--6-05~2

–КЭС (конденсационные электрические станции) или ГрЭС – (государственные районные электростанции), производящие только электроэнергию;

–ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) – станции с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии;

–АЭС (атомные электрические станции) – использующих энергию ядерного распада для выработки электрической энергии.

Районные котельные предназначены для централизованного теплоснабжения промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также для покрытия пиковых тепловых нагрузок в теплофикационных системах. Сооружение районных котельных требует меньших капиталовложений и может быть проведено в более короткие сроки, чем сооружение ТЭЦ той же тепловой мощности.

В районных котельных устанавливают водогрейные котлы или паровые котлы низкого давления (1,2-2,4 МПа). При работе на газе предпочтительны водогрейные котлы, при работе на мазуте или на твердом топливе – паровые котлы низкого давления. В случае отпуска теплоты в виде пара на технологические нужды и горячей воды на теплофикацию следует сравнить между собой варианты установки в котельной как паровых, так и водогрейных котлов.

Современные энергетические котлы высокого давления производят пар давлением 10 и 14 МПа с температурой 540°С и 550°С (рисунок 4.2.1), а котлы сверхкритического давления – пар с давлением 25,5 МПа с температурой 565°С. Паропроизводительность котла определяется количеством пара, вырабатываемого паровым котлом в единицу времени (т/час).

231

При такой комбинированной (когенерация) выработке электроэнергии и тепла достигается значительная экономия топлива по сравнению с раздельным электроснабжением от КЭС и выработкой тепла от местных котельных.

Атомные электрические станции и их типовые схемы. На АЭС приходится около 17% мирового производства электроэнергии. Это третье место после угольной энергетики и гидроэнергетики.

Во всем мире самая дешевая энергия вырабатывается на атомных электростанциях. Мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии на 2020 год являлись: США, Франция, Китай, Россия.

Работа АЭС по технологическим условиям отличается от работы тепловой электростанции. Основным различием является то, что роль источника теплоты на АЭС выполняет ядерный реактор, теплота в котором выделяется в результате деления ядерного топлива. Ядерное топливо обладает высокой теплотворной способностью (в миллионы раз выше, чем органическое). При делении одного грамма урана выделяется энергия, равная 2000 кВт·ч. Для получения такого количества энергии нужно сжечь более 2000 кг угля.

При эксплуатации АЭС расходы по доставке и транспортировке топлива сведены к минимуму. В процессе работы ядерного реактора образуется большое количество радиоактивных веществ в топливе, конструкционных материалах, теплоносителе. Поэтому АЭС является потенциальным источником радиационной опасности для обслуживающего персонала, а также окружающего населения, что повышает требования к надежности и безопасности эксплуатации АЭС.

Тепловые схемы атомных электростанций зависят от типа реактора, вида теплоносителя, состава оборудования. Тепловые схемы могут быть одно-, двух- и трехконтурными (рисунок 4.2.4).

234

В трехконтурной схеме (рисунок 4.2.4в) в качестве теплоносителей первого и второго контура служат жидкие металлы, например, натрий. Радиоактивный натрий первого контура из реактора направляется в теплообменник, где отдает теплоту натрию промежуточного контура, циркуляционным насосом возвращается в реактор. Давление натрия в промежуточном контуре выше, чем в первом, для исключения утечек радиоактивного натрия. Натрий промежуточного контура отдает теплоту в парогенераторе рабочему телу (воде) третьего контура. Образующийся в парогенераторе пар поступает в турбину, совершает работу, конденсируется и питательным насосом подается в парогенератор. Трехконтурная схема требует больших затрат, но обеспечивает безопасную эксплуатацию реактора.

Газотурбинные установки (ГТУ). Газотурбинные установки (рисунок 4.2.5) достаточно компактны, маневренны, используются в теплоэнергетике как пиковые и резервные установки. Основу современных газотурбинных электростанций составляют газовые турбины мощностью 25-100 МВт. Воздушный компрессор сжимает воздух адиабатно (без подвода теплоты), повышая его давление и температуру, и подает его в камеру сгорания, в которую топливный насос дозированно впрыскивает горючее. В камере сгорания осуществляется подвод теплоты при постоянном давлении (сжигание топлива), температура при этом растет.

Рисунок 4.2.5 – Упрощенная схема газотурбинной установки ГТУ: 1 - воздушный компрессор; 2 - камера сгорания; 3 - газовая

турбина; 4 - топливный насос; 5 – электрогенератор.

236

Образующиеся продукты сгорания топлива подаются в газовую турбину. В газовой турбине продукты сгорания расширяются адиабатно (без подвода теплоты) и совершают техническую работу. При этом давление и температура падают. Далее продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Значительная часть технической работы газовой турбины расходуется на привод компрессора, расположенного на том же валу. Остальная часть технической работы (полезная работа) идет на выработку электроэнергии в электрогенераторе. Температура газов перед турбиной 800900 С (а для авиационных турбин до 1200 С), поэтому необходимо использование жаропрочных материалов. Термический КПД цикла ГТУ порядка 36-38%.

Парогазовые установки (ПГТУ).В газовом цикле ГТУ температура газов перед турбиной составляет 800-900оС, а после турбины примерно 350 С, а в цикле паросиловой установки температура перегретого пара перед турбиной 540-565 С. Для повышения эффективности предлагается комбинированный цикл, в котором работают два рабочих тела (бинарный цикл): газ – в верхней части цикла, пар – в нижней. Такой цикл называется циклом парогазовой установки (рисунок 4.2.6). Термический КПД таких установок свыше 60 %.

237

Рисунок 4.2.6 – Упрощенная схема парогазовой установки ПГТУ:1 - воздушный компрессор; 2 - камера сгорания; 3 - газовая турбина;4 - топливный насос; 5 - электрогенератор; 6 - подогрева-

тель; 7 - котел;8 - паровая турбина; 9 - конденсатор; 10 - питательный насос

Когенерация(комбинированнаягенерацияэлектроэнергии и тепла)– процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. Суть когенерации в увеличении доли использования энергии топлива, применяемого в установке, снижении потерь. Вырабатываемое при производстве электрической энергии тепло не выбрасывается в атмосферу, а направляется на снабжение потребителей тепловой энергией.

Дальнейшим развитием когенерации является тригенерация, в которой тепло также используется для создания холода, например для использования в системах кондиционирования воздуха.

Потребление электрической энергии неравномерно по времени и сезонам года. Зимний график имеет два пика (Рисунок 4.2.7а), летний – три (рисунок 4.2.7б), что обусловлено более длинным, световым днем (освещение включается после окончания работы на односменных предприятиях и снижения транспортных перевозок). Летние нагрузки меньше по абсолютной величине.

Для определения годовой потребности в электроэнергии используются годовой график продолжительности нагрузок (рисунок 4.2.8) и годовой график месячных максимумов (рисунок 4.2.9).

Рисунок 4.2.7 – СумРисунок 4.2.8 – ГоРисунок 4.2.9 – Гомарный график

238

Для облегчения прохождения пиков электрической нагрузки можно использовать выравнивание графиков нагрузки, под которым понимают активное воздействие на режим потребления, приводящее к уменьшению максимумов нагрузки. Для достижения этих целей служат увеличение сменности работы предприятий при использовании поощрительных ночных тарифов на электроэнергию, наличие потребителей-регуляторов, часы, работы которых определяет энергосистема.

В связи со значительной неравномерностью электрической нагрузки в течение суток важной задачей является рациональное покрытие относительно кратковременных, но значительных пиков нагрузки.

Большое значение для определения режимов работы источников тепловой энергии (ТЭЦ и РК) при проектировании систем теплоснабжения имеет годовой график продолжительности коммунальнобытовой нагрузки и годовой график с разбивкой по месяцам. Эти графики показывают изменение теплофикационной нагрузки, включающей в себя отпуск тепла на отопление и горячее водоснабжение от ее максимального значения до минимального в течение в году с температурой приходящего и отходящего теплоносителя.

Транспортирование и потребление тепловой и электрической энергии. Тепловые сети. Электрические сети. Тепловая и электрическая изоляция. Потери энергии при передаче. Струк-

тура энергопотребления в Республике Беларусь.

Тепловаая сеть – совокупность устройств (включая центральные тепловые пункты, насосные станции), предназначенных для передачи тепловой энергии, теплоносителя от источников тепловой энергии до теплопотребляющих установок.

Теплоноситель – среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции

239

и горячего водоснабжения.

По роду теплоносителя системы теплоснабжения бывают водяные, паровые и с другим теплоносителем (этиленгликоль, R- 122 и т.д.).

По способу присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения:

–открытая – вода на горячее водоснабжение забирается непосредственно из тепловой сети.

–закрытая – вода на горячее водоснабжение забирается из водопровода и нагревается в теплообменнике сетевой водой.

Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных или пластиковых труб, соединенных между собой с помощью сварки, опоры – несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и теплоносителя, а также усилия, возникающие при его эксплуатации, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь.

Тепловая изоляция накладывается на трубопроводы для снижения потерь теплоты при транспортировке теплоносителя. Потери теплоты снижаются при надземной прокладке в 10-15 раз, а при подземной – в 3-5 раз по сравнению с неизолированными трубопроводами.

Прокладка трубопроводов инженерных сетей производится:

–над землей и на земле – применяется при высоком уровне грунтовых и внешних вод, на территории промышленных предприятий, при пересечении оврагов, рек, многоколейных железнодорожных путей;

–под землей – трубопроводы размещаются либо непосредственно в грунте (бесканальная прокладка), либо в непроходных, полупроходных и проходных каналах.

Максимальный диаметр теплопровода при бесканальной прокладке в грунте не превышает 800-900 мм.

В канальных трубопроводах каналы сооружаются из сборных железобетонных элементов.

Непроходные каналы изготавливают из унифицированных железобетонных элементов – представляют собой корытообразный лоток с перекрытием из сборных железобетонных плит. Наружная поверхность стен лотка покрывается рубероидом на битумной мастике.

240