Características técnicas da produção de eletricidade em usinas termelétricas. Produção, transmissão e distribuição de energia elétrica. Processo tecnológico de usina termelétrica

Para melhorar a queima do gás, as caldeiras são equipadas com mecanismos de tiragem. O ar é fornecido à caldeira, que atua como oxidante durante a combustão do gás. Para reduzir os níveis de ruído, os mecanismos são equipados com supressores de ruído. Os gases de combustão gerados durante a combustão do combustível são descarregados na chaminé e dispersos na atmosfera.

O gás quente corre pela chaminé e aquece a água que passa pelos tubos especiais da caldeira. Quando aquecida, a água se transforma em vapor superaquecido, que entra na turbina a vapor. O vapor entra na turbina e começa a girar as pás da turbina, que estão conectadas ao rotor do gerador. A energia do vapor é convertida em energia mecânica. No gerador, a energia mecânica é convertida em energia elétrica, o rotor continua girando, criando uma corrente elétrica alternada nos enrolamentos do estator.

Por meio de um transformador elevador e de uma subestação transformadora abaixadora, a eletricidade é fornecida aos consumidores por meio de linhas de energia. O vapor exaurido na turbina é enviado ao condensador, onde se transforma em água e retorna à caldeira. Em uma usina termelétrica, a água se move em círculo. As torres de resfriamento são projetadas para resfriar água. As usinas CHP usam ventiladores e torres de resfriamento. A água nas torres de resfriamento é resfriada pelo ar atmosférico. Como resultado, é liberado vapor, que vemos acima da torre de resfriamento na forma de nuvens. A água nas torres de resfriamento sobe sob pressão e cai como uma cachoeira na câmara frontal, de onde retorna para a usina termelétrica. Para reduzir o arrastamento de gotículas, as torres de resfriamento são equipadas com coletores de água.

O abastecimento de água é fornecido pelo Rio Moscou. No prédio de tratamento químico de água, a água é purificada de impurezas mecânicas e fornecida a grupos de filtros. Em alguns é preparado ao nível da água purificada para alimentar a rede de aquecimento, noutros - ao nível da água desmineralizada e é utilizado para alimentar unidades de energia.

O ciclo utilizado para abastecimento de água quente e aquecimento urbano também está fechado. Parte do vapor da turbina a vapor é enviada para aquecedores de água. Avançar água quenteé enviado para pontos de aquecimento, onde ocorre a troca de calor com a água proveniente das residências.

Especialistas altamente qualificados da Mosenergo apoiam o processo de produção 24 horas por dia, fornecendo eletricidade e calor à enorme metrópole.

Como funciona uma unidade de energia de ciclo combinado?

Categoria K: Trabalho de instalação elétrica

Produção de energia elétrica

A energia elétrica (eletricidade) é o tipo de energia mais avançado e é utilizada em todas as áreas e ramos da produção de materiais. Suas vantagens incluem a possibilidade de transmissão por longas distâncias e conversão em outros tipos de energia (mecânica, térmica, química, luminosa, etc.).

A energia elétrica é gerada em empreendimentos especiais - usinas que convertem outros tipos de energia em energia elétrica: química, combustível, hídrica, eólica, solar, nuclear.

A capacidade de transmitir electricidade a longas distâncias torna possível construir centrais eléctricas perto de locais de abastecimento de combustível ou em rios com águas altas, o que é mais económico do que transportar grandes quantidades de combustível para centrais eléctricas localizadas perto de consumidores de electricidade.

Dependendo do tipo de energia utilizada, as usinas são divididas em térmicas, hidráulicas e nucleares. As centrais eléctricas que utilizam energia eólica e calor solar ainda são fontes de electricidade de baixo consumo e sem importância industrial.

As usinas termelétricas utilizam energia térmica obtida pela queima de combustíveis sólidos (carvão, turfa, xisto betuminoso), líquidos (óleo combustível) e gasosos (gás natural, e nas usinas metalúrgicas - gás de alto-forno e coqueria) em fornos de caldeiras.

A energia térmica é convertida em energia mecânica pela rotação da turbina, que é convertida em energia elétrica em um gerador conectado à turbina. O gerador se torna uma fonte de eletricidade. As usinas termelétricas são diferenciadas pelo tipo de motor primário: turbina a vapor, máquina a vapor, motor de combustão interna, locomotiva, turbina a gás. Além disso, as usinas de turbina a vapor são divididas em usinas de condensação e de aquecimento. As estações de condensação fornecem aos consumidores apenas energia elétrica. O vapor de exaustão passa por um ciclo de resfriamento e, transformando-se em condensado, é novamente fornecido à caldeira.

O fornecimento de calor e eletricidade aos consumidores é realizado por estações de aquecimento denominadas centrais combinadas de calor e energia (CHP). Nessas estações, a energia térmica é apenas parcialmente convertida em energia elétrica e é gasta principalmente no abastecimento de vapor e água quente a empresas industriais e outros consumidores localizados nas proximidades de usinas.

As usinas hidrelétricas (UHEs) são construídas sobre rios, que são uma fonte inesgotável de energia para as usinas. Eles fluem das terras altas para as terras baixas e, portanto, são capazes de realizar trabalhos mecânicos. As usinas hidrelétricas são construídas em rios de montanha usando pressão natural da água. Nos rios de várzea, a pressão é criada artificialmente pela construção de barragens, devido à diferença nos níveis de água em ambos os lados da barragem. Os principais motores das usinas hidrelétricas são turbinas hidráulicas, nas quais a energia do fluxo de água é convertida em energia mecânica.

A água gira o impulsor da turbina hidráulica e do gerador, enquanto a energia mecânica da turbina hidráulica é convertida em energia elétrica gerada pelo gerador. A construção de uma central hidroeléctrica resolve, para além do problema da produção de electricidade, também um conjunto de outros problemas de importância económica nacional - melhoria da navegação dos rios, irrigação e rega de terras áridas, melhoria do abastecimento de água às cidades e empreendimentos industriais .

As usinas nucleares (NPPs) são classificadas como estações de turbinas térmicas a vapor que não operam com combustível orgânico, mas utilizam como fonte de energia o calor obtido durante a fissão dos núcleos dos átomos do combustível nuclear (combustível) - urânio ou plutônio. Nas usinas nucleares, o papel das unidades de caldeira é desempenhado por reatores nucleares e geradores de vapor.

O fornecimento de eletricidade aos consumidores é realizado principalmente a partir de redes elétricas que conectam diversas usinas de energia. A operação paralela das usinas em uma rede elétrica comum garante a distribuição racional da carga entre as usinas, a geração mais econômica de eletricidade, melhor aproveitamento da capacidade instalada das usinas, maior confiabilidade no fornecimento de energia aos consumidores e no fornecimento de eletricidade aos com indicadores de qualidade normais em frequência e tensão.

A necessidade de unificação é causada pela carga desigual das usinas. A procura de electricidade por parte dos consumidores muda drasticamente não só durante o dia, mas também em diferentes alturas do ano. No inverno, o consumo de eletricidade para iluminação aumenta. Na agricultura, a electricidade é necessária em grandes quantidades no Verão para trabalhos de campo e irrigação.

A diferença no grau de carga das estações é especialmente perceptível quando as áreas de consumo de energia elétrica estão significativamente distantes umas das outras no sentido leste-oeste, o que é explicado pelos diferentes horários de carga máxima da manhã e da noite. Para garantir um fornecimento confiável de energia aos consumidores e aproveitar ao máximo a energia das usinas que operam em diferentes modos, elas são combinadas em sistemas energéticos ou elétricos por meio de redes elétricas de alta tensão.

O conjunto de usinas, linhas de transmissão de energia e redes de aquecimento, bem como receptores de energia elétrica e térmica, interligados pela comunalidade do regime e pela continuidade do processo de produção e consumo de energia elétrica e térmica, é denominado um sistema de energia (sistema de energia). Um sistema elétrico composto por subestações e linhas de energia de diversas tensões faz parte da rede elétrica.

Os sistemas energéticos de regiões individuais, por sua vez, estão interligados para operação paralela e formam grandes sistemas, por exemplo, o Sistema Unificado de Energia (UES) da parte europeia da URSS, os sistemas integrados da Sibéria, Cazaquistão, Ásia Central, etc. .

As usinas combinadas de calor e energia e as usinas fabris são geralmente conectadas à rede elétrica do sistema de energia mais próximo por meio de linhas de tensão de gerador de 6 e 10 kV ou linhas de tensão mais altas (35 kV e acima) por meio de subestações transformadoras. A energia gerada por poderosas usinas regionais é transferida para a rede elétrica para abastecer os consumidores por meio de linhas de alta tensão (110 kV e superiores).

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Geração de energia

A eletricidade é produzida em usinas principalmente por meio de geradores de indução eletromecânicos.
Existem dois tipos principais de usinas: térmicas e hidrelétricas.
Essas usinas diferem nos motores que giram os rotores do gerador.

Nas usinas termelétricas, a fonte de energia é o combustível: carvão, gás, petróleo, óleo combustível, xisto betuminoso.
Os rotores dos geradores elétricos são acionados por turbinas a vapor e a gás ou motores de combustão interna.

Usinas termelétricas de turbina a vapor - UTE mais econômico.

Numa caldeira a vapor, mais de 90% da energia libertada pelo combustível é transferida para vapor.
Na turbina, a energia cinética dos jatos de vapor é transferida para o rotor.
O eixo da turbina está rigidamente conectado ao eixo do gerador.
Os turbogeradores a vapor são muito rápidos: a velocidade do rotor é de vários milhares por minuto.

A eficiência dos motores térmicos aumenta com o aumento da temperatura inicial do fluido de trabalho (vapor, gás).
Portanto, o vapor que entra na turbina é levado a parâmetros elevados: temperatura - quase 550 ° C e pressão - até 25 MPa.
A eficiência das termelétricas chega a 40%. A maior parte da energia é perdida junto com o vapor quente de exaustão.

Centrais Térmicas - CHP permitir que uma parte significativa da energia do vapor residual seja utilizada em empresas industriais e para necessidades domésticas.
Como resultado, a eficiência da usina termelétrica chega a 60-70%.
Na Rússia, as usinas termelétricas fornecem cerca de 40% de toda a eletricidade e abastecem centenas de cidades com eletricidade.

Sobre usinas hidrelétricas - usina hidrelétrica A energia potencial da água é usada para girar os rotores do gerador.

Os rotores dos geradores elétricos são acionados por turbinas hidráulicas.
A potência de tal estação depende da pressão criada pela barragem e da massa de água que passa pela turbina a cada segundo.

As usinas hidrelétricas fornecem cerca de 20% de toda a eletricidade gerada em nosso país.

Usinas nucleares - usinas nucleares na Rússia fornecem cerca de 10% da eletricidade.

Uso de eletricidade

O principal consumidor de energia elétrica é a indústria - 70% da energia elétrica produzida.
O transporte também é um grande consumidor.

A maior parte da eletricidade utilizada é agora convertida em energia mecânica porque... Quase todas as máquinas da indústria são movidas por motores elétricos.

Transmissão de eletricidade

A transmissão de eletricidade está associada a perdas perceptíveis, pois a corrente elétrica aquece os fios das linhas de energia. De acordo com a lei de Joule-Lenz, a energia gasta no aquecimento dos fios da linha é determinada pela fórmula

Onde
R- resistência da linha,
você- tensão transmitida,
R- potência da fonte atual.

Se o comprimento da linha for muito longo, a transmissão de energia pode tornar-se economicamente não lucrativa.
É praticamente muito difícil reduzir significativamente a resistência da linha R, por isso é necessário reduzir a corrente I.

Como a potência da fonte de corrente P é igual ao produto da corrente I pela tensão U, então para reduzir a potência transmitida é necessário aumentar a tensão transmitida na linha de transmissão.

Para isso, transformadores elevadores são instalados em grandes usinas.
O transformador aumenta a tensão na linha no mesmo número de vezes que reduz a corrente.

Quanto mais longa for a linha de transmissão, mais benéfico será usar uma tensão mais alta. Os geradores de corrente alternada são configurados para tensões não superiores a 16-20 kV. Tensões mais altas exigiriam medidas especiais complexas para isolar os enrolamentos e outras partes dos geradores.

Isto é conseguido usando transformadores abaixadores.

A diminuição da tensão (e, consequentemente, o aumento da corrente) é realizada em etapas.

Se a tensão for muito alta, pode começar uma descarga entre os fios, levando à perda de energia.
A amplitude permitida da tensão alternada deve ser tal que, para uma determinada área da seção transversal do fio, as perdas de energia devido à descarga sejam insignificantes.

As estações elétricas são conectadas por linhas de alta tensão, formando uma rede elétrica comum à qual os consumidores estão conectados.
Essa conexão, chamada de rede elétrica, permite distribuir cargas de consumo de energia.
O sistema de energia garante o fornecimento ininterrupto de energia aos consumidores.
Agora o nosso país tem um Sistema Energético Unificado para a parte europeia do país.

Uso de eletricidade

A procura de electricidade aumenta constantemente, tanto na indústria, nos transportes, nas instituições científicas, como na vida quotidiana. Existem duas maneiras principais de satisfazer essa necessidade.

A primeira é a construção de novas e poderosas usinas: térmicas, hidráulicas e nucleares.
No entanto, a construção de uma grande central eléctrica requer vários anos e custos elevados.
Além disso, as termelétricas consomem recursos naturais não renováveis: carvão, petróleo e gás.
Ao mesmo tempo, causam grandes danos ao equilíbrio do nosso planeta.
As tecnologias avançadas permitem satisfazer as necessidades energéticas de uma forma diferente.

A segunda é o uso eficiente da eletricidade: lâmpadas fluorescentes modernas, economia de iluminação.

Grandes esperanças são depositadas na obtenção de energia por meio de reações termonucleares controladas.

Deve ser dada prioridade ao aumento da eficiência energética em vez do aumento da capacidade das centrais eléctricas.

Produção (Geração) de eletricidade é o processo de conversão de vários tipos de energia em energia elétrica em instalações industriais chamadas usinas de energia. Atualmente, existem os seguintes tipos de geração:

Engenharia de energia térmica. Neste caso, a energia térmica da combustão dos combustíveis orgânicos é convertida em energia elétrica. A engenharia de energia térmica inclui usinas termelétricas (UTEs), que vêm em dois tipos principais:

Condensação (IES, também é utilizada a antiga abreviatura GRES). Condensação é o nome dado à geração não combinada de energia elétrica;

Aquecimento urbano (centrais térmicas,cogeração). A cogeração é a produção combinada de energia elétrica e térmica na mesma central;

CPP e CHP possuem processos tecnológicos semelhantes. Em ambos os casos hácaldeira, em que o combustível é queimado e o vapor sob pressão é aquecido devido ao calor gerado. Em seguida, o vapor aquecido é fornecido paraturbina a vapor, onde sua energia térmica é convertida em energia rotacional. O eixo da turbina gira o rotorgerador elétrico- desta forma, a energia rotacional é convertida em energia elétrica, que é fornecida à rede. A diferença fundamental entre CHP e CES é que parte do vapor aquecido na caldeira é utilizada para necessidades de fornecimento de calor;

Energia nuclear. Isso inclui usinas nucleares (NPPs). Na prática, a energia nuclear é muitas vezes considerada um subtipo da energia térmica, uma vez que, em geral, o princípio de geração de eletricidade nas usinas nucleares é o mesmo das termelétricas. Somente neste caso a energia térmica é liberada não durante a combustão do combustível, mas durante a fissão dos núcleos atômicos emReator nuclear. Além disso, o esquema de produção de eletricidade não é fundamentalmente diferente de uma usina termelétrica: o vapor é aquecido em um reator, entra em uma turbina a vapor, etc. Devido a algumas características de projeto das usinas nucleares, não é lucrativo usá-las na geração combinada, embora experiências separadas tenham sido realizadas nesta direção;

Energia hidrelétrica. Isso inclui usinas hidrelétricas (UHE). Na energia hidrelétrica, a energia cinética do fluxo de água é convertida em energia elétrica. Para isso, com a ajuda de barragens nos rios, é criada artificialmente uma diferença nos níveis da superfície da água (as chamadas bacias superiores e inferiores). Sob a influência da gravidade, a água flui da piscina superior para a inferior através de canais especiais nos quais estão localizadas turbinas hidráulicas, cujas pás são giradas pelo fluxo de água. A turbina gira o rotor do gerador elétrico. Um tipo especial de usina hidrelétrica é a usina hidrelétrica reversível (PSPP). Não podem ser consideradas instalações geradoras em sua forma pura, pois consomem quase a mesma quantidade de energia elétrica que geram, porém, tais estações são muito eficazes no descarregamento da rede nos horários de pico;

energia alternativa. Isto inclui métodos de geração de eletricidade que apresentam uma série de vantagens em comparação com os “tradicionais”, mas que por diversas razões não receberam distribuição suficiente. Os principais tipos de energia alternativa são:

Força do vento— utilização da energia cinética eólica para gerar eletricidade;

Energia solar— obtenção de energia elétrica a partir da energia dos raios solares;

As desvantagens comuns da energia eólica e solar são a relativa baixa potência dos geradores e seu alto custo. Além disso, em ambos os casos, é necessária capacidade de armazenamento para períodos noturnos (para energia solar) e calmos (para energia eólica);

Energia geotérmica- uso de calor naturalTerrapara geração de energia elétrica. Em essência, as estações geotérmicas são usinas termelétricas comuns, nas quais a fonte de calor para aquecimento do vapor não é uma caldeira ou reator nuclear, mas fontes subterrâneas de calor natural. A desvantagem de tais estações é a limitação geográfica de seu uso: as estações geotérmicas são econômicas para serem construídas apenas em regiões de atividade tectônica, ou seja, onde as fontes naturais de calor são mais acessíveis;

Energia de hidrogênio- usohidrogêniocomocombustível energéticotem grandes perspectivas: o hidrogénio tem um valor muito elevadoEficiênciacombustão, seu recurso é praticamente ilimitado, a combustão do hidrogênio é absolutamente ecologicamente correta (o produto da combustão em atmosfera de oxigênio é a água destilada). No entanto, a energia do hidrogénio não é actualmente capaz de satisfazer plenamente as necessidades da humanidade devido ao elevado custo de produção de hidrogénio puro e aos problemas técnicos de transportá-lo em grandes quantidades;

Também vale a pena notar tipos alternativos de energia hidrelétrica: maréEacenoenergia. Nestes casos, a energia cinética natural do mar é utilizadamarése ventoondasrespectivamente. A difusão destes tipos de energia eléctrica é dificultada pela necessidade de coincidência de demasiados factores na concepção de uma central eléctrica: não é necessária apenas uma costa marítima, mas uma costa na qual as marés (e as ondas do mar, respectivamente) seriam forte o suficiente e constante. Por exemplo, a costaMar Negronão é adequado para a construção de centrais de energia das marés, uma vez que as diferenças no nível da água do Mar Negro na maré alta e na maré baixa são mínimas.