Электроснабжение / Lektsia_4_SB

№4 Основные способы получения электрической энергии

Основные преимущества газотурбинных электростанций: .

1. ГТЭС весьма надежны. В среднем, длительность работы основных узлов без капитального ремонта составляет до 100-130 тыс. часов. .

2. КПД самой газотурбинной установки составляет порядка 51%, а при утилизации уходящих газов, общий КПД достигает уже 93%. .

3. Газотурбинные электростанции, как уже было отмечено выше, имеют довольно небольшие размеры, что значительно уменьшает срок строительства, и, соответственно, позволяет им быстро окупаться.

4. Газотурбинные электростанции довольно экологичны, чему в последнее время уделяется все больше внимания. .

5. ГТЭС могут работать в полностью автоматическом режиме, а возможность полной диагностики состояния оборудования или основных узлов станции, простота управления и, соответственно, минимальное количество обслуживающего персонала делают их наиболее оптимальным решением в самых различных ситуациях.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Парогазовые электростанции

Коэффициент полезного действия отечественных электростанций в среднем оценивается в 36%. Более десятой части электроэнергии и вовсе вырабатывается на установках, кпд которых равен 25% (эффективность, характерная для 30−х годов прошлого столетия). Между тем в развитых странах этот показатель в среднем не опускается ниже 45%. Рост эффективности энергосистем связан с внедрением новых технологий, прежде всего установок парогазового цикла (ПГУ), кпд которых колеблется от

52 до 60%. .

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Парогазовые установки (в англоязычном мире используется название combined-cycle power plant) — сравнительно новый тип генерирующих станций, работающих на газе или на жидком топливе. Принцип работы самой экономичной и распространенной классической схемы таков. Устройство состоит из двух блоков: газотурбинной (ГТУ) и паросиловой (ПС) установок. В ГТУ вращение вала турбины обеспечивается образовавшимися в результате сжигания природного газа, мазута или солярки продуктами горения — газами. Образовавшиеся в камере сгорания газотурбинной установки продукты горения вращают ротор турбины, а та, в свою очередь, крутит вал первого генератора. . В первом, газотурбинном, цикле кпд редко превышает 38%. Отработавшие в ГТУ, но все еще сохраняющие высокую температуру продукты горения поступают в так называемый котел-утилизатор. Там они нагревают пар до температуры и давления (500 градусов по Цельсию и 80 атмосфер), достаточных для работы паровой турбины, к которой подсоединен еще один генератор. Во втором, паросиловом, цикле используется еще около 20% энергии сгоревшего топлива. В сумме кпд всей установки оказывается около 58%. Существуют и некоторые другие типы комбинированных ПГУ..

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Роль электростанций на основе поршневых двигателей ограничивается в основном сельскохозяйственным и транспортным секторами, несмотря на их большое количество. .

Единственное на что следует обратить внимание это поршневой двигатель внешнего сгорания, работающий по термодинамическому циклу с изотермическим сжатием и расширением. Изобретен в 1816 г. Робертом

расширяется и через трубку оказывает давление на рабочий поршень. Поршень опускается, толкает шатун и поворачивает маховик. При этом одновременно в право двигается вытеснительный поршень. Он вытесняет газ из нагревающейся части теплообменного цилиндра в его холодную часть, которая имеет охлаждающеяся оребрение. Теплообменный поршень заполнен теплоизолирующим материалом. Газ остывает, создавая обратное усилие на рабочий поршень, поршень поднимается вверх и цикл повторяется с начала. Двигатель Стирлинга - одна из самых известных альтернатив паровой машине. Но в то время стирлинги не нашли развития из-за низкой надежности и относительно невысоких показателей. И о них почти забыли. Но в 1938 году по инициативе известной голландской фирмы Philips работа над стирлингами возобновилась.

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Инженеры компании решили приспособить автономные двигатели для привода генераторов в «неэлектрифицированных» районах - чтобы продавать там свои радиотовары. Расчеты показали, что теоретически КПД двигателя Стирлинга значительно выше

других моторов.

Стирлинги отличались бесшумной работой, экономичностью и всеядностью: головка цилиндров могла обогреваться и дровами, и углем, и даже солнечными лучами. А стационарное «внешнее горение» определяло высокую экологичность. В 1945 году инженеры фирмы Philips нашли стирлингу обратное применение - раскрутив вал двигателя электромотором, они вызвали охлаждение головки цилиндров до минус 190°С!

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Самой крупной ТЭС в мире является Сургутская ГРЭС-2 (4800 МВт), работающая на природном газе. ГРЭС - государственные районные электростанции (аббревиатура, сохранившаяся с советских времен).

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Из электростанций, работающих на угле, наибольшая установленная мощность у Рефтинской ГРЭС (3800 МВт). К крупнейшим российским ТЭС относятся также Сургутская ГРЭС-1 и Костромская ГРЭС, мощностью свыше 3 тыс. МВт каждая.

Рефтинская ГРЭС

Костромская ГРЭС

Сургутская ГРЭС-1

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

В электроэнергетике России работают 36 тепловых конденсационных электростанций, установленная мощность каждой из которых составляет 1 тыс. МВт и более, в том числе 13 электростанций имеют электрическую мощностью 2 тыс. МВт и более. Суммарная мощность последних составляет 36,4 тыс. МВт или 24,7% от мощности всех тепловых электростанций России.

Российская теплоэнергетика остается бесспорным лидером в производстве тепловой энергии тепловыми электроцентралями в мире. Производство тепловой энергии обеспечивается путем использования пара, отработавшего в паровых турбинах тепловых станций. Теплофикация включает как производство, так и передачу, а также централизованное распределение тепловой энергии среди ее потребителей. При производстве электроэнергии по теплофикационному циклу обеспечивается полезное использование части той тепловой энергии, которая теряется при производстве электрической энергии на тепловых электростанциях по конденсационному циклу.

В Москве 16 ТЭС (а необходимая мощность не менее 8 ГВт).

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Гидроэлектростанция́ (ГЭС) - электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Принцип работы ГЭС основан на преобразовании энергии падающей воды в энергию вращения турбины. Турбины связаны с генератором, преобразующим энергию вращающейся турбины в электрическую.

Линии электропередачи

Дамба для накопления воды

Напорный водовод

Генератор, соединенный с турбиной

Турбина, вращающаяся под воздействием потока воды

Поперечный разрез традиционной ГЭС с плотиной

Астахов С.М.

№4 Основные способы получения электрической энергии

Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Гидроэнергетика обеспечивает производство до 63 % возобновимой и до 19 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 715 ГВт.

Лидерами по выработке гидроэнергии на 1 человека являются Норвегия, Исландия и Канада. Наиболее активное гидростроительство на начало 2000-х ведёт Китай, для которого гидроэнергия является основным потенциальным источником энергии, в этой же стране размещено до половины малых гидроэлектростанций мира.

Россия располагает большим гидроэнергетическим потенциалом, что определяет широкие возможности развития гидроэнергетики. На ее территории сосредоточено около 9% мировых запасов гидроресурсов. По обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия занимает второе, после КНР, место в мире, опережая США, Бразилию, Канаду.

Астахов С.М.