I. Общие сведения об электрических станциях, подстанциях и электроэнергетических системах

I.1. Компоненты электроэнергетической системы. Их назначение

Энергосистема – совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей и потребителей электрической и тепловой энергии, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства, распределения и потребления электрической и тепловой энергии.

Электроэнергетическая система – часть энергосистемы за исключением тепловых сетей и потребителей тепла.

Компоненты ЭЭС:

а) электростанции – установки, производящие электро- и тепловую энергию;

б) подстанции (п/ст) – электроустановки, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения (частоты) в электроэнергию другого напряжения (частоты) и распределения её между ЛЭП и потребителями;

в) ЛЭП – система проводов или кабелей, предназначенных для передачи электроэнергии от источника к потребителю;

г) потребители электроэнергии.

Совокупность ЛЭП и подстанций образуют электрическую сеть.

I.1.1. Электрические станции

а) Классификация электростанций

В настоящее время в выработке электроэнергии участвуют электрические станции следующих типов (см. рис.I.2): 1) теплоэлектростании с паротурбинными (ТЭС с ПТУ), парогазовыми (ТЭС с ПГУ) и газотурбинными (ТЭС с ГТУ) установками; 2) атомные электростанции (АЭС); 3) гидроэлектостанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС); 4) электростанции, использующие нетрадиционные источники электроэнергии (солнечные (СЭС), ветровые (ВЭС), геотермальные (ГеоТЭС), приливные (ПЭС); 5) дизельные электростанции (ДЭС).

Рис. I.2. Классификация ЭС

ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор;

РБМК – реактор большой мощности канальный;

БН – реактор на быстрых нейтронах;

Основную часть ЭЭ вырабатывают: КЭС, ТЭЦ, АЭС, ГЭС. Наиболее перспективными являются ТЭС с ПГУ, АЭС с ректорами ВВЭР и на быстрых нейтронах, а также Электростанции, использующие нетрадиционные источники энергии.

б) Особенности технологического процесса производства электрической энергии на электростанциях различного типа.

б.1) КЭС.

б.1.1) Особенности КЭС.

1. Генерация электроэнергии происходит по следующей схеме (см. рис. I.3):

Рис. I.3. Структурная схема генерация электроэнергии КЭС

2. Основной вид топлива уголь, газ и мазут.

3. В отечественной энергетике на долю КЭС приходится примерно 60% выработки электроэнергии.

4. КПД составляет 33-42 %, т.к. основное количество тепла теряется в конденсаторе.

5. КЭС удалены от потребителей электроэнергии, т.к. их строительство определяется условиями водоснабжения и влиянием выбросов ЭС на окружающую среду.

6. Станции низкоманевренные.

Пуск паротурбинного блока 200 – 500 МВт из холодного состояния длится не менее 10 – 12 часов.

7. Современная КЭС активно воздействует на окружающую среду, особенно на атмосферу и гидросферу.

Влияние на атмосферу заключается в выбросе значительного количества продуктов сгорания, а влияние на гидросферу – в сбросе большого количества горячей воды из конденсаторов, а также в сбросе промышленных стоков.

б.1.2). Принципиальная технологическая схема энергоблока КЭС

Схема представлена на рис.. I.4.

Рис. I.4. Принципиальная технологическая схема энергоблока КЭС

1. – склад топлива и система топливоподачи

2. – система топливоприготовления (только для угля)

3. – котёл (парогенератор)

4. – турбина

5. – конденсатор

6. – циркуляционный насос

7. – конденсатный насос

8. – питательный насос

9. – горелки котла

10. – дутьевой вентилятор

11. – дымосос

12. – воздухоподогреватель

13. – водяной экономайзер

14. – подогреватель низкого давления

15. – деаэратор

16. – подогреватель высокого давления

17. – дымовая труба

18. – источник воды (водоём)

П – пар

ПВ – питательная вода (очищенная)

К – конденсат

Т – топливо (газ, уголь, мазут)

ГПС – газообразные продукты сгорания (дымовые газы)

В – сырая вода

ГШС – гидрошлаковая смесь

ХОВ – химически очищенная вода

Г – генератор

БТ – блочный трансформатор

ТСН – трансформатор собственных нужд.

Технологическая схема КЭС состоит из семи систем:

1. топливного хозяйства;

2. основного пароводяного тракта;

3. циркуляционного водоснабжения;

4. газовоздушного тракта;

5. золошлакоудаления (только на станциях, работающих на угле);

6. водоподготовки;

7. электрической части станции.

1. Топливное хозяйство предназначено для приёма, хранения, подготовки и подачи топлива в котёл.

2. Основной пароводяной контур предназначен для превращения пара, вышедшего из котла (парогенератора) в конденсат (функции конденсатора), превращения конденсата в питательную воду (функция деаэратора), превращение питательной воды в пар (функция котла) и поступления пара в турбину для создания её вращательного движения.

3. Система циркуляционного водоснабжения предназначена для подачи холодной циркуляционной воды в змеевик конденсатора, тем самым охлаждая пар и превращая его в конденсат.

4. Газовоздушный тракт служит для подачи воздуха в котёл и отвода дымовых газов.

5. Система золошлакоудаления предназначена для удаления из котла образующейся в результате сгорания топлива золы, и отвода гидрошлаковой смеси в специальные устройства – золоотвалы.

6. Система водоподготовки служит для:

1) взятия из водоёма воды, её очищения и превращения в химически очищенную воду;

2) восполнения потерь очищенной воды, циркулирующей в основном пароводяном контуре, путём подачи в деаэратор хим. очищенной воды.

7. Электрическая часть станций предназначена для преобразования механической энергии вращения турбины в электрическую, выдачи основной её части в ЭЭС и обеспечение электроснабжения системы собственных нужд.

б.2) ТЭЦ.

б.2.1) Характеристика ТЭЦ.

1. Генерация электроэнергии происходит по схеме, аналогичной для КЭС.

2. Основной вид топлива – уголь, газ и мазут.

3. На долю ТЭЦ приходится примерно 5% выработки электроэнергии страны.

4. КПД достигает 50-75 % за счёт одновременной выработки электроэнергии и тепла.

5. ТЭЦ расположены вблизи центров электрических нагрузок – городов, т.к. их основная задача – обеспечить теплом город. Следовательно, они привязаны к потребителю.

6. Станции низко маневренные, т.к. пуск генератора из холодного состояния может занимать несколько часов, а изменение мощности может занимать несколько десятков минут.

7. Влияние ТЭЦ на окружающую среду аналогично влиянию КЭС.

б.2.2) Принципиальная технологическая схема ТЭЦ.

Технологическая схема ТЭЦ имеет большое сходство со схемой КЭС. Основное отличие заключается в специфике паро-водяного контура выдавать тепло на производственные и теплофикационные нужды и способе выдачи эл. энергии.

Особенности технологической схемы показаны на рис. I.5.

Рис. I.5. Принципиальная технологическая схема энергоблока ТЭЦ (СН – сетевой насос; СП – сетевой подогреватель; МН – местная нагрузка)

Технологическая схема ТЭЦ состоит из 8 систем. 7 систем аналогичны схеме КЭС. 8-я называется система сетевого водоснабжения. Она предназначена для подогрева сырой воды, идущей на теплофикационные нужды (функция сетевого подогревателя) и создания её циркуляции в теплофикационной сети (функция сетевого насоса).

б.3) АЭС.

б.3.1) Особенности АЭС.

1. Схема генерации электроэнергии представлена на рис. I.6:

Рис. I.6. Структурная схема генерация электроэнергии АЭС

2. Топливом на АЭС служит:

1. Для реакторов типа ВВЭР и РБМК – изотоп урана U-235, который расщепляется под действием тепловых нейтронов.

2. Для реакторов типа БН – U-238 и плутоний Pu-239, который образуется при бомбардировке быстрыми нейтронами урана U-238.

Для осуществления ядерных реакций кроме топлива в реакторе должен быть замедлитель нейтронов и теплоноситель. Замедлитель управляет ядерной реакцией, а теплоноситель отводит тепло из реактора в парогенератор. В реакторах типа ВВЭР в качестве замедлителя и теплоносителя используется обычная вода. В реакторах типа РБМК в качестве теплоносителя используется вода, а в качестве замедлителя – графитовые стержни. В реакторах типа БН теплоносителем является жидкий натрий. Замедлителя они не имеют.

3. На долю АЭС приходится примерно 16% выработки электроэнергии страны.

4. КПД составляет 28-33 %.

5. АЭС выгодно оснащаются энергоблоками большой мощности, тогда по своим технологическим показателям они не уступают КЭС.

6. В настоящее время имеют относительно высокую маневренность (большую, чем на ТЭС, но меньшую чем на ГЭС).

7. Влияние на окружающую среду.

Влияние на атмосферу почти не оказывают, т.к. не имеет выбросов дымовых газов и не имеет отходов в виде золы и шлаков.

Влияние АЭС на гидросферу аналогично влиянию КЭС.

Важной особенностью воздействия АЭС на окружающую среду является необходимость захоронения радиоактивных отходов.

б.3.2) Принципиальные технологические схемы АЭС.

Технологическая схема АЭС зависит в основном от типа реактора. Схема может быть одноконтурная, двухконтурная и трёхконтурная.