Преобразование теплоты в электрическую энергию

3.1 Паровой котёл — котёл, предназначенный для генерации насыщенного или перегретого пара. Может использовать энергию топлива, сжигаемого в своей топке, электрическую энергию (электрический паровой котёл) или утилизовать теплоту, выделяющуюся в других установках (котлы-утилизаторы).

Водотрубные котлы подразделяются на:

· барабанные (с естественной и принудительной циркуляцией: за один проход по испарительным поверхностям испаряется лишь часть воды, остальная возвращается в барабан и проходит поверхности многократно)

· прямоточные (среда между входом и выходом котла движется последовательно, не возвращаясь)

Барабанные котлы

Циркуляция воды в барабанном котле с принудительной циркуляцией

1 Питательный насос

2 Экономайзер

3 Подъемные трубы

4 Опускные трубы

5 Барабан

6 Пароперегреватель

7 В турбину

8 Циркуляционный насос

Вода в этом котле, пройдя экономайзер, попадает в барабан (находится вверху котла), из которого под действием силы тяжести (в котлах с естественной циркуляцией) попадает в опускные необогреваемые трубы, а затем в подъёмные обогреваемые, где происходит парообразование (подъёмные и опускные трубы образуют циркуляционный контур). Из-за того, что плотность пароводяной смеси в экранных трубах меньше плотности воды в опускных трубах, пароводяная смесь поднимается по экранным трубам в барабан. В нем происходит разделение пароводяной смеси на пар и воду. Вода заново идёт в опускные трубы, а насыщенный пар уходит в пароперегреватель. Барабанные котлы работают при давлении меньше критического.

Прямоточные котлы

Циркуляция воды в прямоточном котле

1 Питательный насос

2 Экономайзер

3 Испарительные трубы

6 Пароперегреватель

7 В турбину

Прямоточные котлы не имеют барабана. Через испарительные трубы вода проходит однократно, постепенно превращаясь в пар. Зона, где заканчивается парообразование, называется переходной. После испарительных труб пароводяная смесь (пар) попадает в пароперегреватель. Очень часто прямоточные котлы имеют промежуточный пароперегреватель. Прямоточный котел является разомкнутой гидравлической системой. Такие котлы работают не только на докритическом, но и на сверхкритическом давлении.

3.2 Газотурбинная установка (ГТУ) — энергетическая установка: конструктивно объединённая совокупность газовой турбины, электрического генератора, газовоздушного тракта, системы управления и вспомогательных устройств

Описание ГТУ

Газотурбинная установка состоит из двух основных частей: силовая турбина и генератор, которые размещаются в одном корпусе. Поток газа высокой температуры воздействует на лопатки силовой турбины (создает крутящий момент). Использование тепла посредством теплообменника или котла-утилизатора обеспечивает увеличение общего КПД установки.

ГТУ может работать как на жидком, так и на газообразном топливе: в обычном рабочем режиме — на газе, а в резервном (аварийном) — автоматически переключается на дизельное топливо. Оптимальным режимом работы газотурбинной установки является комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ в энергетике работают как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Применение ГТУ

В настоящее время газотурбинные установки начали широко применяться в малой энергетике

ГТУ предназначены для эксплуатации в любых климатических условиях как основной или резервный источник электроэнергии и тепла для объектов производственного или бытового назначения. Области применения газотурбинных установок практически не ограничены: нефтегазодобывающая промышленность, промышленные предприятия, муниципальные образования.

3.3 Парогазовая установка — электрогенерирующая станция, служащая для производства электроэнергии. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.

Принцип действия и устройство

Парогазовая установка состоит из двух отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (мазут, солярка). На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газовую турбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 градусов по Цельсию позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.

Преимущества ПГУ

· Парогазовые установки позволяют достичь электрического КПД более 60 %.

· Низкая стоимость единицы установленной мощности

· Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками

· Короткие сроки возведения (9-12 мес.)

· Нет необходимости в постоянном подвозе топлива ж/д или морским транспортом

· Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. энергии

· Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками

Недостатки ПГУ

· Низкая единичная мощность оборудования (160—972,1МВт на 1 блок), в то время как современные ТЭС имеют мощность блока до 1200 МВт, а АЭС 1200—1600 МВт.

· Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха, используемого для сжигания топлива.

3.4 Тепловой баланс КЭС - сопоставление прихода и расхода (полезно использованной и потерянной) теплоты в различных тепловых процессах

ТСТ - тепло, полученное при сжигании топлива; ПКт - потери тепла в котельном агрегате; ПТр - потери тепла в трубопроводах; ПТ - потери тепла в турбогенераторах; ПК - потери тепла в конденсаторе; ТПЭ - тепло, превращенное в электроэнергию

4.1 Атомная электростанция (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)

Современная ядерная энергетика основана на использовании энергии, выделяющейся при делении природного изотопа урана-235. На атомных электростанциях управляемая реакция деления ядер осуществляется в ядерном реакторе. По энергии нейтронов, производящих деление ядер, различают реакторы на тепловых и на быстрых нейтронах.

Основной агрегат атомной электростанции — ядерный реактор. Получают энергию из ядерного топлива, а затем она передается другому рабочему телу (воде, металлической или органической жидкости, газу) в форме тепла; далее ее превращают в электричество по той же схеме, что и в обычных тепловых электростанциях.

Управляют процессом, поддерживают реакцию, стабилизируют мощность, осуществляют пуск и остановку реактора с помощью специальных подвижных управляющих стержней и из материалов, интенсивно поглощающих тепловые нейтроны. Их приводят в движение с помощью системы управления. Действия регулирующих стержней проявляются в изменение мощности потока нейтронов в активной зоне. По каналам циркулирует вода, охлаждающая бетон биологической защиты