). Расположена в Новомичуринске (Рязанская область), к 80 км южнее от Рязани.
Установленная электрическая мощность (вместе с ГРЭС-24) - 3 130 МВт.
Установленная тепловая мощность - 180 Гкал/час.
Строительство началось в 1968 году. Первый энергоблок введен в эксплуатацию 1973 году, последний – 31 декабря 1981 года.
Новочеркасская ГРЭС (ОГК-2)
Расположена в микрорайоне Донской в Новочеркасске (Ростовская область),в 53 км на юго-восток от Ростова-на-Дону. Работает на газе и угле. Единственная ТЭС в России, использующая местные отходы добычи угля и углеобогащения - антрацитовый штыб.
Установленная электрическая мощность - 2229 МВт.
Установленная тепловая мощность - 75 Гкал/час.
Строительство началось в 1956 году. Первый энергоблок введен в эксплуатацию в 1965 году, последний – восьмой – в 1972 году.
Каширская ГРЭС («ИнтерРАО»)
Расположена в Кашире (Московская область).
Работает на угле и природном газе.
Установленная электрическая мощность – 1910 МВт.
Установленная тепловая мощность - 458 Гкал/ч.
Введена в эксплуатацию в 1922 году по плану ГОЭЛРО. В 1960-е годы на станции была проведена масштабная модернизация.
Пылеугольные энергоблоки №1 и №2 планируется вывести из эксплуатацию в 2019 году. К 2020 году такая же судьба ждет еще четыре энергоблока, работающих на газомазутном топливе. В работе останется только самый современный блок №3 мощностью 300 МВт.
Приморская ГРЭС (РАО «ЭС Востока»)
Расположена в Лучегорске (Приморский край).
Самая мощная ТЭС на Дальнем Востоке. Работает на угле Лучегорского угольного разреза. Обеспечивает большую часть энергопотребления Приморья.
Установленная электрическая мощность – 1467 МВт.
Установленная тепловая мощность – 237 Гкал/час.
Первый энергоблок станции был введён в эксплуатацию в 1974 году, последний в 1990-м. ГРЭС расположена практически «на борту» угольного разреза – больше нигде в России электростанция не строилась в столь непосредственной близости от источника топлива.
Троицкая ГРЭС (ОГК-2)
Расположена в Троицке (Челябинская область). Выгодно расположена в промышленном треугольнике Екатеринбург – Челябинск – Магнитогорск.Установленная электрическая мощность – 1 400 МВт.
Установленная тепловая мощность - 515 Гкал/час.
Пуск первой очереди станции состоялся в 1960 году. Оборудование второй очереди (на 1200 МВт) было выведено из эксплуатации в 1992-2016 годы.
В 2016 году введен в эксплуатацию уникальный пылеугольный энергоблок №10 мощностью 660 МВт.
Гусиноозерская ГРЭС («ИнтерРАО»)
Расположена в Гусиноозерске (Республика Бурятия), обеспечивает электроэнергией потребителей Бурятии и соседних регионов. Основным топливом для станции является бурый уголь Окино-Ключевского разреза и Гусиноозёрского месторождения.
Установленная электрическая мощность – 1160 МВт.
Установленная тепловая мощность - 224,5 Гкал/ч.
Четыре энергоблока первой очереди введены в эксплуатацию с 1976 по 1979 годы. Ввод второй очереди начался в 1988 году запуском энергоблока №5.
1 – электрический генератор; 2 – паровая турбина; 3 – пульт управления; 4 – деаэратор; 5 и 6 – бункеры; 7 – сепаратор; 8 – циклон; 9 – котел; 10 – поверхность нагрева (теплообменник); 11 – дымовая труба; 12 – дробильное помещение; 13 – склад резервного топлива; 14 – вагон; 15 – разгрузочное устройство; 16 – конвейер; 17 – дымосос; 18 – канал; 19 – золоуловитель; 20 – вентилятор; 21 – топка; 22 – мельница; 23 – насосная станция; 24 – источник воды; 25 – циркуляционный насос; 26 – регенеративный подогреватель высокого давления; 27 – питательный насос; 28 – конденсатор; 29 – установка химической очистки воды; 30 – повышающий трансформатор; 31 – регенеративный подогреватель низкого давления; 32 – конденсатный насос.
На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования тепловой электрической станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭС.
Обозначения на схеме ТЭС:
- Топливное хозяйство;
- подготовка топлива;
- промежуточный пароперегреватель;
- часть высокого давления (ЧВД или ЦВД);
- часть низкого давления (ЧНД или ЦНД);
- электрический генератор;
- трансформатор собственных нужд;
- трансформатор связи;
- главное распределительное устройство;
- конденсатный насос;
- циркуляционный насос;
- источник водоснабжения (например, река);
- (ПНД);
- водоподготовительная установка (ВПУ);
- потребитель тепловой энергии;
- насос обратного конденсата;
- деаэратор;
- питательный насос;
- (ПВД);
- шлакозолоудаление;
- золоотвал;
- дымосос (ДС);
- дымовая труба;
- дутьевой вентилятов (ДВ);
- золоуловитель.
Описание технологической схемы ТЭС:
Обобщая все вышеописанное, получаем состав тепловой электростанции:
- топливное хозяйство и система подготовки топлива;
- котельная установка: совокупность самого котла и вспомогательного оборудования;
- турбинная установка: паровая турбина и ее вспомогательное оборудование;
- установка водоподготовки и конденсатоочистки;
- система технического водоснабжения;
- система золошлокоудаления (для ТЭС, работающих, на твердом топливе);
- электротехническое оборудование и система управления электрооборудованием.
Топливное хозяйство в зависимости от вида используемого на станции топлива включает приемно-разгрузочное устройство, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства для предвари-тельной подготовки топлива (дробильные установки для угля). В состав ма-зутного хозяйства входят также насосы для перекачки мазута, подогреватели мазута, фильтры.
Подготовка твердого топлива к сжиганию состоит из размола и сушки его в пылеприготовительной установке, а подготовка мазута заключается в его подогреве, очистке от механических примесей, иногда в обработке спецприсадками. С газовым топливом все проще. Подготовка газового топлива сводится в основном к регулированию давления газа перед горелками котла.
Необходимый для горения топлива воздух подается в топочное пространство котла дутьевыми вентиляторами (ДВ). Продукты сгорания топлива — дымовые газы — отсасываются дымососами (ДС) и отводятся через дымовые трубы в атмосферу. Совокупность каналов (воздуховодов и газоходов) и различных элементов оборудования, по которым проходит воздух и дымовые газы, образует газовоздушный тракт тепловой электростанции (теплоцентрали). Входящие в его состав дымососы, дымовая труба и дутьевые вентиляторы составляют тягодутьевую установку. В зоне горения топлива входящие в его состав негорючие (минеральные) примеси претерпевают химико-физические превращения и удаляются из котла частично в виде шлака, а значительная их часть выносится дымовыми газами в виде мелких частиц золы. Для защиты атмосферного воздуха от выбросов золы перед дымососами (для предотвращения их золового износа) устанавливают золоуловители.
Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом на золоотвалы.
При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.
При сжигании топлива химически связанная энергия превращается в тепловую. В результате образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева котла отдают теплоту воде и образующемуся из нее пару.
Совокупность оборудования, отдельных его элементов, трубопроводов, по которым движутся вода и пар, образуют пароводяной тракт станции.
В котле вода нагревается до температуры насыщения, испаряется, а образующийся из кипящей котловой воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую на вал турбины. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, отдает теплоту охлаждающей воде и конденсируется.
На современных ТЭС и ТЭЦ с агрегатами единичной мощностью 200 МВт и выше применяют промежуточный перегрев пара. В этом случае турбина имеет две части: часть высокого и часть низкого давления. Отработавший в части высокого давления турбины пар направляется в промежуточный перегреватель, где к нему дополнительно подводится теплота. Далее пар возвращается в турбину (в часть низкого давления) и из нее поступает в конденсатор. Промежуточный перегрев пара увеличивает КПД турбинной установки и повышает надежность ее работы.
Из конденсатора конденсат откачивается конденсационным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются и удаляются в атмосферу кислород и углекислота для предотвращения коррозии оборудования. Деаэрированная вода, называемая питательной, насосом подается через подогреватели высокого давления (ПВД) в котел.
Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД подогреваются паром, отбираемым из турбины. Такой способ подогрева означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.
Совокупность элементов, обеспечивающих конденсаторы охлаждающей водой, называется системой технического водоснабжения. К ней относятся: источник водоснабжения (река, водохранилище, башенный охладитель — градирня), циркуляционный насос, подводящие и отводящие водоводы. В конденсаторе охлаждаемой воде передается примерно 55% теплоты пара, поступающего в турбину; эта часть теплоты не используется для выработки электроэнергии и бесполезно пропадает.
Эти потери значительно уменьшаются, если отбирать из турбины частично отработавший пар и его теплоту использовать для технологических нужд промышленных предприятий или подогрева воды на отопление и горячее водоснабжение. Таким образом, станция становится теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), обеспечивающей комбинированную выработку электрической и тепловой энергии. На ТЭЦ устанавливаются специальные турбины с отбором пара — так называемые теплофикационные. Конденсат пара, отданного тепловому потребителю, возвращается на ТЭЦ насосом обратного конденсата.
На ТЭС существуют внутренние потери пара и конденсата, обусловленные неполной герметичностью пароводяного тракта, а также невозвратным расходом пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют приблизительно 1 — 1,5% от общего расхода пара на турбины.
На ТЭЦ могут быть и внешние потери пара и конденсата, связанные с отпуском теплоты промышленным потребителям. В среднем они составляют 35 — 50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняются предварительно обработанной в водоподготавливающей установке добавочной водой.
Таким образом, питательная вода котлов представляет собой смесь турбинного конденсата и добавочной воды.
Электротехническое хозяйство станции включает электрический генератор, трансформатор связи, главное распределительное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.
Система управления осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.
ТЭС – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (рис.Д.1).
Различают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), газотурбинные (ГТЭС) и парогазовые (ПГЭС). Подробнее остановимся на ТПЭС.
Рис.Д.1 Схема ТЭС
На ТПЭС тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь, мазут, природный газ, лигнит (бурый уголь), торф, сланцы. Их КПД достигает 40%, мощность – 3 ГВт. ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называют конденсационными электростанциями (официальное название в РФ – Государственная районная электрическая станция, или ГРЭС). На ГРЭС вырабатывается около 2/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.
ТПЭС оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около 1/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.
Известны четыре типа угля. В порядке роста содержания углерода, а тем самым и теплотворной способности эти типы располагаются следующим образом: торф, бурый уголь, битуминозный (жирный) уголь или каменный уголь и антрацит. В работе ТЭС используют в основном первые два вида.
Уголь не является химически чистым углеродом, также в нем содержится неорганический материал (в буром угле углерода до 40%), который остается после сгорания угля в виде золы. В угле может содержаться сера, иногда в составе сульфида железа, а иногда в составе органических компонентов угля. В угле обычно присутствуют мышьяк, селен, а также радиоактивные элементы. Фактически уголь оказывается самым грязным из всех видов ископаемого топлива.
При сжигании угля образуются диоксид углерода, оксид углерода, а также в больших количествах оксиды серы, взвешенные частицы и оксиды азота. Оксиды серы повреждают деревья, различные материалы и оказывают вредное влияние на людей.
Частицы, выбрасываемые в атмосферу при сжигании угля на электростанциях, называются «летучей золой». Выбросы золы строго контролируются. Реально попадает в атмосферу около 10% взвешенных частиц.
Работающая на угле электростанция мощностью 1000 МВт сжигает 4-5 млн. т угля в год.
Поскольку в Алтайском крае отсутствует добыча угля, то будем считать, что его привозят из других регионов, и для этого прокладывают дороги, тем самым, изменяя природный ландшафт.
ПРИЛОЖЕНИЕ Е
Реферат по дисциплине «Введение в направление»
Выполнил студент Михайлов Д.А.
Новосибирский государственный технический университет
Новосибирск, 2008
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).
Основные принципы работы ТЭС
На рис.1 представлена типичная тепловая схема конденсационной установки на органическом топливе.
Рис.1 Принципиальная тепловая схема ТЭС
1 – паровой котёл; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – подогреватели низкого давления; 7 – деаэратор; 8 – питательный насос; 9 – подогреватели высокого давления; 10 – дренажный насос.
Эту схему называют схемой с промежуточным перегревом пара. Как известно из курса термодинамики, тепловая экономичность такой схемы при одних и тех же начальных и конечных параметрах и правильном выборе параметров промежуточного перегрева выше, чем в схеме без промежуточного перегрева.
Рассмотрим принципы работы ТЭС. Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку котла (1). В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину (2). Назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию.
Все движущиеся части турбины жёстко связаны с валом и вращаются вместе с ним. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору следующим образом. Пар высокого давления и температуры, имеющий большую внутреннюю энергию, из котла поступает в сопла (каналы) турбины. Струя пара с высокой скоростью, чаще выше звуковой, непрерывно вытекает из сопел и поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на диске, жёстко связанном с валом. При этом механическая энергия потока пара превращается в механическую энергию ротора турбины, а точнее говоря, в механическую энергию ротора турбогенератора, так как валы турбины и электрического генератора (3) соединены между собой. В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.
После паровой турбины водяной пар, имея уже низкое давление и температуру, поступает в конденсатор (4). Здесь пар с помощью охлаждающей воды, прокачиваемой по расположенным внутри конденсатора трубкам, превращается в воду, которая конденсатным насосом (5) через регенеративные подогреватели (6) подаётся в деаэратор (7).
Деаэратор служит для удаления из воды растворённых в ней газов; одновременно в нём, так же как в регенеративных подогревателях, питательная вода подогревается паром, отбираемым для этого из отбора турбины. Деаэрация проводится для того, чтобы довести до допустимых значений содержание кислорода и углекислого газа в ней и тем самым понизить скорость коррозии в трактах воды и пара.
Деаэрированная вода питательным насосом (8) через подогреватели (9) подаётся в котельную установку. Конденсат греющего пара, образующийся в подогревателях (9), перепускается каскадно в деаэратор, а конденсат греющего пара подогревателей (6) подаётся дренажным насосом (10) в линию, по которой протекает конденсат из конденсатора (4).
Наиболее сложной в техническом плане является организация работы ТЭС на угле. Вместе с тем доля таких электростанций в отечественной энергетике высока (~30%) и планируется её увеличение.
Технологическая схема такой электростанции, работающей на углях, показана на рис.2.
Рис.2 Технологическая схема пылеугольной ТЭС
1 – железнодорожные вагоны; 2 – разгрузочные устройства; 3 – склад; 4 – ленточные транспортёры; 5 – дробильная установка; 6 – бункера сырого угля; 7 – пылеугольные мельницы; 8 – сепаратор; 9 – циклон; 10 – бункер угольной пыли; 11 – питатели; 12 – мельничный вентилятор; 13 – топочная камера котла; 14 – дутьевой вентилятор; 15 – золоуловители; 16 – дымососы; 17 – дымовая труба; 18 – подогреватели низкого давления; 19 – подогреватели высокого давления; 20 – деаэратор; 21 – питательные насосы; 22 – турбина; 23 – конденсатор турбины; 24 – конденсатный насос; 25 – циркуляционные насосы; 26 – приемный колодец; 27 – сбросной колодец; 28 – химический цех; 29 – сетевые подогреватели; 30 – трубопровода; 31 – линия отвода конденсата; 32 – электрическое распределительное устройство; 33 – багерные насосы.
Топливо в железнодорожных вагонах (1) поступает к разгрузочным устройствам (2), откуда с помощью ленточных транспортёров (4) направляется на склад (3), со склада топливо подаётся в дробильную установку (5). Имеется возможность подавать топливо в дробильную установку и непосредственно от разгрузочных устройств. Из дробильной установки топливо поступает в бункера сырого угля (6), а оттуда через питатели – в пылеугольные мельницы (7). Угольная пыль пневматически транспортируется через сепаратор (8) и циклон (9) в бункер угольной пыли (10), а оттуда питателями (11) к горелкам. Воздух из циклона засасывается мельничным вентилятором (12) и подаётся в топочную камеру котла (13).
Газы, образующиеся при горении в топочной камере, после выхода из неё проходят последовательно газоходы котельной установки, где в пароперегревателе (первичном и вторичном, если осуществляется цикл с промежуточным перегревом пара) и водяном экономайзере отдают теплоту рабочему телу, а в воздухоподогревателе – подаваемому в паровой котёл воздуху. Затем в золоуловителях (15) газы очищаются от летучей золы и через дымовую трубу (17) дымососами (16)выбрасываются в атмосферу.
Шлак и зола, выпадающие под топочной камерой, воздухоподогревателем и золоуловителями, смываются водой и по каналам поступают к багерным насосам (33), которые перекачивают их на золоотвалы.
Воздух, необходимый для горения, подаётся в воздухоподогреватели парового котла дутьевым вентилятором (14). Забирается воздух обычно из верхней части котельной и (при паровых котлах большой производительности) снаружи котельного отделения.
Перегретый пар от парового котла (13) поступает к турбине (22).
Конденсат из конденсатора турбины (23) подаётся конденсатными насосами (24) через регенеративные подогреватели низкого давления (18) в деаэратор (20), а оттуда питательными насосами (21) через подогреватели высокого давления (19) в экономайзер котла.
Потери пара и конденсата восполняются в данной схеме химически обессоленной водой, которая подаётся в линию конденсата за конденсатором турбины.
Охлаждающая вода подаётся в конденсатор из приемного колодца (26) водоснабжения циркуляционными насосами (25). Подогретая вода сбрасывается в сбросной колодец (27) того же источника на некотором расстоянии от места забора, достаточном для того, чтобы подогретая вода не подмешивалась к забираемой. Устройства для химической обработки добавочной воды находятся в химическом цехе (28).
В схемах может быть предусмотрена небольшая сетевая подогревательная установка для теплофикации электростанции и прилегающего посёлка. К сетевым подогревателям (29) этой установки пар поступает от отборов турбины, конденсат отводится по линии (31). Сетевая вода подводится к подогревателю и отводится от него по трубопроводам (30).
Выработанная электрическая энергия отводится от электрического генератора к внешним потребителям через повышающие электрические трансформаторы.
Для снабжения электроэнергией электродвигателей, осветительных устройств и приборов электростанции имеется электрическое распределительное устройство собственных нужд (32).
Заключение
В реферате представлены основные принципы работы ТЭС. Рассмотрена тепловая схема электростанции на примере работы конденсационной электрической станции, а так же технологическая схема на примере электростанции работающей на углях. Показаны технологические принципы производства электрической энергии и теплоты.
Что такое и каковы же принципы работы ТЭС? Общее определение таких объектов звучит примерно следующим образом - это энергетические установки, которые занимаются переработкой природной энергии в электрическую. Для этих целей также используется топливо природного происхождения.
Принцип работы ТЭС. Краткое описание
На сегодняшний день наибольшее распространение получили именно На таких объектах сжигается которое выделяет тепловую энергию. Задача ТЭС - использовать эту энергию, чтобы получить электрическую.
Принцип работы ТЭС - это выработка не только но и производство тепловой энергии, которая также поставляется потребителям в виде горячей воды, к примеру. Кроме того, эти объекты энергетики вырабатывают около 76% всей электроэнергии. Такое широкое распространение обусловлено тем, что доступность органического топлива для работы станции довольно велико. Второй причиной стало то, что транспортировка топлива от места его добычи к самой станции - это довольно простая и налаженная операция. Принцип работы ТЭС построен так, что имеется возможность использовать отработавшее тепло рабочего тела для вторичной поставки его потребителю.
Разделение станций по типу
Стоит отметить, что тепловые станции могут делиться на типы в зависимости от того, какой именно они производят. Если принцип работы ТЭС заключается лишь в производстве электрической энергии (то есть тепловая энергия не поставляет потребителю), то ее называют конденсационной (КЭС).
Объекты, предназначенные для производства электрической энергии, для отпуска пара, а также поставки горячей воды потребителю, имеют вместо конденсационных турбин паровые. Также в таких элементах станции имеется промежуточный отбор пара или же устройство противодавления. Главным преимуществом и принципом работы ТЭС (ТЭЦ) такого типа стало то, что отработанный пар также используется в качестве источника тепла и поставляется потребителям. Таким образом, удается сократить потерю тепла и количество охлаждающей воды.
Основные принципы работы ТЭС
Прежде чем перейти к рассмотрению самого принципа работы, необходимо понять, о какой именно станции идет речь. Стандартное устройство таких объектов включает в себя такую систему, как промежуточный перегрев пара. Она необходима потому, что тепловая экономичность схемы с наличием промежуточного перегрева, будет выше, чем в системе, где она отсутствует. Если говорить простыми словами, принцип работы ТЭС, имеющей такую схему, будет гораздо эффективнее при одних и тех же начальных и конечных заданных параметрах, чем без нее. Из всего этого можно сделать вывод, что основа работы станции - это органическое топливо и нагретый воздух.
Схема работы
Принцип работы ТЭС построен следующим образом. Топливный материал, а также окислитель, роль которого чаще всего берет на себя подогретый воздух, непрерывным потоком подаются в топку котла. В роли топлива могут выступать такие вещества, как уголь, нефть, мазут, газ, сланцы, торф. Если говорить о наиболее распространенном топливе на территории Российской Федерации, то это угольная пыль. Далее принцип работы ТЭС строится таким образом, что тепло, которое образуется за счет сжигания топлива, нагревает воду, находящуюся в паровом котле. В результате нагрева происходит преобразование жидкости в насыщенный пар, который по пароотводу поступает в паровую турбину. Основное предназначение этого устройства на станции заключается в том, чтобы преобразовать энергию поступившего пара, в механическую.
Все элементы турбины, способные двигаться, тесно связываются с валом, вследствие чего они вращаются, как единый механизм. Чтобы заставить вращаться вал, в паровой турбине осуществляется передача кинетической энергии пара ротору.
Механическая часть работы станции
Устройство и принцип работы ТЭС в ее механической части связан с работой ротора. Пар, который поступает из турбины, имеет очень высокое давление и температуру. Из-за этого создается высокая внутренняя энергия пара, которая и поступает из котла в сопла турбины. Струи пара, проходя через сопло непрерывным потоком, с высокой скоростью, которая чаще всего даже выше звуковой, воздействуют на рабочие лопатки турбины. Эти элементы жестко закреплены на диске, который, в свою очередь, тесно связан с валом. В этот момент времени происходит преобразование механической энергии пара в механическую энергию турбин ротора. Если говорить точнее о принципе работы ТЭС, то механическое воздействие влияет на ротор турбогенератора. Это из-за того, что вал обычного ротора и генератора тесно связываются между собой. А далее происходит довольно известный, простой и понятный процесс преобразования механической энергии в электрическую в таком устройстве, как генератор.
Движение пара после ротора
После того как водяной пар проходит турбину, его давление и температура значительно опускаются, и он поступает в следующую часть станции - конденсатор. Внутри этого элемента происходит обратное превращение пара в жидкость. Для выполнения этой задачи внутри конденсатора имеется охлаждающая вода, которая поступает туда посредством труб, проходящих внутри стен устройства. После обратного преобразования пара в воду, она откачивается конденсатным насосом и поступает в следующий отсек - деаэратор. Также важно отметить, что откачиваемая вода, проходит сквозь регенеративные подогреватели.
Основная задача деаэратора - это удаление газов из поступающей воды. Одновременно с операцией очистки, осуществляется и подогрев жидкости так же, как и в регенеративных подогревателях. Для этой цели используется тепло пара, которое отбирается из того, что следует в турбину. Основное предназначение операции деаэрации состоит в том, чтобы понизить содержание кислорода и углекислого газа в жидкости до допустимых значений. Это помогает снизить скорость влияние коррозии на тракты, по которым идет поставка воды и пара.
Станции на угле
Наблюдается высокая зависимость принципа работы ТЭС от вида топлива, которое используется. С технологической точки зрения наиболее сложным в реализации веществом является уголь. Несмотря на это, сырье является основным источником питания на таких объектах, число которых примерно 30% от общей доли станций. К тому же планируется увеличивать количество таких объектов. Также стоит отметить, что количество функциональных отсеков, необходимых для работы станции, гораздо больше, чем у других видов.
Как работают ТЭС на угольном топливе
Для того чтобы станция работала непрерывно, по железнодорожным путям постоянно привозят уголь, который разгружается при помощи специальных разгрузочных устройств. Далее имеются такие элементы, как по которым разгруженный уголь подается на склад. Далее топливо поступает в дробильную установку. При необходимости есть возможность миновать процесс поставки угля на склад, и передавать его сразу к дробилкам с разгрузочных устройств. После прохождения этого этапа раздробленное сырье поступает в бункер сырого угля. Следующий шаг - это поставка материала через питатели в пылеугольные мельницы. Далее угольная пыль, используя пневматический способ транспортировки, подается в бункер угольной пыли. Проходя этот путь, вещество минует такие элементы, как сепаратор и циклон, а из бункера уже поступает через питатели непосредственно к горелкам. Воздух, проходящий сквозь циклон, засасывается мельничным вентилятором, после чего подается в топочную камеру котла.
Далее движение газа выглядит примерно следующим образом. Летучее вещество, образовавшееся в камере топочного котла, проходит последовательно такие устройства, как газоходы котельной установки, далее, если используется система промежуточного перегрева пара, газ подается в первичный и вторичный пароперегреватель. В этом отсеке, а также в водяном экономайзере газ отдает свое тепло на разогрев рабочего тела. Далее установлен элемент, называющийся воздухоперегревателем. Здесь тепловая энергия газа используется для подогрева поступающего воздуха. После прохождения всех этих элементов, летучее вещество переходит в золоуловитель, где очищается от золы. После этого дымовые насосы вытягивают газ наружу и выбрасывают его в атмосферу, использую для этого газовую трубу.
ТЭС и АЭС
Довольно часто возникает вопрос о том, что общего между тепловыми и и есть ли сходство в принципах работы ТЭС и АЭС.
Если говорить об их сходстве, то их несколько. Во-первых, обе они построены таким образом, что для своей работы используют природный ресурс, являющийся ископаемым и иссекаемым. Кроме этого, можно отметить, что оба объекта направлены на то, чтобы вырабатывать не только электрическую энергию, но и тепловую. Сходства в принципах работы также заключаются и в том, что ТЭС и АЭС имеют турбины и парогенераторы, участвующие в процессе работы. Далее имеются лишь некоторые отличие. К ним можно отнести то, что, к примеру, стоимость строительства и электроэнергии, полученной от ТЭС гораздо ниже, чем от АЭС. Но, с другой стороны, атомные станции не загрязняют атмосферу до тех пор, пока отходы утилизируются правильным образом и не происходит аварий. В то время как ТЭС из-за своего принципа работы постоянно выбрасывают в атмосферу вредные вещества.
Здесь кроется и главное отличие в работе АЭС и ТЭС. Если в тепловых объектах тепловая энергия от сжигания топлива передается чаще всего воде или преобразуется в пар, то на атомных станциях энергию берут от деления атомов урана. Полученная энергия расходится для нагрева самых разных веществ и вода здесь используется довольно редко. К тому же все вещества находятся в закрытых герметичных контурах.
Теплофикация
На некоторых ТЭС в их схемах может быть предусмотрена такая система, которая занимается теплофикацией самой электростанции, а также прилегающего поселка, если таковой имеется. К сетевым подогревателям этой установки, пар отбирается от турбины, а также имеется специальная линия для отвода конденсата. Вода подводится и отводится по специальной системе трубопровода. Та электрическая энергия, которая будет вырабатываться таким образом, отводится от электрического генератора и передается потребителю, проходя через повышающие трансформаторы.
Основное оборудование
Если говорить об основных элементах, эксплуатирующихся на тепловых электрических станциях, то это котельные, а также турбинные установки в паре с электрическим генератором и конденсатором. Основным отличием основного оборудования от дополнительного стало то, что оно имеет стандартные параметры по своей мощности, производительности, по параметрам пара, а также по напряжению и силе тока и т. д. Также можно отметить, что тип и количество основных элементов выбираются в зависимости от того, какую мощность необходимо получить от одной ТЭС, а также от режима ее эксплуатации. Анимация принципа работы ТЭС может помочь разобраться в этом вопросе более детально.
