3.2.3. Показатели тепловой экономичности тэц

В качестве показателей тепловой экономичности ТЭЦ применяются частичные КПД по выработке электроэнергии и теплоты , а также коэффициент использования теплоты (3.8)

; ; (3.9)

где - количество теплоты, отпущенное потребителю, кДж;

В_э и В_т – расход топлива на производство электроэнергии и теплоты, кг(или кг/с).

Расход топлива на ТЭЦ разделяют на выработанную электроэнергию и теплоту.

Удельный расход условного топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергию

, кг/ кВт·ч. (3.10)

Удельный расход условного топлива на выработку единицы теплоты для внешнего потребителя

, кг/МДж (3.11)

3.2.4. Атомные электростанции (аэс)

АЭС – это, по существу, тепловые электростанции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Теплота, выделяемая при ядерной реакции в топливе, отводится от стенок тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов) теплоносителем (обычной водой).

АЭС также, как и ТЭС, строится по блочному типу как в тепломеханической, так и в электрической частях. Реактор сочетается с двумя турбоагрегатами (например, ВВЭР-1000 – два по 500 МВт, РБМК-1500 – два по 750 МВт и т.д.).

АЭС не имеют выбросов дымовых газов, отходов в виде золы, шлаков. Однако тепловыделение в охлаждающую воду у них больше, чем у ТЭС, из-за большого удельного расхода пара и больших расходов охлаждающей воды. Поэтому на новых АЭС строят градирни, в которых теплота от охлаждающей воды отводится в атмосферу. КПД атомных электростанций составляет 32…35 %, топливная составляющая в балансе стоимости вырабатываемой энергии – 10…15 % против 50…60 % на ТЭС.

Если тепловая мощность реактора Q_т, то максимальная теоретическая мощность АЭС, кВт

(3.12)

где η_t – термический КПД цикла,

Т₂ср, Т₁ср – средние температуры отвода и подвода теплоты в цикле АЭС.

Электрическая мощность станции N_э определяется из выражения

(3.13)

где η_oi – относительный внутренний КПД турбины;

η_м – механический КПД;

η_г – КПД электрогенератора;

η_с.н – КПД оборудования собственных нужд станции.

3.2.5. Гидро- и гидроаккумулирующие станции

Общие положения. Гидроэнергетические ресурсы – запасы водной энергии рек, используемые для производства электрической энергии, являются возобновляемыми источниками энергии. Это самый дешевый источник получения электрической энергии, а гидроэлектростанции считаются наиболее эффективным направлением развития энергетики России.

Гидроэлектростанция (ГЭС) – это комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия водотока преобразуется в электрическую энергию. Она состоит из гидротехнических сооружений, обеспечивающих необходимую концентрацию потока воды и создание сосредоточенного напора, и энергетического оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в электрическую энергию.

В зависимости от напора воды ГЭС подразделяют на высоконапорные (более 80 м), средненапорные (от 25 до 80 м) и низконапорные (до 25 м).

Основными сооружениями ГЭС на равнинной реке являются плотина, создающая водохранилище и сосредоточенный перепад уровней, т. е. напор, и здание ГЭС, в котором размещаются гидротурбины, генераторы, электрическое и механическое оборудование.

Упрощенная схема ГЭС представлена на рис. 3.8.

Плотина 1 создает напор Н между верхним и нижним бьефом. По водоводу 2 вода поступает на гидротурбину 4, на валу которой размещен генератор 3.

Вода под действием силы тяжести по водоводам движется из верхнего бьефа в нижний, вращая рабочее колесо турбины. Гидротурбина соединена валом с ротором электрического генератора. Турбина и генератор вместе образуют гидрогенератор. В турбине энергия водотока преобразуется в механическую энергию вращения на валу агрегата, а генератор преобразует эту энергию в электрическую. В России построены и успешно эксплуатируются Волжский, Камский, Ангарский, Енисейский и другие каскады ГЭС.

Рис. 3.8. Схема ГЭС

Гидроэлектростанции как источник электрической энергии имеют существенные преимущества перед тепловыми и атомными электростанциями. Они лучше приспособлены для автоматизации, маневренны и требуют меньшего количества обслуживающего персонала.

При работе гидротурбины имеют место потери энергии. Суммарные потери мощности учитываются КПД гидротурбины η_т. Для современных турбин характерны значения η_т = 0,85…0,9.

Важным преимуществом гидроэнергетики является высокая маневренность гидроагрегатов – их можно запустить на полную мощность за короткое время (40…50 секунд). Тепловые и атомные станции этим свойством не обладают.

Агрегаты ГЭС, благодаря их высокой мобильности, идеально приспособлены для покрытия пиковых нагрузок. Работа ГЭС в пиковом режиме не связана с дополнительными потерями, технически надежна и экономически выгодна.

Высокая эффективность покрытия пиковых нагрузок установками ГЭС вызывает необходимость сооружать в районах страны с бедными гидроэнергетическими ресурсами так называемые гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). ГАЭС предназначена для перераспределения во времени энергии и мощности в энергосистеме. В часы пониженных нагрузок ГАЭС работает как насосная станция. Она за счет потребляемой энергии перекачивает воду из нижнего бьефа в верхний и создает запасы гидроэнергии за счет повышения уровня верхнего бьефа. В часы максимальной нагрузки ГАЭС работает как гидроэлектростанция. Вода из верхнего бьефа пропускается через турбину в нижний бьеф, и ГАЭС вырабатывает и выдает электроэнергию в энергосистему.

Выработку энергии на ГЭС и мощность принято измерять на выводах гидрогенератора с учетом КПД гидротурбины и электрогенератора.

Мощность на валу гидротурбины, кВт

N_т = 9,81Q_тH , (3.14)

где Q_т – расход воды через гидротурбину, м³/с;

Н – напор турбины с учетом потерь;

– КПД турбины (у современных крупных гидротурбин = 0,93…0,96).

Электрическая мощность гидрогенератора

N_ген = N_т ; (3.15)

где – КПД гидрогенератора, обычно = 0,97.

Электрическая мощность, подведенная к потребителю, меньше мощности, производимой гидроэлектростанцией, N_ГЭС. Сумму всех потерь можно оценить с помощью КПД системы передачи и преобразования , обычно = 0,92…0,93.

Установленная мощность ГЭС N_уст определяется как сумма номинальных (паспортных) мощностей установленных на ней генераторов. Она соответствует максимальной мощности, которую может развивать гидроэлектростанция.