Види електростанцій

Загальна характеристика виробництва електроенергії.

Тема 9. Виробництво електроенергії

Технологіі виробництва коксопродуктів

Кокс (нім. koks) – твердий залишок, що отримується при коксуванні природного палива. Має в своєму складі 90 – 98 % вуглецю. Кам’яновугільний кокс є паливом та відновлювачем залізної руди при виробництві чавуну.

При коксуванні кам’яного вугілля добувають кокс для доменних печей, горючий газ з високою теплоздатністю і різні цінні хімічні продукти (аміак, толуол, нафталін). Коксують до 20 % усього видобутого вугілля.

Коксується вугілля в коксохімічних печах, які опалюються газом або нагріваються електричним струмом. Подрібнене кам’яне вугілля завантажують у спеціальні камери – коксові печі, які герметично закриваються, і нагріваються до температури вище 1000 °С. При нагріванні вугільної шахти до 300 °С вона підсушується і виділяє гази СО₂ і H₂S. При температурі 300 – 500 °С вугілля інтенсивно розкладається і переходить у пластичний стан, що супроводжується виділенням первинних газів, первинного дьогтю і утворенням напівкоксу. При температурі 500 – 1100 °С маломіцний напівкокс втрачає більшу частину легких речовин і переходить у твердий кокс, а первинні гази і дьоготь утворюють високотемпературний дьоготь і коксовий газ. Після закінчення коксування коксову масу видаляють коксовиштовхувачем з камери в гасильний вагон, який просувається вздовж коксової батареї, і відвозять у гасильну башту, де кокс охолоджують водою. Потім кокс вивантажують на рампу, сортують і навантажують у вагони або транспортують до бункерів доменних печей. Процес коксування триває 14 – 17 годин.

Коксова піч – це камера з вогнетривкої цегли висотою близько 4 м, довжиною до 14 м, шириною 0,4 м, що вміщує понад 15 т вугілля. Коксохімічний завод, який складається з кількох батарей, виробляє за добу до 7000 т коксу, що дає змогу забезпечити роботу чотирьох доменних печей.

1. Загальна характеристика виробництва електроенергії. Види електростанцій

2. Теплові електростанції (ТЕМ)

3. Гідроелектростанції (ГЕС) та гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)

4. Атомні електростанції (АЕС)

5. Нетрадиційні способи виробництва електроенергії.

Енергетика як галузь господарства охоплює різноманітні енергетичні ресурси, виробництво, перетворення, передачу і використання різних видів енергії.

Електроенергетика є провідною галуззю енергетики, яка забезпечує електроенергією всі галузі народного господарства та всіх інших споживачів.

Електроенергія виробляється електричними станціями. Електрична станція – це сукупність обладнання та апаратури, які використовуються безпосередньо для виробництва електричної енергії, а також необхідні для цього споруди та будівлі.

Електростанції за використанням джерела енергії поділяються на чотири види:

§ Теплові електростанції (ТЕС), що працюють на твердому, рідкому і газоподібному паливі;

§ Гідравлічні (ГЕС), що використовують гідроресурси;

§ Атомні (АЕС), які використовують як паливо збагачений уран або інші радіоактивні елементи;

§ Електростанції, які використовують нетрадиційні джерела енергії (вітрові, сонячні, геотермальні, припливні та відпливні тощо).

Найпоширенішими в Україні є теплові електростанції. Вони виробляють майже 2/3 всієї електричної енергії. Перевагою ТЕС є відносно вільне розміщення, вдвічі дешевша вартість їх будівництва порівняно з гідравлічними електростанціями.

Найбільшими ТЕС в Україні є Вуглегірська, Старобешівська, Курахівська, Слов’янська (Донецька обл.), Криворізька-2, Придніпровська (Дніпропетровська обл..), Бурштинська (Івано-Франківська обл..), Запорізька, Ладижинська (Винницька обл.), Трипільська (Київська обл..).

Дедалі більшого значення набувають теплоелектроцентралі. Їх будують поблизу споживача, оскільки радіус транспортування тепла невеликий (10 – 12 км). Теплоелектроцентралі обігрівають понад 25 міст України. Найбільші з них – Київська ТЕЦ-5, Дарницька (Київ), Київська ТЕЦ-4, Харківська ТЕЦ-5, Одеська, Краматорська.

Атомні електростанції за характером використовуваного палива не пов’язані з родовищами його видобування, що забезпечує широкий маневр їх розміщення. В Україні працюють АЕС – Запорізька, Південно-Українська, Рівненська, Хмельницька. Припинено будівництво Кримської, Чигиринської, Харкіської АЕС та Одеської атомної ТЕЦ, а також експлуатацію Чернобильської АЕС.

Гідроелектростанції є одним з найефективніших джерел електроенергії. Переваги ГЕС полягають у тому, що вони виробляють дешеву електроенергію. Однак розміщення їх повністю залежить від природних умов. Будівництво ГЕС на рівнинних річках України потребує затоплення великих територій, що використовуються під водосховища. Поки що гідроенергетика посідає незначне місце в енергетиці України – 4 % виробництва електроенергії.

Основні гідроелектростанції розташовані на Дніпрі. Це Дніпрогес, Кременчуцька, каховська, Дніпродзержинська, канівська і Київська. На Дністрі збудована Дністровська ГЕС – ГАЕС, у Закарпатській області – Требле-Ріцька ГЕС. Крім них, на малих річках діють близько сотні електростанцій невеликої потужності. Збудовано каскади ГЕС на річках Рось (Корсунь-Шевченківська, Стеблівська) і Південний Буг.

Специфічну роль відіграють гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС): Київська, Дністровська і Запорізька (Дніпрогес-2). За їх допомогою можна успішно розв’язувати проблему забезпечення споживачів електроенергією в пікові години.

2. Теплові електростанції (ТЕМ)

Залежно від характеру споживання електроенергії станції бувають районного і місцевого значення.

Районні електростанції забезпечують електроенергією великі райони, обласні міста і мають великі потужності (десятки і сотні тисяч кіловат). Ці станції розподіляють енергію високої напруги і, як правило, подають її в загальну електричну мережу, створюючи енергетичну систему району. Районні електростанції звичайно будують поблизу залягання місцевих видів палива або в місцях з наявними гідроресурсами.

Електростанції місцевого значення постачають енергією найближчі райони, не охоплені електросистемою, і мають відносно невелику потужність. Напруга в мережі постачання – до 10 кв.

Електростанції характеризуються встановленою потужністю, що дорівнює сумарній потужності всіх установлених на електростанції електрогенераторів в МВт.

Теплові електростанції перетворюють хімічну енергію палива (вугілля, нафти, газу) послідовно в теплову, механічну і електричну енергію. За енергетичним устаткуванням ТЕС поділяють на паротурбінні, газотурбінні та дизельні електростанції.

Паротурбінні електростанції (ПТЕС) – основне енергетичне устаткування: котлоагрегати та парогенератори, парові турбіни, турбогенератори. Паротурбінні електростанції поділяють на теплоелектроцентралі (ТЕЦ) та конденсаційні електростанції (КЕС).

Теплоелектроцентралі (ТЕЦ) відпускають споживачам електроенергію та теплову енергію з парою або гарячою водою. На конденсаційних електростанціях (КЕС) тепло, яке отримали при спалюванні палива, передається у парогенератори водяної пари, котра потрапляє у конденсаційну турбіну. Внутрішня енергія пари перетворюється в турбіні у механічну енергію, а потім електричним генератором в електричний струм. Відпрацьована пара відводиться у конденсатор, звідки конденсат пари перекачується насосами знов у парогенератор.

Газотурбінні електростанції (ГТЕС) використовуються як резервні джерела енергії (25 110 МВт) для покривання навантаження в години «пік» або у разі виникнення в енергосистемах аварійної ситуації.

Дизельна електростанція (ДЕС) – енергетична установка, обладнана одним або кількома електричними генераторами з приводом від дизеля. Великі ДЕС мають потужність до 5000 кВт і більше.

Стаціонарні дизельні електростанції та енергопотяги устатковуються декількома дизель-агрегатами та мають потужність до 10 МВт. Пересувні дизельні електростанції розташовуються зазвичай в кузові автомобіля або на окремих шасі, або на залізничній платформі та вагоні. Дизельні електростанції використовують у сільському господарстві, в лісовій промисловості, у пошукових партіях як основне, резервне або аварійне джерело електропостачання силових та освітлювальних мереж. На транспорті дизельні електростанції застосовуються як основне енергетичне обладнання (дизель-електровози, дизель-електроходи).

До складу ТЕС входять: паливне господарство та система підготовки палива до спалювання; котельне обладнання – сукупність котла та допоміжного обладнання; установки водо підготовки та конденсатоочистки; система технічного водопостачання; система золо шлаковидалення; електротехнічне господарство; система управління енергообладнанням.

У котлі вода нагрівається до температури насичення, випаровується, а утворена з киплячої (котлової) води насичена пара перегрівається, і з котла перегріта пара (~ 540 °С) іде по трубопроводах у турбіну, де її теплова енергія перетворюється на механічну (тиск 3,5 – 6,5 кПа), що передається валу турбіни. Відпрацьована в турбіні пара потрапляє до конденсатора, віддає тепло охолоджувальній воді і конденсується.

Основи роботи ТЕС: на паротурбінних електростанціях ротори електричних генераторів приводяться в обертання паровими турбінами, в яких теплова енергія пари перетворюється на кінетичну, що передається роторові турбіни. Таким чином, водяна пара є робочим тілом паротурбінної електростанції. Пара необхідних параметрів утворюється у котлі за рахунок тепла, що виділяється при спалюванні органічного палива.

Суттєвим є те, що теплові електростанції негативно впливають на навколишнє середовище. ТЕС, що використовують тверде паливо, викидають у атмосферу частину золи, яка не уловлюється, та недогорілі частки палива, сірчистий та сірчаний ангідриди, окис азоту та окис вуглецю; при використанні органічного палива – природного газу – в атмосферу потрапляють токсичні окиси азоту та окис вуглецю, бензопірен.

Розрахунки показують, що велика ТЕС потужністю 3000 МВт спалює за добу 25920 т вугілля, поглинає з атмосфери 60650 т кисню (на 1 м² поверхні Землі кисню в атмосфері лише 2,3 т), викидає в атмосферу шкідливих газів: діоксину вуглецю СО₂ – 8160 т, діоксину сірки SO₂ – 1290 т, діоксину азоту NO₂ – 850 т, створює 1348 т шлаку та золи, під відвали яких щороку необхідно відводити земельну площу до 3 га.

3. Гідроелектростанції (ГЕС) та гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)

Гідроелектростанції – це комплекс силових установок і споруд, призначений для перетворення механічної енергії води в електричну.

Гідроелектростанції мають значні переваги перед тепловими. Вони зовсім не потребують палива, мають просте обладнання, прості в обслуговуванні, дешеві в експлуатації і забезпечують високу маневреність та надійність електропостачання, а також допускають повну автоматизацію роботи.

Незважаючи на великі кошти, які вкладаються в будівництво гідроелектростанцій, собівартість електроенергії є нижчою за собівартість електроенергії теплоелектростанцій. Проте питома вага капіталовкладень на будівництво великих гідроелектростанцій у 2 – 3 рази вища, ніж при спорудженні потужних теплових електростанцій.

У гідроелектростанціях потоки води підводяться до водяних турбін, де енергія руху води перетворюється в механічну енергію обертання роторів турбін. Турбіни обертають ротори генераторів, які перетворюють механічну енергію в електричну.

За висотою напору води (Н), що створюється висотою греблі, гідроелектростанції поділяють на низьконапірні (Н до 30 м), середньо напірні (Н до 50 м) і високо напірні (Н більше 50 м).

Потужність гідроелектростанцій прямо пропорційна висоті напору води, який залежить від висоти греблі, і кількості води, що проходить за одиницю часу через турбіни гідроелектроагрегатів.

За складом і компоновкою споруд гідроелектростанції поділяються на річні, при гребельні і дериваційні.

Деривація (на лат. derivatio – відведення) в гідротехніці – сукупність споруд (трубопроводів, каналів, тунелів) для підведення води до стаціонарних гідро електроагрегатів або відведення води від них. За допомогою деривації створюється основний напір води на дериваційних ГЕС.

Річні гідроелектростанції працюють від струменя води, створеного за рахунок спорудження греблі поперек річки. На таких гідроелектростанціях машинне відділення встановлюють на продовженні греблі, гідротурбіни працюють при низькому напорі води.

Пригребельні гідроелектростанції працюють від середнього або високого напору води. Воду в таких станціях подають за допомогою напорних трубопроводів і споруд для спуску надлишку води.

Дериваційні гідроелектростанції працюють від середнього або високого напору води, створеного за рахунок відведення води з русла річки обхідним водоводом.

Щоб забезпечити максимальне використання водної енергії річки будують каскади гідроелектростанцій, тобто споруджують ряд гідроелектростанцій, розміщених одна за одною. Такі каскади (рис. 9.1) побудовані на багатьох річках, зокрема на Дніпрі.

За умовами роботи і рівнем автоматизації ГЕС поділяють на три основні групи:

1. Напівавтоматичні, в яких пуск і зупинка агрегатів проводиться вручну, і автоматизована тільки нормальна робота і захист від аварій;

2. Автоматичні, в яких піск і зупинка агрегатів здійснюються автоматично;

3. Автоматичні дистанційно-керовані, в яких, крім дистанційного пуску і зупинки, контролюють і керують роботою агрегатів на відстані.

Гідроенергетика займає лише 6 % у світовому енергобалансі.

Гідроенергетичні ресурси України обмежені, тому їх використовують здебільшого для покриття пікових навантажень діючої енергосистеми. З цією метою на річках створюють системи гідроакумулюючих електростанцій (ГАЕС). До найбільших з них належать: Київська ГЕС – ГАЕС; Канівська ГАЕС, каскад ГЕС – ГАЕС на Дністрі, а також Південно-Український енергокомплекс.

Гідроакумулюючі електростанції (ГАЕС)

ГАЕС споживають і накопичують енергію, коли вона є в надлишку, і повертають її в електричну мережу, коли її недостатньо. Таким чином, вони регулюють (вирівнюють) виробництво і споживання електроенергії в часі. ГАЕС мають нижній і верхній водні басейни (водосховища), між якими (рис. 9.2) встановлено електрогенератори з турбінами-насосами, які можуть працювати як насоси, коли споживають надлишкову електроенергію і качають воду з нижнього водосховища у верхнє – накопичуючи потенціальну енергію води; або працюють як гідротурбіни з електрогенераторами, коли вода перетікає з верхнього в нижнє водосховище в ті періоди часу, коли енергії в об’єднаній електромережі недостатньо (наприклад, у вечірній час, коли споживання електроенергії максимальне – пікове).

В Україні перша ГАЕС була споруджена в 1971 році на правому березі Київського моря, яке відіграє роль нижнього водосховища, а верхнє водосховище споруджене вище. Потужність цієї станції – 225 МВт; напір води верхнього водосховища – 65 м.

4. Атомні електростанції (АЕС)

Джерелом отримання електроенергії на АЕС є ланцюгова реакція ділення ядер атомів важких елементів. Ця реакція відбувається в атомних (ядерних) реакторах з виділенням великої кількості тепла.

На АЕС отримане в реакторі тепло перетворюється на електроенергію за допомогою парових турбін і електричних генераторів. В парових турбінах використовують водяний пар як робоче тіло.

Атомна енергетика займає понад 24 % у загально енергетичному балансі України. В Україні видобувається уран, є підприємства, які створюють первинний урановий концентрат, але поки що немає підприємств виготовлення кінцевого продукту як пального для атомних електростанцій.

Зараз в Україні працюють 13 блоків атомних електростанцій. Загальна потужність цих 13 блоків – 11835 МВт.

Дата добавления: 2014-01-07