Лекція Технологічний процес виробництва електроенергії
Страница 2 из 3
У магнітогідродинамічних, генераторах (МГД-генераторах) потік «гарячих» електропровідних газів—плазми з" температурою до 2500...3000 К, спрямовується в міжполюс-ний простір потужних електромагнітів. Рух такого газоподібного провідника рівнозначний переміщенню якоря звичайних електричних машин в магнітному полі. Але в МГД-генераторах відпадає стадія механічної енергії машин, що обертаються, і перетворення теплової енергії в електричну відбувається при більш високому ККД. Проте розробка МГД-генераторів поки що перебуває в стадії експериментальних і теоретичних досліджень, так що практичного значення в електроенергетиці вони не мають. Водночас вже почали будувати газотурбінні установки, які також дають можливість виключити стадію перетворення хімічної енергії палива в теплову енергію пари та істотно підвищити ККД теплових електростанцій.
На електростанціях, де використовується енергія води (гідроелектростанціях) або вітру, перетворення енергії відбувається теж у дві стадії: спочатку енергія джерела приводить у дію первинний двигун, а потім механічна енергія через генератор перетворюється в електричну.
Вода в річці внаслідок різниці рівня безперервним потоком переміщується від верхів'я до гирла. Якщо в якому-небудь місці (створі) перегородити річку / греблю 3 (рис. 2), то рівень води до греблі значно піднімається порівняно з її рівнем після греблі. Різниця рівнів верхнього 2 і нижнього 4 водяного простору (б'єфа) називається напором, або висотою падіння. Якщо на лопатки гідротурбіни спрямувати потік води з верхнього б'єфа, то колесо турбіни почне обертатися, а разом з ним і вал турбіни та ротор електричного генератора. Потужність гідроелектростанцій залежить від напору і кількості води, що проходить за одиницю часу через турбіни. Об'єм води, яка протікає за певний проміжок часу через створ (переріз) річки, називається стоком річки.
Отже, потужність водяного потоку визначається різницею рівнів води (напором) і стоком води. Гідроелектростанція використовує лише енергію певної ділянки річки. Для повнішого використання енергії річки будують каскад гідроелектростанцій, тобто кілька електростанцій, розміщених на різних ділянках. Таким каскадом, наприклад, на Дніпрі є Дніпровський каскад з Київською, Кременчуцькою, Канівською, Дніпровською, Дніпродзержинською та Каховською гідроелектростанціями. ККД сучасних гідроелектростанцій набагато вищий, ніж теплових, і досягає 85 %.
Залежно від типу споруд гідроелектростанції поділяються на пригребельні, гребельні, дериваційні та змішані.
Пригребельні гідроелектростанції споруджують безпосередньо біля греблі. На цих електростанціях весь напір створюється греблею.
У гребельних гідроелектростанціях турбіни, генератори та інше обладнання розміщені в тілі греблі, або навпаки, водоскидні споруди розміщенні в межах будівлі гідроелектростанції.
Дериваційні гідроелектростанції споруджують на гірських ріках. На цих електростанціях значна частина напору створюється дериваційним (обвідним) водоводом. Такими водоводами можуть бути відкриті канали, тунелі або трубопроводи.
У змішаних гідроелектростанцій напір створюється греблею і дериваційними спорудами.
Разом з будівництвом гідроелектростанцій розв'язуються і питання комплексного використання води річок для судноплавства, водопостачання, зрошування земель, риборозведення тощо.
Гідроелектростанції порівняно з тепловими мають ряд переваг: 1) технологічний процес і виробництва електроенергії значно простіший; 2) більший ККД; 3) нижча собівартість електроенергії. На великих гідроелектростанціях вона у п'ять раз менша, ніж на теплових. Це пояснюється відсутністю затрат на паливо і зменшенням кількості обслуговуючого персоналу в зв'язку з відсутністю котельні.
Основним недоліком гідроелектростанцій є велика вартість і значні строки спорудження.
Атомні електростанції належать до теплових станцій. На відміну на атомній електростанції встановлені атомний реактор і паровий котел. Джерелом енергії на цих електростанціях є ядерне паливо: уран-235, уран-233, плутоній-239 та ін. Внаслідок ланцюгової реакції поділу ядер виділяється дуже велика кількість теплової енергії, що використовується для виробництва електроенергії.
Тепло атомної електростанції може бути використане за одно - або двоконтурною схемою. При одноконтурній схемі перегріта пара від реактора надходить безпосередньо у парову турбіну. За такою схемою працює, наприклад Білоярська атомна електростанція.
На рис. З зображено спрощену технологічну схему двоконтурної атомної електростанції на високих початкових параметрах пари (17...9 МПа, 500 °С). В реакторі 1 внаслідок ланцюгової реакції поділу ядер, наприклад урану-235, повільними нейтронами виділяється тепло. Для сповільнення реакції поділу ядер можна використовувати графіт. Графітний циліндр 2 має велику кількість робочих каналів 5. У робочому каналі всередині ядерної втулки 3 розміщена У-подібна стальна трубка 4, по якій переміщується охолодний теплоносій. У трубках вода під тиском по одній половині протікає вниз, а по другій — повертається. наверх. Кінці трубок з'єднані колектором 6. Безперервна циркуляція води у трубках 4 і сепараторі 7 забезпечується насосом 8. У верхній частині сепаратора 7 збирається насичена пара НП, яка проходить через робочі канали 5, перегрівається (17 МПа, 500 °С) і надходить до парового котла 9. Після теплообмінника 10 конденсат разом з водою із сепаратора 7 знову подається до робочих каналів реактора.
Паровий котел складається з теплообмінника 10, котла насиченої пари 11 і пароперегрівника 12. Перегріта пара ПП з котла надходить до парової турбіни 13, розміщено! на одному валу з генератором 14. Відпрацьована пара ВП, як і на інших паротурбінних електростанціях, з турбіни надходить у конденсатор 15. Циркуляційна вода ЦВ подається насосом 17. Із конденсатора конденсат К насосом 18, подається в деаератор 19. Підігріта вода ПВ живильним насосом 20 через регенативний підігрівник 21 спрямовується у теплообмінник 10. Вода в підігрівнику підігрівається парою Я, що відбирається з проміжного ступеня турбіни. Вода в системі поповнюється додатковою водою ДВ. Повітря, що проникає в конденсатор, вилучається ежектором 16, який підтримує в конденсаторі певний ступінь вакууму.
Отже вода і пара вторинного контура, що проходить через турбіну, ізольовані від контура реактора і тому практично позбавлені радіоактивності.
Двоконтурна атомна електростанція за схемою дещо складніша, ніж одноконтурна, проте забезпечує високу безпеку обслуговування турбіни допоміжного обладнання, В основу контролю і керування атомних електростанцій. покладено принцип централізації і автоматичного регулювання технологічним процесом.
Атомні електростанції здебільшого споруджуються у районах, де немає інших енергоресурсів.
Перше покоління атомних електростанцій працює на теплових (повільних) нейтронах, що дає змогу використати невелику частину енергії, яка міститься в ядерному паливі. Будівництвом атомної електростанції в м. Шевченкові на березі Каспійського моря почався новий етап — спорудження атомних електростанцій другого покоління з реакторами на швидких нейтронах.
При поділі ядер палива швидкими нейтронами стає можливим повністю використати енергію матеріалів, які розщеплюються.
До переваг атомних електростанцій порівняно іншими слід віднести:
1) незначну витрату палива. На першій атомній електростанції потужністю 5000 кВт витрати урану на добу становлять ЗО г. Паротурбінна електростанція такої самої потужності при роботі на пиловугільному паливі витрачає за добу понад 100 т вугілля;
2) можливість спорудження в будь-якому місці, Де є її водоймище, оскільки це не пов'язано з розміщенням природного запасу енергоресурсів і перевезенням великої кількості палива;
3) відсутність забруднення повітря димом і кіптявою. Проте досвід експлуатації і особливо аварія на Чорнобильській АЕС показали, що на цих електростанціях слід передбачати значно вищий рівень безпеки, ніж на інших. Перспективним є будівництво АЕС, що використовують енергію не розпаду важких атомів, а синтез легких атомів водню з утворенням гелію. При цьому джерелом енергії є звичайна вода, а енергії з одиниці маси речовини виділяється значно більше.
При передачі електроенергії від електростанції до споживачів залежно від параметрів електричних мереж і генераторів мають місце її втрати в опорах струмопровідних елементів.
Отже, при виробництві, передачі і споживанні електроенергії частина її витрачається на виконання корисної роботи, а частина — на покриття витрат у різноманітних машинах, механізмах тощо. Чим менші втрати енергії, тим вищий ККД установки (електростанції, окремого генератора, електродвигуна, лінії електропередачі). Чим більший ККД, тим установка економніша. На електростанції, наприклад, з вищим ККД при тих самих затратах первинної енергії буде більше вироблено електроенергії.
За видом споживачів електростанції бувають районні, промислові (фабрично-заводські), сільські, міські (комунальні) і спеціального призначення.
Районні електростанції споруджують поблизу природного джерела енергії (палива, чи великої ріки) або споживачів. Місце спорудження вибирають на основі техніко-економічних розрахунків. Потужність таких електростанцій велика і досягає кількох сотень тисяч і навіть мільйонів кіловат. Вони живлять електроенергією великі промислові райони і районні енергосистеми.
Промислові електростанції споруджують на території великих підприємств для електропостачання виробничих цехів, допоміжних служб, житлових будинків, а також установ, що містяться поблизу підприємства. До них належать і електростанції новобудов.
Сільські електростанції використовуються як резервні для електропостачання колгоспів і радгоспів, а також сільських населених пунктів з виробничими підприємствами. Міські (або комунальні) електростанції постачають електроенергію, а також тепло, головним чином, містам і міським населенним пунктам.
