Принцип работы электростанции: Принцип работы ТЭЦ

Принцип работы ТЭЦ, устройство ТЭС

Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.

Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.

И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.

Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО₂, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.

Чистое сжигание угля (Clean Coal)

Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО₂ закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO₂ – оксид серы. Далее происходит удаление СО₂ с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.

Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира

Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.

Сургутская ГРЭС-2

Принцип работы и типы ТЭЦ, устройство ТЭС

Содержание

• Что такое АЭС?
• Что такое ТЭС?
• Что такое ТЭЦ?
• Принцип работы
• Теплоснабжение
• Как работают ТЭС на газе
• Типы ТЭЦ
• ТЭС и ТЭЦ: различия
• Какие предъявляются требования к ТЭС
• Преимущества ТЭС
• Главное – электричество
• В приоритете – тепло
• Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС
• Экологические аспекты использования

Что такое АЭС?

Атомная электростанция (АЭС) – это объект, на котором для производства энергии используется реакция распада ядерного топлива.

Попытки использования управляемой (то есть контролируемой, прогнозируемой) ядерной реакции для выработки электроэнергии были предприняты советскими и американскими учеными одновременно – в 40-х годах прошлого века. В 50-х годах «мирный атом» стал реальностью, и во многих странах мира стали строить АЭС.

Центральным узлом любой АЭС является ядерная установка, в которой происходит реакция. При распаде радиоактивных веществ происходит выделение огромного количества тепла. Выделяемая тепловая энергия используется для нагрева теплоносителя (как правило, воды), который, в свою очередь, нагревает воду второго контура до перехода ее в пар. Горячий пар вращает турбины, благодаря чему происходит образование электроэнергии.

В мире не утихают споры о целесообразности использования атомной энергии для выработки электричества. Сторонники АЭС говорят об их высокой продуктивности, безопасности реакторов последнего поколения, а также о том, что такие электростанции не загрязняют окружающую среду. Противники утверждают, что АЭС потенциально чрезвычайно опасны, а их эксплуатация и, особенно, утилизация отработанного топлива сопряжены с огромными расходами.

Что такое ТЭС?

Наиболее традиционным и распространенным в мире видом электростанциЙ являются ТЭС. Тепловые электростанции (так расшифровывается данная аббревиатура) вырабатывают электроэнергию за счет сжигания углеводородного топлива – газа, угля, мазута.

Схема работы ТЭС выглядит следующим образом: при сгорании топлива образуется большое количество тепловой энергии, с помощью которой нагревается вода. Вода превращается в перегретый пар, который подается в турбогенератор. Вращаясь, турбины приводят в движение детали электрогенератора, образуется электрическая энергия.

На некоторых ТЭЦ фаза передачи тепла теплоносителю (воде) отсутствует. В них используются газотурбинные установки, в которых турбину вращают газы, полученные непосредственно при сжигании топлива.

Существенным преимуществом ТЭС считается доступность и относительная дешевизна топлива. Однако есть у тепловых станций и недостатки. Это, прежде всего, экологическая угроза окружающей среде. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ. Чтобы сделать ТЭС более безопасными, применяется ряд методов, в том числе: обогащение топлива, установка специальных фильтров, задерживающих вредные соединения, использование рециркуляции дымовых газов и т.п.

Что такое ТЭЦ?

Само название данного объекта напоминает предыдущее, и на самом деле, ТЭЦ, как и тепловые электростанции преобразуют тепловую энергию сжигаемого топлива. Но помимо электроэнергии теплоэлектроцентрали (так расшифровывается ТЭЦ) поставляют потребителям тепло. ТЭЦ особенно актуальны в холодных климатических зонах, где нужно обеспечить жилые дома и производственные здания теплом. Именно поэтому ТЭЦ так много в России, где традиционно используется центральное отопление и водоснабжение городов.

По принципу работы ТЭЦ относятся к конденсационным электростанциям, но в отличие от них, на теплоэлектроцентралях часть выработанной тепловой энергии идет на производство электричества, а другая часть – на нагрев теплоносителя, который и поступает к потребителю.

ТЭЦ более эффективна по сравнению с обычными ТЭС, поскольку позволяет использовать полученную энергию по максимуму. Ведь после вращения электрогенератора пар остается горячим, и эту энергию можно использовать для отопления.

Помимо тепловых, существуют атомные ТЭЦ, которые в перспективе должны сыграть ведущую роль в электро- и теплоснабжении северных городов.

Принцип работы

Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.

Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.

Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.

Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.

Теплоснабжение

Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.

Как работают ТЭС на газе

По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.

Типы ТЭЦ

По типу соединения котлов и турбин теплоэлектроцентрали могут быть блочные и неблочные (с поперечными связями). На блочных ТЭЦ котлы и турбины соединены попарно (иногда применяется дубль-блочная схема: два котла на одну турбину). Такие блоки имеют, как правило, большую электрическую мощность: 100—300 МВт.

ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в Северодвинске

ТЭЦ-5 в Новосибирске

Схема с поперечными связями позволяет перебросить пар от любого котла на любую турбину, что повышает гибкость управления станцией. Однако для этого необходимо установить крупные паропроводы вдоль главного корпуса станции. Кроме того, все котлы и все турбины, объединённые в схему, должны иметь одинаковые номинальные параметры пара (давление, температуру). Если в разные годы на ТЭЦ устанавливалось основное оборудование разных параметров, должно быть несколько схем с поперечными связями. Для принудительного изменения параметров пара может быть использовано редукционно-охладительное устройство (РОУ).

По типу паропроизводящих установок могут быть ТЭЦ с паровыми котлами, с парогазовыми установками, с ядерными реакторами (атомная ТЭЦ). Могут быть ТЭЦ без паропроизводящих установок — с газотурбинными установками. Поскольку ТЭЦ часто строятся, расширяются и реконструируются в течение десятков лет (что связано с постепенным ростом тепловых нагрузок), то на многих станциях имеются установки разных типов. Паровые котлы ТЭЦ различаются также по типу топлива: уголь, мазут, газ.

По типу выдачи тепловой мощности различают турбины с регулируемыми теплофикационными отборами пара (в обозначении турбин, выпускаемых в России, присутствует буква «Т», например, Т-110/120-130), с регулируемыми производственными отборами пара («П»), с противодавлением («Р»). Обычно имеется 1—2 регулируемых отбора каждого вида; при этом количество нерегулируемых отборов, используемых для регенерации тепла внутри тепловой схемы турбины, может быть любым (как правило, не более 9, как для турбины Т-250/300-240). Давление в производственных отборах (номинальное значение примерно 1—2 МПа) обычно выше, чем в теплофикационных (примерно 0,05—0,3 МПа). Термин «Противодавление» означает, что турбина не имеет конденсатора, а весь отработанный пар уходит на производственные нужды обслуживаемых предприятий. Такая турбина не может работать, если нет потребителя пара противодавления. В похожем режиме могут работать теплофикационные турбины (типа «Т») при полной тепловой нагрузке: в таком случае весь пар уходит в отопительный отбор, однако давление в конденсаторе поддерживается немногим более номинального (обычно не более 12—17 кПа). Для некоторых турбин возможна работа на «ухудшенном вакууме» — до 20 кПа и более.

Кроме того, выпускаются паровые турбины со смешанным типом отборов: с регулируемыми теплофикационными и производственными отборами («ПТ»), с регулируемыми отборами и противодавлением («ПР») и др. На ТЭЦ могут одновременно работать турбины различных типов в зависимости от требуемого сочетания тепловых нагрузок.

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.

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.

Главное – электричество

Обозначение «ГРЭС»  – пережиток советского индустриального мегапроекта, на начальном этапе которого, в рамках плана ГОЭЛРО, решалась задача ликвидации дефицита, прежде всего, электрической энергии. Расшифровывается оно просто – «государственная районная электрическая станция». Районами в СССР называли территориальные объединения (промышленности с населением), в которых можно было организовать единое энергоснабжение. И в узловых географических точках, обычно вблизи крупных месторождений сырья, которое можно было использовать в качестве топлива, и ставили ГРЭС. Впрочем, газ на такие станции можно подавать и по трубопроводам, а уголь, мазут и другие виды топлива завозить по железной дороге. А на Березовскую ГРЭС компании «Юнипро» в красноярском Шарыпово уголь вообще приходит по 14-километровому конвейеру.

В современном понимании ГРЭС – это конденсационная электростанция (КЭС), по сравнению с ТЭЦ, очень мощная. Ведь главная задача такой станции – выработка электроэнергии, причем в базовом режиме (то есть равномерно в течение дня, месяца или года).
Поэтому ГРЭС, как правило, расположены вдали от крупных городов – благодаря линиям электропередач такие объекты генерации работают на всю энергосистему. И даже на экспорт – как, например, Гусиноозерская ГРЭС в Бурятии, с момента своего запуска в 1976 году обеспечивающая львиную долю поставок в Монголию. И выполняющая для этой страны роль «горячего резерва».

Интересно, что далеко не все станции, имеющие в своем названии аббревиатуру «ГРЭС», являются конденсационными; некоторые из них давно работают как теплоэлектроцентрали. Например, Кемеровская ГРЭС «Сибирской генерирующей компании» (СГК). «Изначально, в 1930-е годы, она вырабатывала только электроэнергию. Тем более что энергодефицит тогда был большой. Но когда вокруг станции вырос город Кемерово, на первый план вышел другой вопрос – как отапливать жилые кварталы? Тогда станцию перепрофилировали в классическую теплоэлектроцентраль, оставив лишь историческое название – ГРЭС. Для того, чтобы работник с гордостью мог сказать: «Я работаю на ГРЭС!». Потребление угля на электричество и тепло на станции идет сегодня в пропорции 50 на 50», — объясняет «Кислород.ЛАЙФ» начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала СГК Алексей Кутырев.

В то же время на других ГРЭС, входящих в СГК – например, на Томь-Усинской (1345,4 МВт) и Беловской (1260 МВт) в Кузбассе, а также на Назаровской (1308 МВт) в Красноярском крае – 97% сжигаемого угля идет на генерацию электричества. И всего 3% – на выработку тепла. И такая же картина, за редким исключением – практически на любой другой ГРЭС.

Алексей Кутырев    начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС – продукт побочный, такие станции в СССР и в России работают, прежде всего, для подогрева теплоносителя – и вырабатывают тепло, которое потом идет в жилые дома или на промышленные предприятия в виде пара. А сколько получается в итоге электроэнергия – не так уж и важно. Важно – выдать нужные гигакалории, чтобы потребителям, в основном – населению, было комфортно»

Крупнейшей в России ГРЭС и третьей в мире тепловой станцией является Сургутская ГРЭС-2(входит в «Юнипро») – ее мощность 5657,1 МВт (мощнее в нашей стране – только две ГЭС, Саяно-Шушенская и Красноярская). При довольно приличном КИУМ более 64,5% эта станция выработала в 2017 году почти 32 млрд кВт*часов электрической энергии. Эта ГРЭС работает на попутном нефтяном и природном газе. Крупнейшей же по мощности ГРЭС в стране, работающей на твердом топливе (угле), является Рефтинская — она расположена в 100 км от Екатеринбурга. 3,8 ГВт электрической мощности позволяют вырабатывать объемы, покрывающие 40% потребности всей Свердловской области. В качестве основного топлива на станции используется экибастузский каменный уголь.

Кемеровская ГРЭС давно перепрофилирована в классическую теплоэлектроцентраль, ей оставлено лишь историческое название – ГРЭС.

В приоритете – тепло

Теплоэнергоцентрали (ТЭЦ) – это еще один тип ТЭС, но это не конденсационная, а теплофикационная станция.   ТЭЦ, главным образом, производят тепло – в виде технологического пара и горячей воды (в том числе для горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Поэтому ТЭЦ являются ключевым элементом в централизованных системах теплоснабжения в городах, по уровню проникновения которых Россия является одним из мировых лидеров. Средние и малые ТЭЦ являются также незаменимыми спутниками крупных промышленных предприятий. Ключевая черта ТЭЦ – когенерация: одновременное производство тепла и электричества . Это и эффективнее, и выгоднее выработки, например, только электроэнергии (как на ГРЭС) или только тепла (как на котельных). Поэтому в СССР в свое время и сделали ставку на повсеместное развитие теплофицикации.

Принципиальное отличие ТЭЦ от ГРЭС, при том что все это котлотурбинные и паротурбинные электростанции — разные типы турбин. На теплоэлектроцентралях ставят теплофикационные турбины марки «Т», отличие которых от конденсационных турбин типа «К» (которые работают на ГРЭС) – наличие регулируемых отборов пара. В дальнейшем он направляется, например, к подогревателям сетевой воды, откуда она идет в батареи квартир или в краны с горячей водой. Наибольшее распространение в нашей стране исторически получили турбины Т-100, так называемые «сотки». Но работают на ТЭЦ и противодавленческие турбины типа «Р», которые производят технологический пар (у них нет конденсатора и пар, после того, как выработал электроэнергию в проточной части, идет напрямую промышленному потребителю). Бывают и турбины типа «ПТ», которые могут работать и на промышленность, и на теплофикацию.

В турбинах типа «К» процесс расширения пара в проточной части заканчивается его кондесацией (что позволяет получать на одной установке большую мощность – до 1,6 ГВт и более).

Алексей Кутырев    начальник управления эксплуатации ТЭС Кузбасского филиала

«Для ТЭЦ электроэнергия, в отличие от ГРЭС – продукт побочный, такие станции в СССР и в России работают, прежде всего, для подогрева теплоносителя – и вырабатывают тепло, которое потом идет в жилые дома или на промышленные предприятия в виде пара. А сколько получается в итоге электроэнергия – не так уж и важно. Важно – выдать нужные гигакалории, чтобы потребителям, в основном – населению, было комфортно»

В отопительный сезон ТЭЦ работают по так называемому «тепловому графику» – поддерживают температуру сетевой воды в магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха. В этом режиме ТЭЦ могут нести и базовую нагрузку по электроэнергии, демонстрируя, кстати, очень высокие коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ). По электрическому графику ТЭЦ обычно работают в теплые месяцы года, когда отборы на теплофикацию с турбин отключаются. ГРЭС же работают исключительно по электрическому графику.

Нетрудно догадаться, что ТЭЦ в России гораздо больше ГРЭС – и все они, как правило, сильно различаются по мощности. Вариантов их работы также великое множество. Некоторые ТЭЦ, например, работают как ГРЭС — такова, к примеру, ТЭЦ-10 компании «Иркутскэнерго». Другие функционируют в тесной спайке с промышленными предприятиями – и потому не снижают свою мощность даже в летний период. Например, Казанская ТЭЦ-3 ТГК-16 снабжает паром гигант химиндустрии – «Казаньоргсинтез» (обе компании входят в Группу ТАИФ). А Ново-Кемеровская ТЭЦ СГК генерирует пар для нужд КАО «Азот». Некоторые станции обеспечивают теплом и горячей водой преимущественно население – например, все четыре ТЭЦ в Новосибирске с 1990-х практически прекратили производство технологического пара.

Случается, что теплоэлектроцентрали вообще не производят электрической энергии – хотя таких сейчас и меньшинство. Связано это с тем, что в отличие от гигакалорий, стоимость которых жестко регулируются государством, киловатты в России являются рыночным товаром. В этих условиях даже те ТЭЦ, что ранее не работали на оптовый рынок электроэнергии и мощности, постарались на него выйти. В структуре СГК, например, такой путь прошла Красноярская ТЭЦ-3, до марта 2012 года вырабатывавшая только тепловую энергию. Но с 1 марта того года на ней ввели в строй первый угольный энергоблок в России на 208 МВт, построенный в рамках ДПМ. С тех пор эта станция вообще стала образцово-показательной в СГК по энергоэффективности и экологичности.

Красноярская ТЭЦ-3 до марта 2012 года вырабатывала только тепловую энергию. А сейчас является образцово-показательной в СГК по энергоэффективности и экологичности.

Крупнейшие ТЭЦ в России работают на газе и находятся под крылом «Мосэнерго». Самой мощной, вероятно, можно считать ТЭЦ-26, расположенную в московском районе Бирюлево Западное – по крайней мере, по показателю электрической мощности 1841 МВт она опережает все другие ТЭЦ страны. Эта электростанция обеспечивает централизованное теплоснабжение промышленных предприятий, общественных и жилых зданий с населением более 2 млн человек в районах Чертаново, Ясенево, Бирюлево и Марьино. Тепловая мощность у этой ТЭЦ хоть и высока (4214 Гкал/час), но не является рекордной. У ТЭЦ-21 того же «Мосэнерго» мощность по теплу выше – 4918 Гкал/час, хотя по электроэнергии она немногим уступает «коллеге» (1,76 ГВт).

Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС

Как известно, технологический процесс на ТС заключается в поэтапном преобразовании различных видов энергии. Технологический процесс имеет особенность — конечный продукт — электроэнергия — не подлежит складированию. Косвенным показателем соответствия между паропроизводительностью котла мощностью турбины служит давление перегретого пара.

Современные ТЭС делятся на два типа:

1. С поперечными связями. Основной агрегат по пару и воде связаны между собой
2. С блочной компоновкой. При таком типе основное оборудование описывается отдельным технологическим процессом в пределах каждого энергоблока.

Для описания технологических процессов и формирования критериев управления составляются математические модели. Их изображают в форме уравнений.

В качестве объекта управления, характеризующего технологический процесс на ТЭС в целом, обычно выбирают типичный энергоблок. Технологический процесс, протекающий в таком блоке, можно представить в виде двух последовательных процессов: в паровом котле и турбогенераторе.

Экологические аспекты использования

Энергетика является одним из тех секторов мировой экономики, изменения в которых необходимы, чтобы избежать неприемлемых последствий глобального потепления. Оценки энергоинфраструктуры на основе глобального 2эмиссионного бюджета CO показывают, что после 2017 года в мире не должны вводиться в строй новые электростанции, работающие на ископаемом топливе.

Тепловые электростанции зачастую становятся «мишенями» для радикально настроенных климатических активистов.

Источники

• http://www.vseznaika.org/proizvodstvo/chto-takoe-aes-tec-i-tes/
• https://www.techcult.ru/technology/5057-princip-raboty-i-ustrojstvo-tec-tes
• https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BB%D1%8C
• https://www.syl.ru/article/315522/tes—eto-chto-takoe-tes-i-tets-razlichiya
• https://sibgenco.online/news/element/what-distinguishes-tpp-from-tpp/
• https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F

[свернуть]

Электростанция Объяснение | Принципы работы

В этой статье мы рассмотрим, что такое электростанция, различные типы и почему автоматизация важна в бизнесе электростанций. Также ответим на вопрос, как работает силовая установка?

Различные типы электростанций в зависимости от источников энергии

В своей простейшей форме электростанция, известная также как электростанция, представляет собой промышленное предприятие, используемое для выработки электроэнергии.

Для выработки электроэнергии электростанция должна иметь источник энергии. Одним из источников энергии является сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ.

Кроме того, у нас есть ядерная энергия и, наконец, возобновляемые источники энергии, такие как ветер, солнце, волны и гидроэнергетика.

Первоначально единственным источником энергии для промышленных электростанций был постоянный ток или системы постоянного тока, но только когда были введены системы переменного тока или переменного тока, мощность можно было передавать на расстояния, необходимые для ее распределения по массы.

1. Гидроэлектростанции 

Гидроэлектростанции вырабатывают энергию, преобразуя силу воды для вращения больших генераторов.

Гидроэлектростанции делятся на три категории; 1.1. Водохранилище Электростанции 

Водохранилище обычно использует запас речной воды из плотины в водохранилище.

Когда вода выходит из резервуара, она проходит через турбину, которая создает движение.

Это вращательное движение активирует генератор для производства электроэнергии.

1.2. Диверсионные электростанции 

Диверсия очень похожа на водохранилище, но может не нуждаться в использовании плотины, а работает путем направления части реки через канал или водовод.

1.3. Гидроаккумулирующие электростанции

Последний тип гидроэлектростанций — это гидроаккумулирующие.

Насосное хранилище хранит свою энергию, перекачивая воду вверх по склону в резервуар на более высокой высоте.

Когда есть потребность в энергии, вода сбрасывается из высокого резервуара в нижний резервуар.

Генерирует электричество, когда проходит через турбину, производящую движение и электричество.

2. Тепловые электростанции 

Тепловые электростанции вырабатывают электроэнергию путем преобразования тепла в электроэнергию, в основном путем сжигания топлива.

Тепловые электростанции делятся на две разные категории;

– Атомные Электростанции

– Уголь Электростанции

2.1. Атомные электростанции 

Атомные электростанции используют тепло реакторов для превращения воды в пар.

Затем пар проходит через турбину, которая, как мы уже узнали, приводит в движение генератор, который, в свою очередь, вырабатывает электричество.

2.2. Угольные электростанции 

Угольная электростанция работает почти так же, но вместо ядерного реактора, нагревающего воду для производства пара, тепло от горящего угля питает паровую турбину.

3. Солнечные электростанции 

Следующий тип электростанции, который мы рассмотрим, — это солнечная электростанция. Этот тип растений использует энергию солнца для преобразования в электричество.

Это достигается за счет использования фотогальванических или фотоэлектрических панелей, состоящих из ряда полупроводниковых элементов, которые высвобождают электроны, когда нагреваются тепловой энергией солнца.

Солнечная энергия — один из самых чистых способов получения электроэнергии. Солнечные панели подключаются к сети и могут использоваться для пополнения ресурсов тепловой электростанции.

Их можно использовать и в бытовых условиях, а с помощью батарей они могут значительно снизить потребление энергии в домашних условиях без сжигания ископаемого топлива.

4. Ветряные электростанции 

И последнее, но не менее важное: у нас есть ветряные электростанции.

Ветряные электростанции, или ветряные турбины, получают энергию от ветра, подключая генератор к лопастям.

Вращательное движение лопастей, вызванное ветром, питает генератор.

Как и солнечная энергия, они являются чистым источником энергии, но для их эффективной работы требуется гораздо больше аппаратного обеспечения, а с большим количеством деталей они с большей вероятностью выходят из строя.

Управление и мониторинг электростанций с помощью систем автоматизации

Как и многое другое в наши дни, электростанции управляются с помощью ПЛК, программируемого логического контроллера или РСУ, распределенной системы управления.

Возможность мониторинга состояния всех элементов установки позволяет нам определить, что работает эффективно, а что может выйти из строя.

Это позволяет нам заблаговременно обслуживать заводское оборудование до того, как оно выйдет из строя, вместо того, чтобы оперативно чинить сломанное оборудование.

Из диспетчерской полная SCADA или система диспетчерского управления и сбора данных может отслеживать и контролировать температуру, скорость насосов и двигателей, а также открывать и закрывать клапаны.

Это может быть особенно полезно в случае установок по сжиганию ископаемого топлива, где точное управление системными устройствами может повысить эксплуатационную готовность установки.

Доступность — это количество времени, в течение которого станция способна производить электроэнергию в течение определенного периода времени, разделенное на количество времени в периоде, которое часто является ключевым показателем эффективности или KPI.

Это также обеспечивает наиболее эффективное использование установки, что увеличивает выработку электроэнергии.

Отслеживая потребление и определяя тенденции, в какое время дня потребление является самым высоким, заводы могут автоматически регулировать скорость насосов в зависимости от времени суток, что было бы невозможно без использования автоматического управления. система.

Вот и все! Надеюсь, вам понравилось узнавать о различных типах электростанций и о том, как мы используем автоматизацию, чтобы сделать их более эффективными.

У вас есть друг, клиент или коллега, которым может пригодиться эта информация? Пожалуйста, поделитесь этой статьей.

Команда RealPars

Поиск:

Инженер по автоматизации

Опубликовано 16 сентября 2019 г.

Автор James Jowett

Криса Вудфорда. Последнее обновление: 25 октября 2021 г.

Не так давно алхимики мечтали стать дешевыми и уродливыми
металлы в ценные, такие как золото. Силовые установки (также называемые
электростанции) проворачивают аналогичный трюк, превращая куски угля и капли масла в
электрический ток, которым можно приготовить обед или зарядить телефон. Если
если бы не электростанции я бы не писал эти слова
сейчас — и вы бы их не читали. На самом деле, большинство вещей
мы делаем каждый день, и многое из того, что мы используем, имеет скрытый долг
благодарность этим гигантским энергетическим фабрикам, которые превращают
«ископаемое топливо» (уголь, природный газ и нефть) в электроэнергию.

Эта энергетическая алхимия — довольно удивительный трюк — и совсем недавно
тоже, так как самая первая действующая электростанция была построена в
только 1882 г. (Томас Эдисон). Однако изумление часто бывает последним, что мы чувствуем, когда
подумайте о производстве электроэнергии в начале 21 века. В эпоху, когда
забота об окружающей среде (совершенно справедливо) важнее, чем
когда-нибудь модно насмехаться над электростанциями, как над злыми, грязными местами
закачка загрязнений в наш воздух, землю и воду. Однажды мы могли бы быть
в состоянии сделать все наше электричество абсолютно чистым и зеленым способом.
До тех пор электростанции жизненно важны для поддержания наших школ,
больницы, дома и офисы светлые, теплые и кипят жизнью;
современная жизнь была бы невозможна без них. Как они работают? Давайте
посмотри внимательнее!

Фото: Типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, в Дидкоте, Англия. Первоначально это были две отдельные электростанции: старая работала на угле и нефти, а новая работала на природном газе. Работает только газовая установка. Обратите внимание на градирни справа и опоры и линии электропередач слева.

Содержимое

1. Волшебная наука об электростанциях
2. Пошаговое руководство: как работает электростанция?
3. Типы силовых установок
4. Как электричество попадает в ваш дом
5. Как работает электросеть
6. Что ждет электростанции в будущем?
7. Узнать больше

Волшебная наука об электростанциях

Одна крупная электростанция может производить достаточно электроэнергии (около 2
гигаватт, 2 000 мегаватт или 2 000 000 000 ватт) для обеспечения
пара сотен тысяч домов, и это столько же энергии
вы могли бы сделать около 1000 больших ветряных турбин
работает на износ. Но великолепная наука, стоящая за этим удивительным трюком, имеет меньшее отношение к силовой установке.
чем с топливо оно горит. Настоящая магия не в этом
электростанции превращают топливо в электричество: дело в том, что даже небольшое количество
ископаемого топлива содержат большое количество энергии. Килограмм угля
или литр масла содержит около 30 МДж энергии — огромное количество,
эквивалентно нескольким тысячам 1,5-вольтовых батарей! Работа электростанции
состоит в том, чтобы высвободить эту химическую энергию в виде тепла, использовать тепло для приведения в действие
вращающаяся машина, называемая турбиной, а затем используйте турбину для питания
генератор (машина для производства электроэнергии). Электростанции могут сделать так
много энергии, потому что они сжигают огромное количество топлива, и каждый
немного этого топлива наполнено силой.

К сожалению, большинство электростанций не очень эффективны: на типичной старой электростанции, работающей на угле, только около трети энергии, заключенной в топливе, преобразуется в электричество, а остальная часть тратится впустую. Более новые конструкции, такие как электростанции с комбинированным циклом (которые мы рассмотрим через минуту), могут иметь КПД до 50 процентов. Как показывает приведенная здесь диаграмма, на пути от электростанции до вашего дома тратится еще больше электроэнергии. Если сложить все потери вместе, то только пятая часть энергии топлива будет доступна в качестве полезной энергии в вашем доме.

Таблица: Крупные централизованные электростанции, работающие на ископаемом топливе, очень неэффективны, тратя около двух третей энергии топлива. Вот типичный сценарий: около 62 процентов тепла теряется на самой станции в виде отработанного тепла. Еще 4 процента исчезают в линиях электропередач и трансформаторах, которые передают электричество от электростанции к вашему дому. Как только электричество подается, ваша бытовая техника тратит впустую еще 13 процентов. В целом, только 22 процента исходной энергии топлива (зеленый фрагмент) превращается в энергию, которую вы действительно можете использовать. Источник: Цифры из книги «Децентрализация власти: энергетическая революция 21 века», Гринпис, 2005 г.

Типы электростанций

Паровая турбина

Большинство традиционных электростанций производят энергию путем сжигания топлива для
выпуск тепло . По этой причине они называются термальными .
(тепловые) электростанции. Угольные и масляные заводы работают так же, как я
показано на рисунке выше, сжигание топлива с кислородом для выделения тепла
энергия, которая кипятит воду и приводит в действие паровую турбину. Этот
базовую конструкцию иногда называют простым циклом .

Фото: Отличная модель паровой турбины и электрогенератора в разрезе. Пар поступает в турбину через огромные серые трубы наверху, вращая турбину, похожую на ветряную мельницу, посередине. Когда турбина вращается, она вращает подключенный к ней генератор электроэнергии (синий цилиндр, который вы можете видеть справа). Эта модель живет в Think Tank, музее науки и техники в Бирмингеме, Англия.

Газовая турбина

Установки, работающие на природном газе, работают немного по-другому.
похоже на то, как работает реактивный двигатель. Вместо того, чтобы производить пар, они горят
постоянный поток газа и использовать его для привода турбины немного другой конструкции (называемой газовой турбиной )
вместо.

Фото: The
Электростанция McNeil в Берлингтоне, штат Вермонт, сжигает древесное топливо (коричневое, слева) в газовой турбине, вырабатывая скромные 50 мегаватт электроэнергии, которых достаточно для местного города. Фото Уоррена Гретца предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Комбинированные конструкции

Каждая когда-либо построенная электростанция преследовала одну главную цель:
как можно больше полезной электроэнергии из своего топлива, другими словами,
быть максимально эффективным. Когда реактивные двигатели кричат ​​через
небо стреляет горячими газами, как ракетные струи, они тратят впустую
энергия. Мы мало что можем сказать об этом в самолете, но мы можем сделать
что-то об этом на электростанции. Мы можем взять горячий выхлоп
газы, поступающие из газовой турбины, и использовать их для питания паровой турбины.
а также в том, что называется комбинированный цикл . Это позволяет нам
производить на 50 процентов больше электроэнергии из топлива по сравнению с
на обычную, простую циклическую установку. В качестве альтернативы мы можем улучшить
КПД электростанции за счет пропускания отработанных газов через теплообменник
теплообменник, поэтому вместо этого они нагревают воду. Эта конструкция называется
комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ)
или когенерация, и она быстро становится одной из самых популярных конструкций (она также может быть
используется для очень мелкосерийного производства электроэнергии в единицах примерно одинаковых
размер как автомобильный двигатель).

Атомная

Атомные электростанции работают аналогично угольным или
масляные растения, но вместо того, чтобы сжигать топливо, они разбивают атомы на
выделять тепловую энергию. Он используется для кипячения воды, производства пара и
питание паровой турбины и генератора обычным способом. Для большего
подробности читайте в нашей основной статье о том, как работают атомные электростанции.

Hydro

Хотя все эти типы электростанций в основном тепловые
(выработка и выделение тепла для привода паровой или газовой турбины), два
другие очень распространенные типы вообще не используют никакого тепла. гидроэлектростанция
гидроаккумулирующие установки предназначены для перекачки огромного количества
вода мимо огромных водяных турбин (думайте о них как об очень эффективных
водяные колеса), которые напрямую приводят в действие генераторы. В гидроэлектростанция
завод , реку заставляют отступать за огромную бетонную дамбу.
вода может выходить через относительно небольшое отверстие в плотине, называемое
затвор , и при этом он заставляет вращаться одну или несколько турбин
вокруг. Пока течет река, крутятся турбины и плотина
вырабатывает гидроэлектроэнергию. Хотя они не производят загрязнения или
выбросы, гидроэлектростанции очень вредны в других отношениях: они ухудшают
реки, блокируя их течение, и они затапливают огромные территории, вынуждая многих людей
из своих домов (плотина «Три ущелья» в Китае привела к перемещению примерно 1,2 миллиона человек).

Гидроаккумулятор вырабатывает электроэнергию аналогично
гидроэлектростанции, но перекачивает одну и ту же воду туда и обратно между озером, расположенным выше, и озером, расположенным ниже. Во времена
пиковый спрос, вода может стекать из высокогорного озера в
нижний, генерирующий электроэнергию по высокой цене. Когда спрос
ниже, посреди ночи, вода снова закачивается обратно
от низкого озера к высокому с использованием низкотарифной электроэнергии. Так накачан
хранение на самом деле способ воспользоваться преимуществами электричества
в некоторые моменты стоит больше, чем в другие.

Фото: ГЭС МакНэри в Орегоне вырабатывает 980 мегаватт электроэнергии, когда через нее проходит вода
его турбины. Фото Дэвида Хикса предоставлено Министерством энергетики США/NREL (Министерство энергетики США/Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Как электричество попадает в ваш дом

Одним из преимуществ электричества является то, что мы можем его производить
практически в любом месте и передавать его на огромные расстояния по линиям электропередач в
наши дома. Это позволяет нам снабжать энергией огромные города без
строительство огромных грязных электростанций прямо посреди них или
размещать электростанции там, где есть удобные залежи угля или
реки с быстрым течением, чтобы питать их. Теперь требуется энергия, чтобы послать
электрический ток по проводу, потому что даже самые лучшие провода, сделанные
из таких веществ, как золото, серебро и медь, имеют то, что называется
сопротивление — они препятствуют потоку электричества.
чем длиннее провод, тем больше сопротивление и тем больше энергия
это впустую. Таким образом, вы можете подумать, что отправка электроэнергии чрезвычайно
длинные силовые кабели были бы очень глупым и расточительным занятием.

Однако есть простой способ обойти это. Оказывается, чем больше текущий ток
через провод, тем больше энергии теряется. Превратив в текущий
как можно меньше, мы можем свести энергию к минимуму — и мы
что, сделав напряжение как можно большим. Электростанции производят электричество на чем-то
как 14 000 вольт, но они используют трансформаторы (повышение напряжения или
понижающие устройства) для «подъема» напряжения на что-либо от
от трех до пятидесяти раз, примерно до 44 000–750 000
вольт, прежде чем отправить его по линиям электропередач в города и поселки
где это будет потребляться. Как правило, мощность передается в течение длительного времени.
расстояния с использованием ВЛ, натянутых между опорными рамами
позвонил пилоны ; это гораздо быстрее и дешевле, чем закапывать линии под землю,
что обычно делается в городах. Поставка пилонов
подстанции , которые фактически представляют собой мини-точки питания, предназначенные для питания, возможно,
крупная фабрика или небольшой жилой район. Подстанция использует
«понижающие» трансформаторы для преобразования высоковольтной электроэнергии
от линии электропередач к одному или нескольким более низким напряжениям, подходящим для
фабрики, офисы, дома или что-то еще, что он должен поставлять.

Фото: Слева: Трансформаторы линии электропередач. Справа: линия передачи
(пилон).

Как работает электросеть

Подстанции получили свое название со времен, когда электростанции снабжали очень четко определенные локальные области:
каждая станция питала ряд близлежащих подстанций, которые передавали
Включите питание домов и других зданий. Беда с этим
договоренность заключается в том, что если электростанция внезапно выйдет из строя, многие дома
приходится обходиться без электричества. Есть и другие проблемы с запуском
электростанции самостоятельно. Одна электростанция могла бы производить
электричество очень дешево (возможно, потому, что оно очень новое и использует
природный газ), а другой (по старой технологии на основе угля)
может быть намного дороже, поэтому, возможно, имеет смысл использовать
более дешевая станция, когда это возможно. К сожалению, электростанции не похожи на автомобили.
двигатели: они должны работать все время; как правило, они не могут начать и
останавливаться вообще, когда мы этого хотим. По этим и ряду других причин,
коммунальные предприятия пришли к выводу, что имеет смысл подключить все
их электростанции в обширную сеть, называемую сетка . Очень
сложные компьютеризированные центры управления используются для поднятия или
снизить производительность станций, чтобы соответствовать спросу с минуты на
минуту и ​​час за часом (таким образом, больше станций будет работать в полную силу в
вечер, например, когда большинство готовит ужин).

Что ждет электростанции в будущем?

Нам всегда будет нужна энергия и особенно электричество — очень
универсальный вид энергии, который мы можем легко использовать по-разному, но
это не значит, что нам всегда будут нужны электростанции, подобные тем, которые мы
есть сегодня. Давление окружающей среды уже заставляет многих
странах закрыть угольные электростанции, производящие наибольшее
выбросы углекислого газа (отвечающие за изменение климата и глобальное потепление). Хотя АЭС может предложить самый чистый путь к низкоуглеродному будущему,
есть серьезные опасения по поводу того, сможем ли мы построить их достаточно быстро
или преодолеть опасения людей по поводу загрязнения и безопасности (будь то
страхи рациональны или нет).

Приборная панель для газа

В краткосрочной перспективе довольно ясно, что нас ждет в будущем:
есть всемирная «гонка за газом». Большинство новых электрических
электростанции теперь работают на природном газе, что значительно
дешевле, относительно распространены (на данный момент) и производят меньше выбросов
чем другие станции, работающие на ископаемом топливе. Также есть газовые станции
быстрее и дешевле построить, чем более сложные альтернативы, такие как
атомных электростанций и меньше встречают общественное сопротивление. В 2011 году США произвели около четверти
электричество от природного газа; к 2021 году этот показатель вырос более чем на треть (38 процентов).

Диаграмма: черточка для газа. За последнее десятилетие или около того в Соединенных Штатах произошел значительный переход от угольных электростанций (синие) к использованию природного газа (красные), в то время как ядерная энергетика (желтые) и гидроэлектроэнергия (зеленые) по-прежнему обеспечивают чуть более четверти электроэнергии. всего электричества. Ветер (фиолетовый) и солнечная энергия (оранжевый) сильно выросли, но с очень маленькой базы, поэтому даже сейчас они по-прежнему обеспечивают лишь около 13 процентов всей электроэнергии. На этой диаграмме показана разбивка источников выработки электроэнергии в период с 2007 г. (внутреннее кольцо) по 2020 г. (внешнее кольцо). Она была построена с использованием данных за июль 2021 г. из журнала Electric Power Monthly Управления энергетической информации США, по состоянию на 27 октября 2021 г. (и предыдущих версий этого отчета). документ). Примечания: 1) Гидроэнергетика сокращена за счет гидроаккумулирующих. 2) На диаграмме показано только производство электроэнергии в масштабах коммунальных предприятий и исключены мелкие фотоэлектрические и другие небольшие установки. 3) «Ветровая и прочая энергия» включает все возобновляемые источники энергии, кроме солнечной и гидроэлектроэнергии.

CHP

Другие тенденции также становятся важными, особенно изменение
в сторону небольших электростанций, работающих на комбинированном производстве тепла и электроэнергии (ТЭЦ).
В отчете Управления энергетической информации Министерства энергетики США за 2016 г.
Соединенные Штаты имеют потенциал для строительства почти 300 000 малых ТЭЦ
станции (многие просто питают отдельные здания или комплексы), которые
позволит избежать необходимости строительства около 100 крупных угольных или ядерных
заводы и производят около 240 ГВт электроэнергии. Так как некоторые из них будут подпитываться биомасса (например, деревья или
«энергетические культуры», выращенные специально для этой цели) или отходы, которые
иллюстрирует три различные тенденции в действии: переход к меньшему
растений и многое другое, а также переход от ископаемого топлива к
возобновляемые источники энергии.

Возобновляемые источники энергии

В долгосрочной перспективе будущее должно быть возобновляемым, поскольку ископаемые
запасы топлива либо закончатся, либо (что более вероятно) будут сочтены слишком грязными или
дорого в использовании. Мы уже видели огромное распространение энергии ветра по всему миру.
последние пару десятилетий, и солнечная энергия, вероятно, увеличится
резко в ближайшие годы. Большой недостаток, как я
упоминалось ранее, заключается в том, что вам нужно как минимум 1000 ветряных турбин (номинальная
на 2 МВт) или 400 000 солнечных крыш (на 5 кВт), работающих на максимальной мощности, чтобы сделать то же самое.
мощности как одна большая электростанция (2ГВт), так что если мы собираемся перейти
от электростанций до зеленой энергии, нам нужно очень много
охватывая огромную территорию. Какие бы недостатки у силовых установок ни были,
они, безусловно, очень эффективно используют землю (хотя можно возразить, что
следует также учитывать обширный захват земель угольных шахт или месторождений нефти и газа).

Карты: Меняющийся характер электростанций. На этих двух диаграммах общая численность электростанций электроэнергетики США разбита по видам топлива или другой энергии, которую они используют на 2003 и 2019 годы. Вы можете видеть, что произошло значительное сокращение угольных и нефтяных станций, небольшое увеличение на заводах, работающих на природном газе (и другом газе), и огромном увеличении возобновляемых источников энергии (хотя гидроэлектростанции остаются примерно такими же). Нарисовано с использованием данных за декабрь 2019 г.
Сколько и какие электростанции находятся в Соединенных Штатах? , Управление энергетической информации США, 18 ноября 2020 г. (и
более ранние версии того же документа для более ранних данных).

Эффективность и управление спросом

Некоторые утверждают, что мы можем сэкономить на строительстве электростанций
за счет энергоэффективности, например, за счет использования более эффективных домашних
приборы и лучшую изоляцию. Многие коммунальные предприятия имеют
принял эту идею с помощью простых инициатив, таких как раздача бесплатных
энергосберегающие лампочки для домохозяек. Теоретически, если вы выдаете
50 миллионов энергосберегающих ламп, каждая из которых экономит 50 ватт энергии, вы
полностью избежать необходимости строительства одной большой (2,5 ГВт) электростанции. (Эта идея
иногда называемые «негаваттами» — слово, придуманное Эмори Ловинсом из Института Роки-Маунтин.) Мы также можем уменьшить потребность в новых
электростанции за счет более разумного хранения энергии и управления спросом, поэтому
у нас нет таких огромных пиков энергопотребления. К сожалению, это
подход только заводит нас так далеко. Проблема в том, что наша общая энергия
потребности постоянно растут — и наша потребность в электричестве ограничена
также расти по мере того, как мы переходим от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, к дизельным
поезда на электрические альтернативы. Кроме того, существует проблема
растущие потребности в энергии в развивающихся странах: люди в тех
страны не могут экономить энергию, которую они еще не используют, и это было бы
быть аморальным, чтобы попытаться помешать им использовать энергию, чтобы выбраться из нищеты. В конечном счете,
миру в целом потребуется использовать гораздо больше энергии и
гораздо больше электроэнергии и, хотя эффективность имеет решающее значение
роль, это лишь малая часть решения.

В краткосрочной перспективе рывок в пользу газа поможет, если он уведет нас от угля. CHP также помогает, если он улучшает
эффективности, но не в том случае, если это привязывает нас к ископаемому топливу на десятилетия, чтобы
приехать. Улавливание и хранение углерода (CCS) может помочь нам состарить,
угольные электростанции более экологичны, но остаются
во многом бездоказательно и дорого. Долгосрочное будущее, безусловно, должно
быть возобновляемой, а энергоэффективность может сделать будущее более зеленым,
питается от солнца и ветра, легче достичь. Тем не менее, пока
и в ближайшие десятилетия традиционные электростанции на ископаемом топливе
останется основой нашего энергоснабжения и электроснабжения. Мы
должны восхищаться ими, уважать их за то, что они питают нашу жизнь, и делать
их настолько чистыми и зелеными, насколько это возможно.

Узнайте больше

На этом сайте

• Электричество
• Электрогенераторы
• Энергия
• Магнетизм
• Возобновляемая энергия
• Паровые турбины

Видео

Экскурсии по электростанциям

• Как вы получаете электричество из угля: отличный 10-минутный анимационный фильм от FirstEnergy и EDP Video объясняет различные этапы производства энергии и содержит множество интересных фактов и статистических данных. Есть хорошее объяснение того, как работают градирни и почему электростанции теперь используют скрубберы дымовых труб для уменьшения загрязнения воздуха.
• Виртуальный тур по угольной электростанции MidAmerican Energy: простой 7-минутный тур, который ясно объясняет путь от угля к электричеству. Отлично подходит для молодых студентов.
• Экскурсия по электростанции Duke Energy: в отличие от двух очень упрощенных анимаций выше, это реальная видео- и фотоэкскурсия по настоящей газовой электростанции (электростанция Duke Energy в Фейетте, Мейсонтаун, Пенсильвания), в диспетчерской, системе охлаждения башни, паровые турбины, генераторы и передаточная станция.

Другие полезные видео

• Линии электропередач Алома Шаха, Национальный центр STEM. В этом коротком видео Алом демонстрирует, почему электростанции передают электричество при высоком напряжении.
• BBC News: Как вода помогает освещать наши дома: Стив Уэйгуд из компании Npower объясняет, как вода играет решающую роль в производстве электроэнергии на электростанциях, используя в качестве примера электростанцию ​​Didcot в Великобритании.

Статьи

• Слишком много новых угольных электростанций запланировано для климатической цели на 1,5°C, заключает отчет Фиона Харви. The Guardian, 26 апреля 2022 г. Почему в мире, где происходит потепление, все еще появляются новые угольные электростанции?
• Место рождения сети переменного тока: электростанция Folsom Powerhouse первой передала электроэнергию на большие расстояния, Джоанна Гудрич, IEEE Spectrum, 8 сентября 2021 г. Как производство электроэнергии стало более отдаленной перспективой.