1. Производство электроэнергии
Производством, преобразованием, передачей и использованием различных видов энергии занимается энергетика. На каждого жителя России приходится в десять раз больше энергоресурсов, чем в среднем в мире. В топливно-энергетическом комплексе РФ производится четверть ВВП. Энергетика дает половину налоговых поступлений, хотя в ней занято всего 4 % трудовых ресурсов.
В среднем, считается, что вся вырабатываемая электроэнергия расходуется в соотношениях: технологический электропривод - 60 %; выработка сжатого воздуха - 15 %; электротермия и сварка - 8 %; освещение - 7 %; вентиляция и кондиционирование - 5 %; гальваника - 5 %. Имеются и потери в передающих сетях.
Отраслями энергетики являются электроэнергетика, теплоэнергетика, гидроэнергетика и атомная энергетика. К ведущей, включающей в себя все отрасли энергетики, относится электроэнергетика, охватывающая производство, передачу и распределение электрической энергии.
Теплоэнергетика занимается производством, передачей и распределением тепловой энергии. Гидроэнергетика решает проблемы использования энергии водных ресурсов и преобразования энергии падающей воды в электрическую. Атомная энергетика занимается преобразованием ядерной энергии в электрическую энергию.
Отдельными отраслями энергетики можно считать автономную энергетику, включающую гелиоэнергетику и занимающуюся получением электрической энергии источниками энергии, не связанными с линиями электропередач, и альтернативную (нетрадиционную) энергетику.
Нетрадиционная энергетика включает в себя ветроэнергетику, решающую задачу преобразования энергии ветра, энергетику горячих источников Земли для теплофикации и получения электрической энергии, и энергетику морей и океанов, занимающуюся преобразованием энергии морей и океанов в электрическую и другие виды энергии.
§ I.1.1. Тепловые электростанции
В общем балансе электроэнергетики России выработка электроэнергии на тепловых станциях составляет около 68 %. Применяются два типа тепловых станций: конденсационные и теплофикационные, последние называются также теплоцентралями (ТЭЦ).
Конденсационные электростанции, являясь основным видом мощных электростанций, представляют в основном паротурбинные электростанции, вырабатывающие только электрическую энергии.
Теплоэлектроцентрали вырабатывают и отпускают потребителю одновременно тепловую и электрическую энергию.
Основными частями тепловой электростанции является паротурбинная, газотурбинная или комбинированная парогазотурбинная установка и электромашинный генератор тока. Установка преобразует энергию, получаемую при сжигании топлива, в механическую энергию вращения ротора турбины установки. Генератор тока использует эту энергию для получения электрической энергии.
В качестве основных узлов силовых установок служат паровые, газовые или комбинированные парогазовые турбины, вращение ротора которых происходит под действием струи водяного пара или газа, образующегося при сгорании топлива.
При сжигании топлива образуется факел и нагретый дымовой газ, используемый для подогрева воды и получения пара. Современные паровые котлы обладают высоким коэффициентом полезного действия (до 95 %), паропроизводительностью до 4000 тонн в час и вырабатывают пар с давлением до 30 МПа и температурой до 650οС.
Паротурбинные установки используют более 90 % действующих в России электростанций, коэффициент полезного действия которых достигает 40 %.
В комбинированных парогазотурбинных установках одновременно работают паровые и газовые турбины. В этом случае отработанный в газовой турбине газ используется для подогрева воды или получения пара низкого давления в котле паровой турбины. Коэффициент полезного действия таких установок – от 55 до 60 %, газотурбинных установок – 35 %.
Для повышения экономичности энергоемких турбин используют также многоступенчатые турбины. В таких многоступенчатых станциях преобразование тепловой и механической энергии рабочего тела (пара, газа) в энергию вращения ротора турбины осуществляется не в одной, а в ряде последовательно расположенных ступеней отработанный в первой ступени пар или газ направляется во вторую ступень, затем в третью и т.д.
Отработанный теплофикационными турбинами ТЭЦ пар или газ нагревает воду теплофикационных сетей, которая при помощи насосных станций обеспечивает теплом промышленные, коммунальные и другие объекты.
Для устранения перегрева установленного оборудования (трансформаторов, турбин, компрессоров, насосов) используют воду, уносящую тепло. Снижение температуры воды систем охлаждения осуществляется в градирнях за счет интенсивного испарения воды в атмосферу воздуха при стекании ее по оросителю градирни.
Суммарная мощность тепловых электростанций в России работающих на природном газе (≈ 60 %), угле (≈ 30 %), и мазуте (≈ 10 %) достигает 4 ГВт.