Производство электрической энергии

В зависимости от вида используемой первичной энергии электро­станции делят на следующие основные типы: тепловые (ТЭС), гидро­электрические (ГЭС), атомные (АЭС), ветроэлектрические (ВЭС), при­ливные (ПЭС), геотермальные, в которых используется теплота под­земных вод или магмы, а также солнечные (гелиоэлектростанции).

Тепловые электростанции на органическом топливе под­разделяют на конденсационные (КЭС) и теп­лофикационные (ТЭЦ). В конденсационных элект­ростанциях используют теплоту от сжигания топлива (угля, мазута, или газа) в топ­ках мощных паровых котлов. Получаемый в котлах пар на­правляют в паровые турбины. Пар вращает турбины, которые, в свою очередь, вращают электрогенераторы, вы­рабатывающие электроэнергию. Пройдя через турбину, пар конденсируется в воду в специальных аппаратах — конден­саторах, которые охлаждают водой из рек или озер. Такие станции строятся вблизи залежей полезных ископаемых, что позволяет избежать объемных перевозок топлива. Коэф­фициент использования энергии топлива невысок и состав­ляет около 40 %.

1. эстакада для подачи угля

2. бункер

1-   3. мельница

2-   4. котел

3-   5. паровая турбина

4-   6. электрогенератор

 

                      Рис.1 Схема тепловой электростанции.

В теплофикационных электростанциях часть пара, про­шедшего через турбину, не охлаждается до превращения в воду. Эту часть пара используют для целей отопления промышленных предприятий и жилых домов. Коэффициент использования энергии топлива зна­чительно повышается и достигает 70 %.

Достоинством тепловых станций следует считать технологичность, т.е. строительство и эксплуатация таких станций не представляет большой сложности. Недостаток – загрязнение атмосферы и ограниченность органических запасов топлива. Тепловые электростанции вырабатывают 65-70% всей электроэнергии.

Гидравлические электростанции (ГЭС) значительно проще ТЭС. Структурная схема ГЭС включает гидравлическую турбину, гидрогенератор и трансформатор. КПД ГЭС достигает 80...90 %. В нашей стране построены са­мые мощные в мире гидравлические электростанции. Так, на Крас­ноярской ГЭС мощностью 6 млн кВт установлено 12 энергоблоков мощностью по 500 тыс. кВт. Саяно-Шушенская ГЭС имеет мощность 6,4 млн кВт. На ней установ­лены 10 энергоблоков мощностью по 640 тыс. кВт.

7 – верхний бьеф

8 – плотина

9 – турбина-генератор

10 – нижний бьеф

 

Рис.2 Схема гидроэлектростанции

Достоинство гидроэлектростанций – малая себестоимость энергии. ГЭС легче подда­ется автоматизации и обладает большей надежностью в работе. Однако первоначальные затраты на сооружение ГЭС превышают затраты на сооружение ТЭС такой же мощности, что связано с большим объемом земляных и строительных работ при сооружении ГЭС. Кроме того, нарушается экологическое равновесие водного бассейна. Такие электростанции вырабатывают 15-20% всей электроэнергии.

Атомные электростанции включают в себя атомный реактор, в котором про­исходит ядерная реакция и выделяется огромное количество теплоты. Один килограмм урана выделяет теплоты больше, чем два миллиона килограммов каменного угля.

11 – атомный реактор

12 – теплоноситель

13 – теплообменник

14 – паровая турбина

15 – электрический генератор

16 – охладитель

17 - насосы

 

 

Рис. 3 Схема атомной электростанции

 

 

Рис.4 Белоярская АЭС

 

Теплота от ядерной реакции подводится к паровому котлу, а получаемый в котле пар вра­щает паровые турбины так же, как на тепловых станциях, использующих органическое топливо. Достоинство АЭС – практически неограниченные запасы топлива на Земле. Недостатки – сложная и дорогая система защиты в соответствие с требованиями безопасности.

АЭС широко распространены во многих странах. Так, во Франции почти 80 % электроэнер­гии получают от АЭС, в Японии — около 45, в Бельгии — 60, в Испании — почти 40, в Швеции — 41, в Германии — около 40 %, в России на долю АЭС приходится до 17 % всей элект­роэнергии.

Еще более неограниченные перспективы откроются для строительства АЭС, использующих энергию не распада тя­желых атомов, а синтеза легких атомов водорода с образова­нием гелия, так как при этом выделяется значительно больше энергии из единицы массы вещества, а в качестве горю­чего используют обыкновенную воду. По-видимому, такие станции, над созданием которых работают ученые России и других стран, будут основными источниками энергоснабже­ния в будущем.

Наряду с описанными электростанциями применяют возобнавляемые источники энергии (ВИЭ), преобразующие в электрическую энергию ветра — ветроэнергетические (ВЭС), солнечное излучение — гелио- и фо­тоэлектрические установки, энергию геотермальных вод — ГЕО-ТЭС, приливов и отливов — приливно-отливные электростанции и др. Так, в 2000 г. в Дании 10% потребления электроэнергии приходилось на ветроэлектрические станции (ВЭС). По прогнозам ученых, уже к 2020 г. за счет возобновляемых источников энергии может быть удов­летворено до 20 % мировой потребности в электроэнергии, что свидетельствует о потенциале ВИЭ.

 

Рис.5 Солнечные батареи

 

 

Для уменьшения ущерба от перерывов в электроснаб­жении на сельскохозяйственных и промышленных предприятиях, применяются резервные тепловые электростанции небольшой мощности. В комплект резервной тепловой электростанции вхо­дит двигатель внутреннего сгорания, генератор трехфазного тока и аппаратура управления. Промышленность выпускает комплектные стационарные и передвижные электрические стан­ции с бензиновыми двигателями и дизель-электрические агрега­ты.