Комбинированное производство тепла и электроэнергии

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ), также называемое когенерацией, является процессом одновременного производства электрической и тепловой энергии. Это означает, что тепло, вырабатываемое для производства электроэнергии, регенерируется и используется. Процесс производства на ТЭЦ может базироваться на использовании паровых или газовых турбин, или двигателей внутреннего сгорания. Первичным источником для производства энергии может быть широкий диапазон топлив, включая биомассу, отходы и ископаемые виды топлива, а также, геотермальная или солнечная энергия.

Финляндия - ведущая страна в области использования когенерации

Количество энергии, которую Финляндия экономит ежегодно, используя источники комбинированного производства энергии, равно более чем 10 процентам всей первичной энергии, используемой в стране, или 20 процентам потребления ископаемого топлива в Финляндии. Приблизительно одна треть электричества, используемого в Финляндии, получена на ТЭЦ. Промышленные ТЭЦ и ТЭЦ централизованного теплоснабжения, соответственно составляют 45 и 55 процентов в системе комбинированного производства. Промышленность использует более половины всей электроэнергии, потребляемой в Финляндии, и почти 40 процентов этого количества, произведена ТЭЦ. В зависимости от годового изменения климата, почти 75 - 80 процентов теплоэнергии для централизованного теплоснабжения производится на ТЭЦ.

Широко используется в течение многих десятилетий

Потребление энергии на душу населения в Финляндии, наиболее высокое среди стран Организации Экономического Сотрудничества и Развития. Это объясняется большой долей энергоемких отраслей промышленности, таких как, целлюлозная и бумажная промышленность, в финской экономике. В результате этого, экономичному использованию и надежному распределению энергии всегда уделялось особенное внимание в Финляндии. Географические и климатические особенности страны обеспечили основу для развития ТЭЦ в централизованном теплоснабжении. Эффективность производства энергии является существенным фактором, так как, ежегодная потребность в тепле и количество часов использования энергии высоки.

История использования промышленных ТЭЦ

Комбинированное производство энергии в промышленности, является результатом потребности в производстве тепла для собственных нужд.

Первые промышленные ТЭЦ в Финляндии были построены, уже в начале 20-х и 30-х годов. ТЭЦ были выбраны потому, что это был наиболее надежный и экономичный способ производства электроэнергии. Местные источники энергии часто использовались как отправная точка.

Индустриальные ТЭЦ противодавления, в качестве топлива, главным образом используют жидкие щелочные отходы, образующиеся при производстве целлюлозы. Черный щелочной раствор является подходящим для сжигания, из-за наличия органических деревянных остатков, которые он содержит. Целлюлозная и бумажная промышленность, не единственные отрасли, которые используют свои отходы для сжигания на ТЭЦ. Металлургическая и химическая промышленности, также производят отходы, которые могут быть превращены в тепло и электричество в процессе когенерации.

Централизованное теплоснабжение, как часть когенерации

Из-за северного местоположения страны, централизованное теплоснабжение - естественный выбор для Финляндии. Планы относительно организации централизованной системы теплоснабжения были осуществлены после II Мировой войны. Когенерация тепловой и электрической энергии производилась при использовании отходов древесины, производимых

деревообрабатывающей промышленностью, это оказалось эффективной концепцией производства энергии, при сохранении окружающей среды. Таким образом, финская централизованная система теплоснабжения базировалась на принципе ТЭЦ с самого начала.

Приблизительно половина зданий в Финляндии подключена к централизованной системе теплоснабжения. В самых крупных городах, эта цифра превышает 90 процентов. Большинство офисных и общественных зданий в стране, также, подключены к централизованной системе теплоснабжения. ТЭЦ обеспечивают примерно три четверти тепла, потребляемого ежегодно. Если сравнивать раздельное производство электрической и тепловой энергии, когенерация позволяет сэкономить, приблизительно треть топлива. Большинство теплопроизводящих компаний, принадлежит муниципалитетам, но доля частных предприятий постоянно увеличивается.

Централизованное теплоснабжение обеспечивает необходимую тепловую нагрузку для ТЭЦ, и это дает большой потенциал для использования возобновляемых источников энергии, типа биотоплива и отходов. Цель Европейского союза, удвоение доли когенерации в производстве энергии, не может быть достигнута без дальнейшего развития этой сферы. Таким образом, централизованное теплоснабжение, должно быть признано важной темой в повестке дня европейской энергетической политики.

ТЭЦ для централизованной системы охлаждения

Если говорить о централизованном теплоснабжении, охлаждение зданий, может также происходить, при помощи тепловой энергии. В течение зимних месяцев высокая температура используется для нагрева помещений, но в летнее время, тепла требуется немного. Это избыточное тепло, может использоваться для производства холода в системе кондиционирования помещений.

Централизованная система охлаждения существует сегодня, только в трех финских городах, но перспективы многообещающие. На сегодняшний день, централизованная система охлаждения в Хельсинки, самая крупная в Финляндии. Тридцать процентов холода получается за счет холодной морской воды, посредством простых теплообменников.

Использование ТЭЦ позволяет производить энергию наиболее экономически выгодным путем

Основная задача ТЭЦ - производить энергию наиболее экономически выгодным путем. Поэтому, комбинированное производство тепла и электроэнергии должно быть дешевле альтернативных способов. Доходность различных вариантов производства должна быть предварительно оценена для полного периода эксплуатации электростанции. ТЭЦ обычно требует больших инвестиций, чем обычные технологии производства энергии, но она потребляет меньше топлива.

В результате, ТЭЦ более дешевы в эксплуатации, чем электростанции схожей мощности. Тепло, производимое ТЭЦ, может использоваться как для централизованного теплоснабжения жилых районов, так и для промышленных нужд. Передача тепла на длинные расстояния является дорогостоящей. Поэтому лучше строить ТЭЦ близко к населенным пунктам и промышленным объектам, где тепловая энергия будет использоваться.

Высокая эффективность

ТЭЦ максимально используют энергию сгорающего топлива, производя электричество и тепло с минимальными потерями. Их КПД достигает 80 - 90 процентов. В то время, как обычные конденсационные электростанции достигают КПД 35 - 40 процентов.

Высокая отказоустойчивость

ТЭЦ имеют высокий уровень отказоустойчивости, позволяя не прерывать процесс производства энергии. В то же самое время, ТЭЦ высоко автоматизированы, таким образом, минимизируя число требуемого персонала и сокращая затраты на эксплуатацию и обслуживание.

Производство электричества и тепла могут быть легко приведены в соответствие с уровнем потребления, который может изменяться очень быстро. Надежность системы централизованного теплоснабжения в Финляндии в течение отопительного сезона, составляет 99,98 процента.

В среднем, теплоснабжение для отдельно взятого клиента, в течение отопительного периода, прерывается только один раз в шесть

Широкий спектр используемого топлива

В комбинированном производстве тепловой и электрической энергии может использоваться широкий спектр видов топлива, включая низкокалорийное и влажное, например индустриальные отходы и биотопливо. Оптимальная комбинация различных видов топлива определяется для каждой ТЭЦ в отдельности, в зависимости от местной ситуации с топливом. Обычно используются следующие виды топлива: природный газ, уголь, промышленные газы, торф и другие виды возобновляемых ресурсов (например, отходы деловой древесины, муниципальные отходы и древесная щепа). Мазут используется в небольших количествах, обычно в качестве подсветки для других топлив.

Традиционно, использование биотоплива при когенерации, связано с технологическими процессами лесной промышленности. По многим причинам, ТЭЦ - идеально подходит для использования биотоплива. Поскольку их теплотворная способность низка, а транспортировка дорогостояща, они имеют тенденцию быть местными видами топлива.

Эффективное производство энергии наносит меньший вред природе

Высокая эффективность и низкий уровень выбросов в процессе когенерации, самый приемлемый, с точки зрения окружающей среды, способ производства энергии. Современные ТЭЦ используют эффективные методы сжигания топлива, чтобы снизить выбросы окислов азота.

Снижение количества сжигаемого для производства энергии топлива, уменьшает негативное влияние на окружающую среду. Например, количество выбрасываемого углекислого газа, при сжигании ископаемого топлива, снижается в зависимости от количества используемого топлива. То же самое происходит и с такими загрязняющими веществами, как сера и окислы азота.

Изучение качества воздуха в крупнейших городах Финляндии показывает, что выбросы серы серьезно снизились и это является прямым результатом использования технологии когенерации и централизованной системы теплоснабжения.

Все преимущества использования ТЭЦ, с точки зрения воздействия на окружающую среду, были осознаны в течение нескольких последних лет. Не смотря на это, экономическая сторона дела, играет решающую роль при принятии решения о постройке того или иного типа источника энергии. Поэтому стоимость энергии произведенной в процессе когенерации, должна быть конкурентоспособной по сравнению с другими источниками энергии.

ТЭЦ и централизованная система теплоснабжения поддерживаются властями, потому что являются мощными инструментами для снижения выбросов углекислого газа. Целью энергетической стратегии Финляндии, является приведение выбросов углекислого газа в соответствие с Киотским Протоколом, в котором говорится, что к 2010 году, уровень выбросов должен быть снижен до показателей 1990 года. Благодаря централизованной системе теплоснабжения и ТЭЦ, в 2004 году Финляндия снизила выбросы углекислого газа в атмосферу на 8 миллионов тонн. Что равно, примерно, трем четвертям планового годового снижения выбросов в соответствии с Киотским Протоколом.

Широкий спектр применения ТЭЦ

Эволюция технологии ТЭЦ, в данный момент, идет в сторону уменьшения мощности. Небольшие источники позволяют в больших количествах

использовать местные виды топлива, такие как: древесина и другие возобновляемые виды, и отказаться от вторичных энергоносителей природных горючих ископаемых.

Технологии предварительной подсушки топлива могут увеличить теплопроизводительность процесса когенерации. Другие современные технологии сжигания, например, газификация или сжигание при избыточном давлении, повышающие производство электроэнергии на ТЭЦ, находятся сейчас на стадии развития. Все это делается для того, чтобы малые ТЭЦ могли быть конкурентоспособными.

Улучшение технологии производства электроэнергии, приведет к увеличению производства тепла. Технология комбинированного цикла, основанная на газификации твердого топлива, может привести к интересным результатам. В этом случае, газ может быть использован в газовой турбине, а выработанное тепло, будет работать в паровой турбине. В этом случае, соотношение производимого электричества и тепла может быть 1:1, сейчас оно составляет 0.5.

Огромный рыночный потенциал существует для использования когенерации для выработки энергии из различных отходов.

Энергетическая политика Финляндии и ТЭЦ

Энергетическая политика Финляндии базируется на трех китах: энергия, экономика и окружающая среда. Устойчивое и безопасное энергоснабжение, конкурентоспособные цены на энергию и минимизация негативного воздействия на окружающую среду, в соответствии с международными обязательствами. Основным и самым важным фактором, влияющим на энергетическую политику, является международное сотрудничество в области снижения выбросов парникового газа. Среди других факторов, влияющих на энергетическую политику, нужно выделить необходимость предотвращения экологических катастроф и адаптирование экономической активности к принципам устойчивого развития.

Когенерация всегда играла основную роль в энергетической политике Финляндии и останется важнейшей ее частью и в будущем. Комбинированный цикл является эффективным способом производства тепла и электроэнергии. Он способствует развитию местных возобновляемых источников энергии. Все эти моменты означают только одно - ТЭЦ является огромным вкладом в снижение выбросов парниковых газов.

В соответствии с решением Правительства, для бесперебойного и безопасного энергоснабжения, необходимо обеспечить производство энергии, основываясь на нескольких видах топлива, поставляемого из различных источников. Целью является создание в будущем гибкой, децентрализованной и сбалансированной энергетической системы. Со своей стороны, Правительство продолжает обеспечить все условия для создания подобной системы, и фокусируется на энергии, произведенной в своей стране, другими словами на возобновляемых энергетических ресурсах и биотопливе.

Правительство, и в будущем, продолжит поддерживать комбинированный цикл производства тепла и электричества. Предпосылкой решений, касательно источников энергии является то, что потребление тепла должно быть с наибольшей эффективностью связано с процессом когенерации. Достаточное внимание, также, должно быть уделено техническому и экономическому аспектам. Высокий статус процесса когенерации определен тем, что общая эффективность источников энергии является важным фактором в области выделенных квот на вредные выбросы. Инвестируя в постоянное развитие технологии, возможно во всеоружии подойти к моменту в будущем, когда обязательства по снижению выбросов парниковых газов, станут очень жесткими. Кроме технологии, развитие сосредотачивается на всей цепочке эксплуатации, доставки и торговли. Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность, остаются важными секторами. Постоянные и интенсивные инвестиции послужат разработке и внедрению в жизнь новых, экономичных решений для процесса когенерации, промышленного производства энергии, малой энергетики и эффективного использования энергии.

Правительственные инвестиции, в основном, будут направлены в проекты, внедряющие новые энергетические технологии, с одной стороны, и связанные с особыми технологическими рисками, связанными с демонстрационным характером этих проектов.

Высокоэффективная технология комбинированного цикла

Компания Helsinki Energy

Благодаря своей передовой технологии сжигания газа, ТЭЦ района Vuosaari в Хельсинки, являются одними из самых эффективных и чистых. На них применяется технология комбинированного цикла, при которой скомбинировано два процесса - газовая и паровая турбины. Если сравнивать традиционную схему производства энергии с технологией комбинированного цикла, то во втором случае, мы имеем более высокую эффективность в производстве электричества и, соответственно более высокий выход электроэнергии, в пропорции к производимой тепловой энергии.

В процессе комбинированного цикла, ТЭЦ Vuosaari достигает КПД, превышающий 90 процентов, т. е. теряется менее 10 процентов произведенной энергии. Если мы говорим о потерях энергии, то это чаще всего, тепловые потери. Тепло теряется с дымовыми газами, охлаждающей жидкостью, а также, самом процессе производства.

Производство электроэнергии - 630 МВт

Производство тепла - 580 МВт

Топливо - природный газ 650-800 миллионов м3/г

Малые ТЭЦ с процессом газификации

Компания Kokem ä en Lampo Oy

Первые малые ТЭЦ, работающие по технологии Novel, газификации топлива в слое, были построены в 2004 году. Станция оборудована полной технологической цепочкой газоочистки, состоящей из установки реформинга газа, фильтра и кислотно-щелочного скруббера для удаления остатков азотных соединений. Для производства электричества используются три газовые турбины по 0.6 мВт и один газовый котел для регенерации тепла.

Газификатор Novel является новой разработкой, принцип его действия основан на подаче топлива под давлением, такой способ дает возможность использования волокнистого биотоплива с низкой объемной плотностью. В газификаторе может использоваться широкий спектр отходов биологического происхождения с влажностью от 0 до 55 процентов и размером частиц от опилок до крупной щепы.

Производство электроэнергии – 1.8 МВт

Производство тепла – 4.3 МВт

Тепловая мощность топливосушилки 429 кВт

Емкость топливохранилища – 7.2 МВт

Комплексный подход для достижения рентабельности

Компания Vapo Oy

Постройка ТЭЦ, расширение и модернизация производства топливных гранул в Ilomantsi были завершены в ноябре 2005 года. ТЭЦ была оборудована котлом для сжигания в «кипящим слое». Модернизация производства топливных гранул заключалась в постройке нового приемника для сырья, сушилки, третьей линии для производства гранул, системы конвейеров и бункера. ТЭЦ, производство гранул и сушилка управляются из одной диспетчерской. В качестве топлива используются фрезерный торф и древесина. Потребление топлива, примерно 75 ГВт в год.

Емкость топливохранилища – 23 МВт

Производство тепла для теплоснабж. – 8 МВт

От каменного угля к биотопливу

Компания Porvoon Energia Oy

ТЭЦ Tolkkinen была переведена с каменного угля на биомассу. Компания, хотела убить двух зайцев одним выстрелом - снизить потребление угля и снизить нагрузку на окружающую среду. Котел с цепной колосниковой решёткой был заменен котлом с «кипящем слоем» в 2000 году. Это предоставило хорошую возможность использовать различные типы древесины и древесных отходов в качестве топлива. Одновременно, были модернизированы системы подачи воздуха, отсоса дымовых газов, сбора золы, подачи топлива, контрольные приборы и автоматика. Скруббер для утилизации отходящего тепла, который сможет поднять эффективность станции на более чем 7 МВт, будет достроен в 2006 году.

Емкость топливохранилища – 54 МВт

Производство пара – 46 МВт

Производство электроэнергии 7 МВт

Производство тепла – 25 МВт

Энергия для ЦБК и системы теплоснабжения

Компания Kymin Voima Oy

ТЭЦ Kymin Voima находится в собственности компаний Pohjolan Voima Oy и Kouvolan Seudun Sahko Oy. Она расположена на ЦБК компании UPM Kymi, на ТЭЦ используется технология сжигания топлива в «кипящем слое». Она производит энергию, как для технологического процесса, так и для систем централизованного

теплоснабжения городов Kouvola и Kuusankoski. В качестве топлива используются: древесная кора, рубочные отходы, шламы, торф, газ и мазут. Потребление топлива составляет примерно 2,100 ГВт/год.

Производство электроэнергии – 76 МВт

Технологический пар – 125 MWth

Пр-во технологического тепла – 15 MWth

Производство тепла для теплоснабж. – 40 MWth

ТЭЦ Forssa сжигает только древесину

Компания Vapo Oy

Forssa Bio Power Plant - первая в Финляндии ТЭЦ (1996 год), в системе централизованного теплоснабжения, использующая в качестве топлива только древесину. Для промышленных нужд древесное топливо, широко использовалось и до этого. Процесс сжигания происходит в «кипящем слое». Эта технология позволяет применять практически все остальные доступные виды топлива. Основным видом топлива, являются отходы деревообрабатывающей промышленности. Например опилки и кора, вместе с рубочными отходами и отходами строительства. При сжигании древесины не происходит выбросов серы, а выбросы окислов азота незначительны.

Производство электроэнергии – 17 МВт

Производство тепла для теплоснабж. – 48 МВт

Гибкая технология

Компания Oy Ahlholmens Kraft Ab

ТЭЦ AK2 принадлежит компании Oy Ahlholmens Kraft Ab. Теплоисточник гибок в эксплуатации, поэтому вне зависимости от объемов выработки электричества, тепло производится в том количестве, которое необходимо в данный момент. КПД установки при производстве тепла, составляет более 80%, поэтому, производство не наносит ущерба окружающей среде. Тепло поставляется в город Pietarsaari и на ЦБК компании UPM.

Основными видами топлива являются уголь и различные виды биотоплива. Такие как: древесная кора, щепа, другие отходы лесной промышленности и торф.

Производство электроэнергии – 240 МВт

Технологический пар – 100 МВт

Производство тепла для теплоснабж. – 60 МВт

Электрической станцией называется комплекс оборудования, предназначенного для преобразования энергии какого-либо природного источника в электричество или тепло. Разновидностей подобных объектов существует несколько. К примеру, часто для получения электричества и тепла используются ТЭС.

Определение

ТЭС — это э лектростанция, применяющая в качестве источника энергии какое-либо органическое топливо. В качестве последнего может использоваться, к примеру, нефть, газ, уголь. На настоящий момент тепловые комплексы являются самым распространенным видом электростанций в мире. Объясняется популярность ТЭС прежде всего доступностью органического топлива. Нефть, газ и уголь имеются во многих уголках планеты.

ТЭС — это (расшифровка с амой аббревиатуры выглядит как "тепловая электростанция"), помимо всего прочего, комплекс с довольно-таки высоким КПД. В зависимости от вида используемых турбин этот показатель на станциях подобного типа может быть равен 30 - 70%.

Какие существуют разновидности ТЭС

Классифицироваться станции этого типа могут по двум основным признакам:

• назначению;
• типу установок.

В первом случае различают ГРЭС и ТЭЦ. ГРЭС — это станция, работающая за счет вращения турбины под мощным напором струи пара. Расшифровка аббревиатуры ГРЭС — государственная районная электростанция — в настоящий момент утратила актуальность. Поэтому часто такие комплексы называют также КЭС. Данная аббревиатура расшифровывается как "конденсационная электростанция".

ТЭЦ — это также довольно-таки распространенный вид ТЭС. В отличие от ГРЭС, такие станции оснащаются не конденсационными, а теплофикационными турбинами. Расшифровывается ТЭЦ как "теплоэнергоцентраль".

Помимо конденсационных и теплофикационных установок (паротурбинных), на ТЭС могут использоваться следующие типы оборудования:

• парогазовые.

ТЭС и ТЭЦ: различия

Часто люди путают эти два понятия. ТЭЦ, по сути, как мы выяснили, является одной из разновидностей ТЭС. Отличается такая станция от других типов ТЭС прежде всего тем, что часть вырабатываемой ею тепловой энергии идет на бойлеры, установленные в помещениях для их обогрева или же для получения горячей воды.

Также люди часто путают названия ГЭС и ГРЭС. Связано это прежде всего со сходством аббревиатур. Однако ГЭС принципиально отличается от ГРЭС. Оба этих вида станций возводятся на реках. Однако на ГЭС, в отличие от ГРЭС, в качестве источника энергии используется не пар, а непосредственно сам водяной поток.

Какие предъявляются требования к ТЭС

ТЭС — это тепловая электрическая станция, на которой выработка электроэнергии и ее потребление производятся одномоментно. Поэтому такой комплекс должен полностью соответствовать ряду экономических и технологических требований. Это обеспечит бесперебойное и надежное обеспечение потребителей электроэнергией. Так:

• помещения ТЭС должны иметь хорошее освещение, вентиляцию и аэрацию;
• должна быть обеспечена защита воздуха внутри станции и вокруг нее от загрязнения твердыми частицами, азотом, оксидом серы и т. д.;
• источники водоснабжения следует тщательно защищать от попадания в них сточных вод ;
• системы водоподготовки на станциях следует обустраивать безотходные.

Принцип работы ТЭС

ТЭС — это электростанция , на которой могут использоваться турбины разного типа. Далее рассмотрим принцип работы ТЭС на примере одного из самых распространенных ее типов — ТЭЦ. Осуществляется выработка энергии на таких станциях в несколько этапов:

Топливо и окислитель поступают в котел. В качестве первого в России обычно используется угольная пыль. Иногда топливом ТЭЦ могут служить также торф, мазут, уголь, горючие сланцы, газ. Окислителем в данном случае выступает подогретый воздух.

Образовавшийся в результате сжигания топлива в котле пар поступает в турбину. Назначением последней является преобразование энергии пара в механическую.

Вращающиеся валы турбины передают энергию на валы генератора, преобразующего ее в электрическую.

Охлажденный и потерявший часть энергии в турбине пар поступает в конденсатор. Здесь он превращается в воду, которая подается через подогреватели в деаэратор.

Деаэ рированная вода подогревается и подается в котел.



Преимущества ТЭС

ТЭС — это, таким образом, станция, основным типом оборудования на которой являются турбины и генераторы. К плюсам таких комплексов относят в первую очередь:

• дешевизну возведения в сравнении с большинством других видов электростанций;
• дешевизну используемого топлива;
• невысокую стоимость выработки электроэнергии.

Также большим плюсом таких станций считается то, что построены они могут быть в любом нужном месте, вне зависимости от наличия топлива. Уголь, мазут и т. д. могут транспортироваться на станцию автомобильным или железнодорожным транспортом.

Еще одним преимуществом ТЭС является то, что они занимают очень малую площадь в сравнении с другими типами станций.

Недостатки ТЭС

Разумеется, есть у таких станций не только преимущества. Имеется у них и ряд недостатков. ТЭС — это комплексы, к сожалению, очень сильно загрязняющие окружающую среду. Станции этого типа могут выбрасывать в воздух просто огромное количество копоти и дыма. Также к минусам ТЭС относят высокие в сравнении с ГЭС эксплуатационные расходы. К тому же все виды используемого на таких станциях топлива относятся к невосполнимым природным ресурсам.

Какие еще виды ТЭС существуют

Помимо паротурбинных ТЭЦ и КЭС (ГРЭС), на территории России работают станции:

Газотурбинные (ГТЭС). В данном случае турбины вращаются не от пара, а на природном газу. Также в качестве топлива на таких станциях могут использоваться мазут или солярка. КПД таких станций, к сожалению, не слишком высок (27 - 29%). Поэтому используют их в основном только как резервные источники электроэнергии или же предназначенные для подачи напряжения в сеть небольших населенных пунктов.

Парогазотурбинные (ПГЭС). КПД таких комбинированных станций составляет примерно 41 - 44%. Передают энергию на генератор в системах этого типа одновременно турбины и газовые, и паровые. Как и ТЭЦ, ПГЭС могут использоваться не только для собственно выработки электроэнергии, но и для отопления зданий или же обеспечения потребителей горячей водой.

Примеры станций

Итак, достаточно производительным и в какой-то мере даже универсальным объектом может считаться любая ТЭС, электростанция. Примеры таких комплексов представляем в списке ниже.

Белгородская ТЭЦ. Мощность этой станции составляет 60 МВт. Турбины ее работают на природном газе.

Мичуринская ТЭЦ (60 МВт). Этот объект также расположен в Белгородской области и работает на природном газе.

Череповецкая ГРЭС. Комплекс находится в Волгоградской области и может работать как на газу, так и на угле. Мощность этой станции равна целых 1051 МВт.

Липецкая ТЭЦ -2 (515 МВТ). Работает на природном газе.

ТЭЦ-26 «Мосэнерго» (1800 МВт).

Черепетская ГРЭС (1735 Мвт). Источником топлива для турбин этого комплекса служит уголь.

Вместо заключения

Таким образом, мы выяснили, что представляют собой тепловые электростанции и какие существуют разновидности подобных объектов. Впервые комплекс этого типа был построен очень давно — в 1882 году в Нью-Йорке. Через год такая система заработала в России — в Санкт-Петербурге. Сегодня ТЭС — это разновидность электростанций, на долю которых приходится порядка 75% всей вырабатываемой в мире электроэнергии. И по всей видимости, несмотря на ряд минусов, станции этого типа еще долго будут обеспечивать население электроэнергией и теплом. Ведь достоинств у таких комплексов на порядок больше, чем недостатков.

Что такое и каковы же принципы работы ТЭС? Общее определение таких объектов звучит примерно следующим образом - это энергетические установки, которые занимаются переработкой природной энергии в электрическую. Для этих целей также используется топливо природного происхождения.

Принцип работы ТЭС. Краткое описание

На сегодняшний день наибольшее распространение получили именно На таких объектах сжигается которое выделяет тепловую энергию. Задача ТЭС - использовать эту энергию, чтобы получить электрическую.

Принцип работы ТЭС - это выработка не только но и производство тепловой энергии, которая также поставляется потребителям в виде горячей воды, к примеру. Кроме того, эти объекты энергетики вырабатывают около 76% всей электроэнергии. Такое широкое распространение обусловлено тем, что доступность органического топлива для работы станции довольно велико. Второй причиной стало то, что транспортировка топлива от места его добычи к самой станции - это довольно простая и налаженная операция. Принцип работы ТЭС построен так, что имеется возможность использовать отработавшее тепло рабочего тела для вторичной поставки его потребителю.

Разделение станций по типу

Стоит отметить, что тепловые станции могут делиться на типы в зависимости от того, какой именно они производят. Если принцип работы ТЭС заключается лишь в производстве электрической энергии (то есть тепловая энергия не поставляет потребителю), то ее называют конденсационной (КЭС).

Объекты, предназначенные для производства электрической энергии, для отпуска пара, а также поставки горячей воды потребителю, имеют вместо конденсационных турбин паровые. Также в таких элементах станции имеется промежуточный отбор пара или же устройство противодавления. Главным преимуществом и принципом работы ТЭС (ТЭЦ) такого типа стало то, что отработанный пар также используется в качестве источника тепла и поставляется потребителям. Таким образом, удается сократить потерю тепла и количество охлаждающей воды.

Основные принципы работы ТЭС

Прежде чем перейти к рассмотрению самого принципа работы, необходимо понять, о какой именно станции идет речь. Стандартное устройство таких объектов включает в себя такую систему, как промежуточный перегрев пара. Она необходима потому, что тепловая экономичность схемы с наличием промежуточного перегрева, будет выше, чем в системе, где она отсутствует. Если говорить простыми словами, принцип работы ТЭС, имеющей такую схему, будет гораздо эффективнее при одних и тех же начальных и конечных заданных параметрах, чем без нее. Из всего этого можно сделать вывод, что основа работы станции - это органическое топливо и нагретый воздух.

Схема работы

Принцип работы ТЭС построен следующим образом. Топливный материал, а также окислитель, роль которого чаще всего берет на себя подогретый воздух, непрерывным потоком подаются в топку котла. В роли топлива могут выступать такие вещества, как уголь, нефть, мазут, газ, сланцы, торф. Если говорить о наиболее распространенном топливе на территории Российской Федерации, то это угольная пыль. Далее принцип работы ТЭС строится таким образом, что тепло, которое образуется за счет сжигания топлива, нагревает воду, находящуюся в паровом котле. В результате нагрева происходит преобразование жидкости в насыщенный пар, который по пароотводу поступает в паровую турбину. Основное предназначение этого устройства на станции заключается в том, чтобы преобразовать энергию поступившего пара, в механическую.

Все элементы турбины, способные двигаться, тесно связываются с валом, вследствие чего они вращаются, как единый механизм. Чтобы заставить вращаться вал, в паровой турбине осуществляется передача кинетической энергии пара ротору.

Механическая часть работы станции

Устройство и принцип работы ТЭС в ее механической части связан с работой ротора. Пар, который поступает из турбины, имеет очень высокое давление и температуру. Из-за этого создается высокая внутренняя энергия пара, которая и поступает из котла в сопла турбины. Струи пара, проходя через сопло непрерывным потоком, с высокой скоростью, которая чаще всего даже выше звуковой, воздействуют на рабочие лопатки турбины. Эти элементы жестко закреплены на диске, который, в свою очередь, тесно связан с валом. В этот момент времени происходит преобразование механической энергии пара в механическую энергию турбин ротора. Если говорить точнее о принципе работы ТЭС, то механическое воздействие влияет на ротор турбогенератора. Это из-за того, что вал обычного ротора и генератора тесно связываются между собой. А далее происходит довольно известный, простой и понятный процесс преобразования механической энергии в электрическую в таком устройстве, как генератор.

Движение пара после ротора

После того как водяной пар проходит турбину, его давление и температура значительно опускаются, и он поступает в следующую часть станции - конденсатор. Внутри этого элемента происходит обратное превращение пара в жидкость. Для выполнения этой задачи внутри конденсатора имеется охлаждающая вода, которая поступает туда посредством труб, проходящих внутри стен устройства. После обратного преобразования пара в воду, она откачивается конденсатным насосом и поступает в следующий отсек - деаэратор. Также важно отметить, что откачиваемая вода, проходит сквозь регенеративные подогреватели.

Основная задача деаэратора - это удаление газов из поступающей воды. Одновременно с операцией очистки, осуществляется и подогрев жидкости так же, как и в регенеративных подогревателях. Для этой цели используется тепло пара, которое отбирается из того, что следует в турбину. Основное предназначение операции деаэрации состоит в том, чтобы понизить содержание кислорода и углекислого газа в жидкости до допустимых значений. Это помогает снизить скорость влияние коррозии на тракты, по которым идет поставка воды и пара.

Станции на угле

Наблюдается высокая зависимость принципа работы ТЭС от вида топлива, которое используется. С технологической точки зрения наиболее сложным в реализации веществом является уголь. Несмотря на это, сырье является основным источником питания на таких объектах, число которых примерно 30% от общей доли станций. К тому же планируется увеличивать количество таких объектов. Также стоит отметить, что количество функциональных отсеков, необходимых для работы станции, гораздо больше, чем у других видов.

Как работают ТЭС на угольном топливе

Для того чтобы станция работала непрерывно, по железнодорожным путям постоянно привозят уголь, который разгружается при помощи специальных разгрузочных устройств. Далее имеются такие элементы, как по которым разгруженный уголь подается на склад. Далее топливо поступает в дробильную установку. При необходимости есть возможность миновать процесс поставки угля на склад, и передавать его сразу к дробилкам с разгрузочных устройств. После прохождения этого этапа раздробленное сырье поступает в бункер сырого угля. Следующий шаг - это поставка материала через питатели в пылеугольные мельницы. Далее угольная пыль, используя пневматический способ транспортировки, подается в бункер угольной пыли. Проходя этот путь, вещество минует такие элементы, как сепаратор и циклон, а из бункера уже поступает через питатели непосредственно к горелкам. Воздух, проходящий сквозь циклон, засасывается мельничным вентилятором, после чего подается в топочную камеру котла.

Далее движение газа выглядит примерно следующим образом. Летучее вещество, образовавшееся в камере топочного котла, проходит последовательно такие устройства, как газоходы котельной установки, далее, если используется система промежуточного перегрева пара, газ подается в первичный и вторичный пароперегреватель. В этом отсеке, а также в водяном экономайзере газ отдает свое тепло на разогрев рабочего тела. Далее установлен элемент, называющийся воздухоперегревателем. Здесь тепловая энергия газа используется для подогрева поступающего воздуха. После прохождения всех этих элементов, летучее вещество переходит в золоуловитель, где очищается от золы. После этого дымовые насосы вытягивают газ наружу и выбрасывают его в атмосферу, использую для этого газовую трубу.

ТЭС и АЭС

Довольно часто возникает вопрос о том, что общего между тепловыми и и есть ли сходство в принципах работы ТЭС и АЭС.

Если говорить об их сходстве, то их несколько. Во-первых, обе они построены таким образом, что для своей работы используют природный ресурс, являющийся ископаемым и иссекаемым. Кроме этого, можно отметить, что оба объекта направлены на то, чтобы вырабатывать не только электрическую энергию, но и тепловую. Сходства в принципах работы также заключаются и в том, что ТЭС и АЭС имеют турбины и парогенераторы, участвующие в процессе работы. Далее имеются лишь некоторые отличие. К ним можно отнести то, что, к примеру, стоимость строительства и электроэнергии, полученной от ТЭС гораздо ниже, чем от АЭС. Но, с другой стороны, атомные станции не загрязняют атмосферу до тех пор, пока отходы утилизируются правильным образом и не происходит аварий. В то время как ТЭС из-за своего принципа работы постоянно выбрасывают в атмосферу вредные вещества.

Здесь кроется и главное отличие в работе АЭС и ТЭС. Если в тепловых объектах тепловая энергия от сжигания топлива передается чаще всего воде или преобразуется в пар, то на атомных станциях энергию берут от деления атомов урана. Полученная энергия расходится для нагрева самых разных веществ и вода здесь используется довольно редко. К тому же все вещества находятся в закрытых герметичных контурах.

Теплофикация

На некоторых ТЭС в их схемах может быть предусмотрена такая система, которая занимается теплофикацией самой электростанции, а также прилегающего поселка, если таковой имеется. К сетевым подогревателям этой установки, пар отбирается от турбины, а также имеется специальная линия для отвода конденсата. Вода подводится и отводится по специальной системе трубопровода. Та электрическая энергия, которая будет вырабатываться таким образом, отводится от электрического генератора и передается потребителю, проходя через повышающие трансформаторы.

Основное оборудование

Если говорить об основных элементах, эксплуатирующихся на тепловых электрических станциях, то это котельные, а также турбинные установки в паре с электрическим генератором и конденсатором. Основным отличием основного оборудования от дополнительного стало то, что оно имеет стандартные параметры по своей мощности, производительности, по параметрам пара, а также по напряжению и силе тока и т. д. Также можно отметить, что тип и количество основных элементов выбираются в зависимости от того, какую мощность необходимо получить от одной ТЭС, а также от режима ее эксплуатации. Анимация принципа работы ТЭС может помочь разобраться в этом вопросе более детально.

У этой паровой турбины хорошо видны лопатки рабочих колес.

Тепловая электростанция (ТЭЦ) использует энергию, высвобождающуюся при сжигании органического топлива - угля, нефти и природного газа - для превращения воды в пар высокого давления. Этот пар, имеющий давление около 240 килограммов на квадратный сантиметр и температуру 524°С (1000°F), приводит во вращение турбину. Турбина вращает гигантский магнит внутри генератора, который вырабатывает электроэнергию.

Современные тепловые электростанции превращают в электроэнергию около 40 процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, остальная сбрасывается в окружающую среду. В Европе многие тепловые электростанции используют отработанную теплоту для отопления близлежащих домов и предприятий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии увеличивает энергетическую отдачу электростанции до 80 процентов.

Паротурбинная установка с электрогенератором

Типичная паровая турбина содержит две группы лопаток. Пар высокого давления, поступающий непосредственно из котла, входит в проточную часть турбины и вращает рабочие колеса с первой группой лопаток. Затем пар подогревается в пароперегревателе и снова поступает в проточную часть турбины, чтобы вращать рабочие колеса с второй группой лопаток, которые работают при более низком давлении пара.

Вид в разрезе

Типичный генератор тепловой электростанции (ТЭЦ) приводится во вращение непосредственно паровой турбиной, которая совершает 3000 оборотов в минуту. В генераторах такого типа магнит, который называют также ротором, вращается, а обмотки (статор) неподвижны. Система охлаждения предупреждает перегрев генератора.

Выработка энергии при помощи пара

На тепловой электростанции топливо сгорает в котле, с образованием высокотемпературного пламени. Вода проходит по трубкам через пламя, нагревается и превращается в пар высокого давления. Пар приводит во вращение турбину, вырабатывая механическую энергию, которую генератор превращает в электричество. Выйдя из турбины, пар поступает в конденсатор, где омывает трубки с холодной проточной водой, и в результате снова превращается в жидкость.

Мазутный, угольный или газовый котел

Внутри котла

Котел заполнен причудливо изогнутыми трубками, по которым проходит нагреваемая вода. Сложная конфигурация трубок позволяет существенно увеличить количество переданной воде теплоты и за счет этого вырабатывать намного больше пара.

Однажды, когда мы въезжали в славный город Чебоксары, с восточного направления моя супруга обратила внимание на две огромные башни, стоящие вдоль шоссе. «А что это такое?» — спросила она. Поскольку мне абсолютно не хотелось показать жене свою неосведомленность, я немного покопался в своей памяти и выдал победное: «Это ж градирни, ты что, не знаешь?». Она немного смутилась: «А для чего они нужны?» «Ну что-то там охлаждать, вроде бы». «А чего?». Потом смутился я, потому что совершенно не знал как выкручиваться дальше.

Может быть этот вопрос, так и остался навсегда в памяти без ответа, но чудеса случаются. Через несколько месяцев после этого случая, вижу в своей френдленте пост о наборе блогеров, желающих посетить Чебоксарскую ТЭЦ-2, ту самую, что мы видели с дороги. Приходиться резко менять все свои планы, упустить такой шанс будет непростительно!

Так что же такое ТЭЦ?

Это сердце ТЭЦ, и здесь происходит основное действие. Газ, поступающий в котел, сгорает, выделяя сумасшедшее количество энергии. Сюда же подается «Чистая вода». После нагрева она превращается в пар, точнее в перегретый пар, имеющий температуру на выходе 560 градусов, а давление 140 атмосфер. Мы тоже назовем его «Чистый пар», потому что он образован из подготовленной воды.
Кроме пара, на выходе мы еще имеем выхлоп. На максимальной мощности, все пять котлов потребляют почти 60 кубометров природного газа в секунду! Что бы вывести продукты сгорания нужна недетская «дымовая» труба. И такая тоже имеется.

Трубу видно практически из любого района города, учитывая высоту 250 метров. Подозреваю, что это самое высокое строение в Чебоксарах.

Рядом находится труба чуть поменьше. Снова резерв.

Если ТЭЦ работает на угле, необходима дополнительная очистка выхлопа. Но в нашем случае этого не требуется, так как в качестве топлива используется природный газ.

В втором отделении котлотурбинного цеха находятся установки, вырабатывающие электроэнергию.

В машинном зале Чебоксарской ТЭЦ-2 их установлено четыре штуки, общей мощностью 460 МВт (мегаватт). Именно сюда подается перегретый пар из котельного отделения. Он, под огромным давлением направляется на лопатки турбины, заставляя вращаться тридцатитонный ротор, со скоростью 3000 оборотов в минуту.

Установка состоит из двух частей: собственно сама турбина, и генератор, вырабатывающий электроэнергию.

А вот как выглядит ротор турбины.

Повсюду датчики и манометры.

И турбины, и котлы, в случае аварийной ситуации можно остановить мгновенно. Для этого существуют специальные клапаны, способные перекрыть подачу пара или топлива за какие-то доли секунды.

Интересно, а есть такое понятие как промышленный пейзаж, или промышленной портрет? Здесь есть своя красота.

В помещении стоит страшный шум, и чтобы расслышать соседа приходиться сильно напрягать слух. К тому же очень жарко. Хочется снять каску и раздеться до футболки, но делать этого нельзя. По технике безопасности, одежда с коротким рукавом на ТЭЦ запрещена, слишком много горячих труб.
Основную часть времени цех пустой, люди здесь появляются один раз в два часа, во время обхода. А управление работой оборудования ведется с ГрЩУ (Групповые щиты управления котлами и турбинами).

Вот так выглядит рабочее место дежурного.

Вокруг сотни кнопок.

И десятки датчиков.

Есть механические, есть электронные.

Это у нас экскурсия, а люди работают.

Итого, после котлотурбинного цеха, на выходе мы имеем электроэнергию и частично остывший и потерявший часть давления пар. С электричеством вроде бы попроще. На выходе с разных генераторов напряжение может быть от 10 до 18 кВ (киловольт). С помощью блочных трансформаторов, оно повышается до 110 кВ, а дальше электроэнергию можно передавать на большие расстояния с помощью ЛЭП (линий электропередач).

Оставшийся «Чистый пар» отпускать на сторону невыгодно. Так как он образован из «Чистой воды», производство которой довольно сложный и затратный процесс, его целесообразней охладить и вернуть обратно в котел. Итак по замкнутому кругу. Зато с его помощью, и с помощью теплообменников можно нагреть воду или произвести вторичный пар, которые спокойно продавать сторонним потребителям.

В общем то именно таким образом, мы с вами получаем тепло и электричество в свои дома, имея привычный комфорт и уют.

Ах, да. А для чего же все-таки нужны градирни?

Оказывается все очень просто. Что бы охладить, оставшийся «Чистый пар», перед новой подачей в котел, используются все те же теплообменники. Охлаждается он при помощи технической воды, на ТЭЦ-2 ее берут прямо с Волги. Она не требует какой-то специальной подготовки и также может использоваться повторно. После прохождения теплообменника техническая вода нагревается и уходит на градирни. Там она стекает тонкой пленкой вниз или падает вниз в виде капель и охлаждается за счет встречного потока воздуха, создаваемого вентиляторами. А в эжекционных градирнях вода распыляется с помощью специальных форсунок. В любом случае основное охлаждение происходит за счет испарения небольшой части воды. С градирен остывшая вода уходит по специальному каналу, после чего, с помощью насосной станции отправляется на повторное использование.
Одним словом, градирни нужны, что бы охлаждать воду, которая охлаждает пар, работающий в системе котел — турбина.

Вся работа ТЭЦ, контролируется из Главного Щита Управления.

Здесь постоянно находится дежурный.

Все события заносятся в журнал.

Меня хлебом не корми, дай сфотографировать кнопочки и датчики…

На этом, почти все. В завершение осталось немного фотографий станции.

Это старая, уже не рабочая труба. Скорее всего скоро ее снесут.

На предприятии очень много агитации.

Здесь гордятся своими сотрудниками.

И их достижениями.

Похоже, что не напрасно…

Осталось добавить, что как в анекдоте — «Я не знаю, кто эти блогеры, но экскурсовод у них директор филиала в Марий Эл и Чувашии ОАО «ТГК-5″, КЭС холдинга — Добров С.В.»

Вместе с директором станции С.Д. Столяровым.

Без преувеличения — настоящие профессионалы своего дела.

Ну и конечно, огромное спасибо Ирине Романовой, представляющей пресс-службу компании, за прекрасно организованный тур.

Открытие бизнеса