Cechy techniczne wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach cieplnych. Wytwarzanie, przesyłanie i dystrybucja energii elektrycznej. Proces technologiczny elektrowni cieplnej

Aby zapewnić lepsze spalanie gazu, kotły są wyposażone w mechanizmy ciągu. Do kotła dostarczane jest powietrze, które podczas spalania gazu pełni rolę utleniacza. Aby zmniejszyć poziom hałasu, mechanizmy są wyposażone w tłumiki hałasu. Spaliny powstające podczas spalania paliwa odprowadzane są do komina i rozprowadzane do atmosfery.

Gorący gaz przepływa przez komin i podgrzewa wodę przepływającą przez specjalne rury kotła. Po podgrzaniu woda zamienia się w przegrzaną parę, która dostaje się do turbiny parowej. Para wchodzi do turbiny i zaczyna obracać łopatki turbiny, które są połączone z wirnikiem generatora. Energia pary zamieniana jest na energię mechaniczną. W generatorze energia mechaniczna zamieniana jest na energię elektryczną, wirnik nadal się obraca, tworząc przemienny prąd elektryczny w uzwojeniach stojana.

Poprzez transformator podwyższający i podstację transformatorową obniżającą prąd jest dostarczany do odbiorców za pośrednictwem linii elektroenergetycznych. Para wydobywająca się z turbiny kierowana jest do skraplacza, gdzie zamienia się w wodę i wraca do kotła. W elektrowni cieplnej woda porusza się po okręgu. Wieże chłodnicze służą do schładzania wody. Elektrociepłownie wykorzystują wieże chłodnicze z wentylatorami i wieżami chłodniczymi. Woda w wieżach chłodniczych jest chłodzona powietrzem atmosferycznym. W rezultacie uwalnia się para, którą widzimy nad wieżą chłodniczą w postaci chmur. Woda w wieżach chłodniczych podnosi się pod ciśnieniem i opada niczym wodospad do przedniej komory, skąd wraca do elektrociepłowni. Aby ograniczyć porywanie kropel, wieże chłodnicze są wyposażone w łapacze wody.

Zaopatrzenie w wodę zapewnia rzeka Moskwa. W budynku chemicznej uzdatniania wody woda jest oczyszczana z zanieczyszczeń mechanicznych i dostarczana do grup filtrów. W niektórych jest przygotowywany do poziomu wody oczyszczonej do zasilania sieci ciepłowniczej, w innych do poziomu wody zdemineralizowanej i służy do zasilania bloków energetycznych.

Obieg wykorzystywany do zaopatrzenia w ciepłą wodę i ciepłownictwa jest również zamknięty. Część pary z turbiny parowej kierowana jest do podgrzewaczy wody. Dalej gorąca woda kierowany jest do punktów grzewczych, gdzie następuje wymiana ciepła z wodą pochodzącą z domów.

Wysoko wykwalifikowani specjaliści Mosenergo wspierają proces produkcyjny przez całą dobę, zaopatrując ogromną metropolię w energię elektryczną i ciepło.

Jak działa jednostka napędowa pracująca w cyklu łączonym?

Kategoria K: Prace związane z instalacją elektryczną

Produkcja energii elektrycznej

Energia elektryczna (prąd) jest najbardziej zaawansowanym rodzajem energii i znajduje zastosowanie we wszystkich dziedzinach i gałęziach produkcji materialnej. Do jego zalet należy możliwość przesyłu na duże odległości i zamiany na inny rodzaj energii (mechaniczną, cieplną, chemiczną, świetlną itp.).

Energia elektryczna wytwarzana jest w specjalnych przedsiębiorstwach - elektrowniach przetwarzających inne rodzaje energii na energię elektryczną: chemiczną, paliwową, wodną, ​​wiatrową, słoneczną, nuklearną.

Możliwość przesyłania energii elektrycznej na duże odległości umożliwia budowę elektrowni w pobliżu lokalizacji paliw lub nad wezbranymi rzekami, co jest bardziej ekonomiczne niż transport dużych ilości paliwa do elektrowni zlokalizowanych w pobliżu odbiorców energii elektrycznej.

W zależności od rodzaju wykorzystywanej energii elektrownie dzielą się na cieplne, hydrauliczne i jądrowe. Elektrownie wykorzystujące energię wiatru i energię słoneczną są w dalszym ciągu źródłami energii elektrycznej małej mocy, które nie mają znaczenia przemysłowego.

Elektrownie cieplne wykorzystują energię cieplną uzyskaną w wyniku spalania paliw stałych (węgiel, torf, łupki bitumiczne), ciekłych (olej opałowy) i gazowych (gaz ziemny, a w zakładach hutniczych – gazu wielkopiecowego i koksowniczego) w piecach kotłowych.

Energia cieplna zamieniana jest na energię mechaniczną poprzez obrót turbiny, która przekształca się w energię elektryczną w generatorze podłączonym do turbiny. Generator staje się źródłem energii elektrycznej. Elektrownie cieplne rozróżnia się ze względu na rodzaj silnika pierwotnego: turbina parowa, silnik parowy, silnik spalinowy, lokomotywa, turbina gazowa. Ponadto elektrownie turbinowe parowe dzielą się na elektrownie kondensacyjne i ciepłownicze. Stacje kondensacyjne dostarczają odbiorcom wyłącznie energię elektryczną. Para spalinowa przechodzi cykl chłodzenia i zamieniając się w kondensat, jest ponownie dostarczana do kotła.

Zaopatrzenie odbiorców w ciepło i energię elektryczną realizowane jest poprzez ciepłownie zwane elektrociepłowniami (CHP). W tych stacjach energia cieplna jest tylko częściowo przekształcana w energię elektryczną i jest przeznaczana głównie na zaopatrywanie w parę i gorącą wodę przedsiębiorstw przemysłowych i innych odbiorców zlokalizowanych w pobliżu elektrowni.

Na rzekach budowane są elektrownie wodne (HPP), które stanowią dla elektrowni niewyczerpane źródło energii. Płyną z wyżyn na niziny i dzięki temu są w stanie wykonywać pracę mechaniczną. Elektrownie wodne buduje się na rzekach górskich, wykorzystując naturalne ciśnienie wody. Na rzekach nizinnych ciśnienie wytwarzane jest sztucznie poprzez budowę zapór, ze względu na różnicę poziomów wody po obu stronach zapory. Podstawowymi silnikami w elektrowniach wodnych są turbiny hydrauliczne, w których energia przepływu wody zamieniana jest na energię mechaniczną.

Woda obraca wirnik turbiny hydraulicznej i generatora, natomiast energia mechaniczna turbiny hydraulicznej zamieniana jest na energię elektryczną wytwarzaną przez generator. Budowa elektrowni wodnej rozwiązuje, oprócz problemu wytwarzania energii elektrycznej, także zespół innych problemów o znaczeniu gospodarczym kraju - poprawę żeglugi rzek, nawadnianie i nawadnianie jałowych terenów, poprawę zaopatrzenia w wodę miast i przedsiębiorstw przemysłowych .

Elektrownie jądrowe (EJ) zaliczane są do elektrowni cieplno-parowych, które nie działają na paliwie organicznym, lecz wykorzystują jako źródło energii ciepło uzyskane podczas rozszczepienia jąder atomów paliwa (paliwa) jądrowego – uranu lub plutonu. W elektrowniach jądrowych rolę kotłów pełnią reaktory jądrowe i wytwornice pary.

Dostawa energii elektrycznej do odbiorców odbywa się przede wszystkim z sieci elektrycznych łączących szereg elektrowni. Równoległa praca elektrowni we wspólnej sieci elektrycznej zapewnia racjonalny rozkład obciążenia pomiędzy elektrowniami, najbardziej ekonomiczne wytwarzanie energii elektrycznej, lepsze wykorzystanie mocy zainstalowanej stacji, zwiększoną niezawodność zasilania odbiorców i dostaw energii elektrycznej do odbiorców. je przy użyciu normalnych wskaźników jakości w zakresie częstotliwości i napięcia.

Konieczność unifikacji wynika z nierównego obciążenia elektrowni. Zapotrzebowanie konsumentów na energię elektryczną zmienia się radykalnie nie tylko w ciągu dnia, ale także w różnych porach roku. Zimą wzrasta zużycie energii elektrycznej na oświetlenie. W rolnictwo Latem do prac polowych i nawadniania potrzebny jest prąd w dużych ilościach.

Różnica w stopniu obciążenia stacji jest szczególnie zauważalna, gdy obszary poboru energii elektrycznej są od siebie znacznie oddalone w kierunku ze wschodu na zachód, co tłumaczy się różnym momentem godzin maksymalnego obciążenia porannego i wieczornego. Aby zapewnić odbiorcom niezawodne zasilanie i pełniejsze wykorzystanie mocy elektrowni pracujących w różnych trybach, łączy się je w systemy energetyczne lub elektryczne za pomocą sieci elektrycznych wysokiego napięcia.

Zespół elektrowni, linii elektroenergetycznych i sieci ciepłowniczych oraz odbiorców energii elektrycznej i cieplnej, połączonych w jeden przez wspólność reżimu i ciągłość procesu wytwarzania i zużycia energii elektrycznej i cieplnej, nazywa się system energetyczny (system energetyczny). Częścią sieci elektroenergetycznej jest system elektryczny składający się z podstacji i linii elektroenergetycznych o różnych napięciach.

Z kolei systemy energetyczne poszczególnych regionów są ze sobą połączone w celu równoległego działania i tworzą duże systemy, na przykład Jednolity System Energetyczny (UES) europejskiej części ZSRR, zintegrowane systemy Syberii, Kazachstanu, Azji Środkowej itp. .

Elektrociepłownie i elektrownie zakładowe przyłączane są najczęściej do sieci elektroenergetycznej najbliższego systemu elektroenergetycznego za pośrednictwem linii napięcia generatorowego 6 i 10 kV lub linii napięcia wyższego (35 kV i więcej) poprzez podstacje transformatorowe. Energia wytwarzana przez potężne regionalne elektrownie przekazywana jest do sieci elektroenergetycznej, która zasila odbiorców liniami wysokiego napięcia (110 kV i więcej).

« Fizyka – klasa 11”

Wytwarzanie energii

Energia elektryczna produkowana jest w elektrowniach głównie przy wykorzystaniu elektromechanicznych generatorów indukcyjnych.
Istnieją dwa główne typy elektrowni: cieplne i wodne.
Elektrownie te różnią się silnikami obracającymi wirniki generatora.

W elektrowniach cieplnych źródłem energii jest paliwo: węgiel, gaz, ropa naftowa, olej opałowy, łupki bitumiczne.
Wirniki generatorów elektrycznych napędzane są turbinami parowymi, gazowymi lub silnikami spalinowymi.

Elektrociepłownie turbinowo-parowe - TPP najbardziej ekonomiczny.

W kotle parowym ponad 90% energii wytworzonej przez paliwo zostaje zamienione na parę.
W turbinie energia kinetyczna strumieni pary przekazywana jest na wirnik.
Wał turbiny jest sztywno połączony z wałem generatora.
Turbogeneratory parowe są bardzo szybkie: prędkość wirnika wynosi kilka tysięcy na minutę.

Sprawność silników cieplnych wzrasta wraz ze wzrostem temperatury początkowej cieczy roboczej (pary, gazu).
Dlatego para wchodząca do turbiny doprowadzana jest do wysokich parametrów: temperatury - prawie 550 ° C i ciśnienia - do 25 MPa.
Współczynnik przydatna akcja TPP sięga 40%. Większość energii jest tracona wraz z gorącą parą wylotową.

Elektrownie cieplne - CHP pozwalają na wykorzystanie znacznej części energii pary odpadowej w przedsiębiorstwach przemysłowych i na potrzeby bytowe.
W efekcie sprawność elektrowni cieplnej sięga 60-70%.
W Rosji elektrownie cieplne dostarczają około 40% całej energii elektrycznej i zaopatrują w energię elektryczną setki miast.

NA elektrownie wodne - elektrownia wodna Energia potencjalna wody jest wykorzystywana do obracania wirników generatora.

Wirniki generatorów elektrycznych napędzane są przez turbiny hydrauliczne.
Moc takiej stacji zależy od ciśnienia wytwarzanego przez tamę i masy wody przepływającej przez turbinę w każdej sekundzie.

Elektrownie wodne dostarczają około 20% całej energii elektrycznej wytwarzanej w naszym kraju.

Elektrownie jądrowe - elektrownie jądrowe w Rosji dostarczają około 10% energii elektrycznej.

Zużycie energii elektrycznej

Głównym odbiorcą energii elektrycznej jest przemysł – 70% wyprodukowanej energii elektrycznej.
Transport jest również głównym konsumentem.

Większość zużywanej energii elektrycznej jest obecnie przekształcana w energię mechaniczną, ponieważ... Prawie wszystkie maszyny w przemyśle napędzane są silnikami elektrycznymi.

Przesył energii elektrycznej

Przesyłanie energii elektrycznej wiąże się z zauważalnymi stratami, gdyż prąd elektryczny nagrzewa przewody linii energetycznych. Zgodnie z prawem Joule'a-Lenza energię zużytą na nagrzanie przewodów liniowych określa się ze wzoru

Gdzie
R- rezystancja linii,
U- przesyłane napięcie,
R- moc źródła prądu.

Jeżeli długość linii jest bardzo duża, przesył energii może stać się ekonomicznie nieopłacalny.
Praktycznie bardzo trudno jest znacząco zmniejszyć rezystancję linii R, dlatego konieczne jest zmniejszenie prądu I.

Ponieważ moc źródła prądu P jest równa iloczynowi prądu I i napięcia U, to w celu zmniejszenia przesyłanej mocy konieczne jest zwiększenie przesyłanego napięcia w linii przesyłowej.

W tym celu w dużych elektrowniach instaluje się transformatory podwyższające.
Transformator zwiększa napięcie w linii tyle samo razy, ile zmniejsza prąd.

Im dłuższa linia przesyłowa, tym korzystniejsze jest zastosowanie wyższego napięcia. Generatory prądu przemiennego są nastawione na napięcia nie przekraczające 16-20 kV. Wyższe napięcia wymagałyby skomplikowanych, specjalnych środków w celu odizolowania uzwojeń i innych części generatorów.

Osiąga się to za pomocą transformatorów obniżających napięcie.

Spadek napięcia (i odpowiednio wzrost prądu) odbywa się etapami.

Jeżeli napięcie jest bardzo wysokie, pomiędzy przewodami może rozpocząć się wyładowanie, co prowadzi do utraty energii.
Dopuszczalna amplituda napięcia przemiennego musi być taka, aby dla danego pola przekroju poprzecznego drutu straty energii spowodowane wyładowaniem były nieznaczne.

Stacje elektryczne połączone są liniami wysokiego napięcia, tworząc wspólną sieć elektryczną, do której podłączeni są odbiorcy.
Połączenie to, zwane siecią energetyczną, umożliwia rozdział obciążeń zużywających energię.
System elektroenergetyczny zapewnia nieprzerwane dostawy energii do odbiorców.
Teraz nasz kraj ma Zunifikowany System Energetyczny dla europejskiej części kraju.

Zużycie energii elektrycznej

Zapotrzebowanie na energię elektryczną stale rośnie zarówno w przemyśle, transporcie, instytucjach naukowych, jak i w życiu codziennym. Istnieją dwa główne sposoby zaspokojenia tej potrzeby.

Pierwszym z nich jest budowa nowych potężnych elektrowni: cieplnej, hydraulicznej i jądrowej.
Budowa dużej elektrowni wymaga jednak kilku lat i wysokich kosztów.
Ponadto elektrownie cieplne zużywają nieodnawialne zasoby naturalne: węgiel, ropę i gaz.
Jednocześnie powodują ogromne szkody dla równowagi na naszej planecie.
Zaawansowane technologie pozwalają zaspokoić potrzeby energetyczne w inny sposób.

Drugim jest efektywne wykorzystanie energii elektrycznej: nowoczesne świetlówki, oszczędność oświetlenia.

Wielkie nadzieje pokłada się w pozyskiwaniu energii w drodze kontrolowanych reakcji termojądrowych.

Priorytetowo należy nadać zwiększanie efektywności energetycznej, a nie zwiększanie mocy elektrowni.

Produkcja (wytwarzanie) energii elektrycznej to proces przetwarzania różnych rodzajów energii na energię elektryczną w obiektach przemysłowych zwanych elektrowniami. Obecnie istnieją następujące typy generacji:

Energetyka cieplna. W w tym przypadku Energia cieplna spalania paliw organicznych zamieniana jest na energię elektryczną. Do elektroenergetyki cieplnej zalicza się elektrownie cieplne (TPP), które występują w dwóch głównych typach:

Kondensacja (IES, używany jest także stary skrót GRES). Kondensacja to nazwa nadana skojarzonemu wytwarzaniu energii elektrycznej;

Sieci ciepłownicze (elektrownie cieplne,CHP). Kogeneracja to skojarzona produkcja energii elektrycznej i cieplnej w tej samej stacji;

CPP i CHP mają podobne procesy technologiczne. W obu przypadkach takbojler, w którym spalane jest paliwo, a para pod ciśnieniem jest podgrzewana w wyniku wytworzonego ciepła. Następnie dostarczana jest podgrzana paraturbina parowa, gdzie jego energia cieplna jest przekształcana w energię obrotową. Wał turbiny obraca wirnikgenerator elektryczny- w ten sposób energia obrotowa zamieniana jest na energię elektryczną, która dostarczana jest do sieci. Zasadnicza różnica pomiędzy CHP i CES polega na tym, że część pary podgrzanej w kotle wykorzystywana jest na potrzeby zaopatrzenia w ciepło;

Energia nuklearna. Obejmuje to elektrownie jądrowe (NPP). W praktyce energię jądrową często uważa się za podtyp energetyki cieplnej, gdyż generalnie zasada wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach jądrowych jest taka sama jak w elektrowniach cieplnych. Tylko w tym przypadku energia cieplna jest uwalniana nie podczas spalania paliwa, ale podczas rozszczepienia jąder atomowych nareaktor jądrowy. Co więcej, schemat produkcji energii elektrycznej nie różni się zasadniczo od elektrowni cieplnej: para jest podgrzewana w reaktorze, wchodzi do turbiny parowej itp. Ze względu na pewne cechy konstrukcyjne elektrowni jądrowych nieopłacalne jest ich stosowanie w skojarzonym wytwarzaniu, chociaż przeprowadzono osobne eksperymenty w tym kierunku;

Energia wodna. Obejmuje to elektrownie wodne (HPP). W elektrowniach wodnych energia kinetyczna przepływu wody zamieniana jest na energię elektryczną. W tym celu za pomocą tam na rzekach sztucznie tworzy się różnicę poziomów zwierciadła wody (tzw. baseny górny i dolny). Pod wpływem grawitacji woda przepływa z basenu górnego do dolnego specjalnymi kanałami, w których umieszczone są turbiny wodne, których łopatki wirowane są przez przepływ wody. Turbina obraca wirnik generatora elektrycznego. Szczególnym rodzajem elektrowni wodnych są elektrownie szczytowo-pompowe (PSPP). Nie można ich uznać za zdolności wytwórcze w czysta forma, gdyż zużywają niemal tyle samo prądu, ile wytwarzają, jednakże stacje tego typu bardzo efektywnie rozładowują sieć w godzinach szczytu;

alternatywna energia. Obejmuje to metody wytwarzania energii elektrycznej, które mają wiele zalet w porównaniu do „tradycyjnych”, ale z różnych powodów nie doczekały się wystarczającej dystrybucji. Główne rodzaje energii alternatywnej to:

Moc wiatru— wykorzystanie energii kinetycznej wiatru do wytwarzania energii elektrycznej;

Energia słoneczna— pozyskiwanie energii elektrycznej z energii promieni słonecznych;

Wspólnymi wadami energii wiatrowej i słonecznej są stosunkowo mała moc generatorów i ich wysoki koszt. Również w obu przypadkach pojemność magazynowa jest wymagana w okresach nocnych (w przypadku energii słonecznej) i spokojnych (w przypadku energii wiatrowej);

Energia geotermalna- wykorzystanie naturalnego ciepłaZiemiado wytwarzania energii elektrycznej. W istocie stacje geotermalne to zwykłe elektrownie cieplne, w których źródłem ciepła do podgrzewania pary nie jest kocioł czy reaktor jądrowy, ale podziemne źródła ciepła naturalnego. Wadą takich stacji jest geograficzne ograniczenie ich zastosowania: stacje geotermalne opłaca się budować tylko w obszarach aktywności tektonicznej, czyli tam, gdzie są najłatwiej dostępne naturalne źródła ciepła;

Energia wodorowa- stosowaniewodórJakpaliwo energetycznema wielkie perspektywy: wodór ma bardzo wysoki poziomEfektywnośćspalanie, jego zasoby są praktycznie nieograniczone, spalanie wodoru jest całkowicie przyjazne dla środowiska (produktem spalania w atmosferze tlenowej jest woda destylowana). Jednak energia wodorowa nie jest obecnie w stanie w pełni zaspokoić potrzeb ludzkości ze względu na wysokie koszty wytworzenia czystego wodoru i problemy techniczne związane z jego transportem w dużych ilościach;

Warto to również zauważyć alternatywne rodzaje energii wodnej: pływowyIfalaenergia. W takich przypadkach wykorzystywana jest naturalna energia kinetyczna morzaprzypływyi wiatrfaleodpowiednio. Rozpowszechnienie tego rodzaju energii elektrycznej utrudnia konieczność uwzględnienia zbyt wielu czynników przy projektowaniu elektrowni: potrzebne jest nie tylko wybrzeże morskie, ale takie, na którym występowałyby pływy (i odpowiednio fale morskie) wystarczająco silny i stały. Na przykład wybrzeżeMorze Czarnenie nadaje się do budowy elektrowni pływowych, ponieważ różnice w poziomie wody Morza Czarnego podczas przypływu i odpływu są minimalne.