Современные и перспективные источники электроэнергии 6

Магнитогидродинамическое преобразование энергии 40

2.2. Силовые трансформаторы и автотрансформаторы 69

2.3 Особенности конструкции и режимы работы автотрансформаторов 73

3. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ 81

3.1.2. Условия гашения дуги переменного тока 83

3.1.3. Способы гашения дуги в коммутационных аппаратах до 1000 В 84

3.1.4 Основные способы гашения дуги в аппаратах выше 1 кВ 86

3.1.5 Нагрузочная способность токоведущих проводников и аппаратов 87

3.1.6 Стойкость проводников и аппаратов при коротких замыканиях 89

4.1. Коммутационные аппараты на напряжение до 1000 В 94

4.2 Коммутационные аппараты на напряжение выше 1000 В 109

5.6 Схемы «Полуторная» и 4/3 (четыре – третьих) 150

5.7 Схема с двумя выключателями на одно присоединение 153

5.9 Схемы генераторных распределительных устройств 156

Электроэнергетика – ведущая составляющая часть энергетики, обеспечивающая электрификацию хозяйства страны на основе рационального производства и распределения электроэнергии. Электроэнергия занимает особое место в промышленности любой страны, что объясняется такими её преимуществами перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния и распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной особенностью электроэнергии является одновременность её генерирования и потребления.

Основная часть электроэнергии вырабатывается крупными электростанциями. Электростанции объединены между собой и с потребителями высоковольтными линиями электропередачи (ЛЭП) и образуют электрические системы.

Электрическая станция – это совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции, гидроэлектрические станции, гидроаккумулирующие электростанции, атомные электростанции, приливные электростанции, ветроэлектростанции, геотермические электростанции и электростанции с магнитогидродинамическим генератором.

В данном пособии кратко показаны основные особенности производства электроэнергии и устройство электростанций различных типов, а также конструкция основного электрооборудования станций и подстанций.

Современные и перспективные источники электроэнергии

Реки были первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энергию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже пользовались водяным колесом в виде вала с лопатками (рис. 1.1). Почти полторы тысячи лет после распада Римской империи водяные колеса служили основным источником энергии для всевозможных производственных процессов в Европе, заменяя физический труд человека.

Турбина – энергетически очень выгодная машина, потому что вода легко и просто меняет поступательное движение на вращательное. Тот же принцип часто используют и в машинах, которые внешне совсем не похожи на водяное колесо (если на лопатки воздействует пар, то речь идет о паровой турбине).

Преимущества гидроэлектростанций очевидны: постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды.

Уголь. Мировые геологические запасы угля, выраженные в условном топливе, оцениваются в 12000 млрд т, из которых 6000 млрд т относятся к достоверным. Наглядное представление о мировых запасах угля и перспективах их использования дает рис. 1.2. Наибольшими достоверными запасами располагают Россия и США. Значительные достоверные запасы имеются в ФРГ, Англии, КНР и ряде других стран. Современная техника и технология позволяют экономически оправданно добывать лишь 50 % от всех достоверных запасов угля.

Рисунок 1.1 - Схема простого водяного колеса с вертикальным валом

а – на различных континентах; б – перспектива использования

Запасы угля мирового масштаба находятся в Восточной и Западной Сибири. Среди подсчитанных общих геологических запасов углей в России более 90 % составляют энергетические угли и менее 10 % - дефицитные коксующиеся угли, необходимые для металлургии. Энергетические угли большой массы (202 млрд т) имеются на площадях, пригодных для открытой разработки. Это, например, Канско-Ачинский бассейн в Восточной Сибири, где имеются запасы бурых углей в мощных (от 20 до 40 м) пластах, залегающих на глубине менее 200 м от поверхности, и многие другие.

Атомная энергия. При исследовании распада атомных ядер оказалось, что каждое ядро весит меньше, чем сумма масс его протонов и нейтронов. Это объясняется тем, что при объединении протонов и нейтронов в ядро выделяется много энергии. Убыль массы ядер на 1 грамм эквивалентна количеству тепловой энергии, получаемой при сжигании 300 вагонов каменного угля.

Нейтрон – электрически нейтральная частица, поэтому легко может проникнуть в атомное ядро. Под действием одного нейтрона наступает деление (расщепление) ядра. Например ядро урана-235 распадается на два приблизительно одинаковых осколка, например на ядра криптона и бария. Эти осколки с огромными скоростями разлетаются в разных направлениях. Но главное в этом процессе, что при распаде одного ядра урана возникают два-три новых свободных нейтрона. Каждый из новых нейтронов может сделать то же, что сделал первый, когда расщепил одно ядро. Так происходит цепная реакция, и, если ею не управлять, она приобретает лавинный характер и заканчивается мощнейшим взрывом.

Энергия, выделяющаяся при термоядерной реакции на единицу топлива, превосходит энергию, получаемую при расщеплении (делении) тяжелых ядер урана или плутония. Количество энергии, выделяемой газообразным дейтерием массой 1 кг в результате реакции синтеза, соответствует энергии, выделяемой при сжигании 10 тыс. т угля.

Одним из перспективных источников получения электричества является освоение термоядерной энергии, т. е. энергии трития и дейтерия, содержащейся в неисчерпаемых количествах в воде океанов.

Ветровая энергия. По оценкам различных исследований, общий ветроэнергетический потенциал Земли приблизительно равен 175-219 тыс. ТВт×ч в год. Однако с пользой может быть использовано только 5 %.

Возможности применения этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20–30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования. Ветроэнергетическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2 (скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м².

Геотермальная энергия. Энергетика земли – геотермальная энергетика, базируется на использовании природной теплоты Земли. Под геотермальной энергией понимают физическое тепло флюидов (сухих горячих паров и воды) и сухих горных парод, расположенных на различных глубинах и имеющих температуры, превышающие температуру воздуха на поверхности.

Верхняя часть земной коры имеет термический градиент, равный 20–30 °С в расчете на 1 км глубины. По данным Уайта (1965 г.), количество теплоты, содержащейся в земной коре до глубины 10 км (без учета температуры поверхности), равно приблизительно 12,6·10²⁶ Дж. Эти ресурсы эквивалентны теплосодержанию 4,6·10¹⁶ т угля (принимая среднюю теплоту сгорания угля равной 27,6·10⁹ Дж/т), что более чем в 70 тыс. раз превышает теплосодержание всех мировых ресурсов угля, которые можно извлечь с техническо-экономической точки зрения.

Наибольший интерес представляют гидротермальные источники, при которых подземное тепло выносится на поверхность через скважину потоком горячей термальной воды. Вода, поступающая на поверхность, находится под давлением и в большинстве случаев перегрета. При сбросе давления эта вода вскипает и превращается в пар, который может быть использован в паровой турбине.

В настоящее время термальные воды широко применяются для отопления и горячего водоснабжения в ряде стран. Так, столица Исландии Рейкьявик почти полностью обогревается теплотой подземных источников. В больших масштабах термальные воды для теплоснабжения используют в Австралии, Новой Зеландии, Италии.

Эксплуатация первой геотермальной электростанции была начата в Италии в 1904 г. Интерес к таким станциям возрос в последние годы в связи с резким увеличением цен на ископаемое топливо на мировом рынке.

Энергия мирового океана. Запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн км²) занимают моря и океаны. Акватория Тихого океана составляет 180 млн км², Атлантического – 93 млн км², Индийского – 75 млн км².Тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину в 10²⁶ Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной в 10¹⁸ Дж.

Тепловая энергия океана. Последнее десятилетие характеризуется определенными успехами в использовании тепловой энергии океана. Созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС – Осеаn Тhеrmal Energy Conversion, т.e. преобразование тепловой энергии). В августе 1979 г. вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с половиной месяцев показала ее достаточную надежность.

При непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если не считать мелких технических неполадок, обычно возникающих при испытаниях любых новых установок. Ее полная мощность составляла в среднем 48,7 кВт, максимальная – 53 кВт; из которых 12 кВт (максимум 15) установка отдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точнее – на зарядку аккумуляторов. Остальная вырабатываемая мощность расходовалась на собственные нужды установки, в число которых входят затраты энергии на работу трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и генераторе электрической энергии.

Энергия приливов и отливов. Прилив – ритмичное движение морских вод, которое вызывают силы притяжения Луны и Солнца.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. В течение лунных суток, т. е. за 24 ч 50 мин, дважды наблюдается повышение и понижение уровня воды в морях и океанах. Амплитуда колебаний уровня воды в различных точках земного шара зависит от широты и характера берега континента. Ее величина может быть значительной. Так, около Магелланова пролива зарегистрирована амплитуда колебаний уровня воды 18 м, а около берегов Америки - 21 м. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 50-70 см. Максимального уровня приливная волна достигает в тех случаях, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной прямой (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 - Положения Солнца, Луны и Земли, влияющие на приливы

С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт×ч. Советский инженер Н. А. Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. По проекту Бернштейна в 1968 году была построена ПЭС в Кислой Губе около Мурманска.

Энергия морских течений. Важнейшее и самое известное морское течение – Гольфстрим. Его основная часть проходит через Флоридский пролив между полуостровом Флорида и Багамскими островами. Ширина течения составляет 60 км, глубина до 800 м, а поперечное сечение 28 км². Активную энергию, которую несет такой поток воды со скоростью 0,9 м/с, можно рассчитать по формуле (Вт):

где m – масса воды (кг), р – плотность воды (кг/м³), А – сечение (м²), n – скорость (м/с).

Энергия морского течения Гольфстрим составляет 50000 МВт.

Если бы мы смогли полностью использовать эту энергию, она была бы эквивалентна суммарной энергии от 50 крупных электростанций по 1000 МВт. Но эта цифра чисто теоретическая, а практически можно рассчитывать на использование лишь около 10 % энергии течения.

Энергия волн. В настоящее время в ряде стран, и в первую очередь в Англии, ведутся интенсивные работы по использованию энергии морских волн. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, и во многих местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн в английских территориальных водах можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превысило бы мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному электроэнергетическому управлению.

Один из проектов использования морских волн основан на принципе колеблющегося водяного столба. В гигантских «коробах» без дна и с отверстиями вверху под влиянием волн уровень воды то поднимается, то опускается. Столб воды в коробе действует наподобие поршня: засасывает воздух и нагнетает его в лопатки турбин. Главную трудность здесь составляет согласование инерции рабочих колес турбин с количеством воздуха в коробах так, чтобы за счет инерции сохранялась постоянной скорость вращения турбинных валов в широком диапазоне условий на поверхности моря.

Энергия солнца. Почти все источники энергии, о которых мы говорили, так или иначе используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как «законсервированная» солнечная энергия.

Лучистая энергия Солнца, поступающая на Землю, представляет собой самый значительный источник энергии, которым располагает человечество. Поток солнечной энергии на земную поверхность эквивалентен условному топливу массой 1,2-10¹⁴ т.

Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той ее части, которую получает Земля, в 5000000000 раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Энергия биомассы. Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз).

Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80 % из метана и на 20-50 % из углекислоты. Его теплотворная способность 5-6 тыс. ккал/м³.

Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12 м³ метана.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Предполагается, что топливо на энергетических плантациях будет производиться по ценам примерно 25 долл/т, что ниже современных мировых цен на нефть.

Для получения тепловой мощности, равной 100 МВт, потребуется примерно 50 м² площади энергетических плантаций.

Химическая энергия водорода. Химическая энергия водорода приобретает в последнее время большое значение. Запасы водорода неистощимы и не связаны с каким-то регионом планеты, так как он имеется везде и может быть использован повторно неограниченное число раз. Водород в связанном состоянии содержится в молекулах воды.

Нефть и газ. Оценка мировых запасов нефти в настоящее время представляет особый интерес. Это вызвано быстрым ростом ее потребления и тем, что во многих странах (Японии, Швеции и др.) нефть при производстве электроэнергии вытеснила уголь (в последнее время этот процесс приостановился). На транспорте за счет нефти в настоящее время удовлетворяется свыше 90 % мирового потребления энергии.

Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 трлн м³.

Нефть и газ нужны не столько как энергетическое сырье, сколько как сырье для химической промышленности. В настоящее время известно более 5000 синтетических полезных продуктов, получаемых из нефти и газа, и число их ежегодно увеличивается. Однако пока только 3-5 % от добытых запасов перерабатывается как химическое сырье.

Тепловая электростанция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива.

Тепловые электростанции подразделяют на четыре типа: конденсационные (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), газотурбинные (ГТЭС) и парогазовые (ПГЭС). Ведущую роль в выработке электроэнергии играют КЭС.

Схема электрических соединений любой электростанции находится в прямой зависимости от ее технологической схемы, поэтому вполне логично начать именно с нее. Принципиальную тепловую схему КЭС см. на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Принципиальная тепловая схема КЭС

ПК - паровой котел, Т- турбина, Г- генератор, К - конденсатор, КН - конденсатный насос, Др- деаэратор, ПН- питательный насос, ЦН- циркуляционный насос, ХВО – химводоочистка.

В котел с помощью питательного насоса (ПН) подводится химически очищенная подогретая вода, подается топливо и воздух для горения. В процессе сгорания в топке котла химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию, которая передается питательной воде, последняя нагревается до температуры кипения и испаряется.

Полученный пар с температурой 540 - 560 градусов и давлением 13-24 МПа по трубопроводу подается в паровую турбину, в которой потенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора турбины. Турбина приводит в действие генератор, в нем кинетическая энергия вращения ротора преобразуется в электрическую энергию.

Пар, поступающий со сверхкритическими параметрами, в турбине расширяется до очень низкого давления (примерно в 20 раз меньше атмосферного). Для создания глубокого разряжения и конденсации пара служит конденсатор. На ГРЭС весь пар, прошедший через турбину, направляется в конденсатор, поэтому их называют конденсационными электростанциями (КЭС).

Для конденсации пара необходимо большое количество охлаждающей воды. Холодная вода с помощью циркуляционных насосов (ЦН) подается в конденсатор из реки или пруда-охладителя. Пойдя через конденсатор, вода опять возвращается в водоем. С циркуляционной водой выбрасывается около 50% тепла, что является одной из главных причин низкого КПД КЭС.

С помощью конденсатного насоса (КН) конденсат направляется в деаэратор (Др), где происходит его очистка от пузырьков воздуха, и далее с помощью питательного насоса (ПН) вновь подается в котел. На КЭС одна и та же вода циркулирует по замкнутому контуру, а потери, возникающие вследствие неизбежных утечек пара и воды, восполняются добавками химически очищенной воды из цеха химводоочистки.

- являются наиболее мощными ТЭС с агрегатами по 500-800МВт, потребляют огромное количество топлива (несколько тысяч тонн угля в сутки), загрязняют атмосферу и располагаются вдали от крупных населенных пунктов, как правило, рядом с топливной базой;

- выработанную электроэнергию выдают в систему на повышенном напряжении;

- сооружаются вблизи реки или водохранилища, так как требуют большого количества воды для охлаждения пара в конденсаторе;

- низко маневренные. Пуск и остановка агрегатов занимает от нескольких часов до нескольких суток. Работают в базовой части графика нагрузки. Блоки останавливают лишь на две-три недели в летний период для планового ремонта;

- работают по свободному графику выработки электроэнергии.

Современные КЭС, с агрегатами мощностью по 500 – 1200 МВт, могут иметь установленную мощность 4000 – 6000 МВт. На них отсутствуют поперечные связи по воде, по пару и по электрической энергии. И в тепловой и в электрической части используется блочный принцип построения (рисунок 1.5). В каждом блоке котел, турбина, генератор и повышающий трансформатор последовательно соединены в единую технологическую цепь и не связаны с одноименным оборудованием других блоков.

К – котел, Т – турбина, Г – генератор, ПТ – повышающий трансформатор, РУ ВН – распределительное устройство высшего напряжения, С – система, Н – нагрузка

Основное назначение ТЭЦ – выработка тепла для производственных нужд, отопления и горячего водоснабжения. Поэтому они сооружаются вблизи крупных городов с числом жителей более ста тысяч и развитой промышленностью.

В отличие от КЭС, на ТЭЦ не все тепло, произведенное котлом, идет на производство электроэнергии. Частично отработавший пар с температурой 250-300 градусов станция отдает предприятиям, использующим его для производства продукции (например, на шинный завод, производящий автопокрышки).

Другая часть пара с температурой 120-130 градусов направляется в подогреватели сетевой воды или в водогрейные котлы (на рисунке 1.6 не показаны) и используется для отопления и горячего водоснабжения потребителей. Оставшийся пар срабатывается полностью и направляется в конденсатор. Количество выработанной электроэнергии на ТЭЦ находится в прямой зависимости от теплового потребления. Чем больше тепла будет истрачено на промышленные и коммунально-бытовые нужды, тем меньше будет произведено электроэнергии.

Теплофикационные турбины в режиме теплового потребления работают с наивысшим КПД (до 60%). Высокий КПД ТЭЦ объясняется комплексным использованием пара, уменьшающим количество тепла, отдаваемого через конденсатор в окружающее пространство.

Площадку для строительства ТЭЦ выбирают как можно ближе к потребителю, но с учетом «розы ветров», чтобы выбросы из труб были направлены преимущественно в сторону от города. При этом станция зачастую оказывается вдали от естественных водоемов. В таких случаях применяют оборотную систему водоснабжения, при которой для охлаждения циркуляционной воды используют градирни.

Градирня – это пустотелая вытяжная башня высотой до 150 м и диаметром 40 – 70 м, которая создает естественную тягу с направлением воздушного потока снизу вверх. Внутри градирни на высоте 10 – 20 м устанавливают разбрызгивающее устройство. Капли воды летят вниз навстречу воздуху. При этом часть капель испаряется, за счет чего охлаждается вода, поступающая из конденсатора и нагретая в нем. Охлажденная вода собирается внизу в бассейне, откуда подается ЦН обратно в конденсатор. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ показана на рисунке 1.6.

Большинство существующих ТЭЦ были построены более 30 лет назад. На них установлены агрегаты мощностью 30 – 60 МВт. Характерной особенностью построения таких станций является наличие в технологической схеме поперечных связей по воде, по пару и по электрической энергии. Принципиальная схема ТЭЦ с поперечными связями показана на рисунке 1.7.

Вода в котлы поступает из общей системы водоснабжения. Выработанный всеми котлами пар из общего паропровода поступает на турбины. Котлы уступают по надежности турбинам. Чтобы выход из строя одного котла не приводил к остановке турбины, число котлов выбирают обычно на 1 – 2 больше числа генераторов. Генераторы выдают энергию на сборные шины генераторного распределительного устройства. От него питается нагрузка на генераторном напряжении и собственные нужды станции. Избыточная мощность через трансформаторы связи поступает на распределительное устройство высшего напряжения, от которого питаются особо мощные или удаленные потребители, а так же отходят линии связи с системой.

Рисунок 1.6 - Принципиальная тепловая схема ТЭЦ

ПК – паровой котел, Т – турбина, Г – генератор, К – конденсатор, КН – конденсатный насос, Др – деаэратор, ПН – питательный насос, ЦН – циркуляционный насос, ХВО – химводоочистка, Гр – градирня, ПСВ – подогреватель сетевой воды

Рисунок 1.7 - Принципиальная схема ТЭЦ с поперечными связями

К – котел, Т – турбина, Г – генератор, ГРУ – генераторное распределительное устройство, Н – нагрузка, СН – собственные нужды, ТС – трансформатор связи, РУ ВН – распределительное устройство высшего напряжения, С – система

- сооружаются вблизи потребителей тепловой и электрической энергии. Работают на привозном топливе;

- значительную часть выработанной электроэнергии отдают близлежащим потребителям на генераторном напряжении;

- работают по зависящему от теплового потребления графику выработки электроэнергии.

Современные ТЭЦ имеют мощность 1000 –1500 МВт, на них установлены генераторы мощностью 110 – 250 МВт. Включение таких мощных генераторов на параллельную работу приводит к возрастанию токов короткого замыкания, удорожанию, а иногда и невозможности выбора, оборудования. Поэтому для ТЭЦ с генераторами большой мощности рекомендуется применять блочный принцип построения. В этом случае местная нагрузка питается от комплектного распределительного устройства (КРУ) через реакторную отпайку. Блочный принцип построения может быть применен и для генераторов меньшей мощности (60 – 100 МВт), если нагрузка на генераторном напряжении составляет менее 30% от установленной мощности ТЭЦ. Схема блочной ТЭЦ показана на рисунке 1.8.

Большое количество линий, питающих местную нагрузку, требует строительства отдельного здания для генераторного распределительного устройства (ГРУ). Поэтому при нагрузке на генераторном напряжении более 50% мощности ЭС рекомендуется проектировать ТЭЦ с поперечными связями, т.е. с ГРУ. При нагрузке 30 – 50% рассматривают оба варианта, производят технико-экономическое сравнение и выбирают наиболее экономичный из них.

В нормальном режиме напряжение на шинах ГРУ или КРУ поддерживается путем изменения тока возбуждения генераторов. Во время ремонтов, например дымовой трубы, все генераторы останавливают, и местная нагрузка питается от системы. Тогда регулирование напряжения на шинах ГРУ производится с помощью трансформаторов связи. Для этого трансформаторы связи на ТЭЦ оснащены устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

На отечественных ТЭС начинают широко использовать газотурбинные установки (ГТУ), рис. 1.9. В качестве рабочего тела в них используется смесь продуктов сгорания топлива с воздухом или нагретый воздух при большом давлении и высокой температуре. В ГТУ преобразуется теплота газов в кинетическую энергию вращения ротора турбины.

По конструктивному исполнению и принципу преобразования энергии газовые турбины не отличаются от паровых. Экономичность работы газовых турбин примерно такая же, как и двигателей внутреннего сгорания, а при очень высоких температурах рабочего газа экономичность газовых турбин выше. Кроме того, газовые турбины более компактны, чем паровые турбины и двигатели внутреннего сгорания аналогичной мощности.

Г – генератор, Р – реактор, СН – собственные нужды, ТС – трансформатор связи, С – система, Н – нагрузка, КРУ – комплектное распределительное устройство, РУ ВН – распределительное устройство высшего напряжения

Работа газотурбинной установки осуществляется следующим образом. В камеру сгорания 1 подается жидкое или газообразное топливо и воздух (рис. 1.10). Получающиеся в камере сгорания газы 2 с высокой температурой и под большим давлением направляются на рабочие лопатки турбины 3. Турбина вращает электрический генератор 4 и компрессор 5, необходимый для подачи под давлением воздуха 6 в камеру сгорания. Сжатый в компрессоре воздух перед подачей в камеру сгорания подогревается в регенераторе 7 отработанными в турбине горючими газами 8. Подогрев воздуха позволяет повысить эффективность сжигания топлива в камере сгорания.

Рисунок 1.10 - Принципиальная схема газотурбинной установки

Современные газовые турбины в основном работают на жидком топливе, однако кроме жидкого топлива может использоваться газообразное: как естественный природный горючий газ, так и искусственный газ, получаемый особым сжиганием твердых топлив любых видов.

Представляет практический интерес перспектива сжигания угля в местах его залегания. При этом под землю компрессорами в необходимом количестве подается воздух, производится специальное сжигание угля с образованием горючего газа, который затем подается по трубам к газотурбинным установкам. Впервые в мире такая опытная электростанция построена в Тульской области.

Отработанные в ГТУ газы имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на КПД термодинамического цикла. Совмещение газо- и паротурбинных агрегатов таким образом, что в них происходит совместное использование теплоты, получаемой при сжигании топлива, позволяет на 8-10 % повысить экономичность работы установки, называемой парогазовой, и снизить ее стоимость на 25 %.

Рисунок 1.11 - Принципиальная схема парогазовой установки:

1 - парогенератор; 2 - компрессор; 3 - газовая турбина; 4 - генератор; 5 - паровая турбина; 6 - конденсатор; 7 - насос; 8 - экономайзер

Рисунок 1.12 - Схема парогазовой установки с выбросом отработанных газов в паровой котел (на схеме приняты те же обозначения, что и на рис. 1.11)

Парогазовые установки, использующие два вида рабочего тела - пар и газ - относятся к бинарным. В них часть теплоты, получаемой при сжигании топлива в парогенераторе, расходуется на образование пара, который затем направляется в турбину (рис. 1.11). Охлажденные до температуры 650-700 °С газы попадают на рабочие лопатки газовой турбины. Отработанные в турбине газы используются для подогрева питательной воды, что позволяет уменьшить расход топлива и повысить КПД всей установки. В первом, газотурбинном, цикле КПД редко превышает 38 %. Во втором, паросиловом, цикле используется еще около 20 % энергии сгоревшего топлива. В сумме КПД всей установки оказывается около 58 %.

Парогазовые установки могут работать также по схеме, в которой отработанные в газовой турбине газы поступают в паровой котел, рис. 1.12. Газовая турбина в этом случае служит как бы частью паросиловой установки. В камере сгорания газотурбинной установки сжигается 30-40 % топлива, а в парогенераторе - остальное топливо.

Газотурбинные установки могут работать только на жидком или газообразном топливе, так как продукты сгорания твердого топлива, содержащие золу и механические примеси, оказывают вредное влияние на лопатки газовой турбины.

История атомной энергетики охватывает период чуть более полувека. Первая в мире АЭС была пущена в строй 27 июня 1954 года в СССР в городе Обнинске. В настоящее время в мире работает более 440 атомных электростанций. Главенствующее значение по доле выработки электроэнергии на АЭС занимает Франция (73%). По абсолютному производству электроэнергии на АЭС лидирует США. Установленная мощность АЭС США составляет 90 млн. кВт, России – более 22млн кВт.

Почти все АЭС России сконцентрированы в европейской части, где имеется серьезный дефицит органического топлива: Балаковская, Нововоронежская, Кольская, Ростовская, Калининская, Ленинградская, Курская и Белоярская. Лишь единственная атомная ТЭЦ расположена в Билибино Магаданской области. Крупнейшие из них (Балаковская, Ленинградская и Курская) имеют установленную мощность по 4000 МВт.

Ядерное горючее получают путем обогащения природного урана. Делящийся изотоп урана 235 составляет в руде всего 0,71%. Обогащенный уран (диоксид урана) направляется на завод, изготавливающий тепловыделяющие элементы (ТВЭлы). Из диоксида урана изготавливают цилиндрические таблетки диаметром около 9 мм и высотой 15-20 мм. Эти таблетки помещают в циркониевые трубки длиной почти 4 м. Это и есть ТВЭлы. Их собирают в тепловыделяющие сборки по несколько сотен штук, которые удобно помещать и извлекать из активной зоны реактора.

Физический смысл ядерной реакции состоит в следующем: суммарная масса продуктов деления ядер и свободных нейтро

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: