На какой электростанции вырабатывают электроэнергию и тепло

ТЭЦ — это тепловые электростанции, которые производят электроэнергию;

ТЭЦ — электростанции, производящие электроэнергию + тепло (расстояние передачи не более 20-30 км);

ГРЭС — государственные районные электростанции.

Уголь, газ, мазут, торф => в соответствии с этим можно строить где угодно.

— быстрое строительство и дешевле, чем гидроэлектростанции и атомные электростанции;

— способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний;

Гидроэлектростанции — гидроэлектростанции на равнинных и горных реках;

ГЭС — гидроэлектростанция с насосным накопителем (Загурская);

ПЭС — приливная электростанция (приливные высоты).

Вода равнинных и горных рек.

Движение воды во время приливов и отливов.

— Высокая эффективность 92-94%;

— экономичность, простота в эксплуатации;

— Относительно небольшой штат сотрудников;

— Маневренность при изменении энергетической нагрузки;

— Длительный срок службы (до 100 лет и более);

— Низкая стоимость электроэнергии;

— Гидроэлектростанция представляет собой сложное гидротехническое сооружение;

— Дамба используется для межбанковских транспортных связей (таблица);

— В их окрестностях развиваются промышленные центры (Тольятти, Набережные Челны, Балаково);

— Процесс производства энергии не сопровождается загрязнением окружающей среды;

АЭС — атомная электростанция, вырабатывающая электроэнергию;

AEC — атомная электростанция (тепло + электричество).

Ядерное топливо (плутоний и уран). 1 кг урана производит столько же энергии, сколько 2500 кг угля.

— С 20-30 тоннами ядерного топлива атомная электростанция будет работать в течение нескольких лет;

— высококонцентрированное и легко транспортируемое топливо;

— местоположение (где необходимо электричество, но нет других источников энергии (их немного).

— относительно низкая стоимость строительства;

— работа завода не увеличивает парниковый эффект.

— Процесс производства энергии не загрязняет окружающую среду;

Несмотря на неоспоримые преимущества электростанций перед топливной промышленностью, а также необходимость и потребность в них, все еще существует ряд серьезных проблем и недостатков, которые необходимо изучить и решить.

1. работают на невозобновляемых ресурсах.

2. производят много отходов (чище всего на природном газе).

3. режим работы меняется медленно (требуется 2-3 дня, чтобы котел нагрелся).

4. энергия стоит дорого, потому что требуется много людей для эксплуатации электростанции, добычи и транспортировки топлива.

В каждой развитой стране есть своя энергетическая промышленность. Эта область включает в себя различные типы электростанций. Они могут использовать традиционные и нетрадиционные источники энергии. К первым относятся природные ресурсы в виде угля, газа, нефтепродуктов, ядерного топлива и т.д. Второй вариант предполагает использование энергии природных явлений — солнца, ветра, приливов и отливов, а также подземных источников тепла. Независимо от формы использования, каждая электростанция требует ряда дополнительных сооружений для передачи произведенной энергии потребителям.

Что такое электростанция

Электростанция — это энергетический комплекс, состоящий из различных установок, аппаратов и оборудования, необходимых для выработки, преобразования и передачи электроэнергии. Все они размещаются в специальных зданиях и сооружениях, компактно расположенных на общей территории. Независимо от типа, они являются частью интегрированной электроэнергетической системы, задача которой заключается в эффективном использовании мощности электростанции, обеспечивая бесперебойную поставку электроэнергии потребителям.

Принцип работы электростанций и связанных с ними объектов основан на вращении вала генератора, который является основным элементом системы. Его основные функции следующие:

  • Обеспечение стабильной непрерывной работы параллельно с другими энергосистемами, поставляя энергию собственным автономным потребителям.
  • Способный немедленно реагировать на наличие или отсутствие нагрузки, соответствующей его номиналу.
  • Выполняет запуск двигателя, что обеспечивает работу всей системы.
  • Вместе со специальным оборудованием он выполняет защитную функцию.

Отличительными особенностями каждого генератора являются его форма и размер, а также источник энергии, используемый для вращения вала. Помимо генератора, электростанция включает в себя турбины и котлы, трансформаторы и распределительные устройства, средства коммутации, автоматики и релейной защиты.

Современная тенденция — это компактные растения. Они позволяют обеспечить энергией не только отдельные объекты, но и целые поселки, расположенные на значительном расстоянии от стационарных линий электропередач. В основном это полярные станции и горнодобывающие предприятия. Давайте теперь рассмотрим типы электростанций, используемых в российской энергетике.

Основные типы электростанций

Все электростанции в приведенной ниже таблице классифицируются сначала по источнику используемой энергии.

Среди них можно выделить следующие:

  • Тепловые электростанции (ТЭС). Они работают на природном топливе, а основными типами электростанций могут быть конденсационные (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Первые производят только электричество, а вторые — электричество и тепло.
  • Гидравлические — гидроэлектростанции и насосно-аккумулирующие электростанции — насосно-аккумулирующие электростанции, работающие за счет энергии падающей воды.
  • Ядерные — атомные электростанции, работающие на ядерном топливе.
  • С двигателем внутреннего сгорания — DPS. Они бывают стационарные и мобильные. В частном секторе используются небольшие мини-электростанции.
  • Солнечные, ветряные, приливные и геотермальные электростанции известны как альтернативные источники электроэнергии, работающие за счет естественных сил природы. Они имеют ряд недостатков, связанных с климатическими условиями и другими факторами.

Каждая из упомянутых электростанций относится либо к традиционному, либо к альтернативному типу энергетики. В первом случае электроэнергия вырабатывается на тепловых, гидроэлектростанциях и атомных электростанциях. Тепловые электростанции производят около 70-75% всей электроэнергии и поэтому располагаются в районах с высоким энергопотреблением и богатыми природными ресурсами.

Гидроэлектростанции привязаны к полноводным рекам, протекающим в равнинных или горных районах. АЭС строятся в местах с высоким энергопотреблением, когда других видов энергоресурсов не хватает. Чтобы понять их роль и место в общей энергетической системе, необходимо более подробно рассмотреть типы электростанций, используемых в России.

Тепловые электрические станции – ТЭС

Тепловые электростанции в России производят около 70% всей электроэнергии. Они работают на мазуте, газе и угле, а в некоторых районах используются торф и горючий сланец.

Все тепловые электростанции можно условно разделить на два основных типа. Первая — это так называемая паровая турбина, где основным двигателем является паровая турбина. Эти установки могут быть конденсационными электростанциями (КЭС), которые производят только электроэнергию, и комбинированными теплоэлектростанциями (КЭС), которые производят не только электроэнергию, но и тепло. КПД ТЭЦ составляет 60-70%, а комбинированных теплоэлектростанций — 30-40%. Основным недостатком тепловых электростанций является то, что они должны быть подключены к потребителям тепла.

Тепловые электростанции имеют гораздо больше положительных характеристик. Они свободно размещаются во всех районах, где имеются природные ресурсы, и не подвержены сезонным колебаниям погодных условий. Однако используемое топливо не является возобновляемым, а сами электростанции оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Российские ТЭС не имеют достаточно эффективных систем очистки отходящих газов от вредных и токсичных веществ. Газовые электростанции считаются более экологичными, но трубопроводы к ним наносят непоправимый ущерб окружающей среде.

В европейской части Российской Федерации электростанции работают в основном на мазуте и природном газе, в то время как на востоке страны электростанции расположены рядом с угольными карьерами. Большинство станций принадлежат государственным районным электростанциям, ГРЭС, которые являются частью Единой энергетической системы страны.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций

По своей значимости гидроэлектростанции уступают только тепловым электростанциям. Они используют энергию воды, которая преобразуется в электричество, и относятся к категории возобновляемых ресурсов. Простота эксплуатации таких заводов не требует большого количества работников. Эффективность достигает 85%.

Электроэнергия, произведенная на гидроэлектростанциях, считается самой дешевой, она стоит примерно в 5-6 раз меньше, чем энергия от тепловых электростанций. Гидроэлектростанции обладают высокой маневренностью и могут быть запущены в работу в течение 3-5 минут, в то время как на тепловых электростанциях на это уходит несколько часов. Это качество особенно важно при покрытии пиковых нагрузок в суточном плане электроснабжения.

Основными недостатками таких конструкций являются:

  • Значительные инвестиции в их строительство.
  • Связаны с конкретной территорией или местностью, имеющей водные ресурсы.
  • В процессе строительства затапливаются огромные территории, исключаются из использования большие сельскохозяйственные площади, уничтожаются рыбные хозяйства, нарушается экологический баланс.
  • Полная мощность электростанций реализуется только в определенное время года, в период максимального подъема воды.

На российских реках строятся целые каскады гидроэлектростанций. Самыми крупными считаются Ангаро-Енисейский каскад с Братской, Красноярской, Саяно-Шушенской, Усть-Илимской ГЭС и Волжанский каскад с Рыбинской, Угличской, Иваньковской, Саратовской, Волжанской и другими электростанциями.

Гидроэлектрические насосно-аккумулирующие электростанции — ГЭС — считаются довольно перспективным направлением. В их основе лежит принцип циклического перемещения одного и того же объема воды между верхним и нижним водохранилищами. Ночью избыток электроэнергии питает воду снизу вверх, а днем, при резком увеличении спроса на энергию, она сбрасывается вниз и вращает турбины, вырабатывая электричество. Эти электростанции полностью независимы от естественных колебаний речного стока, и для создания водохранилищ требуется затопление гораздо меньшей площади.

Атомные электростанции

Атомные электростанции являются третьим по величине производителем электроэнергии. В России на их долю приходится чуть более 10% энергобаланса. В США этот показатель составляет 20%, в Германии — более 30%, а во Франции — более 75%. В связи с аварией на Чернобыльской АЭС произошло сокращение программ в области ядерной энергетики.

Рассматривая типы электростанций в России, следует отметить, что наиболее известными являются Ленинградская, Курская, Смоленская, Нововоронежская, Белоярская и другие. Новым направлением является создание АТЭС — атомных электростанций, вырабатывающих электричество и тепло. Такой объект был построен на Чукотке в поселке Билибино. Другим направлением является строительство АСТ — атомных электростанций для выработки тепла. Такие заводы успешно работают в Нижнем Новгороде и Воронеже.

Основные преимущества атомных электростанций заключаются в следующем:

  • Возможность строить на любой земле, без привязки к энергетическим ресурсам. Транспортировка ядерного топлива не требует больших затрат, так как 1 кг урана эквивалентен 2500 т угля.
  • Если нет никаких помех в работе, то атомные электростанции являются самыми экологически чистыми установками. Выбросы в атмосферу минимальны, кислород не поглощается, парниковый эффект отсутствует.

Рассматривая принцип работы атомных электростанций, первое, что следует отметить, — это серьезные последствия в случае аварии. Кроме того, серьезные проблемы возникают с радиоактивными отходами в процессе захоронения. Водоемы, используемые для технических целей на атомных электростанциях, подвержены тепловому загрязнению.

Дизельные электростанции

Для питания дизельной электростанции, известной как электростанция внутреннего сгорания, используются различные виды жидкого топлива. В основе системы лежит дизель-генератор, состоящий из дизельного двигателя, электрогенератора, систем смазки и охлаждения и панели управления.

Эти системы используются в качестве альтернативы в отдаленных районах, где они являются основным источником электроэнергии. Как правило, подведение стационарных линий электропередачи к таким местам экономически не оправдано. Кроме того, дизельные генераторы служат в качестве аварийного или резервного источника энергии, когда потребители не должны быть отключены от электроэнергии.

Типы дизельных электростанций могут быть стационарными (4-5 000 кВт) и мобильными (12-1 000 кВт). Благодаря небольшим размерам их можно размещать в небольших зданиях и помещениях. Эти установки всегда готовы к запуску, а сам процесс запуска не занимает много времени. Большинство функций установки автоматизированы, а другие можно легко переключить в автоматический режим. Основным недостатком дизельных генераторных установок является топливо, которое необходимо приобретать, а также все действия, связанные с его получением и хранением.

Нетрадиционные источники электроэнергии

Нетрадиционные источники представлены геотермальными электростанциями (Фото 1), которые опираются на тепловую энергию, поступающую из недр Земли. Чем глубже от поверхности Земли, тем выше температура этого слоя. В России такие электростанции были построены на Камчатке и Курильских островах.

Существуют проекты приливных электростанций (рис. 2), которые работают на энергии, вырабатываемой приливами, в самой узкой части искусственного залива, отрезанного от моря. Примером тому служит пилотная Кислогубская ПЭС, возведенная на Кольском полуострове.

Классификация электростанций включает альтернативные солнечные и ветровые установки (Рисунок 3). Все типы этих систем обеспечивают электроэнергией малые предприятия и промышленность, а также используются в частном секторе для бытовых нужд. В основном они используются в районах и местах, где нет централизованного электроснабжения и подключения к обычным линиям электропередач.

Типы электростанций

В зависимости от источника энергии различают следующие типы электростанций:

  • Тепловые электростанции (ТЭС), использующие природное топливо. Они делятся на конденсационные электростанции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
  • Гидроэлектростанции (ГЭС) и насосно-аккумулирующие электростанции (НАЭС), которые используют энергию падающей воды
  • Атомные электростанции (АЭС), использующие энергию ядерного деления
  • Дизельные электростанции (ДЭС)
  • Газотурбинные (ГТУ) и парогазовые (ПГУ) электростанции
  • Солнечные электростанции (СЭС)
  • Ветроэнергетические установки (ВЭС)
  • Геотермальные электростанции (ГЕОТЭС)
  • Приливные электростанции (ПЭС)

Наиболее часто в современной энергетике различают традиционную и нетрадиционную энергию.

Традиционная энергия в основном делится на электрическую и тепловую.

Самым удобным видом энергии является электричество, которое можно считать основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электричество происходит на электростанциях.

В нашей стране производится и потребляется огромное количество электроэнергии. Она почти полностью вырабатывается тремя основными типами электростанций: тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями.

Около 70% электроэнергии в мире вырабатывается на тепловых электростанциях. Они делятся на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят только электричество, и комбинированные теплоэлектроцентрали (КЭС), которые производят как электричество, так и тепло.

В России около 75% энергии производится на ТЭЦ. ТЭС строятся там, где добывается топливо или потребляется энергия. Экономически выгодно строить ГЭС на полноводных горных реках. Поэтому самые крупные ГЭС строятся на сибирских реках. Енисей, Ангара. Однако каскады ГЭС были построены и на равнинных реках: Волга, Кама.

АЭС были построены в районах, где потребляется много энергии, а других энергетических ресурсов не хватает (в западной части страны).

Основным типом электростанций в России являются тепловые электростанции (ТЭС). Эти электростанции вырабатывают около 67% электроэнергии в России. На их расположение влияют топливные и потребительские факторы. Самые мощные электростанции расположены в местах добычи топлива. ТЭС, использующие калорийное, транспортабельное топливо, ориентированы на потребителя.

Рис.1 Принципиальная схема теплоэлектростанции

Принципиальная схема теплоэлектростанции представлена на рис.1. Стоит учитывать, что в ее конструкции может быть предусмотрено несколько контуров — теплоноситель от теплогенерирующего реактора не может идти сразу в турбину, а отдает свое тепло в теплообменнике теплоносителю следующего контура, который уже может идти в турбину и далее передавать свою энергию следующему контуру. На каждой электростанции также имеется система охлаждения использованного теплоносителя для доведения его температуры до значения, необходимого для рециркуляции. Если вблизи электростанции есть жилой массив, это достигается за счет использования отработанного тепла теплоносителя для нагрева горячей воды для бытовых нужд или горячего водоснабжения, если нет, избыток отработанного тепла просто сбрасывается в атмосферу в градирнях. На неядерных электростанциях именно градирни чаще всего служат конденсатором для отработанного пара.

Основное оборудование теплоэлектростанции — это паровой котел, турбина, генератор, конденсатор пара и циркуляционный насос.

В паровом котле при сгорании топлива вырабатывается тепловая энергия, которая преобразуется в энергию пара. В турбине энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения. Генератор преобразует механическую вращательную энергию в электрическую. Схема ТЭЦ отличается тем, что, помимо электроэнергии, она также вырабатывает тепловую энергию, отбирая часть пара и используя его для нагрева воды, подаваемой в теплотрассы.

Существуют тепловые электростанции с газовыми турбинами. Рабочим органом в обоих случаях является газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании ископаемого топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь, имеющая температуру 750-770°C, поступает в турбину, которая вращает генератор. Газотурбинные электростанции более маневренны, их легко запускать, останавливать и регулировать. Но их КПД в 5-8 раз ниже, чем у паровых электростанций.

Процесс производства электроэнергии на тепловой электростанции можно разделить на три цикла: химический — процесс сгорания, в результате которого тепло передается пару; механический — тепловая энергия пара преобразуется в энергию вращения; электрический — механическая энергия преобразуется в электрическую.

Общий КПД ТЭС состоит из произведения КПД (η) циклов:

КПД идеального механического цикла определяется так называемым циклом Карно:

где T1 и T2 — температуры пара на входе и выходе паровой турбины.

На современных тепловых электростанциях T1=550°C (823°C), T2=23°C (296°C).

Практически, с учетом потерь, ηtce=36-39%. Благодаря более полному использованию тепловой энергии, КПД ТЭЦ = 60-65%.

Атомная электростанция отличается от ТЭЦ тем, что котел заменен ядерным реактором. Тепло от ядерной реакции используется для производства пара.

Основной энергией на атомной электростанции является внутренняя ядерная энергия, которая высвобождается при делении ядер в виде огромной кинетической энергии, которая, в свою очередь, преобразуется в тепловую энергию. Установка, в которой происходят эти превращения, называется реактором.

Теплоноситель (вода, инертные газы и т.д.) проходит через активную зону реактора для отвода тепла. Теплоноситель забирает тепло в парогенератор и отдает его обратно воде. Полученный пар поступает в турбину. Мощность реактора регулируется специальными стержнями. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов и, таким образом, интенсивность ядерной реакции.

Природным ядерным топливом атомной электростанции является уран. Слой бетона толщиной в несколько метров используется в качестве биологической защиты от радиации.

Сжигание 1 кг угля производит 8 кВт/ч электроэнергии, а сжигание 1 кг ядерного топлива производит 23 млн кВт/ч электроэнергии.

Уже более 2 000 лет человечество использует энергию воды Земли. В настоящее время энергия воды используется на гидроэлектростанциях (ГЭС) трех типов:

  • Гидроэлектростанции (ГЭС);
  • Приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов;
  • Насосные аккумуляторные электростанции (НЭС), которые накапливают и используют энергию из водохранилищ и озер.

Гидроэнергетические ресурсы в турбине гидроэлектростанции преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе преобразуется в электричество.

Таким образом, основными источниками энергии являются твердое топливо, нефть, газ, вода и энергия распада ядер урана и других радиоактивных веществ.

Все основные типы электростанций оказывают значительное негативное воздействие на природу. Тепловые электростанции загрязняют воздух, шлаки от угольных электростанций занимают огромные территории. Водохранилища равнинных гидроэлектростанций затапливают плодородные поймы и приводят к заболачиванию территорий. Атомные электростанции также доказали свою опасность.

Будущее за нетрадиционными источниками энергии — ветром, приливами, солнцем и внутренней энергией Земли.

Оцените статью
Добавить комментарий