- •Общая энергетика.
- •Современные способы получения электрической энергии.
- •1.1. Тепловые конденсационные электрические станции.
- •1.2. Теплоэлектроцентрали.
- •1.3. Газотурбинные установки
- •1.4. Парогазовые установки
- •1.5. Гидравлические электрические станции.
- •1.6. Аккумулирующие электрические станции
- •1.7. Приливные электрические станции
- •1.8. Магнитогидродинамическое преобразование энергии
- •1.9. Геотермальные электростанции
- •1.10. Ветровые электростанции
- •1.11. Класификация электрических станций.
- •1.12. Солнечные электростанции
- •1.13. Использование морских возобновляемых ресурсов
- •Тепловые электрические станции и их технологическая схема.
- •Термодинамический цикл паротурбинных электростанций.
- •2.2. Способы производства электрической и тепловой энергии.
- •2.3.Принципиальная технологическая схема тэц
- •2.5. Двухвальные турбоагрегаты.
- •3. Производство пара на электрической станции.
- •3.1. Место и значение парового котла в системе электростанции
- •3.2. Классификация паровых котлов
- •3.3. Технологическая схема производства пара
- •3.4. Основные характеристики паровых котлов
- •4. Котельные установки.
- •4.1. Паровой котел и его основные элементы
- •4.2. Поверхности нагрева парового котла
- •4.3. Конструкции отечественных паровых котлов.
- •4.4. Тепловой баланс парового котла.
- •5. Паровые и газовые турбины.
- •5.1. Действие рабочего тела на лопатки
- •5.2. Активные турбины
- •5.3. Реактивные турбины
- •5.4. Мощность и кпд турбины
- •5.5. Классификация турбин
- •5.6. Конденсационные устройства паровых турбин
- •5.7. Газотурбинные установки (гту)
- •5.8. Турборасширительные машины
- •6. Технологические схемы аэс
- •6.1. Аэс с водо-водяными энергетическими реакторами
- •6.2. Аэс с канальными водографитовыми кипящими реакторами
- •6.3. Аэс с реакторами на быстрых нейтронах
- •7 Повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.
- •7.1. Основные способы организации энергосберегающих технологий.
- •7.2. Утилизация вторичных (побочных) энергоресурсов (вэр)
- •8. Типы гидроэнергетических установок и схемы использования водной энергии
- •8.1. Типы гидроэнергетических установок.
- •8.2. Напор, расход и мощность гидроэнергетических установок
- •8.3. Основные схемы использования водной энергии
- •8.4. Особые схемы использования водных ресурсов
- •8.5. Схемы насосного аккумулирования энергии
- •8.6. Схемы использования энергии приливов
- •9. Гидравлические турбины.
- •9.1. Классификация гидротурбин
- •9.2. Активные гидротурбины.
- •9.3. Реактивные гидротурбины
- •9.4. Основные элементы проточного тракта реактивных гидротурбин
- •9.5. Кавитация
- •Гидроэлектростанции и основы использования водной энергии.
- •10.1. Состав и компоновка основных сооружений гэс
- •10.3. Здания гэс.
- •10.4. Водохранилище, нижний бьеф и их характеристики.
- •10.5. Регулирование речного стока водохранилищами гэс.
- •10.6. Каскадное и комплексное использование водных ресурсов.
1.7. Приливные электрические станции
Энергия морских приливов, или, как иногда ее называют, «лунная энергия», известна человечеству со времен глубокой древности. Эта энергия еще в далекие исторические эпохи использовалась для приведения в движение различных механизмов, в особенности мельниц. В Германии с помощью энергии приливной волны 'Орошали поля, в Канаде — пилили дрова. В Англии приливная водоподъемная машина служила в прошлом веке для снабжения Лондона водой.
Существует огромное количество остроумных проектов приливных технических установок. (Только во Франции к 1918 г. было опубликовано бол ее" 200 таких патентов. В начале XX в. предпринимались попытки сооружения мощных приливных электростанций. В США в 1935г. было начато строительство ПЭС Кводди мощностью 200 тыс. кВт. Вскоре строительство, на которое ушло 7 млн. долл., было прекращено из-за выявившейся высокой стоимости электроэнергии (на 33% больше стоимости на тепловой станции). По составленному в 1940г. в СССР проекту Кислогубская ПЭС вырабатывала бы электроэнергию стоимостью в 2 раза большей, чем у речных электростанций.
Приливные электрические станции (ПЭС) выгодно отличаются от ГЭС тем, что их работа определяется космическими явлениями и не зависит от многочисленных погодных условий, определяемых случайными факторами.
Наиболее существенный недостаток ПЭС — неравномерность их работы. Неравномерность приливной энергии в течение лунных суток и лунного месяца, отличающихся от солнечных, не позволяет систематически использовать ее в периоды максимального потребления в системах. Можно компенсировать неравномерность работы ПЭС, совместив ее с ГАЭС. В то время, когда имеется избыточная мощность ПЭС, ГАЭС работает в насосном режиме, потребляя эту мощность и перекачивая воду в верхний бассейн. Во время спадов в работе ПЭС в генераторном режиме работает ГАЭС, выдавая электроэнергию в систему. В техническом отношении такой npоект удачен, но дорогостоящ, так как требуется большая установленная мощность электрических машин.
Также удачно ПЭС может сочетаться с речной ГЭС, имеющей водохранилище. При совместной работе ГЭС увеличивает мощность при спаде мощности ПЭС и ее остановке; в то время как ПЭС работает с достаточно большой мощностью, ГЭС запасает воду в водохранилище. Таким образом, можно уменьшить как суточную, так и сезонную неравномерность работы ПЭС.
ПЭС работают в условиях быстрого изменения напора, поэтому их турбины должны иметь высокие КПД при переменных напорах. В настоящее время создана достаточно совершенная и компактная горизонтальная турбина двойного действия. Электрический генератор власть деталей турбины заключены в водонепроницаемую капсулу и весь гидроагрегат погружен в воду.
1.8. Магнитогидродинамическое преобразование энергии
К одной из центральных физико-технических задач энергетики относится создание магнитогидродинамикеских генераторов (МГД-генераторов), непосредственно преобразующих тепловую энергию в электрическую. Возможности практической реализации такого рода преобразования энергии в широких промышленных масштабах появляются в связи с успехами в атомной физике, физике плазмы, металлургии и ряде других областей.
Непосредственное преобразование тепловой энергии в электрическую позволяет существенно повысить эффективность использования топливных ресурсов.
Для современной электроэнергетики большое значение имеет открытый Фарадеем закон электромагнитной индукции, который утверждает, что в проводнике, движущемся в магнитном поле, индуцируется ЭДС. При этом проводник может быть твердым, жидким или газообразным. Область науки, изучающая взаимодействие между магнитным полем и токопроводящими жидкостями или газами, называется магнитогидродинамикой.
Еще Кельвин показал, что движение в устье реки соленой воды в магнитном поле Земли вызывает появление ЭДС. Схема такого МГД-генёратора Кельвина показана на рис. 3
магнитной индукции сила тока в проводниках 1, присоединенных к пластинам 2, опущенным в воду вдоль берегов реки, пропорциональна индукции магнитного поля. Земли и скорости течения соленой морской воды в реке. При изменении направления течения воды в реке изменялось также и направление электрического тока в проводниках между пластинами.
Принципиальная схема действия современного МГД-генератора (рис. 3.2) мало отличается от приведенной на рис. 3.1. В рассматриваемой схеме между металлическими пластинам, расположенными в сильном магнитном поле, пропускается струя ионизированного газа, обладающего кинетической энергией направленного движения частиц. При этом в соответствии с законом электромагнитной индукции появляется ЭДС, вызывающая протекание электрического тока между электродами внутри канала генератора и во внешней цепи. Поток ионизированного газа — плазмы — тормозится под действием электродинамических сил, возникающих при взаимодействии протекающего в плазме тока и магнитного потока, Можно провести аналогию между возникающими силами и силами торможения, действующими со стороны рабочих лопаток паровых и газовых турбин на частички пара или газа. Преобразование энергии и происходит путем совершения работы по преодолению сил торможения.
Если какой-либо газ нагреть до высокой температуры (я*3000°С), увеличив тем самым его внутреннюю энергию и превратив в электропроводное вещество, то при последующем расширении газа в рабочих каналах МГД-генератора произойдет прямое преобразование тепловой энергии в электрическую.
генератора. Сильное магнитное поле создается мощными электромагнитами. Температура газа в канале генератора должна быть не ниже 2000°С, а в камере сгорания 2500—2800°С. Необходимость ограничения минимальной температуры газов, покидающих МГД-генерато-ры, вызывается настолько значительным уменьшением электропроводности газов при температурах ниже 2000°С, что у них практически исчезает магнитогидро-динамическое взаимодействие с магнитным полем.
Теплота отработанных в МГД-генераторах газов вначале используется для подогрева воздуха, подаваемого в камеру сгорания топлива, и, следовательно, повышения эффективности процесса его сжигания. Затем в паросиловой установке теплота расходуется на образование пара и доведение его параметров до необходимых величин.
Выходящие из канала МГД-генератора газы имеют температуру примерно 2000°С, а современные теплообменники, к сожалению, могут работать при температурах, не превышающих 800°С, поэтому при охлаждении газов часть теплоты теряется.
На рис. 3.4 (см. форзац II) схематически показаны основные элементы МГД-электростанции с паросиловой установкой и их взаимосвязи.
Трудности в создании МГД-генераторов состоят в получении материалов необходимой прочности. Несмотря на статические условия работы, к материалам предъявляют высокие требования, так как они должны длительно работать в агрессивных средах при высоких температурах (2500—2800°С). Для нужд ракетной техники созданы материала, ^способные работать в таких условиях, однако они могут работать непродолжительное время -^ в течение минут. Продолжительность работы промышленных энергетических установок должна исчисляться, по крайней мере, месяцами.
Жаростойкость зависит не только от материалов, но и от среды. Например, вольфрамовая нить в электрической лампе при температуре 2500—2700°С может работать в вакууме или среде нейтрального газа несколько тысяч часов, а в воздухе расплавляется через несколько секунд.
Понижение температуры плазмы добавлением к ней присадок вызывает повышенную коррозию конструкционных материалов. В настоящее время созданы материалы, которые могут работать длительно при температуре 2200—2500СС (графит, окись магния и др-К однако они не способны противостоять механическим напряжениям.
Несмотря на достигнутые успехи, задача создания материалов для МГД-генератора пока не решена. Ведутся также поиски газа с наилучшими свойствами. Гелий с небольшой добавкой цезия при температуре 2000°С имеет одинаковую проводимость с продуктами сгорания минерального топлива при температуре 2500РС. Разработан проект МГД-генератора, работающего по замкнутому циклу, в котором гелий непрерывно циркулирует в системе.
Для работы МГД-генератора необходимо создавать сильное магнитное поле, которое можно получить пропусканием огромных токов по обмоткам. Во избежание сильного нагревания обмоток и потерь энергии в них сопротивление проводников должно быть по возможности наименьшим. Поэтому в качестве таких проводников целесообразно использовать сверхпроводящие материалы.
МГД-генераторы с ядерными реактора-м н. Перспективны МГД-генераторы с ядерными реакторами, используемыми для нагреваний газов и их термической ионизации. Предполагаемая схема такой установки показана на рис. 3.5.
Трудности создания МГД-генератора с ядерным реактором состоят в том, что современные тепловыделяющие элементы, содержащие уран и покрытые окисью
магния, допускают температуру, не намного превышающую 600°С, в то время как для ионизации газов необходима температура, равная примерно 2000°С.
Первые опытные конструкции, МГД-генерато-ров имеют пока высокую стоимость. В будущем можно ожидать существенного снижения их стоимости, что позволит успешно использовать МГД-генераторы для покрытия пиков нагрузки в энергосистемах, т. е. в режимах относительно непродолжительной работы. В этих режимах КПД не имеет решающего значения и МГД-генераторы могут использоваться и без паросиловой пристройки.
В настоящее время в СССР сооружены мощные опытно-промышленные образцы МГД-преобразователей энергии, на которых ведутся исследования по совершенствованию их конструкции и созданию эффективных МГД-электростанций, конкурентоспособных с обычными электростанциями.