Шпаргалка по дисциплине "Энергетика"

1. Технологический  процесс получения электрической  энергии на КЭС.

Тепловые конденсационные  электрические станции ТКЭС преобразовывают  энергию органического топлива  вначале в механическую, а затем  в электрическую. Механическую энергию  упорядоченного вращения вала получают с помощью тепловых двигателей, преобразующих энергию неупорядоченного движения молекул пара или газа.

На современных ТЭС  устанавливают паровые турбины. Для повышения эффективности  работы тепловых двигателей стремятся  максимально увеличить температуру рабочего тела и его давления до значения приемлемых по условию механической прочности конструкционных материалов.

В современных паровых  установках, составляющих основу энергетики, используют пар при температуре  около 600⁰ С и давлении 30 МПа. Для охлаждения рабочего тела обычно используют  холодную воду, которая понижает его температуру до 30-40^о С. При этом давление пара резко падает.

Основной элемент станции- парогенератор - в котором получают пар для питания станции. Современный  парогенератор представляет собой сложное техническое сооружение больших размеров. В топке парогенератора сжигается превращенный  в мелкую пыль уголь, газ, или нефть при температуре 1500-2000 С. Появляющаяся в процессе сгорания топлива теплота нагревает воду, превращая ее в пар и увеличивает его температуру и давление до расчетных значений. Использованные горячие газы дымососами вытягиваются из парогенератора и подаются в очистительные устройства, а затем в дымовую трубу. Вода подаваемая в парогенератор, предварительно очищается от примесей, содержание которых допускается в меньшем количестве, чем в питьевой воде. Очистка воды производится в специальных устройствах – питателях.

По конструктивному  выполнению парогенераторы подразделяют на барабанные и прямоточные. Чтобы  повысить эффективность работы парогенератора, вода перед подачей в баран нагревается в экономайзере, а воздух перед подачей в топку подогревается горячими газами в воздухоподогревателе. Выходящий из барана пар дополнительно нагревается в парогенераторе.

Пар выходящий из турбины, направляют для охлаждения и конденсации в специальное устройство, называемой конденсатором. Конденсатор представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого имеется большое количество латунных трубок. По трубкам протекает охлаждающая вода. Поступающая в конденсатор обычно при температуре 20-25 С. Пар обтекает трубки сверху вниз, конденсируется и снизу удаляется.

Если воду для охлаждения пара забирают из реки, подают в конденсатор, а затем сбрасывают в реку, то такую систему водоснабжения называют прямоточной.

Тепловой баланс конденсационной  электр. станции. На ТЭС происходит многократное преобразование энергии  сопровождающаяся потерями. Наибольшие потери теплоты происходят в конденсаторе. С охл. Водой конденсаторе уносится 55% теплоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Технологический процесс получения  электрической энергии на ТЭЦ

Производство  электрической энергии на ТЭС  сопровождается большими потерями теплоты. В то же время многим отраслям промышленности таким, как химическая, текстильная, пищевая, металлургическая, и ряду других теплота необходима для технологических целей. Для отопления жилых зданий требуется в значительном количестве горячая вода.

В этих условиях естественно  использовать пар, получаемый в парогенераторах на тепловых станциях, как для выработки электроэнергии, так и для теплофикации потребителей. Электростанции, выполняющие такие функции, называются теплоэлектроцентралями.

Отработанный в турбинах конденсационных станций пар имеет температуру 25—30°С, поэтому он не пригоден для использования в технологических процессах на предприятиях.» Во многих производствах требуется пар, имеющий давление 0,5—0,9 МПа, а иногда и до 2 МПа длят приведения в движение прессов, паровых молотов, турбин. Иногда требуется горячая вода, нагретая до температуры 70—150°С.

Для получения  пара с необходимыми для потребителей параметрами используют специальные турбины с промежуточными отборами пара. В таких турбинах, после того как часть энергии пара израсходуется на приведение в движение турбины и параметры его понизятся, производится отбор некоторой доли пара для потребителей. Оставшаяся доля пара далее обычным способом используется в турбине и затем поступает в конденсатор. Поскольку для части пара перепад давления оказывается меньшим, несколько возрастает расход топлива на выработку электроэнергии. Так, если при перепаде давления от 9000 до 4 кПа на выработку 1 кВт-ч электроэнергии требуется 4 кг пара, то при увеличении давления отработанного пара до 120 кПа необходимое количество пара составляет 5,5 кг. Однако такое увеличение расхода пара на выработку электроэнергии на ТЭЦ и связанное с этим увеличение расхода топлива в конечном счете оказываются меньшими по сравнению с расходом топлива в случае раздельной выработки электроэнергии и выработки ,теплоты на небольших котельных установках.

Благодаря более полному использованию тепловой энергии КПД ТЭЦ достигает 60-65%, а КПД КЭС —не более 40%. На рис. 2.13 приведен примерный тепловой баланс ТЭЦ.

Горячая вода и пар под давлением, достигающем в отдельных случаях 3 МПа, доставляются потребителям по трубопроводам. Совокупность трубопроводов, предназначенных для передачи теплоты, называется тепловой сетью. Экономия топлива связана с совершенствованием тепловой изоляции, поэтому повышение ее качества относится к одной из важнейших задач теплофикации.

Эффективность работы системы   теплоснабжения во многом зависит от рационального размещения ТЭЦ, которые стремятся по возможности приблизить к крупным потребителям теплоты и электрической энергии, так как передача теплоты в виде пара неэкономична на расстояниях свыше 5—7 км. На решение вопроса о целесообразных местах расположения ТЭЦ в последнее время значительно влияет загрязнение ими окружающей среды.

 Централизованное  теплоснабжение на базе комбинированной выработки теплоты и электрической энергии имеет большие преимущества: обеспечивает основную долю потребности в теплоте промышленного и жилищно-коммунального хозяйства, уменьшает расходование топливно-энергетических ресурсов, а также материальных, и трудовых затрат в системах теплоснабжения.

Однако при  максимальной централизации теплоснабжения на ТЭЦ можно выработать только 25—30% требуемой электроэнергии. Работа же конденсационных станций определяется только условиями выработки электроэнергии, что делает весьма благоприятными концентрацию больших электрических мощностей и позволяет быстро наращивать электроэнергетический потенциал страны. Поэтому в настоящее время и в будущем будут строиться конденсационные станции, несмотря на те преимущества, которые имеет выработка электроэнергии -на ТЭЦ. Развитию теплофикации в СССР придается большое значение. Так, уже в начале девятой пятилетки установленная электрическая мощность теплофикационных агрегатов превысила 45 млн. кВт, что составило около ⅓ установленной мощности всех ТЭС страны, работающих на органическом топливе.

3.Технологический  процесс получения электрической  энергии на ГЭС

На ГЭС для получения  электроэнергии используется энергия  водяных потоков (рек, водопадов  и т.д.). В настоящее время на ГЭС вырабатывается около 15 % всей электроэнергии. Более интенсивное строительство этого вида станций содерживается большими капиталовложениями, большими сроками строительства и спецификой размещения гидроресурсов по территории бывшей СССР (большая их часть сосредоточена в восточной части страны).

В настоящее время  водяные ресурсы используются в  основном – путем строительства  мощных ГЭС. Первичными двигателями  на ГЭС являются гидротурбины, которые  приводят во вращение синхронные гидроагрегаты. Мощность развиваемая гидроагрегатом, пропорциональна напору Н и расходу воды Q, т.е. Р=РQ. Т.О., мощность ГЭС определяется расходом и напором воды.

На ГЭС, как правило, напор воды создается плотиной. Водное пространство перед плотиной называется верхним бьефом, а ниже плотины – нижним бьефом. Разность уровней верхнего (УВБ) и нижнего бьефа (УНБ) определяет напор Н.

Верхний бьеф образует водохранилище, в котором накапливается вода, используемая для выработки электроэнергии.

В состав гидроузла на равнинной реке входят: плотина, здание электростанции, водосбросные, судопропусные (шлюзы), рыбопропускные и др.

На горных реках сооружаются  ГЭС, которые используют большие  естесственные уклоны реки.

Однако при этом обычно приходится создавать систему деривационных  сооружений. К ним относятся сооружени, направляющие воду в обход естесственного русла реки: деривационные каналы, туннели, трубы.

В электрической части  ГЭС во многом подобны конденсационным  электростанциям, как и КЭС, гидроэлектростанции  обычно удалены от центров потребления, так как место их строительства определяется в основном природными условиями. Поэтому электроэнергия, вырабатываемая ГЭС, выдается на высоких и сверхвысоких напряжениях (110-500 кВ). Отличительной особенностью ГЭС является небольшое потребление электроэнергии на собственные нужды, которые обычно в несколько раз меньше, чем на ТЭС. Это объясняется   отсутствием на ГЭС крупных механизмов в системе СН.

Технология произ-ва электроэнегрии на ГЭС довольно проста и легко  поддается автоматизации. Пуск агрегаетов ГЭС занимает не более 50 с, поэтому резерв мощности в энергосистеме целесообразно обеспечить именно этими агрегатами. КПД ГЭС обычно составляет 85-90%. Благодаря меньшим эксплуатационным расходам себестоимость электроэнергии на ГЭС, как правило, в несколько раз меньше, чем на ТЭС.

 

4.Технологический  процесс получения электрической  энергии на АЭС.

АЭС – это по существу ТЭС, которые используют тепловую энергию  ядерных реакций.

Один из основных  элементов  АЭС – реактор.В основном используют ядерные реакции расщепленич урана V-235 под действием тепловых нейтрнов.

Для их осуществления  в реакторе кроме топлива (V-235) д.б. замедлитель нейтронов и теплоноситель, отводящий тепло из реактора. В реакторах типа ВВЭР(водо-водяной энергетический) в качестве замедлителя и теплоносителя используется вода под давлением. В реакторах типа РБНК (реактор большой мощности канальный) теплоноситель вода, а замедлитель – графит.

Схемы АЭС в тепловой части могут выполняться в  различных вариантах:

1-реактор, 2 – парогенератор, 3 – турбина, 4-генератор, 6- траснф-р, 6 – конденсатор турбины, 7 – питательный насос, 8 –главный циркуляц. Насос

(a)

Принцип.технологич.схема  АЭС с реактором типа ВВЭР.(рис.А). Данная схема близка к схеме КЭС, но вместо парогенератора на органическом топливе здесь используется ядерная установка.

АЭС с реакторами на быстрых  нейтронах (БН) согут исп-ся для получения  тепла и эл/энергии и воспроизв-ва ядерного горючего.Принципиал.технологическая  схема АЭС с реактором типа БН(рис.Б)8-теплообменник натриевых контуров,9-насос нерадиоактивнго Na,10-насос радиоактивного Na.Реактор типа БН имеет активную зону, гдепроисходит ядерная реакция с выделением потока быстрых нейтронов.Схема АЭС с реактором БН трехконтурная,в 2-х их них используется жидкий натрий (в контуре реактора и промежуточном). Жидкий Na бурно реагирует с водой и водяноым паром. Поэтому, чтобы избежать при авариях контакта радиоактивного Na 1-го контура с водой или водяным паром, выполняют второй (промежуточный) контур; теплоносителем в котором является нерадиоактивный Na. Рабочим током 3-го контура является вода и водяной пар. АЭС оборудуются эффективной радиационной защитой, поэтому их влияние на охр.среду меньше, чем обычных ТЭС.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5.Нетрадиционные  источники получения электрической энергии.

Это в первую очередь  электростанции с магнитогидродинамическими  генераторами (МГД – генераторами).МГД  – генераторы планируется сооружать  в качестве надстройки к станции  типа КЭС. Они используют тепловые потенциалы в 2500-3000 К недоступные для обычных котлов.Принципиальная схема ТЭС с МГД-установкой показана на рис.

1-камера сгорания, 2 –МГД-канал, 3 – магнитная система, 4 – воздухоподогреватель, 5 – парогенератор(котел), 6 – паровые  турбины, 7 – компрессор, 8 – питательный  насос.

Выхлоп МГД-канала при t около 2000 К направляется в котел и спольз-ся по обычной схеме на парообразование с применением энергии пара в паровой турбине ТЭС.

Большое значение имеет  овладение энергией термоядерного  синтеза.Сущность термоядерной реакции, в которой м.б.высвобождено колоссальное еол-во энергии сост. В слиянии 2-х атомов (ионов) легких элементов. В результате образуется частица с массой, меньшей чем суммарная масса исходных элементов, а высвобождающаяся энергия соот-т разности масс. Реакция м.б. осуществлена при весьма специфич.условиях: t исх.вещества должна быть около 10 град. К, т.е. оно нах-ся в состоянии высокотемпературной плазмы. При использовании эн-гии реакции в промыш.целях эти условия должны создаваться циклически. В наст.время видны 2 основных пути достижения цели: удержание плазмы можным статич.магнитным  полем или инерционное удерживание, при котором топливо в виде малых порций нагревается и сжимается сконцентрированными лучами лазера или пучками электрона.

Основу реактора и  блока электростанции представляет тороидальная камера, по оси которой в вакуум 2 концентрируется плазма 1, где и происходит термоядерная реакция. Удержание плазмы осущ-ся мощным сверхпроводящим магнитом 3, разогрев – трансформатором 7

6.Парогазовые  установки.

Отработанные в газотурбинных установках газы имеют высокую температуру, что неблагоприятно сказывается на КПД термодинамического цикла.

Для повышения экономичности  газовых турбин разработаны парогазовые  установки (ПГУ), в которых совмещены  газо – и паротурбинные установки. В них топливо сжигается в топке парогенератора, пар из которого направляется в паровую турбину. Продукты сгорания из парогенератора, после того как она охладится до необходимой температуры , направляется в газовую турбину. Т.О., ПГУ имеет 2 элетрических генератора, приводимых во вращение: один газовой турбиной, другой – паровой турбиной. При этом мощность газовой турбины составляет около 20 % паровой. Отработанные в газовой турбине газы используются для подогрева питательной воды, это позволяет уменьшить расход топлива и повысить КПД всей установки, который достигает 44. Разработаны ПГУ мощностью 220 – 250 МВт с приемлемыми технико – экономическими показателями.