Источники электроэнергии

Источники Энергии.

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (ТЭС), электростанция, вырабатываю¬щая электрическую энергию в результате пре¬образования тепловой энергии, выделяю¬щейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в (в 1882 — в Нью-Йорке, 1883 — в Петер¬бурге, 1884 — в Берлине) и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид элек¬трической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в СССР и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), на которых тепловая энергия исполь¬зуется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вра¬щение ротор паровой турбины, соединён¬ный с ротором электрического генерато¬ра (обычно синхронного генератора). В СССР на ТПЭС производится (1975) ~99% электроэнергии, вырабатываемой ТЭС. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы. Их кпд достигает 40%, мощ¬ность -3 Гвт; в СССР создаются ТПЭС полной проектной мощностью до 5-6 Гвт.

ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные тур¬бины и не использующие тепло отра¬ботавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называют конденсационными электростанциями (официальное назв. в СССР — Государственная рай¬онная электрическая станция, или ГРЭС). На ГРЭС вырабатывается около 2/3 электро¬энергии, производимой на ТЭС. ТПЭС оснащенные теплофикационными турби¬нами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцент¬ралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около

1/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называют газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с темпера¬турой 750—900 "С поступают в газо¬вую турбину, вращающую электрогене¬ратор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26—28%, мощность — до нескольких со¬тен Мвт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки..

ТЭС с парогазотурбинной установ¬кой, состоящей из паротурбинного и газо¬турбинного агрегатов, называют парогазовой электростанцией (ПГЭС), кпд которой может достигать 42 — 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпу¬скать тепло внешним потребителям, т. е. работать как ТЭЦ.

Иногда к ТЭС условно относят атом¬ные электростанции (АЭС), электро¬станции с магнитогидродинамическими генераторами (МГДЭС) и геотермиче¬ские электростанции.

.

.

ГИДРОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, гидроэлектростанция (ГЭС), комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. ГЭС состоит из последовательной цепи гид¬ротехнических сооружений, обеспечи¬вающих необходимую концентрацию по¬тока воды и создание напора, и энергетического. оборудования, преобразующего энергию движущейся под напором воды в механическую энергию вращения которая, в свою очередь, преобразуется в электрическую энергию.

Напор ГЭС создается концентрацией падения реки на используемом участке плотиной(рис1), либо деривацией (рис. 2), либо плотиной и дери¬вацией совместно (рис. 3). Основное энергетическое оборудование ГЭС размещается в здании ГЭС: в машинном зале электростанции — гидроагрегаты, вспомогательное оборудование, устройства автоматического управления и контроля; в центральном посту управления — пульт оператора-диспетчера или автооператор гидро¬электростанции. Повышающая транс¬форматорная подстанция размещается как внутри здания ГЭС, так и в отдельных зда¬ниях или на открытых площадках. Рас¬пределительные устройства зачастую располагаются на открытой площадке. Здание ГЭС может быть разделено на секции с одним или несколькими агрегатами и вспомогательным оборудованием, отделённые от смежных частей здания. При здании ГЭС или внутри него создаётся монтаж¬ная площадка для сборки и ремонта раз¬личного оборудования и для вспомогательных операций по обслуживанию ГЭС.

По установленной мощности (в .Мвт) различают ГЭС мощные (св. 250), сред¬ние (до 25) и малые (до 5). Мощность ГЭС зависит от напора На (разности уровней верхнего и нижнего бьефа), расхода воды , используемого в гидротурбинах, и кпд гидроагрегата . По ряду причин (вследствие, например сезонных изменений уровня воды в во¬доёмах, непостоянства нагрузки энерго¬системы, ремонта гидроагрегатов или гидротехнических сооружений и т. п.) напор и расход воды непрерывно меняются, а кроме того, меняется расход при регули¬ровании мощности ГЭС. Различают го¬дичный, недельный и суточный циклы режима работы ГЭС.

По максимально используемому напо¬ру ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 25 до 60 м) и низконапорные (от 3 до 25 м). На равнинных реках напоры редко пре¬вышают 100 м , в горных условиях посредством плотины можно создавать напоры до 300 м и более, а с помощью дерива¬ции — до 1500 м. Классификация по напору приблизительно соответствует ти¬пам применяемого энергетического оборудова¬ния: на высоконапорных ГЭС применяют ковшовые и радиально-осевые турби¬ны с металлическими спиральными камера¬ми; на средненапорных — поворотнолопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными и металлическими спираль¬ными камерами, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железо¬бетонных спиральных камерах, иногда горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах. Подразделение ГЭС по используемому напору имеет при¬близительный, условный характер.

По схеме использования водных ре¬сурсов и концентрации напоров ГЭС обыч¬но подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные с напорной и без¬напорной деривацией, смешанные, гидроаккумулирующие и приливные. В русловых и приплотинных ГЭС напор воды создаётся плотиной, пе¬регораживающей реку и поднимающей уровень воды в верхнем бьефе. При этом неизбежно некоторое затопление долины реки. В случае сооружения двух плотин на том же участке реки площадь затопле¬ния уменьшается. На равнинных реках наибольшая экономически допустимая площадь затопления ограничивает высо¬ту плотины. Русловые и приплотинныс ГЭС строят и на равнинных многоводных реках и на горных реках, в узких сжатых долинах.

В состав сооружений русловой ГЭС, кроме плотины, входят здание ГЭС и во¬досбросные сооружения (рис. 4). Состав гидротехнических сооружений зависит от вы¬соты напора и установленной мощности. У русловой ГЭС здание с размещенными в нём гидроагрегатами служит продолже¬нием плотины и вместе с ней создаёт напорный фронт. При этом с одной сто¬роны к зданию ГЭС примыкает верхний бьеф, а с другой — нижний бьеф. Под¬водящие спиральные камеры гидротурбин своими входными сечениями заклады¬ваются под уровнем верхнего бьефа, выходные же сечения отсасывающих труб погружены под уровнем нижнего бьефа.

В соответствии с назначением гидроузла в его состав могут входить судоходные шлюзы или судоподъёмник, рыбопро¬пускные сооружения, водозаборные соо¬ружения для ирригации и водоснабже¬ния. В русловых ГЭС иногда единственным сооружением, пропускающим воду, является здание ГЭС. В этих случаях по¬лезно используемая вода последовательно проходит входное сечение с мусорозадер-живающими решётками, спиральную ка-

меру, гидротурбину, отсасывающую тру¬бу, а по спец. водоводам между сосед¬ними турбинными камерами произво¬дится сброс паводковых расходов реки. Для русловых ГЭС характерны напоры до 30—40 м к простейшим русловым ГЭС относятся также ранее строившиеся сель¬ские ГЭС небольшой мощности. На круп¬ных равнинных реках основное русло пере¬крывается земляной плотиной, к которой примыкает бетонная водосливная пло¬тина и сооружается здание ГЭС. Такая компоновка типична для многих отечественных ГЭС на больших равнинных реках. Волж¬ская ГЭС им. 22-го съезда КПСС— наиболее крупная среди станций русло¬вого типа.

При более высоких напорах оказывает¬ся нецелесообразным передавать на зда¬ние ГЭС гидростатичное давление воды. В этом случае применяется тип плотиной ГЭС, у которой напорный фронт на всём протяжении перекрывается плотиной, а здание ГЭС располагается за пло¬тиной, примыкает к нижнему бьефу (рис. 5). В состав гидравлической трассы меж¬ду верхним и нижним бьефом ГЭС тако¬го типа входят глубинный водоприёмник с мусорозадерживающей решёткой, тур¬бинный водовод, спиральная камера, гидротурбина, отсасывающая труба. В качестве дополнит, сооружений в состав узла могут входить судоходные сооруже¬ния и рыбоходы, а также дополнительные водо¬сбросы Примером подобного типа станций на многоводной реке служит Братская ГЭС на реке Ангара.

Другой вид компоновки приплотинных ГЭС, соответствующий горным усло¬виям, при сравнительно малых рас¬ходах реки, характерен для Нурекской ГЭС на реке Вахш (Ср. Азия), проектной мощностью 2700 Мвт. Здание ГЭС от¬крытого типа располагается ниже пло¬тины, вода подводится к турбинам по одному или нескольким напорным туннелям. Иногда здание ГЭС размещают ближе к верх¬нему бьефу в подземной (подземная ГЭС) выемке. Такая компоновка целе¬сообразна при наличии скальных осно¬ваний, особенно при земляных или на¬бросных плотинах, имеющих значит. ширину. Сброс паводковых расходов производится через водосбросные тун¬нели или через открытые береговые водо¬сбросы.

В деривационных ГЭС кон¬центрация падения реки создаётся по¬средством деривации; вода в начале ис¬пользуемого участка реки отводится из речного русла водоводом, с уклоном, зна¬чительно меньшим, чем ср. уклон реки на этом участке и со спрямлением изги¬бов и поворотов русла. Конец деривации подводят к месту расположения здания ГЭС. Отработанная вода либо возвраща¬ется