Реферат: Источники электроэнергии

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ТЭС), электростанция, вырабатываю­щая электрическую энергию в результате пре­образования тепловой энергии, выделяю­щейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в (в 1882 — в Нью-Йорке, 1883 — в Петер­бурге, 1884 — в Берлине) и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид элек­трической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в СССР и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия исполь­зуется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вра­щение ротор паровой турбины, соединён­ный с ротором электрического генерато­ра (обычно синхронного генератора). В СССР на ТПЭС производится (1975) ~99% электроэнергии, вырабатываемой ТЭС. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Их кпд достигает 40%, мощ­ность -3 Гвт; в СССР создаются ТПЭС полной проектной мощностью до 5-6 Гвт.

ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные тур­бины и не использующие тепло отра­ботавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называют конденсационными электростанциями (официальное назв. в СССР — Государственная рай­онная электрическая станция, или ГРЭС). На ГРЭС вырабатывается около 2/3 электро­энергии, производимой на ТЭС. ТПЭС оснащенные теплофикационными турби­нами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцент­ралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около

1/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называют газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с темпера­турой 750—900 "С поступают в газо­вую турбину, вращающую электрогене­ратор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26—28%, мощность — до нескольких со­тен Мвт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки..

ТЭС с парогазотурбинной установ­кой, состоящей из паротурбинного и газо­турбинного агрегатов, называют парогазовой электростанцией (ПГЭС), кпд которой может достигать 42 — 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпу­скать тепло внешним потребителям, т. е. работать как ТЭЦ.

Иногда к ТЭС условно относят атом­ные электростанции (АЭС), электро­станции с магнитогидродинамическими генераторами (МГДЭС) и геотермиче­ские электростанции.

.

.

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гид­ротехнических сооружений, обеспечи­вающих необходимую концентрацию по­тока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной(рис1), либо дерива цией (рис. 2), либо плотиной и дери­вацией совместно (рис. 3). Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции — гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления — пульт оператора-диспетчера или автооператор гидро­электростанции. Повышающая транс­форматорная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зда­ниях или на открытых площадках. Рас­пределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтаж­ная площадка для сборки и ремонта раз­личного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

По установленной мощности (в .Мвт) различают ГЭС мощные (св. 250), сред­ние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора На (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды , используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата . По ряду причин (вследствие, например сезонных изменений уровня воды в во­доёмах, непостоянства нагрузки энерго­системы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регули­ровании мощности ГЭС. Различают го­дичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По максимально используемому напо­ру ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко пре­вышают 100 м , в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью дерива­ции — до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует ти­пам применяемого энергетического оборудова­ния: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турби­ны с металлическими спиральными камера­ми; на средненапорных — поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спираль­ными камерами, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железо­бетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет при­близительный, условный характер.

По схеме использования водных ре­сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч­но подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и без­напорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе­регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопле­ния уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высо­ту плотины. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и во­досбросные сооружения (рис. 4). Состав гидротехнических сооружений зависит от вы­соты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолже­нием плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной сто­роны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой — нижний бьеф. Под­водящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями заклады­ваются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопро­пускные сооружения, водозаборные соо­ружения для ирригации и водоснабже­ния. В русловых ГЭС иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях по­лезно используемая вода последовательно проходит входное сечение с мусорозадер-живающими решётками, спиральную ка-

меру, гидротурбину, отсасывающую тру­бу, а по спец. водоводам между сосед­ними турбинными камерами произво­дится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30—40 м к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сель­ские ГЭС небольшой мощности. На круп­ных равнинных реках основное русло пере­крывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная пло­тина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волж­ская ГЭС им. 22-го съезда КПСС— наиболее крупная среди станций русло­вого типа.

При более высоких напорах оказывает­ся нецелесообразным передавать на зда­ние ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за пло­тиной, примыкает к нижнему бьефу (рис. 5). В состав гидравлической трассы меж­ду верхним и нижним бьефом ГЭС тако­го типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, тур­бинный водовод, спиральная камера, гидротурбина, отсасывающая труба. В качестве дополнит, сооружений в состав узла могут входить судоходные сооруже­ния и рыбоходы, а также дополнительные водо­сбросы Примером подобного типа станций на многоводной реке служит Братская ГЭС на реке Ангара.

Другой вид компоновки приплотинных ГЭС, соответствующий горным усло­виям, при сравнительно малых рас­ходах реки, характерен для Нурекской ГЭС на реке Вахш (Ср. Азия), проектной мощностью 2700 Мвт. Здание ГЭС от­крытого типа располагается ниже пло­тины, вода подводится к турбинам по одному или нескольким напорным туннелям. Иногда здание ГЭС размещают ближе к верх­нему бьефу в подземной (подземная ГЭС) выемке. Такая компоновка целе­сообразна при наличии скальных осно­ваний, особенно при земляных или на­бросных плотинах, имеющих значит. ширину. Сброс паводковых расходов производится через водосбросные тун­нели или через открытые береговые водо­сбросы.

В деривационных ГЭС кон­центрация падения реки создаётся по­средством деривации; вода в начале ис­пользуемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, зна­чительно меньшим, чем ср. уклон реки на этом участке и со спрямлением изги­бов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвраща­ется в реку, либо подводится к след. де­ривационной ГЭС. Деривация выгодна тогда, когда уклон реки велик. Деривац. схема концентрации напора в чистом виде (бесплотинный водозабор или с низкой водозаборной плотиной) на практике приводит к тому, что из реки забирается лишь небольшая часть её стока. В других случаях в начале деривации на реке соору­жается более высокая плотина и созда­ётся водохранилище; такая схема кон­центрации падения паз. смешанной, т. к. используются оба принципа создания на­пора. Иногда, в зависимости от местных условий, здание ГЭС выгоднее распола­гать на некотором расстоянии от конца используемого участка реки вверх по течению; деривация разделяется по от­ношению к зданию ГЭС на подводящую и отводящую. В ряде случаев с помощью деривации производится переброска сто­ка реки в соседнюю реку, имеющую бо­лее низкие отметки русла. Характер­ным примером является Ингурская ГЭС, где сток реки Ингури перебрасывается туннелем в соседнюю реку Эрисцкали (Кавказ).

Сооружения безнапорных де­ривационных ГЭС состоят из трёх основных групп: водозаборное соору­жение, водоприёмная плотина и собствен­но деривация (канал, лоток, безнапорный туннель). Дополнит, сооружениями на ГЭС с безнапорной деривацией являются отстойники и бассейны суточного регули­рования, напорные бассейны, холостые водосбросы и турбинные водоводы. Крупнейшая ГЭС с безнапорной подводящей деривацией — ГЭС Роберт-Мозес (США) с мощностью 1950 Мвт, а с безнапорной отводящей деривацией — Ингурская ГЭС (СССР) мощностью 1300 Мвт.

На ГЭС с напорной дерива­цией водовод (туннель, металлическая, деревянная или железобетонная труба) прокладывается с несколько большим про­дольным уклоном, чем при безнапорной деривации. Применение напорной подводящей деривации обу­словливается изменяемостью горизон­та воды в верхнем бьефе, из-за чего в процессе эксплуатации изменяется и внутренний напор деривации. В состав соору­жений ГЭС этого типа входят: плотина, водозаборный узел, деривация с напор­ным водоводом, станционный узел ГЭС с уравнительным резервуаром и турбин­ными водоводами, отводящая деривация в виде канала или туннеля (при подзем­ной ГЭС). Крупнейшая ГЭС с напорной подводящей деривацией — Нечако-Кемано (Канада) проектной мощностью 1792 Мвт.

ГЭС с напор ной отводящей деривацией применяется в усло­виях значит, изменений уровня воды в реке в месте выхода отводящей дерива­ции или по экономическим соображениям, В этом случае необходимо сооружение уравнительного резервуара (в начале отводя­щей деривации) для выравнивания не­установившегося потока воды в реке. Наиболее мощная ГЭС (350 Мвт) этого типа — ГЭС Харспронгет (Швеция),

Особое место среди ГЭС занимают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) и приливные электростанции (ПЭС). Сооружение ГАЭС обусловлено ростом потребности в пиковой мощности в крупных энергетических системах, что и определяет генераторную мощность, тре­бующуюся для покрытия пиковых на­грузок. Способность ГЛЭС аккумулиро­вать энергию основана на том, что сво­бодная в энергосистеме в некоторрый пе­риод времени (провала графика потреб­ности) электрическая энергия используется агрегатами ГАЭС, которые, работая в ре­жиме насоса, нагнетают воду из водохра­нилища в верхний аккумулирующий бас­сейн. В период пиков нагрузки аккуму­лированная т. о. энергия возвращается в энергосистему (вода из верхнего бассей­на поступает в напорный трубопровод и вращает гидроагрегаты, работающие в режиме генератора тока). Мощность отд. ГАЭС с такими обратимыми гидроагрега­тами достигает 1620 Мвт (Корнуолл, США).

ПЭС преобразуют энергию морских приливов в электрическую. Электроэнер­гия приливных ГЭС в силу некоторых особенностей, связанных с периодичным ха­рактером приливов и отливов, может быть использована в энергосистемах лишь совместно с энергией регулирующих электростанций, которые восполняют про­валы мощности приливных электростан­ций в течение суток или месяцев. В 1967 во Франции было завершено стро­ительство крупной ПЭС на реке Ране (24 агрегата общей мощностью 240 Мвт). В СССР в 1968 в Кислой Губе (Кольский п-ов) вступила в строй первая опытная ПЭС мощностью 0,4 Мвт, на которой ныне проводятся эксперименталь­ные работы для будущего строительства ПЭС.

По характеру использования воды и условиям работы различают ГЭС на бытовом стоке без регулирования, с суточным, недельным, сезонным (годовым) и многолетним регулированием. Отдельные ГЭС или каскады ГЭС, как прави­ло, работают в системе совместно с конденсационными электростанциями (КЭС), теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), атомными электростанциями (АЭС), газотурбинными установками (ГТУ), причём в зависимости от характера уча­стия в покрытии графика нагрузки энер­госистемы ГЭС могут быть базисными, полупиковыми и пиковыми.

Важнейшая особенность гидроэнергетических ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими ресурсами — их непрерывная возобновляемость. Отсутствие потребности в топливе для ГЭС определяет низ­кую себестоимость вырабатываемой на ГЭС электроэнергии. Поэтому сооруже­нию ГЭС, несмотря на значительные, удельные капиталовложения на 1 квт установлен­ной мощности и продолжительные сроки строи­тельства, придавалось и придаётся боль­шое значение, особенно когда это связано с размещением электроёмких производств.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--