« Fizika — 11. klase

Enerģijas ražošana

Elektroenerģiju elektrostacijās ražo galvenokārt ar elektromehānisko indukcijas ģeneratoru palīdzību.
Ir divi galvenie spēkstaciju veidi: siltuma un hidroelektrostacijas.
Šīs spēkstacijas atšķiras ar dzinējiem, kas rotē ģeneratoru rotorus.

Termoelektrostacijās enerģijas avots ir kurināmais: ogles, gāze, nafta, mazuts, degslāneklis.
Elektrisko ģeneratoru rotorus darbina tvaika un gāzes turbīnas vai iekšdedzes dzinēji.

Termiskās tvaika turbīnu spēkstacijas - TPP visekonomiskākais.

Tvaika katlā vairāk nekā 90% no kurināmā atbrīvotās enerģijas tiek pārnesti uz tvaiku.
Turbīnā tvaika strūklu kinētiskā enerģija tiek pārnesta uz rotoru.
Turbīnas vārpsta ir stingri savienota ar ģeneratora vārpstu.
Tvaika turbīnu ģeneratori ir ļoti ātri: rotora apgriezienu skaits ir vairāki tūkstoši minūtē.

Siltumdzinēju efektivitāte palielinās, palielinoties darba šķidruma (tvaiks, gāze) sākotnējai temperatūrai.
Tāpēc turbīnā ieplūstošais tvaiks tiek paaugstināts līdz augstiem parametriem: temperatūra ir gandrīz līdz 550 ° C un spiediens ir līdz 25 MPa.
TPP efektivitāte sasniedz 40%. Lielākā daļa enerģijas tiek zaudēta kopā ar karsto izplūdes tvaiku.

Termoelektrostacijas - TECļauj ievērojamu daļu izplūdes tvaika enerģijas izmantot rūpniecības uzņēmumos un sadzīves vajadzībām.
Rezultātā koģenerācijas efektivitāte sasniedz 60-70%.
Krievijā termoelektrostacijas nodrošina aptuveni 40% no visas elektroenerģijas un apgādā ar elektrību simtiem pilsētu.

Ieslēgts hidroelektrostacijas - HESūdens potenciālā enerģija tiek izmantota ģeneratoru rotoru rotēšanai.

Elektrisko ģeneratoru rotorus darbina hidrauliskās turbīnas.
Šādas stacijas jauda ir atkarīga no dambja radītā spiediena un ūdens masas, kas ik sekundi iet cauri turbīnai.

Hidroelektrostacijas nodrošina aptuveni 20% no visas mūsu valstī saražotās elektroenerģijas.

Atomelektrostacijas - atomelektrostacijas Krievijā tie nodrošina apmēram 10% elektroenerģijas.

Elektrības lietošana

Galvenais elektroenerģijas patērētājs ir rūpniecība - 70% no saražotās elektroenerģijas.
Liels patērētājs ir arī transports.

Lielākā daļa izmantotās elektroenerģijas tagad tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā, jo. gandrīz visi mehānismi rūpniecībā tiek darbināti ar elektromotoriem.

Elektrības pārvade

Elektroenerģiju nevar taupīt lielā mērogā.
Tas jāizlieto nekavējoties pēc saņemšanas.
Tāpēc ir nepieciešams pārraidīt elektroenerģiju lielos attālumos.

Elektrības pārvade ir saistīta ar ievērojamiem zudumiem, jo ​​elektriskā strāva silda elektropārvades līniju vadus. Saskaņā ar Džoula-Lenca likumu līnijas vadu sildīšanai patērēto enerģiju nosaka pēc formulas

Kur
R- līnijas pretestība,
U- pārraides spriegums,
R- strāvas avota jauda.

Ar ļoti garām līnijām jaudas pārvade var kļūt neekonomiska.
Ievērojami samazināt līnijas R pretestību ir praktiski ļoti grūti, tāpēc ir nepieciešams samazināt strāvas stiprumu I.

Tā kā strāvas avota P jauda ir vienāda ar strāvas I un sprieguma U reizinājumu, lai samazinātu pārraidīto jaudu, ir nepieciešams palielināt pārraides spriegumu pārvades līnijā.

Šim nolūkam lielās spēkstacijās tiek uzstādīti pakāpju transformatori.
Transformators palielina spriegumu līnijā tik reižu, cik tas samazina strāvu.

Jo garāka pārvades līnija, jo izdevīgāk ir izmantot augstāku spriegumu. Maiņstrāvas ģeneratori ir noregulēti uz spriegumu, kas nepārsniedz 16-20 kV. Lielākam spriegumam būtu nepieciešami sarežģīti īpaši pasākumi, lai izolētu tinumus un citas ģeneratoru daļas.

Tas tiek panākts, izmantojot pazeminošus transformatorus.

Sprieguma samazināšanās (un attiecīgi arī strāvas stipruma palielināšanās) tiek veikta pakāpeniski.

Pie ļoti augsta sprieguma starp vadiem var sākties izlāde, kas izraisa enerģijas zudumus.
Pieļaujamajai maiņstrāvas sprieguma amplitūdai jābūt tādai, lai konkrētam stieples šķērsgriezuma laukumam enerģijas zudumi izlādes dēļ būtu niecīgi.

Elektrostacijas ir savienotas ar augstsprieguma pārvades līnijām, veidojot kopīgu elektrotīklu, kuram pieslēgti patērētāji.
Šāda asociācija, ko sauc par energosistēmu, ļauj sadalīt enerģijas patēriņa slodzi.
Energosistēma nodrošina nepārtrauktu elektroenerģijas piegādi patērētājiem.
Tagad mūsu valstī darbojas valsts Eiropas daļas Vienotā enerģētikas sistēma.

Elektrības lietošana

Elektroenerģijas nepieciešamība nepārtraukti pieaug gan rūpniecībā, gan transportā, gan zinātniskajās institūcijās, gan sadzīvē. Šo vajadzību var apmierināt divos galvenajos veidos.

Pirmais ir jaunu jaudīgu spēkstaciju celtniecība: siltuma, hidrauliskās un kodolenerģijas.
Taču lielas elektrostacijas celtniecība prasa vairākus gadus un lielas izmaksas.
Turklāt termoelektrostacijas patērē neatjaunojamos dabas resursus: ogles, naftu un gāzi.
Tajā pašā laikā tie nodara lielu kaitējumu līdzsvaram uz mūsu planētas.
Uzlabotās tehnoloģijas ļauj apmierināt enerģijas vajadzības citādā veidā.

Otrais ir efektīva elektroenerģijas izmantošana: modernas dienasgaismas spuldzes, apgaismojuma ekonomija.

Lielas cerības tiek liktas uz enerģijas iegūšanu, izmantojot kontrolētas kodoltermiskās reakcijas.

Prioritāte būtu jāpiešķir elektroenerģijas izmantošanas efektivitātes paaugstināšanai, nevis spēkstaciju jaudas palielināšanai.

Elektrība padara cilvēku dzīvi labāku, gaišāku un tīrāku. Taču, pirms iziet cauri augstsprieguma elektropārvades līniju vadiem un pēc tam izplatīt mājām un uzņēmumiem, elektroenerģija ir jāražo elektrostacijā.

Kā tiek ražota elektrība

1831. gadā M. Faradejs atklāja, ka tad, kad magnēts griežas ap stieples spoli, vadītājā plūst elektriskā strāva. Elektrības ģenerators ir ierīce, kas cita veida enerģiju pārvērš elektroenerģijā. Šīs vienības darbojas, pamatojoties uz saikni starp elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem. Gandrīz visu patērēto jaudu ražo ģeneratori, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektroenerģijā.

Elektroenerģijas ražošanu parastajā veidā veic ģenerators ar elektromagnētu. Tam ir virkne izolētu stiepļu spoļu, kas veido fiksētu cilindru (statoru). Cilindra iekšpusē ir rotējoša elektromagnētiskā vārpsta (rotors). Kad elektromagnētiskā vārpsta griežas, statora spolēs rodas elektriskā strāva, kas pēc tam tiek pārraidīta pa elektropārvades līnijām patērētājiem.

Elektrostacijās turbīnas izmanto kā ģeneratorus elektroenerģijas ražošanai, kas ir dažāda veida:

• tvaiks;
• gāzes sadedzināšanas turbīnas;
• ūdens;
• vējdzirnavas.

Turboģeneratorā kustīgs šķidrums vai gāze (tvaiks) nonāk uz vārpstas uzstādītajās lāpstiņās un griež ar ģeneratoru savienoto vārpstu. Tādējādi ūdens vai gāzes mehāniskā enerģija tiek pārveidota par elektrisko enerģiju.

Interesanti.Šobrīd 93% no pasaulē saražotās elektroenerģijas saražo tvaika, gāzes un ūdens turbīnas, izmantojot biomasu, ogles, ģeotermālo enerģiju, kodolenerģiju, dabasgāzi.

Cita veida ierīces, kas ražo elektroenerģiju:

• elektroķīmiskās baterijas;
• degvielas ierīces;
• saules fotoelementi;
• termoelektriskie ģeneratori.

Elektroenerģijas nozares vēsture

Pirms elektrības parādīšanās cilvēki dedzināja augu eļļu, vaska sveces, taukus, petroleju, gazificētas ogles, lai apgaismotu mājas, ielas un darbnīcas. Elektrība nodrošināja tīru, drošu, spilgtu apgaismojumu, kam tika uzbūvēta pirmā elektrostacija. Tomass Edisons to palaida Manhetenas lejasdaļā (Ņujorkā) 1882. gadā un uz visiem laikiem atgrūda tumsu, atverot jaunu pasauli. Ar oglēm darbināmā Pērlstrītas stacija kļuva par visas jaunās enerģijas prototipu. Tas sastāvēja no sešiem dinamo ģeneratoriem, katrs sver 27 tonnas un ar jaudu 100 kW.

Krievijā pirmās spēkstacijas sāka parādīties 19. gadsimta 80.-90. gadu beigās Maskavā, Sanktpēterburgā un Odesā. Attīstoties elektroenerģijas pārvadei, elektrostacijas tika paplašinātas un pārvietotas tuvāk izejvielu avotiem. Spēcīgu impulsu elektroenerģijas ražošanai un izmantošanai deva GOELRO plāns, kas tika pieņemts 1920. gadā.

Fosilā degvielas uzpildes stacijas

Fosilais kurināmais ir augu un dzīvnieku dzīves paliekas, kas miljoniem gadu ir pakļautas augstām temperatūrām, augstam spiedienam un nonākušas oglekļa veidā: kūdra, ogles, eļļa un dabasgāze. Atšķirībā no pašas elektrības, fosilo kurināmo var uzglabāt lielos daudzumos. Fosilā kurināmā spēkstacijas parasti ir uzticamas un darbojas jau vairākus gadu desmitus.

Termoelektrostaciju trūkumi:

1. Degvielas sadegšana rada sēra dioksīda un slāpekļa oksīda piesārņojumu, kam nepieciešamas dārgas attīrīšanas sistēmas;
2. Izlietotā tvaika notekūdeņi var pārnest piesārņotājus uz ūdenstilpēm;
3. Pašreizējās grūtības ir liels oglekļa dioksīda un pelnu daudzums no oglēm.

Svarīgs! Fosilo resursu ieguve un transportēšana rada vides problēmas, kas var izraisīt katastrofālas sekas ekosistēmām.

Termoelektrostaciju efektivitāte ir zem 50%. Lai to palielinātu, tiek izmantotas termoelektrostacijas, kurās izlietotā tvaika siltumenerģija tiek izmantota apkurei un karstā ūdens padevei. Tajā pašā laikā efektivitāte palielinās līdz 70%.

Gāzes turbīnas un biomasas iekārtas

Dažas dabasgāzes iekārtas var ražot elektroenerģiju bez tvaika. Viņi izmanto turbīnas, kas ir ļoti līdzīgas reaktīvo lidmašīnu turbīnām. Tomēr aviācijas petrolejas vietā tie sadedzina dabasgāzi, lai darbinātu ģeneratoru. Šādas iekārtas ir ērtas, jo tās var ātri iedarbināt, reaģējot uz īslaicīgu elektroenerģijas pieprasījuma pieaugumu.

Ir vienības, kuru darbs ir balstīts uz biomasas sadedzināšanu. Šis termins attiecas uz koksnes atkritumiem vai citiem atjaunojamiem augu materiāliem. Piemēram, Okeelanta rūpnīcā Floridā vienu gada daļu sadedzina zāles atkritumus, kas radušies cukurniedru pārstrādē, un koksnes atkritumus atlikušo gada daļu.

hidroelektrostacijas

Pasaulē ir divu veidu hidroelektrostacijas. Pirmais veids paņem enerģiju no ātri kustīgas straumes, lai pagrieztu turbīnu. Lielākajā daļā upju ūdens plūsma var ievērojami atšķirties atkarībā no nokrišņu daudzuma, un gar upes gultni ir vairākas piemērotas vietas spēkstaciju celtniecībai.

Lielākā daļa hidroelektrostaciju izmanto rezervuāru, lai kompensētu sausuma periodus un palielinātu ūdens spiedienu turbīnās. Šie mākslīgie rezervuāri aptver lielas platības, radot gleznainus objektus. Nepieciešamie masīvie aizsprosti ir noderīgi arī plūdu kontrolei. Agrāk retais šaubījās, ka ieguvumi no to būvniecības atsver izmaksas.

Tomēr tagad viedoklis ir mainījies:

1. Tiek zaudētas milzīgas zemes platības rezervuāriem;
2. Dambji ir pārvietojuši cilvēkus un iznīcinājuši savvaļas dzīvniekus un arheoloģiskās vietas.

Dažas izmaksas var kompensēt, piemēram, zivju eju ierīkošana dambī. Taču citi paliek, un vietējie iedzīvotāji plaši protestē pret hidroelektrostaciju celtniecību.

Otra veida hidroelektrostacijas ir sūkņu uzglabāšanas elektrostacijas jeb sūkņu uzglabāšana. Tajos esošās vienības darbojas divos režīmos: sūknēšanas un ģenerēšanas. Sūknēšanas iekārtas izmanto zema pieprasījuma periodus (nakts), lai iesūknētu ūdeni rezervuārā. Kad pieprasījums palielinās, daļa no šī ūdens tiek nosūtīta uz hidroturbīnām, lai ražotu elektroenerģiju. Šīs stacijas ir ekonomiski izdevīgas, jo sūknēšanai izmanto lētu elektroenerģiju un ražo dārgu elektroenerģiju.

AES

Neskatoties uz dažām būtiskām tehniskām atšķirībām, atomelektrostacijas ir termiskas un ražo elektroenerģiju gandrīz tāpat kā fosilā kurināmā stacijas. Atšķirība ir tāda, ka tie rada tvaiku, izmantojot atomu skaldīšanas siltumu, nevis sadedzinot ogles, naftu vai gāzi. Tad tvaiks darbojas tāpat kā termovienībās.

AES īpašības:

1. Atomelektrostacijas neizmanto daudz degvielas un tiek uzpildītas reti, atšķirībā no ogļu stacijām, kurās degvielu iekrauj vagonos;
2. Pareizi ekspluatējot siltumnīcefekta gāzes un kaitīgās emisijas ir minimālas, padarot kodolenerģiju pievilcīgu cilvēkiem, kuri norūpējušies par gaisa kvalitāti;
3. Notekūdeņi ir karstāki, šīs problēmas risināšanai paredzēti lieli dzesēšanas torņi.

Jaunā vēlme pēc kodolenerģijas kliboja, saskaroties ar sociālajām problēmām, kas saistītas ar vides un ekonomiskās drošības jautājumiem. Labāku drošības mehānismu izveide palielina būvniecības un ekspluatācijas izmaksas. Izlietotās kodoldegvielas un piesārņoto piederumu apglabāšanas problēma, kas var palikt bīstama tūkstošiem gadu, vēl nav atrisināta.

Svarīgs! Negadījums Trīs jūdžu salā 1979. gadā un Černobiļā 1986. gadā bija nopietnas katastrofas. Nepārtrauktās ekonomiskās problēmas ir padarījušas atomelektrostacijas mazāk pievilcīgas. Neskatoties uz to, ka tiek ražoti 16% no pasaulē saražotās elektroenerģijas, kodolenerģijas nākotne ir neskaidra un par to notiek karstas diskusijas.

Vēja enerģija

Vēja parkiem nav nepieciešama ūdens uzkrāšana un tie nepiesārņo gaisu, kas nes daudz mazāk enerģijas nekā ūdens. Tāpēc ir jābūvē vai nu ļoti lieli agregāti, vai arī daudzi mazi. Būvniecības izmaksas var būt augstas.

Turklāt ir maz vietu, kur vējš pūš prognozējami. Turbīnas ir konstruētas ar īpašu pārnesumu, lai rotors grieztu nemainīgā ātrumā.

Alternatīvā enerģija

1. Ģeotermālā. Lielisks pazemē pieejamā siltuma piemērs ir redzams, kad izvirst geizeri. Ģeotermālo spēkstaciju trūkums ir nepieciešamība būvēt apgabalos ar seismisko bīstamību;
2. Saules. Saules paneļi paši par sevi ir ģenerators. Viņi izmanto iespēju pārvērst saules starojumu elektroenerģijā. Vēl nesen saules baterijas bija dārgas, arī to efektivitātes palielināšana ir grūts uzdevums;

1. Degvielas elementi. Īpaši izmanto kosmosa kuģos. Tur tie ķīmiski apvieno ūdeņradi un skābekli, veidojot ūdeni un ģenerējot elektrību. Līdz šim šādas instalācijas ir dārgas un nav atradušas plašu pielietojumu. Lai gan Japāna jau ir izveidojusi centrālo kurināmā elementu spēkstaciju.

Elektrības lietošana

1. Divas trešdaļas no saņemtās enerģijas tiek novirzītas rūpniecības vajadzībām;
2. Otrs galvenais virziens ir elektroenerģijas izmantošana transportā. Elektrotransports: dzelzceļš, tramvaji, trolejbusi, metro darbojas ar līdzstrāvu un maiņstrāvu. Pēdējā laikā arvien vairāk parādās elektromobiļi, kuriem tiek būvēts degvielas uzpildes staciju tīkls;
3. Vismazāk elektroenerģijas patērē mājsaimniecību sektors: dzīvojamās ēkas, veikali, biroji, izglītības iestādes, slimnīcas u.c.

Uzlabojoties elektroenerģijas ražošanas tehnoloģijām un pieaugot vides drošībai, tiek apšaubīta pati lielo centralizēto staciju būvniecības koncepcija. Vairumā gadījumu māju apsildīšana no centra vairs nav ekonomiski izdevīga. Kurināmā elementu un saules paneļu tālāka attīstība varētu pilnībā mainīt priekšstatu par elektroenerģijas ražošanu un pārvadi. Šī iespēja ir vēl pievilcīgāka, ņemot vērā lielo spēkstaciju un pārvades līniju būvniecības izmaksas un iebildumus.

Video

Apsveriet vadītāja kustību plaknē, kas ir perpendikulāra lauka virzienam, kad viens vadītāja gals ir nekustīgs, bet otrs apraksta apli. Elektromotora spēku vadītāja galos nosaka elektromagnētiskās indukcijas likuma formula. Mašīna darbojas...

Enerģijas ražošana ir jāsaprot kā enerģijas pārvēršana no cilvēkiem “neērtā” formas par “ērto”. Piemēram, saules gaismu var izmantot, paņemot to tieši no gaismekļa, vai arī var trenēties no tās, kas savukārt tiks pārvērsta gaismā iekštelpās. Iekšdedzes dzinējā ir iespējams sadedzināt gāzi, pārveidojot par - vārpstas rotāciju. Un jūs varat sadedzināt gāzi degvielas šūnā, pārvēršot to pašu ķīmiskās saites enerģiju elektromagnētiskajā enerģijā, kas pēc tam tiks pārvērsta vārpstas rotācijas mehāniskajā enerģijā. Dažādu enerģijas pārveidošanas algoritmu efektivitāte ir atšķirīga. Tomēr tas nav atsevišķu enerģijas ķēžu "nepilnvērtības" sekas. Efektivitātes atšķirības iemesls ir dažādos tehnoloģiju attīstības līmeņos. Piemēram, lielo dīzeļdzinēju efektivitāte, kas uzstādīta uz okeāna naftas tankkuģiem un konteinerkuģiem, ir ievērojami augstāka nekā automašīnu dīzeļdzinēja efektivitāte. Tomēr no automašīnas dzinēja tiek noņemts daudzkārt vairāk zirgspēku, un rezultātā jums ir jāmaksā par efektivitātes samazināšanos.

Kopumā centralizētā enerģija izskatās pievilcīga tikai no pirmā acu uzmetiena.

Piemēram, hidroelektrostacijas nodrošina daudz bezmaksas elektrības, taču tās ir ļoti dārgas būvēt, graujoši ietekmē reģiona ekoloģiju, liek pārvietot ciematus un būvēt pilsētas. Un sausajās valstīs hidroelektrostaciju būvniecības sekas noved pie veselu reģionu dehidratācijas, kur iedzīvotājiem nepietiek ūdens pat dzeršanai, nevis tikai lauksaimniecībai. Atomelektrostacijas izskatās pievilcīgi, bet ražošana rada problēmas ar ļoti radioaktīvo atkritumu apglabāšanu un apglabāšanu. Arī termoelektrostacijas nav tik sliktas, jo tās veido lielāko daļu ražošanas un elektroenerģijas. Bet tie izdala oglekļa dioksīdu atmosfērā un samazina minerālu rezerves. Bet kāpēc mēs būvējam visas šīs stacijas, pārraidām, pārveidojam un zaudējam milzīgus enerģijas daudzumus. Fakts ir tāds, ka mums ir nepieciešama īpaša enerģija - elektrība. Bet galu galā ir iespējams uzbūvēt tādus ražošanas un dzīvības procesus, kad nav nepieciešams ne ražot enerģiju ievērojamā attālumā no patērētāja, ne pārvadīt lielos attālumos. Piemēram, ūdeņraža iegūšanas problēma būs ļoti sarežģīta, ja sāksim to ražot kā degvielu automašīnām globālā mērogā. Ūdeņraža atdalīšana no ūdens ar elektrolīzi ir ļoti energoietilpīgs process, kas prasīs dubultot pasaules elektroenerģijas ražošanu, ja visas automašīnas tiks pārveidotas par ūdeņradi.

Bet vai tiešām ir nepieciešams “iestādīt” ūdeņraža ražošanu uz vecām jaudām?

Galu galā uz peldošām platformām ir iespējams iegūt ūdeņradi no okeāna ūdens, izmantojot saules enerģiju. Tad izrādās, ka saules enerģija tiek droši “saglabāta” ūdeņraža degvielā un transportēta, kur nepieciešams. Galu galā tas ir daudz izdevīgāk nekā elektroenerģijas pārsūtīšana un uzglabāšana. Mūsdienās enerģijas ražošanai tiek izmantotas šādas ierīces un konstrukcijas: krāsnis, iekšdedzes dzinēji, elektriskie ģeneratori, turbīnas, saules paneļi, vēja turbīnas un spēkstacijas, dambji un hidroelektrostacijas, paisuma un bēguma stacijas, ģeotermālās stacijas, atomelektrostacijas, kodolreaktori.

Ievads

Šajā publikācijā ir sniegta vispārīga informācija par elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošanas, pārvades un patēriņa procesiem, šo procesu savstarpējo savienojumu un objektīvajiem likumiem, par dažāda veida elektrostacijām, to raksturojumiem, kopīgas darbības un integrētas izmantošanas nosacījumiem. Enerģijas taupīšanas jautājumi ir aplūkoti atsevišķā nodaļā.

Elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošana

Vispārīgi noteikumi

Enerģija ir dabisku, dabisku un mākslīgu cilvēka radītu sistēmu kopums, kas paredzēts visu veidu enerģijas resursu saņemšanai, pārveidošanai, izplatīšanai un izmantošanai. Enerģijas resursi ir visi materiālie objekti, kuros enerģija ir koncentrēta, lai cilvēks to varētu izmantot.

Starp dažādiem cilvēku izmantotajiem enerģijas veidiem elektrība izceļas ar vairākām būtiskām priekšrocībām. Tā ir tā ražošanas relatīvā vienkāršība, pārraides iespēja ļoti lielos attālumos, viegla pārveidošana mehāniskajā, termiskajā, gaismas un citā enerģijā, kas padara elektroenerģijas nozari par vissvarīgāko cilvēka dzīves nozari.

Elektroenerģijas ražošanas, sadales un patēriņa procesi ir nesaraujami saistīti. Arī elektroenerģijas ražošanas, pārvades, sadales un pārveidošanas iekārtas ir savstarpēji savienotas un apvienotas. Šādas asociācijas sauc par elektroenerģijas sistēmām (1.1. att.) un ir neatņemama energosistēmas sastāvdaļa. Saskaņā ar energosistēmu tiek saukts spēkstaciju, katlu māju, elektrisko un siltumtīklu kopums, kas ir savstarpēji savienoti un savienoti ar kopīgu režīmu nepārtrauktā elektroenerģijas un siltuma ražošanas, pārveidošanas un sadales procesā ar šo režīmu vispārēju pārvaldību.

Elektroenerģijas sistēmas neatņemama sastāvdaļa ir elektroapgādes sistēma, kas ir elektroinstalāciju kopums, kas paredzēts patērētāju nodrošināšanai ar elektroenerģiju.

Līdzīgu definīciju var dot siltumapgādes sistēmai.

Termoelektrostacijas

Enerģijas iegūšana no degvielas un enerģijas resursiem (FER), tos sadedzinot, šobrīd ir vienkāršākais un pieejamākais enerģijas ražošanas veids. Līdz ar to līdz 75% no visas elektroenerģijas valstī tiek saražota termoelektrostacijās (TEC). Vienlaikus iespējama gan kopīga siltumenerģijas un elektroenerģijas ražošana, piemēram, termoelektrostacijās (koģenerācijas stacijas), gan to atsevišķa ražošana (1.2. att.).

TPP blokshēma ir parādīta attēlā. 1.3. Darbs ir šāds. Degvielas padeves sistēma 1 nodrošina cietā, šķidrā vai gāzveida kurināmā padevi tvaika katla 3 degli 2. Degviela tiek iepriekš sagatavota atbilstoši, piemēram, ogles drupinātājā 4 tiek sasmalcinātas līdz pulverveida stāvoklim, izžāvētas un piesātinātas ar gaisu, ko degli pievada arī ventilators 5 no sildītāja 7 gaisa 6. Katla krāsnī izdalītais siltums tiek izmantots ūdens sildīšanai siltummaiņos 8 un tvaika ražošanai. Ūdeni piegādā sūknis 9 pēc tam, kad tas iziet cauri speciālai ūdens attīrīšanas sistēmai 10. Tvaiks no mucas 11 ar augstu spiedienu un temperatūru nonāk tvaika turbīnā 12, kur tvaika enerģija tiek pārvērsta turbīnas vārpstas un elektriskā ģeneratora 13 rotācijas mehāniskajā enerģijā. Sinhronais ģenerators ģenerē trīsfāzu maiņstrāvu. Turbīnā izplūstošais tvaiks tiek kondensēts kondensatorā 14. Lai paātrinātu šo procesu, tiek izmantots dabīgā vai mākslīgā rezervuāra 15 aukstais ūdens vai speciāli dzesētāji - dzesēšanas torņi. Kondensāts tiek iesūknēts atpakaļ tvaika ģeneratorā (katlā). Šādu ciklu sauc par kondensāciju. Elektrostacijas, kas izmanto šo ciklu (CPP), ražo tikai elektroenerģiju. Koģenerācijas stacijā daļa tvaika no turbīnas ar noteiktu spiedienu tiek novadīta uz kondensatoru un tiek izmantota siltumenerģijas patērētāju vajadzībām.

Rīsi. 1.1.

G - elektroenerģijas ģeneratori; T - transformatori; P - elektriskās slodzes;

W - elektropārvades līnijas (TL); AT - autotransformatori

1.2.att.

a - kombinētā ražošana; b - atsevišķa ražošana

1.3.att.

Degviela un tās sagatavošana. Termoelektrostacijās izmanto cieto, šķidro vai gāzveida fosilo kurināmo. Tā vispārīgā klasifikācija ir dota 1.1. tabulā.

1.1. tabula. Vispārējā degvielas klasifikācija

Degvielu tādā formā, kādā tā tiek sadedzināta, sauc par "darba degvielu". Darba degvielas (cietā un šķidrā) sastāvā ietilpst: ogleklis C, ūdeņradis H, skābeklis O, slāpeklis N, pelni A un mitrums W. Izsakot degvielas sastāvdaļas procentos no viena kilograma masas, iegūst degvielas darba masas sastāva vienādojumu.

Sēru sauc par gaistošu un ir daļa no kopējā sēra daudzuma degvielā, pārējā sēra nedegošā daļa ir daļa no minerālu piemaisījumiem.

Dabiskā gāzveida degviela satur: metānu, etānu, propānu, butānu, ogļūdeņražus, slāpekli, oglekļa dioksīdu. Pēdējās divas sastāvdaļas ir balasts. Mākslīgā gāzveida degviela ir metāns, oglekļa monoksīds, ūdeņradis, oglekļa dioksīds, ūdens tvaiki, slāpeklis un sveķi.

Galvenais kurināmā termotehniskais raksturojums ir sadegšanas siltums, kas parāda, cik daudz siltuma kilodžoulos izdalās, sadedzinot vienu kilogramu cietas, šķidras vai vienu kubikmetru gāzveida kurināmā. Atšķirt augstāku un zemāku siltumspēju.

Degvielas augstākā siltumspēja ir siltuma daudzums, ko degviela izdala tās pilnīgas sadegšanas laikā, ņemot vērā siltumu, kas izdalās ūdens tvaiku kondensācijas laikā, kas veidojas degšanas laikā.

Zemākā siltumspēja atšķiras no augstākās ar to, ka tajā nav ņemts vērā siltums, kas iztērēts ūdens tvaiku veidošanai, kas atrodas sadegšanas produktos. Aprēķinot tiek izmantota zemākā siltumspēja, jo. ūdens tvaiku siltums tiek bezjēdzīgi zaudēts līdz ar sadegšanas produktiem, kas iziet no skursteņa.

Attiecību starp augstāku un zemāku siltumspēju darba degvielas masai nosaka vienādojums

Lai salīdzinātu dažādus degvielas veidus pēc siltumspējas, tika ieviests jēdziens "standarta degviela" (sk.). Degviela tiek uzskatīta par nosacītu, kuras zemākā siltumspēja pie darba masas ir 293 kJ/kg cietajam un šķidrajam kurināmajam vai 29300 kJ/m3 gāzveida kurināmajam. Saskaņā ar to katrai degvielai ir savs termiskais ekvivalents Et = QНР / 29300.

Darba dabiskās degvielas patēriņa pārvēršana nosacītajā tiek veikta saskaņā ar vienādojumu

Woosl = Et? Otr

Atsevišķu degvielas veidu īss apraksts sniegts 1.2. tabulā.

1.2. tabula. Degvielas raksturlielums

Īpaši jāatzīmē zemākā siltumspēja kJ / kg mazuta - 38000 ... 39000, dabasgāze - 34000 ... 36000, saistītā gāze - 50000 ... 60000. Turklāt šī degviela praktiski nesatur mitrumu un minerālu piemaisījumus.

Pirms kurināmā padeves krāsnī tā tiek sagatavota. Īpaši sarežģīta ir cietā kurināmā sagatavošanas sistēma, kas pēc kārtas tiek attīrīta no mehāniskiem piemaisījumiem un svešķermeņiem, sasmalcina, žāvē, sagatavo putekļus un sajauc ar gaisu.

Šķidrās un īpaši gāzveida degvielas sagatavošanas sistēma ir daudz vienkāršāka. Turklāt šāda degviela ir videi draudzīgāka, tai praktiski nav pelnu satura.

Transportēšanas vieglums, degšanas procesu vadības automatizācijas vieglums, augsta siltumspēja nosaka dabasgāzes izmantošanas perspektīvas enerģētikā. Tomēr šīs izejvielas rezerves ir ierobežotas.

Ūdens attīrīšana. Ūdens, kas ir siltumnesējs termoelektrostacijās, nepārtraukti cirkulē slēgtā ķēdē. Šajā gadījumā īpaša nozīme ir katlam piegādātā ūdens attīrīšanai. Kondensāts no tvaika turbīnas (1.3. att.) nonāk sistēmā 10 attīrīšanai no ķīmiskajiem piemaisījumiem (ķīmiskā ūdens attīrīšana - HVO) un brīvajām gāzēm (atgaisošana). Ūdens-tvaiks-kondensāta tehnoloģiskajā ciklā zaudējumi ir neizbēgami. Tāpēc no ārēja avota 15 (dīķis, upe) caur ūdens ņemšanas vietu 16 tiek padots ūdens ceļš. Katlā ienākošais ūdens tiek iepriekš uzsildīts ekonomaizerā (siltummainī) ar 17 izejošiem sadegšanas produktiem.

Tvaika katls. Katls ir tvaika ģenerators termoelektrostacijā. Galvenās struktūras ir parādītas 1.4. attēlā.

Mucu tipa katlam ir tērauda cilindrs 1, kura augšējā daļā tiek savākts tvaiks. Padeves ūdens tiek uzkarsēts ekonomaizerā 2, kas atrodas dūmgāzu kamerā 3, un nonāk tvertnē. Kolektors 4 aizver katla tvaika-ūdens ciklu. Degkamerā 5 degvielas sadegšana 1500 ... 20000C temperatūrā nodrošina ūdens uzvārīšanos. Caur tērauda pacelšanas caurulēm 6, kuru diametrs ir 30 ... 90 mm un kas pārklāj sadegšanas kameras virsmu, ūdens un tvaiki iekļūst cilindrā. Tvaiks no cilindra caur cauruļveida pārsildītāju 7 tiek ievadīts turbīnā. Pārsildītāju var izgatavot divos vai trīs posmos, un tas ir paredzēts tvaika papildu sildīšanai un žāvēšanai. Sistēmā ir notekcaurules 8, pa kurām ūdens no bungas apakšas tiek nolaists kolektorā.

Mucu tipa katlā tiek nodrošināta dabiskā ūdens un tvaika-ūdens maisījuma cirkulācija to dažādā blīvuma dēļ.

Šāda sistēma ļauj iegūt subkritiskos tvaika parametrus (kritiskais ir stāvokļa punkts, kurā izzūd šķidruma un tvaika īpašību atšķirība): spiediens līdz 22,5 MPa, un praktiski ne vairāk kā 20 MPa; temperatūra līdz 374°С (bez pārkarsētāja). Pie lielāka spiediena tiek traucēta dabiskā ūdens un tvaika cirkulācija. Piespiedu cirkulācija tās sarežģītības dēļ vēl nav atradusi pielietojumu jaudīgos bungu katlos. Tāpēc šāda veida katli tiek izmantoti spēka agregātos ar jaudu līdz 500 MW ar tvaika jaudu līdz 1600 tonnām stundā.

Vienreizēja tipa katlā speciāli sūkņi veic ūdens un tvaika piespiedu cirkulāciju. Padeves ūdens tiek sūknēts ar sūkni 9 caur ekonomaizeru 2 uz iztvaicētāja caurulēm 10, kur tas tiek pārveidots par tvaiku. Caur pārsildītāju 7 tvaiki nonāk turbīnā. Bungas neesamība un ūdens un tvaika piespiedu cirkulācija ļauj iegūt superkritiskus tvaika parametrus: spiedienu līdz 30 MPa un temperatūru līdz 590°C. Tas atbilst spēka agregātiem līdz 1200 MW un tvaika jaudai līdz 4000 t/h.

Katli, kas paredzēti tikai siltumapgādei un tiek uzstādīti vietējās vai rajona katlu mājās, tiek izgatavoti pēc tiem pašiem principiem, kas tika apspriesti iepriekš. Tomēr dzesēšanas šķidruma parametri, ko nosaka siltumenerģijas patērētāju prasības, būtiski atšķiras no iepriekš apskatītajiem (daži šādu katlu tehniskie parametri ir norādīti 1.3. tabulā).

1.3. tabula. Apkures sistēmu apkures katlu tehniskie dati

Piemēram, pie ēkām piestiprinātās katlu mājas ļauj izmantot katlus ar tvaika spiedienu līdz 0,17 MPa un ūdens temperatūru līdz 1150C, un iebūvēto katlu māju maksimālā jauda nedrīkst pārsniegt 3,5 MW, strādājot ar šķidro un gāzveida kurināmo vai 1,7 MW, strādājot ar cieto kurināmo. Apkures sistēmu katli atšķiras pēc dzesēšanas šķidruma veida (ūdens, tvaiks), pēc veiktspējas un siltuma jaudas, pēc konstrukcijas (čuguns un tērauds, mazs un telts utt.).

Tvaika ģenerēšanas jeb karstā ūdens sagatavošanas sistēmas efektivitāti lielā mērā nosaka katla bloka lietderības koeficients (COP).

Vispārīgā gadījumā tvaika katla efektivitāti un degvielas patēriņu nosaka izteiksmes:

kg/s, (1,1)

kur hk ir tvaika katla efektivitāte, %; q2, q3, q4, q5, q6 - siltuma zudumi attiecīgi ar izplūdes gāzēm, ķīmiskā zemdedzināšana, mehāniskā zemdedzināšana, ārējai dzesēšanai, ar izdedžiem,%; B ir kopējais degvielas patēriņš, kg/s; QPC ir darba vides absorbētais siltums tvaika katlā, kJ/m; - pieejamais kurināmā siltums, kas tiek ievadīts krāsnī, kJ/kg.

Att.1.4.

a - bungas tips; b - tiešās plūsmas veids

1- bungas; 2 - ekonomaizers; 3 - dūmgāzu kamera; 4 - savācējs; 5 - sadegšanas kamera; 6 - pacelšanas caurules; 7 - pārkarsētājs; 8 - notekcaurules; 9 - sūknis; 10 - iztvaicētāja caurules

Ja netiek izmantots dūmgāzu siltums, tad

un ar atvērtu sistēmu degvielas žāvēšanai ar izplūdes gāzēm

kur Nuh, Notb ir izplūdes gāzu entalpija, attiecīgi gāzes žāvēšanai atlases vietā un auksts gaiss, kJ / kg; r - gāzes ieguves daļa žāvēšanai; ?yx - liekais gaiss izplūstošajās gāzēs.

Gāzes entalpija temperatūrā T ir skaitliski vienāda ar siltuma daudzumu, kas tiek piegādāts gāzei, karsējot to no nulles Kelvina grādiem līdz temperatūrai T pie nemainīga spiediena.

Izmantojot atvērtā cikla žāvēšanas sistēmu, visi degvielas dati attiecas uz žāvētu degvielu.

Šajā gadījumā neapstrādātas degvielas patēriņš ar mitruma izmaiņām no WP uz Wdry ir

kur Vdush ir žāvētās degvielas patēriņš saskaņā ar (1.1), kg/s; Wdry, WP - žāvētas un nežāvētas degvielas mitruma saturs, %.

Mainoties mitrumam, arī degvielas zemākā sildīšanas vērtība mainās no uz:

KJ/kg (1,4)

Zemākā siltumspēja atbilst siltuma daudzumam, ko degviela izdala tās pilnīgas sadegšanas laikā, neņemot vērā siltumu, kas iztērēts ūdens tvaiku veidošanai, kas atrodas sadegšanas produktos.

Kopējais pieejamais kurināmā siltums, kas nonāk krāsnī

KJ/kg, (1,5)

kur ir degvielas zemākā siltumspēja, kJ/kg; - papildu siltums, ko katlā ievada no ārpuses uzsildīts gaiss, tvaika strūkla utt., kJ / kg.

Indikatīviem aprēķiniem.

Siltums, ko uztver darba vide tvaika katlā

KJ/s, (1,6)

kur Dp - katla tvaika jauda, ​​kg / s; hpp, hpv - pārkarsēta tvaika un padeves ūdens entalpija, kJ/kg; ?Qpc - papildus uztvertais siltums pārkarsētāja klātbūtnē katlā, ūdens attīrīšana utt., kJ/s.

Aptuveniem aprēķiniem?Qpk = 0,2 ... 0,3 Dp (hpp - hpv).

kur un - pelnu pārneses daļa ar sadegšanas produktiem; Nshl - izdedžu entalpija, kJ/kg; AR - darba pelnu saturs kurināmā,%.

Vērtības q3, q4, q5, Wр, Ar ir norādītas speciālajā literatūrā, kā arī mācību grāmatās.

Ar cieto izdedžu noņemšanu var ņemt yx = 1,2 ... 1,25; ?un=0,95; Nshl=560 kJ/kg.

Turklāt pie gaisa temperatūras katla priekšā 300C = 223 kJ/kg, un pie dūmgāzu temperatūras 1200C Hx = 1256 kJ/kg.

Aprēķinu piemērs. Noteikt efektivitāti un degvielas patēriņu tvaika katlam pie šādiem nosacījumiem: Dп=186 kg/s; degviela - žāvētas Berezovska ogles ar Wdry=13%; atvērtā cikla žāvēšanas sistēma, r=0,34; žāvēšanai izņemtā gāze ir Hb=4000 kJ/kg; pārkarsēta tvaika un barības ūdens entalpija attiecīgi hpp = 3449 kJ/kg, hpv = 1086,5 kJ/kg.

Risinājums. Provizoriski saskaņā ar (1.4) nosaka žāvētās degvielas zemāko siltumspēju.

Šeit Wр=33% un =16200 kJ/kg ņemti saskaņā ar .

Uzņemšanās (1,5)

mēs atrodam pēc (1.2)

Mēs atrodam: q3=1%, q4=0.2%, q5=0.26% un ņemot vērā (1.7)

Lai aprēķinātu degvielas patēriņu pēc (1.6) mēs atrodam

Žāvētas degvielas patēriņš saskaņā ar (1.1.)

Neapstrādāts degvielas patēriņš pie Wр =33% saskaņā ar (1.3) ir

Tvaika turbīna. Šis ir siltumdzinējs, kurā tvaika enerģija tiek pārvērsta rotora (vārpstas) un uz tā piestiprināto darba asmeņu rotācijas mehāniskajā enerģijā. Tvaika turbīnas ierīces vienkāršota shēma parādīta 1.5. Uz turbīnas vārpstas 1 ir uzstādīti diski 2 ar rotora lāpstiņām 3. Uz šīm lāpstiņām no katla tiek padots tvaiks no sprauslas 4, kas tiek padots pa tvaika cauruļvadu 5. Tvaika enerģija rotē turbīnas riteni, un vārpstas griešanās tiek pārnesta caur sajūgu 6 uz sinhrono ģeneratora vārpstu 7. Izplūdes tvaiks caur kameru 8 tiek nosūtīts uz kondensatoru.

Tvaika turbīnas iedala aktīvajās un reaktīvajās turbīnās. Aktīvā turbīnā (1.5.c att.) tvaika V2 tilpums pie ieejas rotora lāpstiņām ir vienāds ar tvaika V3 tilpumu pie izejas no lāpstiņām. Tvaika tilpuma paplašināšanās no V1 uz V2 notiek tikai sprauslās. Tajā pašā vietā spiediens mainās no p1 uz p2 un tvaika ātrums no c1 uz c2. Šajā gadījumā tvaika spiediens pie ieplūdes p2 un izplūdes p3 no lāpstiņām paliek nemainīgs, un tvaika ātrums samazinās no c2 līdz c3, jo tvaika kinētiskā enerģija tiek pārnesta uz turbīnas lāpstiņām:

Gp? (s2-s3) 2/2 Gt? St2 / 2,

kur Gp, Gt - tvaika un turbīnas riteņa masa; s2, s3, st - tvaika ātrums pie lāpstiņu ieplūdes un izplūdes un lāpstiņriteņa ātrums.

Strūklas turbīnas lāpstiņu konstrukcija ir tāda (1.5.d att.), ka tvaiks izplešas ne tikai sprauslās no V1 uz V2, bet arī starp lāpstiņriteņa lāpstiņām no V2 uz V3. Šajā gadījumā tvaika spiediens mainās no p2 uz p3 un tvaika ātrums no c2 uz c3. Kopš V2 p3 un saskaņā ar pirmo termodinamikas likumu elementārs tvaika vienības izplešanās darbs

kur F - lāpstiņas laukums, m2; (p2 - p3) - spiediena starpība lāpstiņu ieplūdē un izplūdē, Pa; dS - lāpstiņas pārvietojums, m.

Šajā gadījumā darbs, ko izmanto, lai pagrieztu turbīnas riteni. Tādējādi strūklas turbīnās papildus centrbēdzes spēkiem, kas rodas, mainoties tvaika ātrumam, lāpstiņas ietekmē reaktīvie spēki, ko izraisa tvaika izplešanās.

Mūsdienu turbīnas tiek veidotas gan aktīvas, gan reaktīvas. Jaudīgās vienībās tvaika parametri pie ieejas ir tuvu 30 MPa un 6000C. Šajā gadījumā tvaika aizplūšana no sprauslas notiek ar ātrumu, kas pārsniedz skaņas ātrumu. Tas rada nepieciešamību pēc liela rotora ātruma. Uz turbīnas rotējošām daļām iedarbojas milzīgi centrbēdzes spēki.

Praksē rotora ātrums gan pašas turbīnas, gan sinhronā ģeneratora konstrukcijas īpatnību dēļ ir 3000 1/min. Šajā gadījumā lineārais ātrums uz viena metra diametra turbīnas riteņa apkārtmēra ir 157 m/s. Šādos apstākļos daļiņām ir tendence atrauties no riteņa virsmas ar spēku, kas 2500 reizes pārsniedz to svaru. Inerciālās slodzes tiek samazinātas, izmantojot ātruma un spiediena pakāpes. Katram posmam tiek dota ne visa tvaika enerģija, bet tikai daļa no tās. Tas nodrošina arī optimālu siltuma kritumu uz pakāpieniem, kas ir 40...80 kJ/kg pie apkārtmēra ātruma 140...210 m/s. Mūsdienu turbīnās radītais kopējais siltuma kritums ir 1400...1600 kJ/kg.

Dizaina apsvērumu dēļ 5 ... 12 pakāpieni ir sagrupēti vienā korpusā, ko sauc par cilindru. Mūsdienīgai jaudīgai turbīnai var būt augstspiediena cilindrs (HPC) ar ieplūdes tvaika spiedienu 15 ... 30 MPa, vidēja spiediena cilindrs (MPC) ar spiedienu 8 ... 10 MPa un zema spiediena cilindrs (LPC) ar spiedienu 3 ... 4 MPa. Turbīnas līdz 50 MW parasti izgatavo vienā cilindrā.

Izplūdes tvaiki no turbīnas nonāk kondensatorā dzesēšanai un kondensācijai. Kondensatora cauruļveida siltummainim tiek piegādāts dzesēšanas ūdens ar temperatūru 10...15°С, kas veicina intensīvu tvaika kondensāciju. Tādā pašā nolūkā spiediens kondensatorā tiek uzturēts 3...4 kPa robežās. Atdzesētais kondensāts atkal tiek ievadīts katlā (1.5. att.), un dzesēšanas ūdens, kas uzsildīts līdz 20 ... 25 ° C, tiek izņemts no kondensatora. Ja ūdens dzesēšanai tiek ņemts no rezervuāra un pēc tam neatgriezeniski izvadīts, sistēmu sauc par atvērtas cilpas vienreizēju sistēmu. Slēgtās dzesēšanas sistēmās kondensatorā uzsildītais ūdens tiek sūknēts uz dzesēšanas torņiem - konusa formas torņiem. No dzesēšanas torņu augšas, no 40...80 m augstuma, ūdens plūst lejup, vienlaikus atdzesējot līdz vajadzīgajai temperatūrai. Pēc tam ūdens atgriežas kondensatorā.

Abām dzesēšanas sistēmām ir savas priekšrocības un trūkumi, un tās tiek izmantotas spēkstacijās.

1.5.att. Tvaika turbīnas ierīce:

a - turbīnas lāpstiņritenis; b - trīspakāpju aktīvās turbīnas diagramma; c - tvaika darbs turbīnas aktīvajā stadijā; d - tvaika darbs turbīnas reaktīvā stadijā.

1 - turbīnas vārpsta; 2 - diski; 3 - darba asmeņi; 4 - sprauslas; 5 - tvaika cauruļvads; 6 - sajūgs; 7 - sinhronā ģeneratora vārpsta; 8 - izplūdes tvaika kamera.

Turbīnas, kurās viss tiem piegādātais tvaiks pēc darba pabeigšanas nonāk kondensatorā, tiek sauktas par kondensējošām un tiek izmantotas tikai mehāniskās enerģijas iegūšanai, pēc tam pārvēršot to elektroenerģijā. Šādu ciklu sauc par kondensācijas ciklu, un to izmanto valsts rajona spēkstacijā un IES. Kondensācijas turbīnas piemērs ir K300-240 ar jaudu 300 MW ar sākotnējiem tvaika parametriem 23,5 MPa un 600°C.

Koģenerācijas turbīnās daļa tvaika tiek novadīta uz kondensatoru un tiek izmantota ūdens sildīšanai, kas pēc tam tiek nosūtīts uz dzīvojamo, administratīvo un ražošanas ēku siltumapgādes sistēmu. Ciklu sauc par koģenerāciju, un to izmanto koģenerācijā un GRES. Piemēram, T100-130/565 turbīnai ar jaudu 100 MW sākotnējiem tvaika parametriem 13 MPa un 5650C ir vairākas regulējamas tvaika ekstrakcijas.

Rūpnieciskajām koģenerācijas turbīnām ir kondensators un vairākas regulējamas tvaika nosūkšanas iespējas koģenerācijas un rūpnieciskām vajadzībām. Tos izmanto termoelektrostacijās un valsts rajonu elektrostacijās. Piemēram, P150-130/7 turbīna ar jaudu 50 MW sākotnējiem tvaika parametriem 13 MPa un 5650C nodrošina rūpniecisko tvaika ekstrakciju ar spiedienu 0,7 MPa.

Pretspiediena turbīnas darbojas bez kondensatora, un viss izplūdes tvaiks tiek piegādāts apkures un rūpnieciskajiem patērētājiem. Ciklu sauc par pretspiedienu, un turbīnas izmanto termoelektrostacijās un valsts rajonu elektrostacijās. Piemēram, R50-130/5 turbīna ar jaudu 50 MW sākotnējam tvaika spiedienam 13 MPa un gala spiedienam (pretspiedienam) 0,5 MPa ar vairākām tvaika ekstrakcijām.

Apkures cikla izmantošana ļauj sasniegt efektivitāti līdz 70% TEC, ņemot vērā siltuma piegādi patērētājiem. Kondensācijas ciklā efektivitāte ir 25...40%, atkarībā no sākotnējiem tvaika parametriem un agregātu jaudas. Tāpēc CES atrodas vietās, kur tiek iegūta degviela, kas samazina transportēšanas izmaksas, un TEC atrodas tuvāk siltuma patērētājiem.

Sinhronie ģeneratori. Šīs mašīnas, kas pārvērš mehānisko enerģiju elektriskajā enerģijā, dizains un īpašības ir detalizēti apspriestas īpašās disciplīnās. Tāpēc mēs aprobežojamies ar vispārīgu informāciju.

Sinhronā ģeneratora galvenie konstrukcijas elementi (1.6. att.): rotors 1, rotora tinums 2, stators 3, statora tinums 4, korpuss 5, ierosinātājs 6 - līdzstrāvas avots.

Ātrgaitas mašīnu - turboģeneratoru (n = 3000 1/min) rotors ar neizceļotu polu ir izgatavots no lokšņu elektrotērauda cilindra veidā, kas atrodas uz vārpstas 7. Zema ātruma mašīnām - hidroģeneratoriem (n ≥ 1500 1/min) ir izceļota pola līnija ar punktētu polu rotoru a (s). Rotora virsmas rievās ir izolēts vara tinums, kas ar bīdāmo kontaktu 8 (suku) palīdzību savienots ar ierosinātāju. Stators ir pilns cilindrs, kas izgatavots no elektrotērauda, ​​uz kura iekšējās virsmas rievās atrodas trīs fāzu tinumi - A, B, C. Tinumi ir izgatavoti no vara izolētas stieples, ir identiski viens otram un tiem ir aksiālā simetrija, aizņemot sektorus 120 °. Fāzes tinumu A, B, C sākumi tiek izvesti caur izolatoriem, un tinumu X, Y, Z gali ir savienoti ar kopējo punktu N - neitrālu.

Ģenerators darbojas šādi. Rotora tinumā esošā ierosmes strāva iB rada magnētisko plūsmu Ф, kas šķērso statora tinumus. Ģeneratora vārpstu darbina turbīna. Tas nodrošina vienmērīgu rotora magnētiskā lauka rotāciju ar leņķisko frekvenci?=2?f, kur f ir maiņstrāvas frekvence, 1/s ir Hz. Lai iegūtu maiņstrāvas frekvenci 50 Hz ar magnētisko polu pāru skaitu p, nepieciešams rotora ātrums n=60?f /p.

Pie p = 1, kas atbilst izcilam pola rotoram, n = 3000 1/min. Rotējošais magnētiskais lauks, kas šķērso statora tinumus, inducē tajos elektromotora spēku (EMF). Saskaņā ar elektromagnētiskās indukcijas likumu EML momentānā vērtība

kur w ir apgriezienu skaits.

EML statora tinumos tiek inducēts sinhroni ar magnētiskā lauka izmaiņām, rotoram griežoties.

Att.1.6.

a - ģeneratora dizains; b - tinumu savienojuma shēma;

c - EMF pie ģeneratora tinumu spailēm

1 - rotors; 2 - rotora tinums; 3 - stators; 4 - statora tinums; 5 - korpuss; 6 - patogēns; 7 - rotora vārpsta (ass); 8 - slīdošie gredzeni

Ar vienmērīgu rotora rotāciju un statora tinumu aksiālo simetriju fāzes EMF momentānās vērtības ir vienādas ar:

kur EM ir EML amplitūdas vērtība.

Ja elektriskā slodze Z ir pievienota ģeneratora statora tinumu spailēm, ārējā ķēdē plūst elektriskā strāva

kur ir spriegums tinumu spailēs, kad tajos plūst strāva i un statora tinuma pretestība ir Zin.

Praksē ērtāk ir izmantot nevis momentānās, bet efektīvās elektrisko daudzumu vērtības. Nepieciešamās attiecības ir zināmas no fizikas kursa un elektrotehnikas teorētiskajiem pamatiem.

Ģeneratora darbība lielā mērā ir atkarīga no iekārtas ierosmes un dzesēšanas režīma. Dažādas ierosmes sistēmas (neatkarīga un pašiedvesma, elektriskā mašīna un tiristoru uc) ļauj mainīt iB vērtību un līdz ar to magnētisko plūsmu Ф un EMF statora tinumos. Tas dod iespēju noteiktās robežās (parasti ± 5%) regulēt spriegumu pie ģeneratora izejām.

Aktīvās jaudas daudzumu, ko turboģenerators piegādā elektrotīklam, nosaka jauda uz turbīnas vārpstas un tiek kontrolēta ar tvaika padevi turbīnai.

Ģeneratora darbības laikā tas uzsilst, galvenokārt siltuma izdalīšanās dēļ tinumos, ko plūst strāva. Tāpēc dzesēšanas sistēmas efektivitāte ir būtiska.

Mazjaudas ģeneratoriem (1...30 MW) ir iekšējo virsmu gaisa dzesēšana pēc plūsmas (atvērta) vai reģeneratīvā (slēgtā) shēmas. Uz vidējas jaudas (25 ... 100 MW) ģeneratoriem tiek izmantota virsmas ūdeņraža dzesēšana slēgtā ķēdē, kas ir efektīvāka, bet prasa īpašus drošības pasākumus. Jaudīgiem ģeneratoriem (vairāk nekā 100 MW) ir piespiedu ūdeņraža, ūdens vai eļļas dzesēšana, kurā dzesēšanas šķidrums zem spiediena tiek sūknēts statora, rotora, tinumu iekšpusē caur īpašiem dobumiem (kanāliem).

Ģeneratoru galvenie tehniskie raksturlielumi: nominālais spriegums ģeneratora statora tinuma spailēs, Unom: 6,3-10,5-21 kV (lielākas vērtības atbilst jaudīgākiem ģeneratoriem); nominālā aktīvā jauda, ​​Рnom, MW; nominālās jaudas koeficients; nominālā efektivitāte 90...99%.

Šīs iespējas ir saistītas:

Elektrostaciju pašu vajadzības. Ne visa TPP saražotā elektriskā un siltumenerģija tiek nodota patērētājiem. Daļa paliek stacijā un tiek izmantota tās darbības nodrošināšanai. Galvenie šīs enerģijas patērētāji ir: degvielas transportēšanas un sagatavošanas sistēma; ūdens un gaisa padeves sūkņi; ūdens, gaisa, dūmgāzu uc attīrīšanas sistēma; sadzīves un ražošanas telpu apkure, apgaismojums, ventilācija, kā arī virkne citu patērētāju.

Daudzi pašu vajadzību elementi elektroapgādes drošuma ziņā ietilpst pirmajā kategorijā. Tāpēc tie ir savienoti ar vismaz diviem neatkarīgiem enerģijas avotiem, piemēram, ar avotiem savā stacijā un ar elektrotīklu.

Sadales iekārta. Ģeneratoru saražotā elektroenerģija tiek savākta sadales iekārtā (RU) un pēc tam sadalīta starp patērētājiem. Lai to izdarītu, ģeneratora statora tinumu spailes ir savienotas ar sadales iekārtas kopnēm caur īpašām komutācijas ierīcēm (slēdžiem, atdalītājiem utt.) Ar stingriem vai elastīgiem vadītājiem (riepām). Katrs savienojums sadales iekārtā tiek veikts, izmantojot īpašu šūnu, kurā ir nepieciešamais aprīkojuma komplekts. Tā kā elektroenerģijas pārvade, sadale un ģenerēšana, kā arī tās patēriņš notiek dažādos spriegumos, stacijā ir vairākas sadales iekārtas. Ģeneratoru nominālajam spriegumam, piemēram, 10,5 kV, tiek veikta ģeneratora sprieguma sadales iekārta. Parasti tas atrodas stacijas ēkā un ir slēgts pēc projekta (ZRU). Šai sadales iekārtai ir pievienoti cieši izvietoti patērētāji. Elektroenerģijas pārvadei pa elektrolīnijām (TL) lielos attālumos un saziņai ar citām stacijām un sistēmu nepieciešams izmantot 35 ... 330 kV spriegumu. Šāda komunikācija tiek veikta, izmantojot atsevišķas sadales iekārtas, parasti atvērtā tipa sadales iekārtas (ORU), kurās ir uzstādīti pakāpju transformatori. Patērētāju pieslēgšanai savām vajadzībām kalpo - RUSN. No RUSN autobusiem elektroenerģija tiek tieši un caur pazeminošiem transformatoriem pārsūtīta patērētājiem elektrostacijās.

Līdzīgi principi tiek izmantoti koģenerācijas ražotās siltumenerģijas sadalē. Speciālie kolektori, tvaika cauruļvadi, sūkņi nodrošina siltumapgādi rūpnieciskajiem un komunālajiem patērētājiem, kā arī palīgsistēmai.

Interaktīva aplikācija "Kā koģenerācija darbojas"

Attēlā pa kreisi ir Mosenergo elektrostacija, kas ražo elektroenerģiju un siltumu Maskavai un reģionam. Kā degviela tiek izmantota videi draudzīgākā degviela - dabasgāze. Koģenerācijas stacijā gāze pa gāzes vadu tiek piegādāta tvaika katlam. Gāze sadeg katlā un silda ūdeni.

Lai gāze degtu labāk, katlos ir uzstādīti vilkmes mehānismi. Katlā tiek piegādāts gaiss, kas gāzes sadegšanas procesā kalpo kā oksidētājs. Lai samazinātu trokšņa līmeni, mehānismi ir aprīkoti ar trokšņa slāpētājiem. Dūmgāzes, kas veidojas kurināmā sadegšanas laikā, tiek novadītas skurstenī un izkliedētas atmosfērā.

Karstā gāze plūst caur dūmvadu un silda ūdeni, kas iet caur katla īpašajām caurulēm. Sildot, ūdens pārvēršas pārkarsētā tvaikā, kas nonāk tvaika turbīnā. Tvaiks iekļūst turbīnā un sāk griezt turbīnas lāpstiņas, kuras ir savienotas ar ģeneratora rotoru. Tvaika enerģija tiek pārvērsta mehāniskajā enerģijā. Ģeneratorā mehāniskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā, rotors turpina griezties, radot statora tinumos maiņstrāvu.

Izmantojot pakāpju transformatoru un pakāpju transformatoru apakšstaciju, elektroenerģija patērētājiem tiek piegādāta pa elektropārvades līnijām. Turbīnā izplūstošais tvaiks tiek nosūtīts uz kondensatoru, kur tas pārvēršas ūdenī un atgriežas katlā. Termoelektrostacijā ūdens kustas pa apli. Dzesēšanas torņi ir paredzēti ūdens dzesēšanai. TEC izmanto ventilatoru un torņu dzesēšanas torņus. Ūdens dzesēšanas torņos tiek dzesēts ar atmosfēras gaisu. Rezultātā izdalās tvaiks, ko mēs redzam virs dzesēšanas torņa mākoņu veidā. Ūdens dzesēšanas torņos zem spiediena paceļas un kā ūdenskritums krīt lejā priekškamerā, no kurienes plūst atpakaļ uz koģenerāciju. Lai samazinātu pilienu iekļūšanu, dzesēšanas torņi ir aprīkoti ar ūdens slazdiem.

Ūdens padeve tiek nodrošināta no Maskavas upes. Ķīmiskās ūdens attīrīšanas ēkā ūdens tiek attīrīts no mehāniskiem piemaisījumiem un nonāk filtru grupās. Dažās no tām tas ir sagatavots līdz attīrīta ūdens līmenim, lai pabarotu apkures sistēmu, citās - līdz demineralizētā ūdens līmenim un dodas barot spēka agregātus.

Slēgts arī karstā ūdens apgādei un centralizētajai siltumapgādei izmantotais cikls. Daļa tvaika no tvaika turbīnas tiek nosūtīta uz ūdens sildītājiem. Tālāk karstais ūdens tiek nosūtīts uz siltumpunktiem, kur notiek siltuma apmaiņa ar ūdeni, kas nāk no mājām.

Mosenergo augstas klases speciālisti atbalsta ražošanas procesu visu diennakti, nodrošinot milzīgo metropoli ar elektrību un siltumu.

Kā darbojas kombinētā cikla barošanas bloks