2. Основна частина.
2.1. теплові електростанції
2.2. Гідроелектричним електростанції
2.3. Атомні електростанції
Теплова електростанція (ТЕС), електростанція, що виробляє електричну енергію в результаті перетворення теплової енергії, що виділяється при спалюванні органічного палива. Перші ТЕС з'явилися в кін. 19 в (в 1882 - в Нью-Йорку, 1883 - в Петербурзі, 1884 - в Берліні) і отримали переважне поширення. Все р. 70-х рр. 20 в. ТЕС - основний вид електричної станцій. Частка вироблюваної ними електроенергії складала: у Росії і США св. 80% (1975), в світі близько 76% (1973).
Близько 75% всієї електроенергії Росії виробляється на теплових електростанціях. Більшість міст Росії забезпечуються саме ТЕС. Часто в містах використовуються ТЕЦ - теплоелектроцентралі, що виробляють не тільки електроенергію, але і тепло у вигляді гарячої води. Така система є досить-таки непрактичною тому на відміну від електрокабелю надійність теплотрас надзвичайно низька на великих відстанях, ефективність централізованого теплопостачання сильно при передачі також знижується. Підраховано, що при довжині теплотрас більше 20 км (типова ситуація для більшості міст) установка електричного бойлера в ладу стоїть будинку стає економічно вигідна.
На теплових електростанціях перетворюється хімічна енергія палива спочатку в механічну, а потім в електричну.
Паливом для такої електростанції можуть служити вугілля, торф, газ, горючі сланці, мазут. Теплові електричні станції поділяють на конденсаційні (КЕС), призначені для вироблення тільки електричної енергії, і теплоелектроцентралі (ТЕЦ), що виробляють крім електричної теплову енергію у вигляді гарячої води і пари. Великі КЕС районного значення отримали назву державних районних електростанцій (ДРЕС) ..
Найпростіша принципова схема КЕР, що працює на вугіллі, представлена на рис. Вугілля подається в паливний бункер 1, а з нього - в дробильну установку 2, де перетворюється в пил. Вугільний пил надходить в топку парогенератора (парового котла) 3, що має систему трубок, в яких циркулює хімічно очищена вода, звана живильної. В котлі вода нагрівається, випаровується, а що утворився насичений пар доводиться до температури 400-650 ° С і під тиском 3-24 МПа надходить по паропроводу в парову турбіну 4. Параметри пара залежать від потужності агрегатів.
Спосіб перетворення теплової енергії в механічну в паровій турбіні.
Теплові конденсаційні електростанції мають невисокий ККД (30- 40%), так як більша частина енергії втрачається та відходять топковим газами і охолоджуючої водою конденсатора.
Споруджувати КЕС вигідно в безпосередній близькості від місць видобутку палива. При цьому споживачі електроенергії можуть знаходитися на значній відстані від станції.
Теплоелектроцентраль відрізняється від конденсаційної станції встановленою на ній спеціальної теплофікаційної турбіною з відбором пари. На ТЕЦ одна частина пара повністю використовується в турбіні для вироблення електроенергії в генераторі 5 і потім надходить в конденсатор 6, а інша, що має велику температуру і тиск (на рис. Штриховая лінія), відбирається від проміжної ступені турбіни і використовується для теплопостачання. Конденсат насосом 7 через деаератор 8 і далі живильним насосом 9 подається в парогенератор. Кількість відібраного пара залежить від потреби підприємств в тепловій енергії.
Коефіцієнт корисної дії ТЕЦ досягає 60-70%.
Такі станції будують зазвичай поблизу споживачів - промислових підприємств або житлових масивів. Найчастіше вони працюють на привізній паливі.
Розглянуті теплові електростанції по виду основного теплового агрегату - парової турбіни - відносяться до паротурбінних станцій. Значно менше поширення отримали теплові станції з газотурбінними (ГТУ), парогазового-ми (ПГУ) і дизельними установками.
Найбільш економічними є великі теплові двигуни електростанції (скорочено ТЕС). Більшість ТЕС нашої країни використовують як паливо вугільний пил. Для вироблення 1 кВт-год електроенергії витрачається кілька сот грамів вугілля. У паровому котлі понад 90% виділеної паливом енергії передається пару. У турбіні кінетична енергія струменів пари передається ротору. Вал турбіни жорстко з'єднаний з валом генератора.
Сучасні парові турбіни для ТЕС - досить досконалі, швидкохідні, високо-економічні машини з великим ресурсом роботи. Їх потужність в одновальному виконанні досягає 1 млн. 200 тис. КВт, і це не є межею. Такі машини завжди бувають багатоступінчатими, т. Е. Мають зазвичай кілька десятків дисків з робочими лопатками і таке ж
Енергоблок потужністю 1 млн. 200 тис.
кВт Костромської ГРЕС.
кількість, перед кожним диском, груп сопел, через які протікає струмінь пара. Тиск і температура пара поступово знижуються.
З курсу фізики відомо, що ККД теплових двигунів збільшується з ростом початкової температури робочого тіла. Тому що надходить в турбіну пар доводять до високих параметрів: температуру - майже до 550 ° С і тиск - до 25 МПа. Коефіцієнт корисної дії ТЕС досягає 40%. Велика частина енергії втрачається разом з гарячим відпрацьованим парою.
На думку вчених в основі енергетики найближчого майбутнього як і раніше залишиться теплоенергетика на невідновлюваних ресурсах. Але структура її зміниться. Має скоротитися використання нафти. Істотно зросте виробництво електроенергії на атомних електростанціях. Розпочнеться використання поки ще не займаних гігантських запасів дешевих вугілля, наприклад, в Кузнецькому, Кансько-Ачинського, Екібаcтузском басейнах. Широко буде застосовуватися природний газ, запаси якого в країні набагато перевершують запаси в інших країнах.
На жаль, запаси нафти, газу, вугілля зовсім не нескінченні. Природі, щоб створити ці запаси, знадобилися мільйони, витрачені вони будуть за сотні років. Сьогодні в світі стали всерйоз замислюватися над тим, як не допустити хижацького розграбування земних багатств. Адже лише за цієї умови запасів палива може вистачити на століття. На жаль, багато нафтовидобувних країн живуть сьогоднішнім днем. Вони нещадно витрачають подаровані їм природою нафтові запаси. Зараз багато хто з цих країн, особливо в районі Перської затоки, буквально купаються в золоті, не замислюючись, що через кілька десятків років ці запаси вичерпаються. Що ж станеться тоді -, а це рано чи пізно станеться, - коли родовища нафти і газу будуть вичерпані? Підвищення цін на нафту, необхідну не тільки енергетиці, але і транспорту, і хімії, змусило задуматися про інші види палива, придатних для заміни нафти і газу. Особливо замислювалися тоді ті країни, де немає власних запасів нафти і газу і яким доводиться їх купувати.
Гідроелектрична станція, гідроелектростанція (ГЕС), комплекс споруд і устаткування, за допомогою яких енергія потоку води перетворюється в електричну енергію. ГЕС складається з послідовного ланцюга гідротехнічних споруд, що забезпечують необхідну концентрацію потоку води і створення напору, і енергетичного. обладнання, що перетворює енергію рухається під напором води в механічну енергію обертання яка, в свою чергу, перетворюється в електричну енергію.
Напір ГЕС створюється концентрацією падіння річки на використовуваному ділянці греблею (ріс1), або деривації, або греблею і деривації спільно (рис. 3). Основне енергетичне обладнання ГЕС розміщується в будівлі ГЕС: у машинному залі електростанції - гідроагрегати, допоміжне обладнання, пристрої автоматичного управління та контролю; в центральному посту управління - пульт оператора-диспетчера або автооператор гідроелектростанції. Що підвищує трансформаторна підстанція розміщується як усередині будівлі ГЕС, так і в окремих будівлях або на відкритих майданчиках. Розподільні пристрої найчастіше розташовуються на відкритому майданчику. Будівля ГЕС може бути розділене на секції з одним або декількома агрегатами і допоміжним обладнанням, відокремлені від суміжних частин будівлі. При будівлі ГЕС або всередині нього створюється монтажна майданчик для складання і ремонту різного устаткування і для допоміжних операцій по обслуговуванню ГЕС.
За встановленої потужності (в.Мвт) розрізняють ГЕС потужні (св. 250), середні (до 25) і малі (до 5). Потужність ГЕС залежить від напору На (різниці рівнів верхнього і нижнього б'єфу), витрати води, що використовується в гідротурбін, і ККД гідроагрегату. По ряду причин (внаслідок, наприклад сезонних змін рівня води в водоймах, мінливості навантаження енергосистеми, ремонту гідроагрегатів або гідротехнічних споруд і т. П.) Натиск і витрата води безперервно змінюються, а крім того, змінюється витрата при регулюванні потужності ГЕС. Розрізняють річний, тижневий і добовий цикли режиму роботи ГЕС.
За максимально використовується напору ГЕС діляться на високонапірні (більше 60 м), середньонапірні (від 25 до 60 м) і низьконапірних (від 3 до 25 м). На рівнинних річках напір рідко перевищують 100 м, в гірських умовах за допомогою греблі можна створювати напір до 300 м і більше, а за допомогою деривації - до 1500 м. Класифікація за напору приблизно відповідає типам застосовуваного енергетичного устаткування: на високонапірних ГЕС застосовують ковшові і радіально осьові турбіни з металевими спіральними камерами; на середньонапірних - поворотнолопастниє і радіально-осьові турбіни із залізобетонними і металевими спіральними камерами, на низьконапірних - поворотнолопастниє турбіни в залізобетонних спіральних камерах, іноді горизонтальні турбіни в капсулах або у відкритих камерах. Підрозділ ГЕС за використовуваному напору має приблизний, умовний характер.
За схемою використання водних ресурсів і концентрації напорів ГЕС звичайно підрозділяють на руслових, пріплотінние, дериваційні з напірної і безнапірної деривації, змішані, гідроакумулюючі і приливні. У руслових і схилів ГЕС напір води створюється греблею, що перегороджує річку і піднімає рівень води у верхньому б'єфі. При цьому неминуче деякий затоплення долини річки. У разі спорудження двох гребель на тій же ділянці річки площа затоплення зменшується. На рівнинних річках найбільша економічно допустима площа затоплення обмежує висоту греблі. Руслових і пріплотіннис ГЕС будують і на рівнинних багатоводних річках і на гірських річках, у вузьких стислих долинах.
До складу споруд руслової ГЕС, крім греблі, входять будівля ГЕС і водоскидні споруди (рис. 4). Склад гідротехнічних споруд залежить від висоти напору і встановленої потужності. У руслової ГЕС будівля з розміщеними в ньому гідроагрегатами служитьпродовженням греблі і разом з нею створює напірний фронт. При цьому з одного боку до будівлі ГЕС примикає верхній б'єф, а з іншого - нижній б'єф. Підводять спіральні камери гідротурбін своїми вхідними перетинами закладаються під рівнем верхнього б'єфу, вихідні ж перетину відсмоктувальних труб занурені під рівнем нижнього б'єфу.
Відповідно до призначення гідровузла до його складу можуть входити судноплавні шлюзи або суднопідіймач, рибопропускні споруди, водозабірні споруди для іригації і водопостачання. У руслових ГЕС іноді єдиним спорудою, пропускає воду, є будівля ГЕС. У цих випадках корисно використовувана вода послідовно проходить вхідний перетин з мусорозадер-жива гратами, спіральну ка-
міру, гідротурбін, відсмоктувальну трубу, а по спец. водоводах між сусідніми турбінними камерами проводиться скидання паводкових витрат річки. Для руслових ГЕС характерні напори до 30-40 м до найпростіших руслових ГЕС відносяться також раніше будувалися сільські ГЕС невеликої потужності. На великих рівнинних річках основне русло перекривається земляною греблею, до якої примикає бетонна водозливна гребля і споруджується будинок ГЕС. Така компоновка типова для багатьох вітчизняних ГЕС на великих рівнинних річках. Волзька ГЕС ім. 22-го з'їзду КПСС- найбільша серед станцій руслового типу.
При більш високих напору виявляється недоцільним передавати на будівлю ГЕС гідростатічное тиск води. У цьому випадку застосовується тип греблею ГЕС, у якої напірний фронт на всьому протязі перекривається греблею, а будівля ГЕС розташовується за греблею, примикає до нижнього б'єфу (рис. 5). До складу гідравлічної траси між верхнім і нижнім бьефом ГЕС такого типу входять глибинний водоприймач з мусорозадержівающей гратами, турбінний водовід, спіральна камера, гідротурбіна, відсмоктуюча труба. Як доповнить, споруд до складу вузла можуть входити судноплавні споруди і рибоходи, а також додаткові водоскиди Прикладом подібного типу станцій на багатоводної річці служить Братська ГЕС на річці Ангара.
До початку Великої Вітчизняної війни 1941-45 було введено в експлуатацію 37 ГЕС загальною потужністю понад 1500 МВт. Під час війни було призупинено розпочате будівництво ряду ГЕС загальною потужністю близько 1000 МВт (1 млн. Квт). У 60-х рр. намітилася тенденція до зниження частки ГЕС в загальному світовому виробництві електроенергії і все більшого використання ГЕС для покриття пікових навантажень. До 1970 всіма ГЕС світу вироблялося близько 1000 млрд. Квт-ч електроенергії в рік, причому починаючи з 1960 частка ГЕС в світовому виробництві знижувалася в середньому за рік приблизно на 0,7%. Особливо швидко знижується частка ГЕС в загальному виробництві електроенергії в раніше традиційно вважалися «гідроенергетичні» країнах (Швейцарія, Австрія, Фінляндія, Японія, Канада, почасти Франція), т. К. Їх економічний гідроенергетичний потенціал практично вичерпаний.
Незважаючи на зниження частки ГЕС в загальному виробітку, абсолютні значення виробництва електроенергії і потужності ГЕС безперервно зростають внаслідок будівництва нових великих електростанцій. У 1969 в світі налічувалося понад 50 діючих і споруджуваних ГЕС одиничною потужністю 1000 Мвт і вище, причому 16 з них - на території колишнього Радянського Союзу.
Найважливіша особливість гідроенергетичних ресурсів у порівнянні з паливно-енергетичними ресурсами - їх безперервна поновлювані. Відсутність потреби в паливі для ГЕС визначає низьку собівартість виробленої на ГЕС електроенергії. Тому спорудження ГЕС, незважаючи на значні, питомі капіталовкладення на 1 квт встановленої потужності і тривалі терміни будівництва, надавалося і надається велике значення, особливо коли це пов'язано з розміщенням електроємна виробництв.
АЕС, що є найбільш сучасним видом електростанцій мають ряд істотних переваг перед іншими видами електростанцій: при нормальних умовах функціонування вони обсолютно не забруднюють навколишнє середовище, не вимагають прив'язки до джерела сировини і відповідно можуть бути розміщені практично скрізь, нові енергоблоки мають потужність практичеки рівну потужності середньої ГЕС , проте коефіцієнти використання встановленої потужності на АЕС (80%) значно перевищує цей показник у ГЕС або ТЕС. Про економічності і ефективності атомних електростанцій може говорити той факт, що з 1 кг урану можна отримати стільки ж теплоти, скільки при спалюванні приблизно 3000 т кам'яного вугілля.
Значних недоліків АЕС при нормальних умовах функціонування практично не мають. Однак не можна не помітити небезпеку АЕС при можливих форс-мажорних обставин: землетруси, урагани, і т. П. - тут старі моделі енергоблоків становлять потенційну небезпеку радіаційного зараження територій через неконтрольоване перегріву реактора.
Ще роботи по електрофізики