KONDENZACIJSKA ELEKTRARNA (CES), toplotna parna turbinska elektrarna, katere namen je proizvodnja električne energije. energije z uporabo kondenzacijskih turbin. Toplota, ki se sprosti pri zgorevanju goriva, se v kotlovski enoti (parogeneratorju) prenese na delovno tekočino, običajno vodno paro. Toplotna energija vodne pare se v kondenzacijski turbini pretvori v mehansko energijo, slednjo pa v električno energijo. generator - v električno energijo. Izpušna para v turbini se kondenzira, parni kondenzat se najprej črpa s kondenzatom in nato z dovodnimi črpalkami v parni kotel (kotlovna enota, generator pare). To ustvari se zaprta parovodna pot: parni kotel s pregrevalnikom - parni cevovodi od kotla do turbine - turbina - kondenzator - kondenzat in napajalne črpalke - napajalni cevovodi. vodno-parni kotel. Shema parno-vodne poti je glavna. tehnološko shema parnoturbinske elektrarne in se imenuje toplotna shema KES (slika 1).

prednosti:

1. Uporabljeno gorivo je precej poceni.

2. Zahtevajo manj kapitalskih naložb v primerjavi z drugimi elektrarnami.

3. Lahko se zgradi kjerkoli, ne glede na razpoložljivost goriva. Gorivo se do lokacije elektrarne lahko prevaža po železnici ali cesti.

4. Zavzemajo manjšo površino v primerjavi s hidroelektrarnami.

5. Stroški proizvodnje električne energije so nižji od stroškov dizelskih elektrarn.

Slabosti:

1. Onesnažujejo ozračje z oddajanjem velike količine dima in saj v zrak.

2. Višji obratovalni stroški v primerjavi s hidroelektrarnami.

shema IES. Prednosti, slabosti, uporaba.

IES - kondenzacijska elektrarna. (Podtip toplote) Zasnovan za proizvodnjo samo električne energije.

Protozoji diagram vezja IES na premog je prikazan na sliki.

Protozoji toplotna shema KES: T - gorivo; V zrak; UG - izpušni plini; ShZ - žlindra in pepel; PC - parni kotel; PE - pregrelnik; PT - parna turbina; G - električni generator; K - kondenzator; KN - kondenzatna črpalka; PN - dovodna črpalka

Termokondenzacijske elektrarne imajo nizek izkoristek (30-40%), saj se večina energije izgubi z dimnimi plini in hladilno vodo kondenzatorja. Ugodno je zgraditi IES v neposredni bližini črpanja goriva.

shema NPP.

Nuklearna elektrarna (NEK) - jedrska naprava za proizvodnjo energije v določenih načinih in pogojih uporabe, ki se nahaja na ozemlju, določenem s projektom, v katerem se za ta namen uporabljajo jedrski reaktor(reaktorji) in kompleks potrebnih sistemov, naprav, opreme in struktur s potrebnimi delavci.

V termoelektrarnah se kemična energija zgorelega goriva v kotlu pretvori v energijo vodne pare, ki poganja turbinski agregat (parna turbina, povezana z generatorjem). Mehansko energijo vrtenja generator pretvori v električno energijo. Gorivo za elektrarne so premog, šota, oljni skrilavec, pa tudi plin in kurilno olje. V domačem energetskem sektorju predstavlja do 60 % proizvodnje električne energije.

Glavne značilnosti IES so: oddaljenost od porabnikov električne energije, ki v glavnem določa izhodno moč pri visokih in ultravisokih napetostih, ter blokovni princip gradnje elektrarne. Moč sodobnih CPP je običajno taka, da lahko vsaka od njih zagotovi električno energijo v veliki regiji države. Zato je drugo ime za to vrsto elektrarne državna daljinska elektrarna (GRES).

Slika prikazuje poenostavljeno načelo tehnološki sistem napajalna enota . Napajalna enota je tako rekoč ločena elektrarna z glavno in pomožno opremo ter nadzornim centrom - blok ščitom. Povezave med sosednjimi agregati po tehnoloških vodih običajno niso predvidene.

Glavna tehnološka shema IES:
1 - sistem za shranjevanje goriva in oskrbo z gorivom; 2 - sistem za pripravo goriva; 3 - kotel; 4 - turbina; 5 - kondenzator; 6 - obtočna črpalka; 7 - kondenzatna črpalka; 8 - napajalna črpalka; 9 - gorilniki kotla; 10 - ventilator; 11 - odvod dima; 12 - grelnik zraka; 13 - vodni ekonomizer; 14 - grelec nizek pritisk;
15 - odzračevalnik; 16 - grelec visok pritisk

Izgradnja IES po blokovnem principu daje določene tehnične in ekonomske prednosti, ki so:
1) uporaba pare visokih in ultravisokih parametrov je olajšana zaradi enostavnejšega sistema parnih cevovodov, kar je še posebej pomembno za razvoj enot z visoko zmogljivostjo;
2) tehnološka shema elektrarne je poenostavljena in jasnejša, zaradi česar se poveča zanesljivost dela in olajša delovanje;
3) zmanjšana rezervna toplotna in mehanska oprema, v nekaterih primerih pa je lahko tudi popolnoma odsotna;
4) zmanjša se obseg gradbenih in instalacijskih del;
5) zmanjšajo se kapitalski stroški za izgradnjo elektrarne;
6) zagotovljena je priročna razširitev elektrarne, nove pogonske enote pa se po potrebi lahko razlikujejo od prejšnjih po svojih parametrih.

Tehnološko shemo IES sestavlja več sistemov: oskrba z gorivom; priprava goriva; glavni krogotok para-voda skupaj s parnim generatorjem in turbino; oskrba z obtočno vodo; čiščenje vode; zbiranje in odstranjevanje pepela ter končno električni del postaje.

Zagotavljanje mehanizmov in instalacij normalno delovanje vseh teh elementov je vključen v tako imenovani sistem lastnih potreb postaje (napajalne enote).

Največje izgube energije pri CPP nastanejo v glavnem krogotoku para-voda, in sicer v kondenzatorju, kjer jo izpušna para, ki še vedno vsebuje veliko toplote, porabljene pri uparjenju, odda v obtočno vodo. Toplo z krožeča voda odnesejo v vodna telesa, torej izgubijo. Te izgube v glavnem določajo učinkovitost elektrarne, ki pri najsodobnejših CPP ni večja od 40-42%.

Električna energija, ki jo proizvede elektrarna, se napaja pri napetosti 110 - 750 kV, le del pa se odvaja za lastne potrebe preko pomožnega transformatorja, priključenega na izhode generatorja.

Generatorji in pospeševalni transformatorji so povezani v napajalne enote in priključeni na visokonapetostno stikalno napravo, ki je običajno odprta (OSG). Možnosti za lokacijo glavnih struktur so lahko različne, kot je prikazano na sliki.

riž. 1.3. Možnosti lokacije glavnih struktur IES:
1 - glavna stavba; 2 - shranjevanje goriva; 3 - dimniki; 4 - blok transformatorji;
5, 6 - stikalne naprave; 7 - črpalne postaje;
8 - vmesni nosilci električnih vodov

Sodobne CPP so v glavnem opremljene z agregati moči 200 - 800 MW. Uporaba velikih enot omogoča hitro povečanje zmogljivosti elektrarn, sprejemljive stroške električne energije in stroške vgrajenega kilovata elektrarne.

Največji IES imajo zmogljivost 4 - 6,4 milijona kW z agregati 500 in 800 MW. Največja zmogljivost IES je določena s pogoji oskrbe z vodo in vplivom izpustov postaje na okolje.

Sodobni IES zelo aktivno vplivajo na okolje: na ozračje, hidrosfero in litosfero. Njihov vpliv na ozračje se izraža v visoka poraba kisika v zraku za zgorevanje goriva in pri emisiji znatne količine produktov zgorevanja. To so predvsem plinasti oksidi ogljika, žvepla, dušika, od katerih imajo nekateri visoko kemično aktivnost. Leteči pepel, ki je šel skozi zbiralnike pepela, onesnažuje zrak. Najmanj onesnaženja ozračja (za postaje enake zmogljivosti) opazimo pri gorenju plina, največjo pa pri kurjenju trdnih goriv z nizko kalorično vrednostjo in visoko vsebnostjo pepela. Upoštevati je treba tudi velike izgube toplote v ozračje, kot tudi elektromagnetna polja ustvaril električne inštalacije visoka in ekstra visoka napetost.

IES onesnažuje hidrosfero z velikimi masami topla voda odvajajo iz turbinskih kondenzatorjev, pa tudi iz industrijskih odplak, čeprav so temeljito obdelane.

Za litosfero se vpliv IES ne kaže le v tem, da se za delovanje postaje pridobivajo velike mase goriva, se zemljišča odtujujejo in zazidajo, temveč tudi v tem, da je za delovanje postaje potrebno veliko prostora. zakop velikih množic pepela in žlindre (pri gorenju trdega goriva).

Vpliv IES na okolje je izjemno velik. Na primer o lestvici toplotno onesnaženje o vodi in zraku lahko sodimo po tem, da se okoli 60 % toplote, ki se pridobi v kotlu pri zgorevanju celotne mase goriva, izgubi zunaj postaje. Glede na velikost proizvodnje električne energije v CPP, količino porabljenega goriva, je mogoče domnevati, da lahko vplivajo na podnebje velikih območij države. Hkrati se rešuje tudi problem izrabe dela toplotnih emisij z ogrevanjem rastlinjakov in ustvarjanjem ogrevanih ribogojnic. Pepel in žlindra se uporabljata pri proizvodnji gradbenih materialov itd.

Kondenzatne in napajalne črpalke - napajalna voda - parni kotel. Shema parovodne poti je glavna tehnološka shema parne turbine in se imenuje shema IES.

riž. 2. Prostorski pogled (presek) glavne stavbe elektrarne in pripadajočih naprav: I - kotlovnica; II - strojnica (strojnica); III - črpalna enota za obalno vodo; 1 - skladišče premoga; 2 - drobilna naprava; 3 - vodni ekonomizer; 4 - pregrelnik; 5 - parni kotel; 6 - zgorevalna komora; 7 - gorilniki za prašni premog; 8 - parni cevovod od kotla do turbine; 9 - mlin za premog z bobnasto kroglo; 10 - bunker za premogov prah; 11 - bunker surov premog; 12 - nadzorna plošča enote elektrarne; 13 - odzračevalnik; 14 - parna turbina; 15 - električni generator; 16 - električni pospeševalni transformator; 17 - parni kondenzatorji; 18 - cevovodi hladilne vode; 19 - kondenzatne črpalke; 20 - nizkotlačni regenerativni grelniki; 21 - napajalna črpalka; 22 - visokotlačni regenerativni grelniki; 23 - ventilator puhala; 24 - lovilec pepela; 25 - žlindra, pepel; EE - Električna energija.

Glavne tehnične in ekonomske zahteve za IES so manevriranje in učinkovitost. Zahteva po visoki zanesljivosti in manevriranju je posledica dejstva, da se proizvedeni IES porabi takoj, to pomeni, da mora IES proizvesti toliko električne energije, kot jo trenutno potrebujejo njegovi porabniki.

Stroškovna učinkovitost gradnje in CPP je določena s specifičnimi kapitalskimi naložbami (110-150 rubljev na nameščen kW), stroški (0,2-0,7 kope / kWh), splošni kazalnik - specifični ocenjeni stroški (0,5-1,0 kopecks ./kW). × h). Ti kazalniki so odvisni od IES in njegovih enot, vrste in cene goriva, načinov delovanja in učinkovitosti energetskega procesa ter lokacije. Stroški električne energije običajno predstavljajo več kot polovico stroškov proizvedene električne energije. Zato za IES veljajo zlasti zahteve visoke učinkovitosti, tj. stroški na enoto toplota in gorivo, visok izkoristek.

Celoten izkoristek sodobnega IES je 35-42% in je določen z učinkovitostjo izboljšanega termodinamičnega Rankinovega cikla (0,5-0,55), notranjim relativnim izkoristkom turbine (0,8-0,9), mehanskim izkoristkom turbine ( 0,98-0,99), električni izkoristek (0,98-0,99), izkoristek pare in vode (0,97-0,99), izkoristek (0,9-0,94).

Povečanje učinkovitosti CES dosežemo predvsem s povečanjem začetne (začetnega tlaka in temperature) vodne pare, izboljšanjem termodinamičnega cikla, in sicer z uporabo vmesne pare in regenerativnim segrevanjem kondenzata in napajalne vode s paro iz turbinskih ekstrakcij. Pri IES se iz tehničnih in ekonomskih razlogov začetna para uporablja podkritično 13-14, 16-17 ali nadkritično 24-25 MN / m 2, začetna temperatura sveže pare in tudi po vmesnem pregrevanju 540-570 ° C. V in v tujini so bile izdelane pilotne naprave z začetnimi parametri pare 30–35 MN/m 2 pri 600–650 °C. Vmesno pregrevanje pare se običajno uporablja v eni stopnji, pri nekaterih tujih CPP nadkritičnega tlaka - v dveh stopnjah. Število regenerativnih odvzemov pare je 7-9, končna temperatura ogrevanja napajalne vode je 260-300 °C. Končni tlak izpušne pare v turbini je 0,003-0,005 MN/m 2 .

riž. 1. Najenostavnejša toplotna shema CES: T - gorivo; V zrak; UG - izpušni plini; ShZ - žlindra in pepel; PC - parni kotel; PE - pregrelnik; PT - parna turbina; G - električni generator; K - kondenzator; KN - kondenzatna črpalka; PN - dovodna črpalka.

V toplem podnebju (na primer na Kavkazu, v Srednja Azija, na jugu ZDA itd.), v odsotnosti pomembnih padavine, prašne nevihte ipd., se pri CPP, predvsem plinsko-oljnih, uporablja odprta postavitev opreme. Hkrati so nad kotli urejene lope, turbinske enote so zaščitene z lahkimi zakloni; pomožna oprema Turbinske naprave so nameščene v zaprtem kondenzacijskem prostoru. Specifična kubična zmogljivost glavne zgradbe IES z odprto postavitvijo se zmanjša na 0,2-0,3 m 3 /kW, kar zmanjša stroške izgradnje IES. V prostorih za montažo in popravilo elektroenergetske opreme so nameščeni mostni žerjavi in ​​drugi dvigali.

IES so zgrajeni neposredno na (reka, jezero, morje); Pogosto je v bližini IES ustvarjen ribnik-akumulacija. Na območju IES se poleg glavne stavbe nahajajo objekti in naprave za oskrbo s tehnično vodo in kemično čiščenje vode, ekonomičnost porabe goriva, elektro, stikalne in delavnice, skladišča materiala, pisarniški prostori za servisiranje IES. Gorivo se na ozemlje IES običajno dobavlja z vlakom. kompozicije. Pepel in žlindra iz zgorevalna komora zbiralniki pepela pa se odstranijo hidravlično. Na območju IES poteka polaganje železniških prog. d. način in avtomobilske ceste, zgraditi zaključke, inženirske zemeljske in podzemne komunikacije. Površina ozemlja, ki ga zavzemajo objekti IES, je, odvisno od vrste goriva in drugih pogojev, 25-70 ha.

Električna energija je že dolgo del našega življenja. Tudi grški filozof Thales je v 7. stoletju pred našim štetjem odkril, da jantar, nošen na volni, začne privlačiti predmete. Ampak dolgo časa nihče ni bil pozoren na to dejstvo. Šele leta 1600 se je prvič pojavil izraz "elektrika", leta 1650 pa je Otto von Guericke ustvaril elektrostatični stroj v obliki kovinska palicažveplova krogla, ki je omogočila opazovanje ne le učinka privlačnosti, temveč tudi učinek odbijanja. To je bil prvi preprost elektrostatični stroj.

Od takrat je minilo že veliko let, a še danes, v svetu, polnem terabajtov informacij, ko lahko izveš vse, kar te zanima, za mnoge ostaja skrivnost, kako nastaja električna energija, kako jo dostavimo v naš dom, pisarno , podjetje ...

Oglejmo si te procese v nekaj delih.

Del I. Proizvodnja električne energije.

Od kod prihaja električna energija? Ta energija se pojavlja iz drugih vrst energije - toplotne, mehanske, jedrske, kemične in mnogih drugih. AT industrijskem obsegu Električna energija se proizvaja v elektrarnah. Upoštevajte le najpogostejše vrste elektrarn.

1) Termoelektrarne. Danes jih lahko združimo z enim izrazom - GRES (Državna okrožna elektrarna). Seveda je danes ta izraz izgubil svoj prvotni pomen, vendar ni odšel v večnost, ampak je ostal pri nas.

Termoelektrarne so razdeljene na več podtipov:

AMPAK) Kondenzacijske elektrarne (CPP) - termoelektrarna, ki proizvaja samo električno energijo, ta tip elektrarne dolguje svoje ime značilnostim načela delovanja.

Načelo delovanja: Zrak in gorivo (plinasto, tekoče ali trdno) se dovajata v kotel s pomočjo črpalk. Izkazalo se je mešanica goriva in zraka, ki gori v peči kotla, pri čemer se sprošča ogromno toplote. V tem primeru voda prehaja skozi cevni sistem, ki se nahaja znotraj kotla. Sproščena toplota se prenese na to vodo, njena temperatura pa naraste in zavre. Para, ki je bila sprejeta v kotlu, gre nazaj v kotel, da ga pregreje nad vreliščem vode (pri danem tlaku), nato pa po parovodih vstopi v parno turbino, v kateri para deluje. Ko se širi, se njegova temperatura in tlak zmanjšata. Tako se potencialna energija pare prenese na turbino, kar pomeni, da se pretvori v kinetično energijo. Turbina pa poganja rotor trifaznega alternatorja, ki se nahaja na isti gredi kot turbina in proizvaja energijo.

Oglejmo si podrobneje nekatere elemente IES.

Parna turbina.

Tok vodne pare vstopi skozi vodilne lopatice na ukrivljenih lopaticah, pritrjenih po obodu rotorja, in, ki deluje nanje, povzroči vrtenje rotorja. Med vrstami lopatic, kot vidite, so vrzeli. Tam so, ker je ta rotor odstranjen iz ohišja. V telo so vgrajene tudi vrste rezil, ki pa so negibne in služijo ustvarjanju želeni kot para, ki pada na premikajoča se rezila.

Kondenzacijske parne turbine se uporabljajo za pretvorbo največjega možnega dela toplote pare v mehansko delo. Delujejo s sproščanjem (izpuhom) izpušne pare v kondenzator, ki se vzdržuje pod vakuumom.

Turbina in generator, ki sta na isti gredi, se imenujeta turbogenerator. Trifazni alternator (sinhroni stroj).

Sestavljen je iz:

kar dvigne napetost na standardna vrednost(35-110-220-330-500-750 kV). V tem primeru se tok znatno zmanjša (na primer s povečanjem napetosti za 2-krat se tok zmanjša za 4-krat), kar vam omogoča prenos moči na dolge razdalje. Opozoriti je treba, da ko govorimo o napetostnem razredu, mislimo na linearno (fazno-fazno) napetost.

Aktivna moč, ki jo proizvaja generator, se uravnava s spreminjanjem količine energijskega nosilca, medtem ko se tok v navitju rotorja spreminja. Za povečanje izhodne aktivne moči je treba povečati dovod pare v turbino, medtem ko se bo tok v navitju rotorja povečal. Ne smemo pozabiti, da je generator sinhroni, kar pomeni, da je njegova frekvenca vedno enaka frekvenci toka v elektroenergetskem sistemu in spreminjanje parametrov energijskega nosilca ne bo vplivalo na frekvenco njegovega vrtenja.

Poleg tega generator proizvaja tudi jalove moči. Uporablja se lahko za regulacijo izhodne napetosti v majhnih mejah (tj. ni glavno sredstvo za regulacijo napetosti v elektroenergetskem sistemu). Deluje na ta način. Ko je navitje rotorja prekomerno vzbujeno, t.j. ko se napetost na rotorju dvigne nad nazivno vrednost, se "presežek" jalove moči odda v elektroenergetski sistem in ko je navitje rotorja premalo vzbujeno, potem jalove moči porabi generator.

Tako v izmenični tok govorimo o polna moč(merjeno v volt-amperih - VA), ki je enak kvadratnemu korenu vsote aktivne (merjeno v vatih - W) in jalove (merjeno v reaktivnih volt-amperih - VAR) moči.

Voda v rezervoarju služi za odvajanje toplote iz kondenzatorja. Vendar pa se v ta namen pogosto uporabljajo škropilni bazeni.

ali hladilni stolpi. Hladilni stolpi so stolp sl. 8

ali ventilator Sl.9

Hladilni stolpi so urejeni skoraj enako kot s to razliko, da voda teče po radiatorjih, jim prenaša toploto in jih že hladi prisilni zrak. V tem primeru del vode izhlapi in se odnese v ozračje.
Učinkovitost takšne elektrarne ne presega 30%.

B) Plinskoturbinska elektrarna.

V plinskoturbinski elektrarni turbogenerator ne poganja para, ampak neposredno plini, ki nastanejo pri zgorevanju goriva. V tem primeru se lahko uporablja samo zemeljski plin, sicer bo turbina zaradi onesnaženosti s produkti izgorevanja hitro izginila. Učinkovitost pri največji obremenitvi 25-33%

Veliko večji izkoristek (do 60 %) je mogoče doseči s kombiniranjem parnih in plinskih ciklov. Takšne naprave se imenujejo obrate s kombiniranim ciklom. Namesto običajnega kotla imajo kotel na odpadno toploto, ki nima svojih gorilnikov. Prejema toploto iz turbine na izpušne pline. Trenutno se CCGT aktivno uvajajo v naše življenje, vendar jih v Rusiji zaenkrat ni veliko.

AT) Kombinirane toplotne in elektrarne (ze zelo dolgo so postale sestavni del velikih mest). sl.11

SPTE je strukturno urejena kot kondenzacijska elektrarna (CPP). Posebnost te vrste elektrarne je, da lahko hkrati proizvaja tako toplotno kot električno energijo. Glede na vrsto parne turbine obstajajo različne načine parne ekstrakcije, ki omogočajo odvzem pare iz nje z različnimi parametri. V tem primeru del pare ali vsa para (odvisno od vrste turbine) vstopi v omrežni grelec, mu da toploto in tam kondenzira. Kogeneracijske turbine omogočajo prilagajanje količine pare za toplotno oz industrijske potrebe ki omogoča SPTE delovanje v več načinih obremenitve:

toplotna - proizvodnja električne energije je popolnoma odvisna od proizvodnje pare za industrijske ali ogrevalne potrebe.

električna - električna obremenitev je neodvisna od toplotne. Poleg tega lahko SPTE delujejo v popolnoma kondenzacijskem načinu. To bo morda potrebno na primer v primeru ostrega pomanjkanja aktivne moči poleti. Takšen režim je neugoden za SPTE, ker učinkovitost znatno pade.

Hkratna proizvodnja električne in toplotne energije (sogeneracija) je donosen proces, pri katerem se učinkovitost postaje bistveno poveča. Tako je na primer izračunana učinkovitost CPP največ 30 %, pri SPTE pa približno 80 %. Poleg tega soproizvodnja omogoča zmanjšanje toplotnih izpustov v prostem teku, kar pozitivno vpliva na ekologijo območja, na katerem je SPTE (v primerjavi s tem, če bi bila CPP enake zmogljivosti).

Oglejmo si podrobneje parno turbino.

Kogeneracijske parne turbine vključujejo turbine z:

protitlak;

Nastavljiv odvod pare;

Izbira in protitlak.

Turbine s protitlakom delujejo z izpuhom pare ne v kondenzator, kot v IES, ampak v omrežni grelec, torej vsa para, ki je šla skozi turbino, gre za potrebe ogrevanja. Zasnova takšnih turbin ima pomembno pomanjkljivost: električna obremenitev popolnoma odvisna od razporeda toplotne obremenitve, torej takšne naprave ne morejo sodelovati pri obratovalni regulaciji trenutne frekvence v elektroenergetskem sistemu.

V turbinah z nadzorovano ekstrakcijo pare se ekstrahira v pravi znesek v vmesnih fazah, pri čemer izberemo tiste stopnje za odsesavanje pare, ki so v tem primeru primerne. Ta tip turbine je neodvisen od toplotne obremenitve in regulacijo izhodne aktivne moči je mogoče nadzorovati v večji meri kot v protitlačni SPTE napravi.

Ekstrakcijske in protitlačne turbine združujejo funkcije prvih dveh vrst turbin.

Kogeneracijske turbine SPTE se ne morejo vedno spremeniti toplotna obremenitev. Za pokrivanje konic obremenitve in včasih za povečanje električne energije s prenosom turbin v kondenzacijski način so v SPTE nameščeni vršni kotli za toplo vodo.

2) Jedrske elektrarne.

Trenutno so v Rusiji 3 vrste reaktorskih elektrarn. Splošno načelo njihovo delo je približno podobno delu IES (v starih časih so jedrske elektrarne imenovali GRES). Temeljna razlika je le v tem termalna energija se ne pridobivajo v kotlih na fosilna goriva, ampak v jedrskih reaktorjih.

Razmislite o dveh najpogostejših vrstah reaktorjev v Rusiji.

1) reaktor RBMK.

Posebnost tega reaktorja je, da se para za vrtenje turbine proizvaja neposredno v jedru reaktorja.

RBMK jedro. sl.13

sestoji iz vertikalnih grafitnih stebrov, v katerih so vzdolžne luknje, v katere so vstavljene cevi iz cirkonijeve zlitine in nerjavnega jekla. Grafit deluje kot moderator nevtronov. Vsi kanali so razdeljeni na kanale goriva in CPS (krmilni in zaščitni sistem). Imajo različne hladilne kroge. V kanale za gorivo je vstavljena kaseta (FA - gorivni sklop) s palicami (TVEL - gorivni element), znotraj katerih so uranovi peleti v zatesnjeni lupini. Jasno je, da se od njih prejema toplotna energija, ki se prenaša na hladilno tekočino, ki nenehno kroži od spodaj navzgor pod velik pritisk- navadna, a zelo dobro prečiščena voda iz nečistoč.

Voda, ki prehaja skozi kanale za gorivo, delno izhlapi, mešanica pare in vode teče iz vseh posameznih kanalov goriva v 2 separatorna bobna, kjer poteka ločitev (ločitev) pare od vode. Voda gre ponovno v reaktor s pomočjo obtočnih črpalk (od skupno 4 na zanko), para pa gre po parovodih do 2 turbin. Nato para kondenzira v kondenzatorju, se spremeni v vodo, ki gre nazaj v reaktor.

Toplotno moč reaktorja nadzorujejo samo borove nevtronske absorberske palice, ki se premikajo v kanalih CPS. Vodno hlajenje teh kanalov poteka od zgoraj navzdol.

Kot vidite, reaktorske posode še nikoli nisem omenil. Dejstvo je, da RBMK dejansko nima trupa. Aktivna cona, o kateri sem vam pravkar povedal, je postavljena v betonski jašek, na vrhu pa je zaprta s pokrovom, težkim 2000 ton.

Slika prikazuje zgornjo biološko zaščito reaktorja. Vendar ne smete pričakovati, da boste z dvigom enega od blokov videli rumeno-zeleno odprtino aktivne cone, št. Sam pokrov se nahaja precej nižje, nad njim pa v prostoru do vrha biološka zaščita obstaja vrzel za komunikacije kanalov in popolnoma izvlečene palice absorberjev.

Med grafitnimi stebri ostane prostor za toplotno raztezanje grafit. V tem prostoru kroži mešanica plinov dušika in helija. Glede na njegovo sestavo se ocenjuje tesnost kanalov za gorivo. Jedro RBMK je zasnovano tako, da pretrga največ 5 kanalov, če je več razbremenjenega, se pokrov reaktorja odstrani in preostali kanali se odprejo. Takšen razvoj dogodkov bo povzročil ponovitev černobilske tragedije (tu ne mislim na samo katastrofo, ki jo je povzročil človek, ampak njene posledice).

Razmislite o prednostih RBMK:

— Zahvaljujoč kanal-za-kanalni regulaciji toplotne moči je mogoče zamenjati gorivne sklope brez ustavljanja reaktorja. Vsak dan običajno zamenjajo več sklopov.

— Nizek tlak v MPC (več prisilno cirkulacijo), kar prispeva k blažjemu poteku nesreč, povezanih z njegovo razbremenitvijo.

— Odsotnost reaktorske tlačne posode, ki jo je težko izdelati.

Razmislite o slabostih RBMK:

—Med obratovanjem so bile ugotovljene številne napačne izračune v geometriji jedra, ki jih pri delujočih agregatih 1. in 2. generacije (Leningrad, Kursk, Černobil, Smolensk) ni mogoče popolnoma odpraviti. Energijske enote RBMK 3. generacije (je edina - na 3. elektrarni Smolenske NEK) so brez teh pomanjkljivosti.

— Reaktor z eno zanko. To pomeni, da se turbine vrtijo s paro, pridobljeno neposredno v reaktorju. To pomeni, da vsebuje radioaktivne sestavine. Ko je turbina brez tlaka (in to se je zgodilo naprej jedrska elektrarna v Černobilu leta 1993) bo njegovo popravilo zelo zapleteno in morda celo nemogoče.

— Življenjska doba reaktorja je določena z življenjsko dobo grafita (30-40 let). Nato pride do njegove degradacije, ki se kaže v oteklini. Ta proces že povzroča resno zaskrbljenost pri najstarejši elektrarni RBMK Leningrad-1, zgrajeni leta 1973 (star je že 39 let). Najverjetnejši izhod iz situacije je pridušitev n-ega števila kanalov, da se zmanjša toplotna ekspanzija grafita.

— Grafitni moderator je vnetljiv material.

- Zaradi velikega števila zaporni ventili, je reaktor težko upravljati.

- Pri 1. in 2. generaciji je nestabilnost pri delovanju z nizkimi močmi.

Na splošno lahko rečemo, da je RBMK dober reaktor za svoj čas. Trenutno je bila sprejeta odločitev, da se elektrarne s to vrsto reaktorjev ne bodo gradile.

2) reaktor VVER.

RBMK trenutno nadomešča VVER. Ima pomembne prednosti pred RBMK.

Jedro je v celoti nameščeno v zelo močnem ohišju, ki je izdelan v tovarni in pripeljan po železnici, nato pa po cesti do agregata v gradnji v popolnoma pripravljeno. Moderator je čista voda pod pritiskom. Reaktor je sestavljen iz 2 krogov: voda v primarnem krogu pod visokim tlakom hladi gorivne sklope in prenaša toploto v 2. krog s pomočjo parnega generatorja (deluje kot toplotni izmenjevalnik med 2 izoliranima krogotokoma). V njej voda drugega kroga zavre, se spremeni v paro in gre v turbino. V primarnem krogu voda ne vre, saj je pod zelo visokim pritiskom. Izpušna para se kondenzira v kondenzatorju in se vrne v generator pare. Dvokrožna shema ima pomembne prednosti v primerjavi z enokrožno:

Para, ki gre v turbino, ni radioaktivna.

Moč reaktorja je mogoče nadzorovati ne le z absorberskimi palicami, ampak tudi z raztopino Borova kislina, zaradi česar je reaktor bolj stabilen.

Elementi primarnega kroga se nahajajo zelo blizu drug drugemu, zato jih je mogoče postaviti v skupni zadrževalni prostor. Z prekinitvami v primarnem krogu radioaktivnih elementov pridejo v zadrževalni prostor in ne bodo izpuščeni v okolje. Poleg tega zaprtje ščiti reaktor pred zunanji vpliv(na primer zaradi padca majhnega letala ali eksplozije zunaj oboda postaje).

Reaktorja ni težko upravljati.

Obstajajo tudi slabosti:

— Za razliko od RBMK goriva ni mogoče menjati, medtem ko reaktor teče, ker nahaja se v skupni zgradbi in ne v ločenih kanalih, kot v RBMK. Čas polnjenja goriva običajno sovpada s časom tekoče popravilo, kar zmanjša vpliv tega faktorja na ICF (faktor izkoriščenosti instalirane zmogljivosti).

— Primarni krog je pod visokim tlakom, kar bi lahko povzročilo večjo nesrečo z razbremenitvijo kot RBMK.

— Reaktorsko posodo je zelo težko prevažati od proizvodnega obrata do gradbišča jedrske elektrarne.

No, upoštevali smo delo termoelektrarn, zdaj bomo razmislili o delu

Načelo delovanja hidroelektrarne je precej preprosto. Veriga hidravličnih konstrukcij zagotavlja potreben tlak vode, ki teče na lopatice hidravlične turbine, ki poganja generatorje, ki proizvajajo električno energijo.

Potreben vodni tlak se oblikuje z izgradnjo jezu in kot posledica koncentracije reke na določenem mestu ali z izpeljavo - naravni tok vode. V nekaterih primerih se za doseganje potrebnega vodnega tlaka uporabljata tako jez kot izvod. HE imajo zelo visoko fleksibilnost proizvedene energije, pa tudi nizke stroške proizvedene električne energije. Ta značilnost hidroelektrarne je privedla do nastanka druge vrste elektrarne - črpalne elektrarne. Takšne postaje lahko akumulirajo proizvedeno električno energijo in jo dajo v uporabo v času največjih obremenitev. Načelo delovanja takšnih elektrarn je naslednje: določenih obdobjih(običajno ponoči) hidroelektrarne HE delujejo kot črpalke, ki porabljajo električno energijo iz električnega omrežja in črpajo vodo v posebej opremljene zgornje bazene. Ko je povpraševanje (v konicah obremenitve), voda iz njih vstopi v tlačni cevovod in poganja turbine. ČHE opravljajo izjemno pomembno funkcijo v elektroenergetskem sistemu (frekvenčni nadzor), vendar se pri nas ne uporabljajo veliko, ker. Posledično porabijo več energije, kot jo oddajajo. To pomeni, da je postaja te vrste za lastnika nedonosna. Na primer, pri ČHE Zagorskaya je moč hidrogeneratorjev v generatorskem načinu 1200 MW, v načinu črpalke pa 1320 MW. Vendar pa je ta vrsta postaje na najboljši možni način primerne za hitro povečanje ali zmanjšanje proizvedene moči, zato jih je koristno graditi v bližini, na primer jedrskih elektrarn, saj slednje delujejo v osnovnem načinu.

Pogledali smo, kako se proizvaja električna energija. Čas je, da si zastavite resno vprašanje: "In katera vrsta postaj najbolje ustreza vsem sodobnim zahtevam glede zanesljivosti, prijaznosti do okolja, poleg tega pa jo bodo odlikovali tudi nizki stroški energije?" Vsak bo na to vprašanje odgovoril drugače. Tukaj je moj seznam "najboljših od najboljših".

1) SPTE na zemeljski plin. Učinkovitost takih elektrarn je zelo visoka in tudi stroški goriva so visoki, vendar je zemeljski plin ena izmed "najčistejših" vrst goriva, kar je zelo pomembno za ekologijo mesta, v mejah katerega toplotna elektrarne se običajno nahajajo.

2) HE in ČHE. Prednosti pred termoelektrarnami so očitne, saj tovrstna elektrarna ne onesnažuje ozračja in proizvaja »najcenejšo« energijo, ki je poleg tega obnovljiv vir.

3) CCGT na zemeljski plin. Večina visoka učinkovitost med termalnimi postajami, pa tudi majhna količina porabljenega goriva, bo delno rešila problem toplotne onesnaženosti biosfere in omejenih zalog fosilnih goriv.

4) NPP. AT normalen način obratovanje jedrske elektrarne izpusti v okolje 3-5 krat manj radioaktivnih snovi kot termoelektrarna enake zmogljivosti, zato je delna zamenjava termoelektrarn z jedrskimi elektrarnami v celoti upravičena.

5) GRES. Trenutno takšne postaje uporabljajo zemeljski plin kot gorivo. To je popolnoma nesmiselno, saj je z enakim uspehom mogoče uporabiti povezane naftni plin(APG) ali kurijo premog, ki ima v primerjavi z zalogami zemeljskega plina velike zaloge.

S tem se zaključi prvi del članka.

Pripravljeni material:
študent skupine ES-11b SWGU Agibalov Sergej.

GLAVNA TEHNOLOŠKA SHEMA IES

Na IES so kotli in turbine združeni v bloke: kotel-turbina (monobloki) ali dva kotla-turbina (dvobloki). Splošna osnovna tehnološka shema kondenzacijske termoelektrarne KES (GRZS) je prikazana na sl. 1.7.

Gorivo se dovaja v peč parnega kotla PK (slika 1.7): plinasto GT, tekoče ZhT ali trdno HP. Za skladiščenje tekočih in trdnih goriv je na voljo skladišče ST. Ogreti plini, ki nastanejo pri zgorevanju goriva, oddajajo toploto površinam kotla, segrejejo vodo v kotlu in pregrejejo paro, ki nastane v njem. Plini se nato pošljejo v dimnik Dt in se sproščajo v ozračje. Če v elektrarni kurijo trda goriva, gredo plini skozi zbiralnike pepela SG pred vstopom v dimnik, da bi zaščitili okolje (predvsem ozračje) pred onesnaževanjem. Para, ki preide skozi pregrelnik PI, gre skozi parne cevovode do parne turbine, ki ima cilindre visokega (HPC), srednjega (TsSD) in nizkega (LPC) tlaka. Para iz kotla vstopi v HPC, po prehodu skozi katerega se ponovno usmeri v kotel, nato pa v vmesni pregrelnik PPP po "hladni liniji" cevovoda za ponovno ogrevanje. Po prehodu vmesnega pregrevalnika se para spet vrne v turbino skozi "vročo nit" vmesnega pregretega parovoda in vstopi v CPC. Iz CPC se para pošilja skozi parne obvodne cevi v LPC in izstopa v kondenzator /(, kjer kondenzira.

Kondenzator se hladi s krožečo vodo. Cirkulacijsko območje se dovaja v kondenzator obtočne črpalke CN. S shemo oskrbe s kroženjem vode z neposrednim tokom se voda vzame iz rezervoarja B (reke, morja, jezera) in se, ko zapusti kondenzator, ponovno vrne v rezervoar. V obratnem krogu oskrbe z obtočno vodo se hladilna voda kondenzatorja pošlje v hladilnik obtočne vode (hladilni stolp, hladilni ribnik, škropilni bazen), se ohladi v hladilniku in se z obtočnimi črpalkami ponovno vrne v kondenzator. Izgube obtočne vode se nadomestijo z dovajanjem dodatne vode iz njenega vira.

V kondenzatorju se vzdržuje vakuum in para kondenzira. S pomočjo kondenzatnih črpalk K.N se kondenzat pošlje v deaerator D, kjer se očisti iz v njem raztopljenih plinov, zlasti kisika. Vsebnost kisika v vodi in v pari termoelektrarn je nesprejemljiva, saj kisik deluje agresivno na kovino cevovodov in opreme. Iz deaeratorja se napajalna voda s pomočjo napajalnih črpalk PN usmeri v parni kotel. Izgube vode, ki nastanejo v krogotoku kotel-parni cevovod-turbina-deaerator, se dopolnjujejo s pomočjo naprav za obdelavo vode HVO (kemična obdelava vode). Voda iz naprav za obdelavo vode se pošilja v delovni krog termoelektrarne skozi kemično obdelani deaerator vode DKhV.

Nahaja se na istem jašku z parna turbina generator G generira električni tok, ki se preko izhodov generatorja pošlje v elektrarno, v večini primerov v povišajoči transformator PTR. Hkrati napetost električni tok naraste in postane možno prenašati električno energijo na velike razdalje po daljnovodih, ki so priključeni na povišano stikalno napravo. V glavnem se gradijo visokonapetostne stikalne naprave odprtega tipa in se imenujejo odprta stikalna naprava (ORU). Elektromotorje mehanizmov ED, razsvetljavo elektrarne in druge porabnike lastne porabe ali lastnih potreb napajajo transformatorji TrSR, ki so običajno priključeni v DZ na sponke generatorjev.

Pri obratovanju termoelektrarn na trda goriva je treba izvajati ukrepe za zaščito okolja pred onesnaževanjem s pepelom in žlindro. Žlindra in pepel v elektrarnah, ki kurijo trda goriva, se sperejo z vodo, pomešajo z njo in tvorijo kašo in pošljejo na odlagališča pepela in žlindre, v katerih pepel in žlindra izpadata iz celuloze. »Prečiščena« voda se pošlje v elektrarno za ponovno uporabo s pomočjo črpalk za prečiščeno vodo NOV ali gravitacijsko.