Электронное учебно-методическое пособие по теме: Производство электроэнергии на ТЭС (на примере Костромской ГРЭС)

ЭЛЕКТРОННОЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ПО ТЕМЕ: «Производство электроэнергии на ТЭС (на примере Костромской ГРЭС)» ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАСтруктура ТЭКТЭСКлассификация тепловых электростанцийКЭС, ГРЭСКрупнейшие ТЭСКостромская ГРЭС (фильм)История создания и развития ГРЭСТехнико-экономические показатели Костромской ГРЭСРаботы по модернизации Костромской ГРЭССургутская ТЭСРефтинская ГРЭСВыводыСписок использованных источниковОглавление ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА - отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии.Электроэнергетика является наиболееважной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.).Совокупность отраслей, связанных спроизводством и распределением энергии в различных её видах и формах, называетсяТопливно-энергетическим комплексом(ТЭК) ТЭКТопливнаяпромышленностьЭлектроэнергетикаНефтяная:С.АравияСШАРоссияИранВенесуэлаУгольная:Китай СШАИндияФРГРоссияГазовая:РоссияСША КанадаВелико-британияНидерландыТЭСГЭСАЭСВЭС, СЭС, ПЭС, ГеоТЭС








Тепловые электростанцииТЭС Тепловая электростанция – станция, вырабатывающая электрическую мощность за счет преобразования химической энергии топлива через тепловую энергию сгорания в механическую энергию вращения вала электрогенератора.На тепловых электростанциях получается ~60% мировой электроэнергииРазведанных запасов хватит: нефти – на 45 лет, газа – 72 года, угля – 252 года.Химическая Тепловая Механическая Электрическая






Котлотурбинные электростанции Конденсационные электростанции (ГРЭС) Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ) Газотурбинные электростанции Электростанции на базе парогазовых установок Электростанции на основе поршневых двигателей С воспламенением от сжатия (дизель) C воспламенением от искры Комбинированного цикла Классификация тепловых электростанций Конденсационные электростанции (КЭС, ГРЭС) Конденсационные электростанции (КЭС) обеспечивают снабжение потребителей только электрической энергией, которая вырабатывается за счет сжигания органического топлива. Обычно их строят вблизи месторождений топлива, чтобы избежать его дорогостоящей транспортировки. Устаревшее наименование – ГРЭС (государственная районная электростанция), сейчас ГРЭС понимается как КЭС мощностью ~1000 МВт, работающая в объединенной системе с другими крупными электростанциями Первая КЭС «Электропередача» (ныне ГРЭС-3) построена в г. Электрогорск под Москвой в 1912-1914 г., рук. инж.Р.Э.Классон. Топливо – торф, мощность 15МВт


Тепловая схема ГРЭС
В парогенераторе получается водяной пар высокого давления и температуры (до 24 МПа, 540°С) за счет сжигания угольной пыли, газа, мазута. Полученный пар → к турбине, где его потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию вращения ротора турбины и электрогенератора. Отработанный пар → в конденсатор. Воздух, попадающий в конденсатор через течи, удаляется с помощью эжектора. Полученная вода → в деаэратор (удаляет О2, вызывающий коррозию). Для компенсации потерь в деаэратор поступает очищенная вода. Из деаэратора вода → обратно в котел. Процесс получения электричества ведется непрерывно Энергетические показатели КЭСЭнергоблоки современных КЭС (котел+турбина+электрогенератор): ●мощность 150 и 200 МВт с параметрами пара 13 МПа, 565°С; ●мощность 300, 500 и 800 МВт с параметрами пара 24 МПа, 540°С.Удельный расход топлива – 320-340 г/кВт·ч (газ, мазут, уголь).Потери:7-8% – потери в котельной установке1-3% – потери в паропроводе (рассеяние тепла)1-3% – потери в турбине (нагрев корпуса)1-3% – потери в электрогенераторе50-60% – потери в конденсаторе (определяется КПД усовершенствованного термодинамического цикла Ренкина)Таким образом, доля тепла, превращенного в электроэнергию на КЭС, суммарно достигает только 30-40%. Надо искать пути использования энергии, теряемой в конденсаторе! Крупнейшие ТЭСКостромскаяРефтинскаяСургутская



Костромская ГРЭСМестоположение г. Волгореченск, Костромская обл.Ввод в эксплуатацию 1969 г.Вид топлива Природный газ Источник водозабора река Волга Количество энергоблоков 9 Электрическая мощность 3 600 МВт История создания и развития История Костромской ГРЭС начинает свой отсчет от даты пуска первого энергетического блока 300 МВт – 11 июня 1969 года. В этот день в 9 часов 47 минут был зажжен факел на первом котле, а 29 июня того же года в 5 часов 57 минут включен в сеть блок № 1.Костромская ГРЭС родилась под счастливой звездой и развивается под ней по сей день. С апреля 2006 станция является ОАО «ОГК-3».Она из наиболее и экономичных электростанций ОАО«ОГК-3». Сегодня электроэнергия филиала ОАО «ОГК-3» "Костромская ГРЭС" поставляется в 40 регионов России и в страны ближнего зарубежья, что делает данную станцию значимой частью Российской теплоэнергетики.3 октября 2003 года, в 0 часов 17 минут, Костромская ГРЭС выработала свой юбилейный 500 млрд. кВт. час электроэнергии! Этот рубеж она преодолела одной из первых тепловых электростанций федерального значения. Технико-экономические показатели Костромской ГРЭС"Костромская ГРЭС" электростанция федерального значения, акции которой котируются на фондовой бирже РТС. Установленная суммарная мощность – 3600 МВт:8 энергоблоков по 300 МВт и самый мощный в России турбоагрегат – 1200 МВт (все установленное на станции энергетическое оборудование производства предприятий "Силовые машины" Ленинградского Металлического Завода турбинных лопаток и "Электросилы"). Электроэнергия Костромской ГРЭС поставляется в 40 регионов России и в страны зарубежья. Для энергоблока 1200 МВт был построен цех размером с большое футбольное поле. Само оборудование- это турбина в 72 метра, состоящая из 5 состыкованных цилиндров, котел - сооружение весом 17 тысяч тонн, не имеющее фундамента и подвешенное на 7 стальных хребтовых балках на высоте 25 дома. Котел способен вырабатывать 3950 тонн пара в час, а верхние части лопаток турбин вращаются со скоростью, в 2 раза превышающей скорость звука. 
Энергоблок 1200 МВт
Работы по модернизации Костромской ГРЭСНеобходимость проведения модернизации на Костромской ГРЭС вызвана высоким уровнем износа генерирующего оборудования станции. Ещё один проект по модернизации Костромской ГРЭС- это строительство линии электропередачи 500 кВ «Костромская ГРЭС- Нижегородская». Сургутская ТЭСУстановленная электрическая мощность Сургутской ГРЭС-2 составляет 5 597,1 МВт, установленная тепловая мощность — 840 Гкал/ч. ГРЭС работает на попутном нефтяном газе (попутный продукт добычи нефти) и природном газе 6 июня 2012 года Сургутская ГРЭС-2 выработала 800 млрд кВт•ч с момента пуска первого энергоблока. Годовое производство электричества станцией отличается стабильным ежегодным ростом, в 2012 году было выработано 39,97 млрд кВт•ч, максимальное количество электрической энергии за всю историю её эксплуатации ; электрический КПД около 51-58%. Рефтинская ГРЭС — крупнейшая тепловая электростанция в России, работающая на твёрдом топливе. Расположена в Свердловской области, в 100 км северо-восточнее Екатеринбурга и в 18 км от Асбеста. Ежегодная выработка электроэнергии составляет около 20 000 млн кВт·ч.Строительство электростанции началось в 1963 году, в 1970 состоялся пуск первого энергоблока, в 1980 — последнего.   Установленная мощность — 3800 МВт, Тепловая мощность — 350 Гкал/час;Основное топливо — экибастузский каменный уголь;Растопочное топливо — мазут.  Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)Как видно, потери тепла на КЭС очень велики. Радикальный способ улучшения энергетического  баланса ТЭС состоит в комбинированном производстве электрической и тепловой энергии с уменьшением пропуска отработанного пара через конденсатор, в котором происходят основные потери. Обеспечение новых потребителей: многим промышленным предприятиям необходим пар с небольшим давлением (0.5-2 МПа); для отопления зданий требуется горячая вода. Пар для технологических целей и нагрева воды в теплообменниках может быть получен отбором из последних (достаточно низкое давление) ступеней турбин. При этом сокращается пропуск пара через конденсатор и снижаются потери тепловой энергии.


Типы ТЭЦРазличают два типа ТЭЦ: -ТЭЦ, оснащенные турбинами с противодавлением ТЭЦ с регулируемым отбором1)В теплоэлектроцентралях первого типа отработанный пар по тепловым сетям поступает к потребителям, а также используется в теплообменниках для нагрева воды, применяемой для теплоснабжения. Отработанный пар конденсируется у потребителей тепла и с помощью насосов подается обратно в парогенератор. 2)Вторая схема по своему построению более близка схеме КЭС. В данном случае не весь пар подается потребителю. Регулируемая часть его отводится из промежуточных ступеней турбины на нужды тепло- и паро- снабжения, а остальное попадает в конденсатор.Таким образом обеспечивается как тепловой, так и электрический график нагрузки.ТЭЦ с регулируемым отбором позволяет развивать полную электрическую мощность при отсутствии расхода пара у тепловых потребителей. Тепловой баланс ТЭЦ ТЭЦ имеет меньшие по сравнению  с КЭС потери тепла  КПД достигает 60-65%.  В среднем радиусе действия  ТЭЦ в 1-2 км по технологическому пару и в 5-8 км по горячей воде суммарная мощность ТЭЦ, как правило, не превышает 300-500 МВт.Дополнительный недостаток КЭС и ТЭЦ - гигантизм КЭС и ТЭЦ занимают огромные площади, очень дороги в сооружении, график их работы обладает минимальной гибкостью (остановка и запуск – сложный технологический процесс). Летнее отключение горячей воды для профилактики – известно всем!!! ТЭЦ-26 (Южная ТЭЦ) в Москве Газотурбинные установкиГазотурбинные установки (ГТУ) предназначены для получения электроэнергии при сжигании топлива, когда вращение турбины электрогенератора производится газообразными продуктами сгорания, а не посредством водяного пара.По конструктивному исполнению и принципу преобразования энергии газовые турбины существенно не отличаются от паровых. Вместо громоздкого  парогенератора в ГТУ используется относительно малогабаритная камера сгорания. Топливом служит мазут или природный газ. Прошедшие турбину продукты сгорания при необходимости могут быть использованы для нагрева воды для теплоснабжения. Показатели ГТУГТУ позволяют осуществлять работу при резкопеременной нагрузке. Они могут часто останавливаться, быстро запускаться, обеспечивать высокую скорость набора мощности и достаточно экономичную работу в широком диапазоне нагрузки. Используются как собственный источник электроэнергии на предприятиях и в небольших поселках. Стандартный порядок мощности – 100 МВт.При полной нагрузке КПД ГТУ составляет 27-28%. Объем строительно-монтажных работ на газотурбинных электростанциях уменьшается в два раза, так  как нет необходимости в сооружении котельного цеха и насосной станции.Основные потери в ГТУ – потери с отработанными газами (60-70%). Они на выходе из турбины имеют температуру 400-450°С. Поэтому эффективность использования возрастет при использовании ГТУ и для тепловодоснабжения по той же схеме, как и в ТЭЦ. Парогазовые установкиПарогазовые электростанции – сочетание паровых и газовых турбин. Это объединение позволяет снизить потери  тепловой энергии в газовых турбинах или теплоты уходящих газов паровых котлов. Тем самым обеспечивается повышение КПД (до 43%) по сравнению с отдельно взятыми паротурбинными и газотурбинными установками. Парогазовые электростанции используют два вида рабочего тела – пар и газ – и относятся к классу бинарных установок.Применяется жидкое топливо (мазут) или газ (природный).Схема относительно нова, но уже применяется на практике: например, на Сургутской ГРЭС-1 установлена ПГУ мощностью 250 МВт, включающая паровую турбину К-210-130 (210 МВт) и газовую турбину мощностью 40 МВт.Как правило, такие системы используются в случае, когда необходимо максимизировать производство электроэнергии. Принцип работы ПГУУстройство состоит из двух блоков: газотурбинной (ГТУ) и паросиловой (ПС) установок. В ГТУ вращение вала газовой турбины обеспечивается образовавшимися в результате сжигания топлива газами. Образовавшиеся в камере сгорания продукты горения вращают ротор турбины, а та крутит вал генератора 1 и компрессора, нагнетающего кислород в камеру сгорания. Отработавшие в ГТУ, но все еще горячие газы поступают в котел-утилизатор. Там они нагревают пар до t=400°С и P=80 атм, достаточных для работы паровой турбины, на валу которой находится генератор 2.В газотурбинном цикле КПД не превышает 38%. В паросиловом цикле используется еще около 20% энергии сгоревшего топлива. В сумме КПД всей установки оказывается около 58%. Разрабатываются и другие, пока опытные, типы комбинированных ПГУ. Электростанции с двигателями внутреннего сгоранияДизельные электростанции (ДЭС) – преобразует механическое вращение вала двигателя внутреннего сгорания (дизеля) в электроэнергию, вырабатываемую синхронным или асинхронным генератором переменного токаЭто самый распространенный тип локальных источников электроэнергии.ДЭС очень просты в изготовлении и обслуживании.ДЭС мобильны, автономны и потому широко используются в труднодоступных районах, в мобильном вооружении. Дизель-генераторы используются в качестве резервных источников питания систем собственных нужд АЭС и крупных ТЭС. Параметры ДЭССовременные ДЭС представлены в очень широком диапазоне параметров в зависимости от предполагаемой сферы применения. Они вырабатывают переменный ток (50 Гц, 1-3 фазы, 220-380 В), мощность составляет 0.5-5000 кВт, удельный расход топлива – 200-500 г/кВт·ч, масса – 20 (переносные)-1500 (на автошасси)- 5000 (контейнерные) кг.КПД ДЭС составляет в основном не более 25-30%.Стоимость ДЭС составляет от $500 до $1 000 000. Переносная ДЭС Контейнерная ДЭС Проблемы и перспективы ДЭСПервоочередные проблемы использования ДЭС – экологические (выхлоп, утечка топлива и масла).ДЭС применяются как основной источник энергии в условиях Крайнего Севера  себестоимость их энергии из-за завозного топлива и невысокого КПД достигает 6 руб/кВт·ч!!! (в 10 раз больше, чем электроэнергия, производимая на ГЭС, в 5-10 раз больше, чем электроэнергия, производимая на ТЭЦ и КЭС)Направления увеличения эффективности эксплуатации:Использование выхлопов для нагрева воды (теплоснабжение)Использование дешевых типов топлива (например, сырая нефть) Совместная эксплуатация с нетрадиционными источниками энергии (например, ветроэлектростанции: ДЭС включается во время безветрия) Преимущества и недостатки ТЭС* Могут работать на разных видах топлива(нефть, газ, уголь, торф, мазут).* Можно строить в различных районах страны.* Стоимость и время строительства невелики.* Обладают большой мощностью.а)Они используют невозобновимые энергетические ресурсы.б) Дают много твердых и газообразных отходов.в) Рост стоимости транспортировок топлива.г) Размещение ТЭС зависит от качества топлива, на котором они работают.





Гидроэлектростанции ГЭС Гидроэлектроста́нция (ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии энергию водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два основных фактора: гарантированная обеспеченность водой круглый год и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа. Принцип работы Крупнейшие ГЭССаяно-ШушенскаяКрасноярскаяБратскаяУсть-Илимская




Саяно-Шушенская ГЭС Красноярская ГЭС Братская ГЭС Преимущества и недостатки ГЭС1.Использование возобновимого вида энергоресурсов.2.Производят самую дешевуюэлектроэнергию.3.Снижает выбросы в атмосферу.а) ГЭС очень дороги и долго строятся (15-20 лет)б) Требует создания крупных водохранилищ, вода из которых используется в промышленности, сельском хозяйстве, населениемв) Но водохранилища затапливают ценные земли, изменяют гидрологический режим и климат прилегающих территорий. г) Создание каскадов ГЭС снижают скорость течения воды.д) Способствуют большому загрязнению рек.
Атомные электростанции (АЭС)А́томная электроста́нция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии в заданных режимах и условиях применения, располагающаяся в пределах определённой проектом территории, на которой для осуществления этой цели используются ядерный реактор (реакторы) и комплекс необходимых систем, устройств, оборудования и сооружений с необходимыми работниками (персоналом), предназначенная для производства электрической энергии Принцип действия Крупнейшие АЭСРБМК – реактор большой мощности, канальный,ВВЭР – водо-водяной энергетический реактор,БН – реактор на быстрых нейтронах. Курская АЭС Смоленская АЭС Кольская АЭС Преимущества и Недостатки АЭСа) Работают на невозобновимых ресурсах.б) Возникновение экологической катастрофы в случае аварии.в) Проблема утилизации и захоронения отходовНизкая себестоимость электроэнергии.2) Экологически чистое производство.3) Работают на ядерном топливе (Уран, плутоний)
Нетрадиционные СЭС, ПЭС, ВЭС, ГеоТЭССЭС работают более чем в тридцати странах за счет солнечной энергетики. Наиболее крупные в США, Испании, Китае, Португалии.ПЭС (Приливные электростанции. Работают во время приливов) пока имеются лишь в нескольких странах: Франции, Великобритании, Канаде, России, Индии, Китае.В последнее время многие страны расширяют использование ВЭС (Ветряные электростанции). Большинство их в странах Западной Европы(Дания, ФРГ, Великобритания, Нидерланды), в США (Калифорния), в Индии, КитаеГеоТЭС работают за счет энергии, получаемой из природного тепла, к примеру гейзеров. Вырабатывают немалую часть электроэнергии в странах Центральной Америки, на Филиппинах, в Исландии.




Ветровая энергияи Энергия приливов геотермальная Энергия и Солнечная Энергия Электроэнергетика имеет очень важное преимущество перед энергией других видов - относительную легкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, преобразования в другие виды энергии. Специфической особенностью электроэнергетики является то, что ее продукция не может накапливаться для последующего использования, поэтому потребление соответствует производству электроэнергии и во времени, и по количеству (с учетом потерь).Электроэнергетика вторглась во все сферы деятельности человека: промышленность и сельское хозяйство, науку и космос. Представить без электроэнергии наш быт также невозможно.Человечество старается найти новые источники энергии, которые были бы выгодны во всех отношениях: простота добычи, дешевизна транспортировки, экологическая чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят на второй план: их применяют только там, где невозможно использовать что-либо другое. Всё большее место в нашей жизни занимает атомная энергия: её можно использовать как в ядерных реакторах космических челноков, так и в легковом автомобиле. В России – 73 крупные энергосистемы, которые, в свою очередь слагают районные энергосистемы: Центральную, Уральскую, Сибирскую и др. Большая часть районных энергосистем входит в состав Единой энергосистемы России (ЕЭС). * АО «Интер РАО – Электрогенерация»: [Электронный ресурс]. М., 2015. URL: http://www.irao-generation.ru/stations/kostromag. (Дата обращения 15.05.2016).* Конюхова, Е.А. Электроснабжение объектов [Текст]: учеб. пособие / Е.А. Конюхова. – М.: Академия, 2002. – 320 с.* Костромская ГРЭС: [Электронный ресурс]. 2016. URL: https://www.facebook.com/KostromaGRES. (Дата обращения 15.05.2016).* Министерство образования и науки РФ: [Электронный ресурс]. М., 2011-2016. URL: http://минобрнауки.рф. (Дата обращения 15.05.2016).* Максимов, Б.К. Теоретические и практические основы рынка электроэнергии [Текст]: учеб. пособие / Б.К. Максимов, В.В. Молодюк. – М.: Изд-во МЭИ, 2008. – 292 с.* Маргулова, Т.Х. электростанции [Текст]: учебник для вузов / Т.Х. Маргулова – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 311 с.