Классификация ЭС по типу используемых энергоресурсов

 

 

                                                         

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

по дисциплине Режимы работы и эксплуатация ТЭС

 

на  тему:

«Классификация ЭС по типу используемых энергоресурсов»

 

 

 

 

 

 

Уровень образования: Бакалавриат

Направление: Теплоэнергетика

Профиль: Технологии производства тепловой и электрической энергии

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  3

 

1. Электростанции, работающие на невозобновляемых

источниках энергии. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Электростанции, работающие на возобновляемых

источниках  энергии. . . .  . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13

3.  Топливный баланс электростанций России. Тенденции развития. . . . . 24 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . 29

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . .   . . . . . 32

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Без электроэнергии не возможна нормальная жизнь современного общества. Электрическая энергия  широко используется в промышленности, на транспорте, в быту. Основными  преимуществами электрической энергии  является то, что она может легко передаваться на большие расстояния и относительно просто с небольшими потерями преобразовываться в другие виды энергии.

Электроэнергия  вырабатывается на электростанциях, которые  преобразуют в электрическую  другие виды энергии, а именно, химическую энергию органического топлива, атомную энергию, энергию воды, ветра, солнца и другие виды энергии. Классификация электростанций в зависимости от применяемых энергоресурсов приведена в таблице 1.

Кроме того, энергоресурсы разделяют на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относятся природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет (например, энергия воды, ветра, солнца и т.д.). К невозобновляемым ресурсам относятся природные ресурсы, ранее накопленные в природе, но в новых геологических условиях практически не образующиеся (например, нефть, газ, каменный уголь, ядерное топливо и др.).

Большую часть  электроэнергии (как в России, так  и в мире) вырабатывают ТЭС, АЭС  и ГЭС. Состав электростанций различного типа в той или иной стране зависит от наличия и размещения на территории энергоресурсов. Потребности в электричестве увеличиваются с каждым годом. Поэтому важным на сегодняшний день направлением развития электроэнергетики является разработка технологий применения возобновляемых источников энергии для производства электроэнергии.

Целью данной работы является краткий обзор видов  электростанций в зависимости от типа используемых ресурсов.

Задачи данной курсовой работы: 1. Краткое описание принципа работы электростанций в зависимости от используемых ресурсов; 2. Определение доли производства электрической энергии в зависимости от используемых энергоресурсов в России и с точки зрения перспектив развития.

Таблица 1.

Классификация ЭС по типу энергоресурсов
ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ	Тепловые электростанции (ТЭС)	Газовые электростанции
		Жидкотопливные электростанции
		Твердотопливные электростанции
	Атомные электростанции (АЭС)
	Гидроэлектрические станции (ГЭС)	Русловые гидроэлектростанции
		Приплотинные гидроэлектростанции
		Деривационные гидроэлектростанции
		Гидроаккумулирующие электростанции
		Приливные электростанции
		Волновые электростанции
		Осмотические электростанции
	Ветроэлектростанции (ВЭС)
	Геотермальные электростанции
	Солнечные электростанции (СЭС)

 

 

1. Электростанции, работающие на невозобновляемых источниках энергии.

К электростанциям, работающим на невозобновляемых источниках энергии относятся тепловые и  атомные электростанции.

Тепловая  электростанция (ТЭС), электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Его подразделяют на твердое, жидкое и газообразное топливо.

К твердому топливу  относят: каменный и бурый уголь, торф, дрова, сланцы, отходы лесопильных и деревообрабатывающих производств, растительные отходы сельскохозяйственного производства.

К жидкому топливу  относят нефть, а также различные  продукты её переработки: бензин, керосин, масла, мазут.

К газообразному  топливу относят природный газ, попутный нефтяной газ, газообразные отходы металлургического производства (коксовый и доменный газ), крекинговый газ, а также генераторный газ, получаемый искусственным путем в специальных газогенераторных установках.

Все виды органического  топлива представляют собой углеводородные соединения, в которые входят небольшие количества других веществ.

Тепловые электростанции (ТЭС) подразделяют на конденсационные (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и  газотурбинные.

Тепловые конденсационные  электростанции строят по возможности ближе к местам добычи топлива, с учетом наличия источника водоснабжения. Особенностью агрегатов КЭС является то, что они недостаточно маневренны. Подготовка к пуску, разворот, синхронизация и набор нагрузки требуют 3-6 часов. Поэтому для них предпочтительным является режим работы с равномерной нагрузкой. Коэффициент полезного действия КЭС составляет примерно 40 %. Они загрязняют атмосферу, изменяют тепловой режим источников водоснабжения, оказывая, таким образом, негативное влияние на окружающую среду.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) строят вблизи потребителей тепла. Эти электростанции более экономичны. Коэффициент использования тепла  достигает 60-70 %. Но на окружающую среду, как и ТЭС, эти станции оказывают  негативное воздействие.

На тепловых электростанциях большой мощности превращение теплоты в работу производится в циклах, в которых в качестве основного рабочего тела используется водяной пар высоких давлений и температуры. Водяной пар производится паровыми котлами, работающими на органическом топливе. Принципиальная тепловая схема конденсационной электростанции (КЭС), показана на рис. 1.

В парогенераторе 1 вода, нагнетаемая насосом 5, превращается в водяной пар за счет теплоты  сжигаемого топлива. Пар поступает  в турбину 2, вращающую генератор 3. Тепловая энергия пара преобразуется в турбине в механическую работу, которая в свою очередь преобразуется в генераторе в электроэнергию. Из турбины отработанный пар поступает в конденсатор 4, где он превращается в воду. Насос 5 нагнетает конденсат в парогенератор, замыкая цикл [2, с. 94].

Технологическая схема КЭС состоит из нескольких систем: топливоподачи, топливо приготовления, основного пароводяного контура вместе с парогенератором и турбиной, циркуляционного водоснабжения, водоподготовки, золоулавливания и золоудаления и электрической части станции.

Наибольшие  потери энергии на КЭС имеются  в основном пароводяном контуре, а именно в конденсаторе. Отработавший пар содержит большое количество теплоты, которую отдает циркуляционной воде. Теплота с циркуляционной водой уносится в водоемы.

Для повышения  экономичности работы паротурбинных  установок, помимо повышения параметров пара, применяют регенеративный цикл, в котором питательная вода до её поступления в котельный агрегат  подогревается паром, отбираемым из промежуточных ступеней паровой турбины. Применение регенеративного подогрева увеличивает КПД на 10-15 %. В настоящее время регенеративный подогрев применяется на всех крупных электростанциях.

Другим способом экономичного использования теплоты  отработавшего пара является комбинированная выработка тепла и электроэнергии. Установки, служащие для комбинированной выработки тепла и электроэнергии, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), где применяется теплофикационный цикл.

ТЭЦ предназначены для централизованного снабжения потребителей электроэнергией и теплотой. ТЭЦ, как и КЭС, является тепловой электростанцией. Отличаются они от КЭС использованием теплоты отработавшего в турбинах пара для нужд промышленного производства, отопления, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения. Теплофикация позволяет достичь значительной экономии топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на КЭС и получением тепла от местных котельных. Поэтому ТЭЦ получили широкое распространение в районах с большим потреблением тепла. Простейшая схема теплофикационной установки приведена на рис. 2 с основными элементами паросиловой установки.

Охлаждающая вода под действием  насоса 8 циркулирует по замкнутому контуру, в который включен потребитель. Температура её на выходе из конденсатора ниже температуры конденсата, но достаточно высока для обогрева помещений. Конденсат забирается насосом 5 и после сжатия подается в котел 1. Охлаждающая вода нагревается за счет теплоты конденсирующего пара и под напором, создаваемым насосом 8, поступает в отопительную систему 7. В ней вода отдает тепло окружающей среде, обеспечивая необходимую температуру помещений. На выходе из отопительной системы охлажденная вода опять поступает в конденсатор и в нем опять нагревается поступающим из турбины паром. При наличии постоянного потребителя производственного пара пользуются турбиной, работающей с противодавлением без конденсатора [2, с. 101].

В отличие от паротурбинного, в циклах газотурбинных установок рабочим телом служат нагретые до высокой температуры сжатые газы. Как правило, смесь воздуха и продуктов сгорания жидкого или газообразного топлива.

Высокий уровень температур при  подводе теплоты в газотурбинной  установке и низкий уровень отвода теплоты в паротурбинной установке  привели к развитию комбинированного парогазового цикла, который применяется при разнообразном сочетании двух рабочих тел: газа и водяного пара. Парогазовый цикл содержит газотурбинную ступень в области высоких температур и паротурбинную в области низких. Отработавший в газовой ступени турбине газ отдают свою теплоту в паровой ступени для промежуточного перегрева пара, нагрева питательной воды и др. На рис. 3 представлена простейшая схема парогазовой установки с использованием теплоты из газовой ступени для подогрева питательной воды.

В камеру сгорания 2 подается топливо, а компрессором 1 – сжатый воздух. Продукты сгорания, отработав в газовой турбине 3, поступают в подогреватель 6, где нагревают питательную воду, поступающую в котел 5, и удаляются в атмосферу. Перегретый пар, получаемый в котле, расширяется в паровой турбине 9 и конденсируется в конденсаторе 8. Конденсат насосом 7 перекачивается в подогреватель 6, где обогревается и поступает затем в котел. Полезная мощность, вырабатываемая газовой и паровой турбиной, передается генераторам 4 и 10 [2, с. 111].

В парогазовой  установке термический КПД общего цикла больше чем КПД отдельно газового и парового циклов. Если топку котла использовать в качестве камеры сгорания топлива, а воздух подавать компрессором под давлением (под наддувом), то установка (высоконапорный парогенератор) будет более компактной и эффективной.

КПД парогазовой  установки повышается регенеративном подогреве воды, подаваемой в парогенератор. Использование отработавшего в  турбине пара для теплофикации также повышает эффективность установки.

Атомные электрические  станции (АЭС) – это по существу тепловые электрические станции, которые используют тепловую энергию ядерных реакций. Цепная реакция деления ядер урана обеспечивается в ядерном реакторе. В качестве ядерного горючего преимущественно используется изотоп ²³⁵U ввиду эффективности деления его ядер при «бомбардировке» медленными тепловыми нейронами. Тепловая энергия, выделяющаяся при реакции деления, отводится из активной зоны реактора с помощью теплоносителя. Как правило, в качестве теплоносителя используется тщательно очищенная вода. Реакторы могут работать в водном или паровом режиме. В случае парового режима, пар получается непосредственно в активной зоне.

При делении  ядер урана или плутония образуются быстрые нейроны. В природном или слабообогащенном уране содержание ²³⁵U невелико, цепная реакция на быстрых нейронах не развивается. Поэтому быстрые нейроны замедляют до тепловых, т.е. медленных нейронов. Основными замедлителями являются вода, тяжелая вода, графит.

В настоящее  время наиболее освоены реакторы на тепловых нейронах, т.к. они проще  конструктивно и легче управляемы. Но перспективным направлением является использование реакторов на быстрых  нейронах с расширенным воспроизводством ядерного горючего – плутония. Таким образом может быть использована большая часть  ²³⁸U, содержание которого в природном уране составляет 99,28%.

Технологическая схема АЭС зависит от типа реактора, вида теплоносителя и замедлителя  и ряда других факторов. Схема может быть одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной. На рис. 4 представлена двухконтурная АЭС с водо – водяным реактором на тепловых нейронах. Видно, что эта схема близка к схеме КЭС [2, с. 115].