Что такое ТЭЦ и ТЭС: как расшифровывается, принцип работы электрических станций

Когда появилась первая тепловая электростанция

Энергия пара используется давно. Некоторые паровозы и паровые котлы чего-то стоили. Кстати, пар — главный элемент в паровозах. По сути, это просто большая кастрюля, в которой вода кипит и производит пар для работы поршневого механизма. Пар можно создать дома, но на ТЭЦ он в тысячи раз мощнее.

Первая в мире тепловая электростанция была построена в 1882 году в Нью-Йорке. Место для нее нашлось на Перл-стрит (Манхэттен). Через год появилась первая такая станция в России. Построен в Санкт-Петербурге.

С тех пор они выросли, как грибы после дождя. Обладая относительной простотой и экономичностью, такие конструкции генерируют много энергии. Она может быть не такой экологичной, как солнце или ветер, но именно ТЭЦ будет существовать до тех пор, пока не будет сожжена последняя тонна угля. Надеюсь, к настоящему времени уже будут достойные альтернативы, но пока их не так много.

Что собой представляет ТЭЦ

Система отопления — это вариант электростанции, которая вырабатывает тепло вместе с электричеством. Энергия передается по трубам и кабелям в жилые и производственные помещения. Энергоносителем может быть горячая вода или пар. Теплоцентрали и конденсационные тепловые электростанции различаются производственной долей теплового и электрического вектора, а также конструкцией паровой турбины.

ТЭЦ работает в режиме двойной нагрузки:

• тепло — когда тепло является приоритетной задачей и от него напрямую зависит производство электроэнергии;
• электрическая — если выработка электроэнергии становится приоритетной, а тепла вырабатывается мало или вообще не производится, например, летом.

Чаще всего на ТЭЦ устанавливаются паровые когенерационные турбины, позволяющие одновременно вырабатывать два вида энергии.

По принципу действия тепловые двигатели классифицируются следующим образом:

• с возможностью регулировки объема пара;
• с противодавлением (избыточное давление при сбросе жидкости на клапан);
• при одновременном регулировании и противодавлении.

В двигателях с регулированием количества пара часть его идет в конденсатор, остальной объем отводится двумя ступенями. Давление пара регулируется специальной системой (лопастная диафрагма за камерой отбора проб). Лопасти разделены на половинки, которые вращаются друг относительно друга. Ступень, как место добычи, определяется исходя из требуемых характеристик пара.

Для агрегатов с противодавлением весь объем пара используется на технологические нужды (нагрев, сушка и т.д.). Мощность агрегата зависит от потребностей потребителя, при необходимости измените. Турбины с противодавлением работают вместе с конденсаторным модулем, чтобы компенсировать нехватку электроэнергии.

В комбинированных установках (с отбором и избыточным давлением при разгрузке) определенный процент пара отводится через промежуточные ступени, а отработанный пар идет в отводящую трубу в тепловую сеть или в котлы для нагрева энергоносителя.

Еще одним отличием ТЭЦ считается более высокий КПД, чем у ИЭС. Комбинация производства тепла и электроэнергии увеличивает показатель на 5-7% (для когенерационной установки на 35-43%, для системы электрического отопления — на 30%). Турбины с возможностью отбора определенного количества пара устанавливаются на когенерационных установках, но такие котлы и оборудование не предусмотрены в электроэнергетике.

Устройство

Здания ТЭЦ:

• Главный корпус в комплексе оборудован очистными сооружениями с дымоходами. Это основная тема генерального плана ТЭЦ. Передняя часть корпуса на той стороне, где расположены первые турбины, постоянна, на другой стороне (расширение) не постоянна.
• Сортировщик открытый, закрытый в некоторых отраслях электроэнергетики. Он расположен рядом с основным корпусом со стороны турбинной секции. Линии высокого напряжения (ЛЭП) отходят от распределительной станции).
• Градирня расположена сбоку от несъемного фронтона турбоотсека на таком расстоянии от распределителя, чтобы пары не действовали на него
• Отсек водонагревателя размещается перпендикулярно или параллельно основному зданию.
• Административное и служебное помещения расположены сбоку от постоянного фронтона, чтобы было удобнее общаться с основным помещением.

При проектировании когенерационного комплекса возможно расширение основного корпуса, распределителя, системы очистки и отделения горячей воды. Параллельно главному зданию строится подъездная дорога (железнодорожные пути). Их ответвления идут ко всем постройкам на участке.

Основное оборудование этих предприятий — турбоагрегаты, преобразующие механическую энергию в электрическую, и котлы, отвечающие за выработку пара, вращающего маховики генераторов. В состав турбоагрегата входит как сама турбина, так и синхронный генератор. Трубы с противодавлением 0,7-1,5 МН / м2 устанавливаются на тех ТЭЦ, которые обеспечивают теплом и энергией промышленные предприятия. Для питания бытовых потребителей используются модели с давлением 0,05-0,25 МН / м2.

Паротурбинная установка с электрогенератором

Типичная паровая турбина содержит два набора лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, попадает в поток турбины и вращает рабочие колеса с помощью первого набора лопастей. Затем пар нагревается в перегревателе и снова входит в проточный тракт турбины, чтобы вращать рабочие колеса с помощью второго набора лопастей, работающих при более низком давлении пара.

Генератор

Типичный генератор на тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится в действие непосредственно паровой турбиной, которая вращается со скоростью 3000 об / мин. В генераторах этого типа магнит, также называемый ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предотвращает перегрев генератора.

Мазутный, угольный или газовый котел

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и ​​«ТЭЦ». Проще говоря, они сестры. «Чистая» ТЭС — ТЭЦ предназначена исключительно для производства электроэнергии. Другое ее название — «конденсационная электростанция» — КЭС.

Комбинированная тепловая электростанция — Когенерация — это тип тепловой электростанции. Помимо выработки электроэнергии, он поставляет горячую воду в систему центрального отопления и для бытовых нужд.

Схема работы когенерационной установки довольно проста. Топливо и нагретый воздух — окислитель — поступают в топку одновременно. Наиболее распространенным топливом на российских тепловых электростанциях является щебень. Теплота сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел, в пар, который затем под давлением подается в паровую турбину. Мощный поток пара заставляет его вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Кроме того, пар, уже значительно потерявший свои первоначальные параметры — температуру и давление — попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» снова становится водой. Затем конденсатный насос передает его в регенеративные нагреватели, а затем в деаэратор. Там вода очищается от газов — кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. Впоследствии вода снова нагревается паром и возвращается в котел.

Механическая часть работы станции

Устройство и принцип работы ТЭС в ее механической части связано с работой ротора. Пар, выходящий из турбины, имеет очень высокое давление и температуру. За счет этого создается большая внутренняя энергия пара, которую котел подводит к соплам турбины. Струи пара, проходя через сопло непрерывным потоком, с высокой скоростью, часто даже превышающей скорость звука, ударяются о лопасти ротора турбины. Эти элементы жестко закреплены на диске, который, в свою очередь, плотно соединен с валом. В этот момент механическая энергия пара преобразуется в механическую энергию роторных турбин. Если точнее по принципу работы ТЭС, механическое воздействие сказывается на роторе турбогенератора. Это связано с тем, что валы обычного ротора и генератора тесно связаны друг с другом. Кроме того, существует довольно известный, простой и понятный процесс преобразования механической энергии в электрическую в таком устройстве, как генератор.

Движение пара после ротора

После прохождения водяного пара через турбину его давление и температура значительно падают, и он попадает в следующую часть станции — конденсатор. Внутри этого элемента происходит обратное превращение пара в жидкость. Для выполнения этой задачи внутри конденсатора присутствует охлаждающая вода, которая подается туда по трубам, проходящим внутри стенок устройства. После обратного превращения пара в воду он откачивается конденсатным насосом и поступает в следующий отсек — деаэратор. Также важно отметить, что перекачиваемая вода проходит через регенеративные нагреватели.

Основная задача деаэратора — удаление газов из поступающей воды. Одновременно с очисткой жидкость нагревается так же, как и в регенеративных нагревателях. Для этого используется тепло пара, отбираемого из того, что поступает в турбину. Основная цель операции деаэрации — снизить содержание кислорода и углекислого газа в жидкости до приемлемых значений. Это помогает снизить скорость воздействия коррозии на пути подачи воды и пара.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция когенерации — обеспечение горячей водой (паром) для систем отопления близлежащих населенных пунктов и для бытовых нужд. В специальных водонагревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и до 120 градусов зимой, после чего сетевой насосами перекачивается в общую смесительную камеру и далее по основной системе отопления течет к потребителям. Водоснабжение ТЭЦ постоянно пополняется.

Вопросы КПД

В принципе, все выделяемое тепло можно использовать полностью. Это как раз то количество электроэнергии, которое вырабатывается на ТЭЦ (расшифровку этого термина вы уже знаете), оно напрямую зависит от тепловой нагрузки. Словом, в весенне-летний период его производство падает практически до нуля. Поэтому установки противодавления используются только для обеспечения промышленных мощностей, где потребление более или менее равномерно в течение всего периода.

Примеры станций

Таким образом, любую тепловую электростанцию ​​можно рассматривать как достаточно производительный объект, а в какой-то мере еще и универсальный объект. Примеры таких комплексов представлены в следующем списке.

1. Белгородская ТЭЦ. Мощность станции 60 МВт. Его турбины работают на природном газе.
2. Мичуринская ТЭЦ (60 МВт). Этот завод также находится в Белгородской области и работает на природном газе.
3. Череповецкая ГРЭС. Комплекс расположен в Волгоградской области и может работать как на газе, так и на угле. Мощность этой станции — 1051 МВт.
4. Липецкая ТЭЦ-2 (515 МВт). Работает на природном газе.
5. ТЭЦ-26 Мосэнерго (1800 МВт).
6. Черепетская ГРЭС (1735 МВт). Источником топлива для турбин этого комплекса является уголь.

ТЭС, ГРЭС и ТЭЦ: различия

Люди часто путают их. Фактически, как мы выяснили, когенерация — это один из видов тепловых электростанций. Эта установка отличается от других типов тепловых установок, прежде всего, тем, что часть генерируемой тепловой энергии идет на котлы, установленные в помещениях, для их обогрева или получения горячей воды.

Также люди часто путают названия ГЭС и ГРЭС. В основном это связано с схожестью сокращений. Однако ГЭС принципиально отличается от ГРЭС. Оба этих типа станций построены на реках. Однако на гидроэлектростанции, в отличие от ГРЭС, в качестве источника энергии используется не пар, а непосредственно поток воды.

Главное – электричество

Обозначение «ГРЭС» — пережиток советского промышленного мегапроекта, на начальном этапе которого по плану ГОЭЛРО решалась задача устранения дефицита, в основном электроэнергии. Расшифровывается просто: «ГРЭС». Регионами СССР назывались территориальные объединения (производства с населением), в которых можно было организовать разовое кормление. А в географических узловых точках, обычно возле крупных залежей сырья, которое можно было использовать в качестве топлива, была установлена ​​государственная районная электростанция. Однако газ на такие станции можно подавать по трубопроводам, а уголь, мазут и другие виды топлива можно доставлять по железной дороге. А уголь поступает на Унипро Березовская ГРЭС в Красноярске Шарыпово по 14-километровой конвейерной ленте.

В современном понимании ГРЭС — это конденсационная электростанция (КЭС), по сравнению с ТЭЦ она очень мощная. Ведь основная задача такой станции — вырабатывать электроэнергию и в основном режиме (то есть равномерно в течение дня, месяца или года). Поэтому ГРЭС обычно находятся вдали от крупных городов: благодаря линиям электропередач эти генерирующие станции работают на всю энергосистему. А также на экспорт, например, Гусиноозерская ГРЭС в Бурятии, которая с момента запуска в 1976 году обеспечивала львиную долю поставок в Монголию. И играет роль «горячего резерва» для этой страны».

интересно, что не все станции с аббревиатурой «ГРЭС» в названии являются конденсирующими; некоторые из них какое-то время работали как когенерационные установки. Например, Кемеровская ГРЭС от Сибирской генерирующей компании (СГК). «Изначально, в 30-е годы прошлого века, он производил только электроэнергию. Кроме того, в то время был большой дефицит энергии. Но по мере того, как вокруг станции разрастался город Кемерово, возник другой вопрос: как отапливать жилые массивы? Затем станцию ​​перепроектировали в классическую когенерационную установку, оставив только историческое название — ГРЭС. Чтобы работник с гордостью мог сказать: «Я работаю на ГРЭС!» Сегодня потребление угля на электроэнергию и тепло на станции составляет 50 к 50 », — поясняет Алексей Кутырев, начальник отдела эксплуатации ТЭЦ Кузбасского филиала СГК в Кислород.LIFE.

В то же время на других ТЭС, входящих в состав СГК — например, на Томь-Усинской (1345,4 МВт) и Беловской (1260 МВт) в Кузбассе, а также на Назаровской (1308 МВт) в Красноярском крае — 97% сжигаемый уголь идет на выработку электроэнергии. И только 3% — на выработку тепла. И такая же картина, за редким исключением, почти на всех электростанциях госрайона.

Алексей Кутырев, начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала:

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС, является побочным продуктом, такие станции в СССР и России работают в основном на нагрев теплоносителя и выработку тепла, которое затем идет в жилые дома или промышленные предприятия в виде пара. А сколько электричество, которое вы получаете, не так уж важно. Важно распределять необходимые гигакалории, чтобы потребители, особенно население, чувствовали себя комфортно»

Самая крупная ГРЭС в России и третья по величине тепловая электростанция в мире — Сургутская ГРЭС-2 (входит в «Юнипро») — ее мощность составляет 5657,1 МВт (в нашей стране мощнее только две ГЭС — Саяно-Шушенская и Красноярская). При довольно приличном ICUF, превышающем 64,5%, эта станция выработала почти 32 миллиарда кВт * часов электроэнергии в 2017 году. Эта электростанция работает на попутном нефтяном и природном газе. Самая крупная ГРЭС в стране по мощности, работающая на твердом топливе (угле), — Рефтинская — расположена в 100 км от Екатеринбурга. 3,8 ГВт электроэнергии позволяют вырабатывать объемы, покрывающие 40% потребности всей Свердловской области. Экибастузский уголь используется в качестве основного топлива на станции.

Кемеровская ГРЭС давно перепрофилирована в классическую ТЭЦ, сохранила лишь историческое название — ГРЭС.

В приоритете – тепло

Комбинированная теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — это еще один тип ТЭС, но это не конденсационная электростанция, а когенерационная установка. Когенерационные установки в основном производят тепло в виде технологического пара и горячей воды (в том числе для горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Таким образом, когенераторы являются ключевым элементом централизованных систем теплоснабжения городов, по проникновению которых Россия является одним из мировых лидеров. Малые и средние когенерационные установки также являются незаменимыми спутниками крупных промышленных компаний. Ключевой особенностью когенерации является когенерация: одновременное производство тепла и электроэнергии. Это и эффективнее, и прибыльнее, чем, например, производство только электроэнергии (как на государственной районной электростанции) или только тепла (как в котлах). Поэтому в СССР одно время ориентировались на повсеместное развитие теплоснабжения.

Ключевое отличие ТЭЦ от ГРЭС, несмотря на то, что все это котельные и паротурбинные электростанции — разные типы турбин. Тепловые электростанции оснащены термоэлектрическими турбинами типа Т, которые отличаются от конденсационных турбин типа К (работающих на ГРЭС) наличием регулируемого отбора пара. В дальнейшем его направляют, например, на водонагреватели системы отопления, откуда он попадает в батареи в квартире или в краны горячей воды. Исторически наиболее распространенными в нашей стране являются турбины Т-100, так называемые «трамвайные». Но они также работают на ТЭЦ и турбинах с противодавлением типа «П», которые производят технологический пар (у них нет конденсатора, и пар после выработки электроэнергии в проточном тракте идет напрямую к промышленному потребителю). Также существуют турбины типа «ПТ», которые могут работать как в промышленности, так и в системах централизованного теплоснабжения.

В турбинах типа «К» процесс расширения пара в проточном тракте заканчивается его конденсацией (что позволяет получить на одном агрегате большую мощность — до 1,6 ГВт и более).

Алексей Кутырев, начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала:

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС, является побочным продуктом, такие станции в СССР и России работают в основном на нагрев теплоносителя и выработку тепла, которое затем идет в жилые дома или промышленные предприятия в виде пара. А сколько электричество, которое вы получаете, не так уж важно. Важно распределять необходимые гигакалории, чтобы потребители, особенно население, чувствовали себя комфортно»

В отопительный сезон ТЭЦ работают по так называемому «графику отопления» — они поддерживают температуру питательной воды в сети в зависимости от температуры наружного воздуха. В этом режиме ТЭЦ также могут нести базовую нагрузку по электроэнергии, демонстрируя, среди прочего, очень высокий коэффициент использования установленной мощности (ICUF). Согласно энергетической программе, когенерационные установки обычно работают в теплые месяцы года, когда отключены отводы для центрального отопления от турбин. ГРЭС же работают исключительно на электрической программе.

Нетрудно догадаться, что ТЭЦ в России намного крупнее ГРЭС, и все, как правило, сильно различаются по мощности. Вариантов их работы тоже много. Некоторые ТЭЦ, например, функционируют как ГРЭС, например, ТЭЦ-10 компании «Иркутскэнерго». Другие работают в тесном контакте с промышленными компаниями и поэтому не сокращают свои мощности даже летом. Например, Казанская ТЭЦ-3 ТГК-16 поставляет пар гиганту химической промышленности — Казаньоргсинтезу (обе компании входят в группу ТАИФ). А Ново-Кемеровская ТЭЦ СГК производит пар для нужд КАО «Азот». Некоторые станции в основном обеспечивают население теплом и горячей водой: например, все четыре Новосибирские ТЭЦ практически прекратили производство технологического пара с 1990-х годов.

Бывает, что когенерационные установки вообще не производят электричество, хотя сейчас их меньшинство. Это связано с тем, что, в отличие от гигакалорий, стоимость которых строго регулируется государством, киловатты в России — товарный товар. В этих условиях даже те ТЭЦ, которые ранее не работали на оптовом рынке электроэнергии и мощности, пытались на него выйти. В объекте СГК, например, прошла Красноярская ТЭЦ-3, которая до марта 2012 года вырабатывала только тепловую энергию. Но с 1 марта того же года была введена в эксплуатацию первая в России угольная электростанция мощностью 208 МВт, построенная по ДПМ. С тех пор эта станция в целом стала образцом в SGK с точки зрения энергоэффективности и бережного отношения к окружающей среде.

Красноярская ТЭЦ-3 до марта 2012 года вырабатывала только тепловую энергию. И теперь это образец для SGK с точки зрения энергоэффективности и бережного отношения к окружающей среде.

Крупнейшие ТЭЦ России работают на газе и находятся под крылом «Мосэнерго». Самой мощной, наверное, можно считать ТЭЦ-26, расположенную в подмосковном Бирюлево-Западном — как минимум по электрической мощности 1841 МВт, она опережает все другие ТЭЦ страны. Эта электростанция обеспечивает централизованное теплоснабжение промышленных предприятий, общественных и жилых домов с населением более 2 миллионов человек в районах Чертаново, Ясенево, Бирюлево и Марьино. Тепловая мощность этой ТЭЦ хоть и высокая (4214 Гкал / час), но не рекордная. ТЭЦ-21 от самого «Мосэнерго» имеет большую тепловую мощность — 4918 Гкал / час, хотя по электроэнергии она немного меньше своего «собрата» (1,76 ГВт).

Разновидности теплоэлектроцентралей

Современные энергетические комплексы являются сшитыми и блочными.

Эта разница определяется исходя из технологического способа стыковки турбин и котлов:

• Вариант сшивки включает соединение паровых и водяных турбин, что позволяет передавать пар между установками. Этот вариант означает гибкое управление и быстрое реагирование на изменения в потреблении. Все устройства должны иметь одинаковые рабочие параметры, а паропроводы проложены вдоль основного корпуса для передачи.
• Оборудование блочной компоновки требует отдельных процессов генерации в каждом силовом модуле. Объекты управления — это тщательно разработанные модели управления и комбинации на разных блоках.

По типу энергоблока когенерационные установки различают парогазовые котлы, паровые установки, ядерные топливные реакторы. Есть когенерационные установки без паровых турбин — с газотурбинными комплексами. Как правило, на станции установлено разное оборудование, так как когенерационные установки расширяются, модернизируются для удовлетворения потребностей.

Паровые установки различают по виду топлива:

• твердое топливо (бурый и битуминозный уголь, полуантрацит, антрацит, сланцы, торф);
• газ (доменный, коксовый, природный газ);
• жидкое топливо (мазут).

Узлы газовых турбин стали очень популярными, когда смесь газов, нагретых за счет сгорания жидкого или газообразного топлива, вращает лопатки турбины. После этого газовая смесь имеет температуру, достаточную для питания паровой установки или ее использования для отопления.

По типу производства тепла различают:

• Агрегат с согласованным отбором пара. В маркировке турбин (Россия) стоит буква Т, например Т-110 / 130-140;
• Агрегат с согласованным отбором производственной энергии (буква П, а при наличии противодавления на выходе — дополнительно буква П).

Обычно контролируемые виды отбора являются совмещенными, а количество несогласованных откачиваний для восстановления внутреннего режима турбины может быть любым, но не более 9. Давление на производственных отборах всегда больше, чем на когенерационных (1-2 МПа и 0,05 МПа). -0,3 МПа соответственно).

Наличие противодавления свидетельствует о том, что турбина не имеет конденсатора, а вторичный пар идет на производственные нужды комплекса. Эти модули не могут работать, если нет связи с потребителем.

Установки конденсирующего типа

В этом случае для обеспечения потребителей теплом используется только так называемый «вытяжной пар», а все остальное тепло часто просто рассеивается, рассеиваясь в окружающей среде. Для снижения потерь энергии такие когенерационные установки должны работать с минимальным тепловыделением в конденсационной установке.

Однако еще со времен СССР строятся такие станции, в которых конструктивно предусмотрен гибридный режим: они могут работать как обычные конденсационные ТЭЦ, но их турбогенератор вполне способен работать в режиме противодавления.

Универсальные разновидности

Неудивительно, что пароконденсатные установки получили наибольшую популярность благодаря своей универсальности. Таким образом, только они позволяют практически независимо регулировать электрическую и тепловую нагрузку. Даже если тепловая нагрузка не ожидается вообще (в случае особенно жаркого лета), население будет снабжаться электроэнергией по предыдущей программе (Западная ТЭЦ в Санкт-Петербурге).

«Тепловые» разновидности ТЭЦ

Как вы уже понимаете, производство тепла на электростанциях этого типа крайне неустойчиво в течение года. В идеале около 50% горячей воды или пара используется для обогрева потребителей, а остальная часть теплоносителя используется для выработки электроэнергии. Так работает Юго-Западная ТЭЦ в северной столице.

Отвод тепла в большинстве случаев осуществляется по двум схемам. Если используется открытая версия, горячий пар от турбин идет прямо к потребителям. Если выбран закрытый режим работы, хладагент подается после прохождения через теплообменники. Выбор схемы определяется множеством факторов. В первую очередь учитывается удаленность от объекта, обеспеченного отоплением и электричеством, количество населения и сезон. Таким образом, Юго-Западная ТЭЦ в Санкт-Петербурге работает по замкнутой схеме, так как обеспечивает большую эффективность.

Особенности газовых станций

Особняком стоят газовые ТЭЦ. Подача тепла потребителям осуществляется не только за счет энергии, которая вырабатывается при сжигании сжиженного газа, но и за счет тепла газов, образующихся при этом. Эффективность этих заводов чрезвычайно высока. В некоторых случаях атомные электростанции также могут использоваться в качестве когенерации. Это особенно распространено в некоторых арабских странах.

Там эти станции выполняют сразу две роли — обеспечивают население электроэнергией и технической водой, поскольку одновременно выполняют функции опреснительных установок морской воды. А теперь рассмотрим основные когенерационные установки в нашей стране и в странах ближнего зарубежья.

Какие еще виды ТЭС существуют

Помимо паротурбинных ТЭЦ и КЭС (ГРЭС) на территории России действуют следующие станции:

1. Газовая турбина (ГТЭС). В этом случае турбины работают не на паре, а на природном газе. Также на таких станциях в качестве топлива можно использовать мазут или дизельное топливо. К сожалению, КПД этих станций невысокий (27 — 29%). Поэтому в основном они используются только как резервные источники электроэнергии или предназначены для подачи напряжения в сеть небольших населенных пунктов.
2. Комбинированная газовая турбина (ПГТУ). КПД этих комбинированных установок составляет примерно 41 — 44%. Как газовые, так и паровые турбины передают энергию генератору в системах этого типа. Как и ТЭЦ, ТЭЦ могут использоваться не только для выработки самой электроэнергии, но и для обогрева зданий или обеспечения потребителей горячей водой.

Какие предъявляются требования к ТЭС

ТЭС — это тепловая электростанция, на которой производство электроэнергии и ее потребление осуществляются одновременно. Поэтому такой комплекс должен полностью удовлетворять ряд экономических и технологических требований. Это обеспечит бесперебойное и надежное электроснабжение потребителей. Нравится:

• помещения ТЭС должны иметь хорошее освещение, вентиляцию и вентиляцию;
• воздух внутри станции и вокруг нее должен быть защищен от загрязнения твердыми частицами, азотом, оксидом серы и т д;
• источники водоснабжения следует тщательно защищать от попадания в них сточных вод;
• системы очистки воды на станциях должны быть оборудованы безотходными системами.

Как работают ТЭС на угольном топливе

Для того, чтобы станция работала непрерывно, по железнодорожным путям постоянно привозят уголь, который выгружается с помощью специальных разгрузочных устройств. Кроме того, есть такие элементы, как конвейерные ленты, по которым выгружаемый уголь транспортируется на склад. Кроме того, топливо поступает в дробильную установку. При необходимости есть возможность обойти процесс подачи угля на склад и передать его прямо на дробилки с разгрузочных устройств. После прохождения этого этапа измельченное сырье поступает в бункер необработанного угля. Следующим этапом является подача материала через питатели на угольные мельницы. Кроме того, угольная пыль подается в бункер для угольной пыли с помощью пневмотранспорта. Пройдя этот путь, вещество обходит такие элементы, как сепаратор и циклон, и из бункера уже через питатели поступает прямо к горелкам. Воздух, проходящий через циклон, засасывается вентилятором мельницы и затем подается в камеру сгорания котла.

Также так выглядит движение газа. Летучие вещества, образующиеся в камере котла для сжигания, последовательно проходят через устройства, такие как газоходы котла, поэтому, если используется система дополнительного нагрева пара, газ подается в первичный и вторичный пароперегреватели. В этом отсеке, как и в водяном экономайзере, газ отдает свое тепло для нагрева рабочей жидкости. Далее устанавливается элемент, называемый перегревателем воздуха. Здесь тепловая энергия газа используется для нагрева входящего воздуха. Пройдя все эти элементы, летучее вещество попадает в золоуловитель, где очищается от золы. Затем дымовые насосы всасывают газ и выпускают его в атмосферу через газовую трубу.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ ТЭС, на которых установлены газотурбинные установки, намного компактнее и экологичнее. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка — это, по сути, тот же турбореактивный авиационный двигатель, в котором, в отличие от него, струя не выбрасывается в атмосферу, а заставляет вращаться ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Характеристики используемого топлива

Можно использовать твердое, жидкое и газообразное топливо. Поскольку когенерационные установки часто строят вблизи крупных населенных пунктов и городов, часто возникает необходимость в использовании достаточно ценных видов газа и мазута. Использование угля и отходов как таковых в нашей стране довольно ограничено, так как не на всех станциях есть современные и эффективные системы очистки воздуха.

Для очистки сточных вод системы используются специальные фильтры для твердых частиц. Для рассеивания твердых частиц в достаточно высоких слоях атмосферы строятся трубы высотой 200-250 метров. Как правило, все ТЭЦ располагаются на достаточно большом удалении от источников водоснабжения (рек и водохранилищ). Поэтому используются искусственные системы, в том числе градирни. Прямое водоснабжение встречается крайне редко, в очень специфических условиях.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных когенерационных установок ограничен 34%. Подавляющее большинство тепловых электростанций по-прежнему работают на угле, что объясняется довольно просто: запасы угля на Земле по-прежнему огромны, поэтому доля тепловых электростанций в общем объеме вырабатываемой электроэнергии составляет около 25%.

Процесс сжигания угля практически не изменился на протяжении многих десятилетий. Однако сюда пришли и новые технологии.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, который приводит во вращение турбину. Затем из дыма удаляют золу и оксиды серы, проводят охлаждение и конденсацию. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводят в жидкое состояние и помещают под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигают в «нормальном» режиме — в котле с воздухом. После этого удаляются зола и SO2 — оксид серы. Впоследствии СО2 удаляется с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем утилизации.

Отходы ТЭЦ

Отходы от эксплуатации ТЭЦ — шлаки и зола. Около 150 тысяч тонн в год. Они не опасны и могут использоваться как строительный материал. Например, часть золы продается производителям сухих строительных смесей.

Остальное смешивают с водой и отправляют на золоотвал, технический резервуар рядом с ТЭЦ. В нем вода оседает, очищается естественным путем, а затем очищенная через канал сбрасывается в реку.

Весной на свалке золы ТЭЦ-3 тоже бирюзовая вода, как на знаменитых сибирских Мальдивах возле ТЭЦ-5. А зола с кальцием напоминает белоснежный песок. Однако этот водоем является техническим сооружением, и купаться здесь небезопасно.

В дальнейшем ТЭЦ планирует отказаться от сброса воды в Обь, чтобы не повредить реку, и начать возврат воды из золоотвала на станцию. Его следует использовать в системе утилизации золы — в замкнутом производственном цикле. К 2023 году будет построена система водозабора с золоотвала.

ТЭЦ на отходах

Строительство когенератора или мини-когенератора на отходах — отличное решение, которое позволит использовать отходы всех предприятий деревообрабатывающей промышленности (целлюлозно-бумажный комбинат, фанера, лесопилки), а также отходы сельского хозяйства и животноводства топливо. Так, например, широко распространено строительство мини-ТЭЦ на древесных отходах.

На древесных отходах с паровыми турбинами

Преимущества:

• Источник тепловой и электрической энергии автономен и абсолютно надежен.
• Эффективная утилизация промышленных отходов.
• Сократите затраты на электроэнергию для собственных нужд.

Когенерация биомассы с паровыми турбинами позволяет:

• Устранение затрат на покупку электроэнергии, пара и горячей воды у внешних поставщиков.
• Обеспечьте стабильное энергоснабжение и улучшите категоризацию энергоснабжения.
• Получите дополнительную прибыль, продавая энергию сторонним потребителям.
• Уменьшить площадь территорий, используемых для хранения промышленных отходов.
• Свести к минимуму риски, связанные с хранением промышленных отходов (загрязнение окружающей среды, пожарная опасность и т.д.).

Схема мини-ТЭЦ на древесных отходах

Технологическая термомасляная установка на биомассе

Преимущества технологической системы диатермического масла (TMU):

• Источник тепла автономный и экономичный.
• Эффективная утилизация.
• Снижение затрат на тепловую энергию.

Техническое решение

• Единичная мощность по тепловой энергии до 80 МВт.
• Требуемый уровень нагрева диатермического масла составляет 315 ° C.
• Органические и синтетические теплоносители.
• Однопроходные диатермические масляные теплообменники.
• Мониторинг потока масла в каждом контуре трубопровода.
• Требуемый уровень температуры дымовых газов (включая использование конденсатора дымовых газов).

Биомасса TMU позволяет:

• Устранение затрат на покупку энергии у внешних поставщиков.
• Обеспечить стабильное теплоснабжение технологических потребителей.
• Снижение воздействия на окружающую среду за счет сокращения площадей, используемых для хранения производственных отходов, и сведения к минимуму связанных рисков.

Водогрейная котельная на биотопливе

Преимущества:

• Автономный источник тепла рядом с потребителем.
• Эффективная утилизация древесных отходов.

Техническое решение

• Единичная мощность по тепловой энергии до 50 МВт.
• Отопительная вода до 150 ° С.
• Котлы смешанные с водогазопроводом и котлы полностью с водопроводом.
• Раствор для выпечки легкоплавких топлив (кора, загрязненные отходы).
• Требуемый уровень температуры дымовых газов (включая использование конденсатора дымовых газов).

Водогрейный котел на биотопливе позволит:

• Устранение затрат на покупку тепла у внешних поставщиков.
• Обеспечить стабильное теплоснабжение предприятия за счет внутренних ресурсов и с минимальными тепловыми потерями.
• Перерабатывайте до 100% древесных или растительных отходов.
• Содействовать сохранению природных ресурсов.

Преимущества ТЭС

К преимуществам тепловых электростанций можно отнести:

• невысокая стоимость строительства по сравнению с большинством других типов электростанций;
• экономия используемого топлива;
• низкая стоимость выработки электроэнергии.

Кроме того, большим преимуществом таких станций является то, что они могут быть построены в любом желаемом месте, независимо от наличия топлива. Уголь, мазут и прочее можно доставить на станцию ​​автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом ТЭС является то, что они занимают очень небольшую площадь по сравнению с другими типами растений.

Недостатки ТЭС

Конечно, у таких станций есть не только преимущества. Также у них есть ряд недостатков. ТЭС — это комплексы, которые, к сожалению, очень сильно загрязняют окружающую среду. Станции этого типа могут выделять в воздух огромное количество сажи и дыма. Кроме того, к недостаткам ТЭС можно отнести высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями. Кроме того, все виды топлива, используемые на таких станциях, являются незаменимыми природными ресурсами.

Экологическое значение ТЭЦ

В связи с тем, что при строительстве такой электростанции можно избавиться от многих старых городских котельных, которые играют крайне негативную роль в экологическом состоянии местности (огромное количество сажи), чистота Воздух в городе иногда можно улучшить на порядок. Кроме того, новые ТЭЦ позволяют ликвидировать груды мусора на городских полигонах.

Новейшее очистное оборудование позволяет эффективно очищать отходы, а энергоэффективность этого решения чрезвычайно высока. Таким образом, выделение энергии при сжигании одной тонны нефти идентично объему, выделяющемуся при утилизации двух тонн пластика. И этого «добра» хватит на десятилетия!

Очень часто строительство ТЭЦ связано с использованием ископаемого топлива, о чем мы уже говорили выше. Однако создание АЭС планируется в последние годы и будет установлено в удаленных районах Крайнего Севера. Поскольку снабжение топливом чрезвычайно затруднено, атомная энергетика является единственным надежным и постоянным источником энергии.