18 Март 2011

Основы энергосбережения — курс лекций




Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.

Производство энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетического произ-водства, в котором можно выделить пять стадий:

1. Получение и концентрация энергетических ресурсов: добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с по-мощью гидротехнических сооружений и т.д.;

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, пре-образующим энергию; она осуществляется перевозками по суше и воде или перекачкой по трубопроводам воды, нефти, газа и т.д.;

3. Преобразование первичной энергии во вторичную, имеющую наиболее удобную для распределения и потребления в данных условиях форму (обычно в электрическую и тепловую энергию);

4. Передача и распределение преобразованной энергии;

5. Потребление энергии, осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной форме.

Потребителями энергии являются: промышленность, транс-порт, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство, сфера быта и обслуживания.

Если общую энергию применяемых первичных энергоре-сурсов принять за 100%, то полезно используемая энергия соста-вит только 35–40%, остальная часть теряется, причем большая часть – в виде теплоты.

ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Преобразование первичной энергии во вторичную, в частно-сти в электрическую, осуществляется на станциях, которые в своем названии содержат указание на то, какой вид первичной энергии в какой вид вторичной преобразуется на них:

• ТЭС – тепловая электрическая станция преобразует тепловую энергию в электрическую;

• ГЭС – гидроэлектростанция преобразует механическую энергию движения воды в электрическую;

• ГАЭС – гидроаккумулирующая электростанция пре-образует механическую энергию движения предварительно нако-пленной в искусственном водоеме воды в электрическую;

• АЭС – атомная электростанция преобразует атомную энергию ядерного топлива в электрическую;

• ПЭС – приливная электростанция преобразует энергию океанических приливов и отливов в электрическую;

• ВЭС – ветряная электростанция преобразует энергию ветра в электрическую;

• СЭС – солнечная электростанция преобразует энергию солнечного света в электрическую, и т.д.

В Беларуси более 95% энергии вырабатывается на ТЭС. По-этому рассмотрим процесс преобразования энергии на ТЭС. По назначению ТЭС делятся на два типа:

• КЭС — конденсационные тепловые электростанции, вырабатывающие только электрическую энергию;

• ТЭЦ — теплоэлектроцентрали, на которых осуществ-ляется совместное производство электрической и тепловой энергии.

ТЭС могут работать как на органическом (газ, мазут, уголь), так и на ядерном топливе.

Основное оборудование ТЭС (рис. 2.3) состоит из котла-парогенератора ПГ, турбины Т и генератора Г. В котле при сжи-гании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразу-ется в энергию водяного пара. В турбине Т водяной пар превра-щается в механическую энергию вращения – турбина со скоростью 3000 оборотов в минуту (50 Герц) вращает электрогенератор Г, который превращает энергию вращения в электрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины или котла. На рисунке, кроме основного обору-дования ТЭС, показаны конденсатор пара К, где отработанный пар охлаждается внешней водой и конденсируется (при этом от пара отводится некоторое количество теплоты и выбрасывается в окружающую среду) и циркуляционный насос Н, который подает конденсат снова в котел. Таким образом, цикл замыкается. Схема ТЭЦ отличается тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду, подаваемую в главные тепловые магистрали.

Рассмотренная схема ТЭС является основной, в ней исполь-зуется парогенератор, в котором водяной пар служит носителем энергии. Имеются тепловые станции с газотурбинными установ-ками. Носитель энергии в таких установках в таких установках – газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топ-лива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при температуре 750–770о С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, чем паротурбинная: легко пускается, останавливается и регу-лируется; пока мощности таких турбин в 5–8 раз меньше, чем па-ровых, и они должны работать на высокосортном топливе.

Сочетание паротурбинной и газотурбинной установок обра-зует парогазовые установки, в них используются два энергоноси-теля – пар и газ.

Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разде-лить на три цикла: химический – процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический – тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический – механическая энергия вращения превращается в электрическую.

Общий коэффициент полезного действия ТЭС состоит из произведения коэффициентов полезного действия всех перечис-ленных циклов:

?тэс = ?х • ?м • ?э

КПД ТЭС теоретически равен:

?тэс = 0,9 • 0,63 • 0,9 = 0,5.

Практически с учетом потерь КПД ТЭС находится в пределах 36–39%.