ТЭС и АЭС_1 / Лекция 1

Лекция 1

Вводная лекция.

Краткий экскурс в историю развития энергетики.

Энергетика как отрасль производственной деятельности человека не существовала вечно. Она зародилась на определенной стадии развития производственных сил человечества и постепенно превратилась в мощное средство дальнейшего их развития. В современных условиях энергетика вообще и ее главная составная часть “электрификация”, т.е. рациональное производство, передача на расстояние, распределение и потребление электрической энергии, являются основой производственной деятельности человеческого общества.

Уровень вырабатываемой и потребляемой энергии в той или иной стране стал своеобразным мерилом ее экономической и производственной мощи, культурного уровня, общего прогресса.

Уже на стадии первобытного общества человек научился использовать энергию.

Прежде всего, это было овладение огнем, который использовался для приготовления пищи и обогрева в холодное время.

Но подлинной революцией было создание тепловых двигателей, которые позволили заменить мускульную силу человека и животных и значительно увеличить производительность труда. Первый тепловой двигатель был сконструирован англичанином Уаттом и русским самоучкой Ползуновым.

Следующим значительным открытием стало электричество.

Электрификация и электровооруженность труда стали важным фактором развития всех отраслей народного хозяйства. Благодаря ряду преимуществ (делимость, передача на расстояние, простота использования, универсальность) электрическая энергия получила самое широкое распространение.

В 1913 году удельный вес промышленной продукции России в мировом производстве составлял около 2,6 % при территории 16% и населении 10% от мирового.

К началу I-ой мировой войны 1914 года в руках иностранного капитала находилось 87% производства стали, 97% добычи угля, 63% добычи нефти, 100% электротехнической промышленности.

Установленная мощность всех электрических станций России была в 20 раз меньше мощности американских. Производство электроэнергии в год на душу населения составляло: в США - 185 кВт·ч; в Германии - 100кВт·ч; в России - 4кВт·ч.

В результате Iй мировой войны и Гражданской войны промышленность России пришла в полный упадок. Достаточно сказать, что за весь 1920 год всеми электростанциями страны было выработано только кВт·ч электроэнергии, т.е. в 4 раза меньше, чем в 1913 году.

Выходом из сложившегося кризисного состояния страны явилось создание плана государственной электрификации России (ГОЭЛРО), который был разработан специальной комиссией в составе 200 крупнейших ученых.

План ГОЭЛРО был принят 22 декабря 1920 года VII Всероссийским съездом советов.

План был рассчитан на 10-15 лет и предусматривал сооружение 30 электростанций общей мощностью кВт и 10 гидравлических станций мощностью кВт.

Однако не сам факт сооружения такого количества станций является главным, а те цели, которые достигались в результате его осуществления. Суть их сводилась к следующему:

1. станции предусматривалось сооружать равномерно по всей территории страны на базе местных энергоресурсов. Тем самым в хозяйственный оборот страны вовлекались богатейшие энергоресурсы, которые до этого использовались либо весьма слабо, либо вовсе не использовались. Кроме того, исключалась необходимость дальних перевозок топлива в промышленно-развитые районы.

2. Станции сооружались в районах, располагающих значительной сырьевой базой, чем обеспечивалась их рациональная разработка и использование в условиях сооружения крупных промышленных комплексов на базе прогрессивной техники.

3. Проектирование и сооружение самих станций предполагалось вести на уровне новейших достижений науки и техники, чем обеспечивалась минимальная себестоимость вырабатываемой электроэнергии.

Уже в 1922 году были пущены Каширская ГРЭС, “Красный Октябрь” в Ленинграде, затем запускаются Кизеловская, Горьковская, Шатурская ГРЭС, в 1926 году – Волховская ГЭС, 8 ноября 1927 года закладывается ДнепроГЭС и многие другие станции.

В 1935 году (конечный срок плана ГОЭЛРО) план был значительно перевыполнен. Величина валовой выработки промышленности возросла на 570,8% по отношению к 1913 году вместо 180-200%, предусмотренных планом. К 1935 году вместо 30 было построено 40 электростанций, их мощность составила более кВт, выработка электроэнергии составила более кВт·ч, превысив установленную планом цифру более, чем в 2 раза.

Уже в 1938 году 80% основного оборудования электростанций было отечественного производства, а в 1940 году доля импорта его сократилась до 1%.

По производству электроэнергии в 1935 году СССР вышел на 2-е место в Европе и 3-е место в мире. К 1960 году СССР занял 1-е место в Европе и 2-е место в мире. За годы социалистического строительства производство электроэнергии возросло более, чем в 1000 раз.

Действительно, в СССР в 1920 году было выработано кВт·ч электроэнергии, а уже в 1965 году выработка достигла кВт·ч. С 1929 по 1965 годы выработка электроэнергии возросла: во Франции – в 4,5 раза, в Англии – в 6,1 раза, в США – в 9,1 раза, в СССР – в 35 раз. Анализ данных (табл. 0-2) показывает, что процентное соотношение потребления электроэнергии с каждым пятилетием не остается постоянным. Неуклонно растет потребление электроэнергии сельским хозяйством, коммунально-бытовым сектором.

Последнее свидетельствует о неуклонном росте материального обеспечения трудящихся страны. Рост отечественной энергетики характеризуется не только количественными показателями (в 1985 году расход электроэнергии на душу населения достиг 4500 кВт·ч), но и качественными. Эти показатели обеспечиваются непрерывным ростом единичной мощности турбогенераторов и котлов (фит. 0-3), установленной мощности ГЭС (фит. 0-7). Создание электростанций на новых энергоносителях (АЭС) и по новым термодинамическим циклам (ГТУ, ПГУ) также повышает экономические показатели всей отрасли в целом.

Построены Запорожская, Костромская, Углегорская ТЭС, мощность которых достигла кВт. На Костромской ГРЭС введен и эксплуатируется уникальный блок единичной мощностью 1200 МВт. Действуют гигантские ГЭС, в том числе крупнейшие в мире – Братская (кВт), Красноярская (кВт).

На Краснодарской ТЭЦ освоен головной образец блока ГТУ-100-750. Низкая удельная стоимость, высокая маневренность таких блоков обеспечивают экономическое покрытие пиковых и полупиковых нагрузок в энергостстемах страны. В дальнейшем они будут использованы в качестве основных агрегатов в составе парогазовых установок мощностью от 500 до 1000 МВт. В стране проведена и проводится большая работа по расширению высоковольтного сетевого хозяйства и укреплению энергосистем.

Все это приводит к неуклонному росту надежности энергоснабжения потребителей, снижению себестоимости электроэнергии, росту фондоотдачи энергетических предприятий. В 1985 году на отечественных станциях было выработано кВт электроэнергии.

Значительную роль в экономике энергетики играют теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Первая теплофикационная установка была пущена в 1924 году в Ленинграде путем перевода конденсационной турбины на ухудшенный вакуум и отдачи тепла на отопление.

В 1928 году была построена ТЭЦ-ВТИ в Москве. Производимый ею пар отправлялся на отопление завода.

К 1940 году СССР по действующим мощностям ТЭЦ занял первое место в мире и продолжает лидировать до настоящего времени.

Атомная энергетика – очень молодая отрасль науки и техники. В 1954 году 27 июня дала ток первая в мире АЭС в г.Обнинске под Москвой.

За прошедшие несколько десятилетий атомная энергетика показала невиданные темпы развития. Ни одна отрасль техники не развивалась так быстро. Обычным ТЭС понадобилось почти 100 лет, чтобы достичь такого уровня инженерной техники, какого достигла атомная энергетика.

Построены крупные электростанции с реакторами единичной мощностью 1 млн. кВт и выше. Построены Кольская, Армянская АЭС с реакторами ВВЭР-440. В последующем - Ленинградская, Курская АЭС с реакторами РБМК-1000. Нововоронежская, Балаковская, Калининская АЭС с реакторами ВВЭР-1000. Все это электростанции первого поколения на тепловых (замедленных) нейтронах.

При создании реакторов, использующих в качестве горючего природный уран, в котором содержание делящегося изотопа U-235 составляет всего 0,71%, а U-238 – 99,28%, в качестве замедлителя используется тяжелая вода D₂O (D₂ – изотоп водорода). В нашей стране получили развитие реакторы, работающие на обогащенном уране с содержанием U-235 от 2 до 4%. В этом случае в качестве замедлителя используется графит (реакторы РБМК) или обычная вода (реакторы ВВЭР). Последние принято называть легководными.

Осваивается реакторная технология на быстрых нейтронах (БН-600), которая позволяет получить достаточно существенную наработку энергетического плутония (Pu-239). Коэффициент наработки плутония в быстрых реакторах (коэффициент конверсии) оказывается больше единицы. Это означает, что при расщеплении 1кг ядер U-235 мы дополнительно получаем более 1кг делящихся ядер Pu-239, расходуя для этого слабо делящиеся ядра U-238.

Плутоний 239 в природе не существует, его получают искусственно, путем облучения нейтронами урана 238. Нечетные изотопы урана и плутония являются делящимися и представляют собой широко распространенное ядерное горючее.

При делении 1г ядер урана выделяется 20 млн. ккал тепла, что соответствует 23000кВт·ч тепловой энергии. 1кг урана может дать столько тепла, сколько получают при сжигании от 2600 до 3000т угля.

Бурному развитию атомной энергетики способствует ряд обстоятельств: уменьшение природных запасов органического топлива, его повышенная сернистость, зольность, непрерывное удорожание добычи.

6