ТЭС - это что такое? ТЭС и ТЭЦ: различия. Устройство тепловой электрической станции

На рис. 1 представлена классификация тепловых электрических станций на органическом топливе.

Рис. 1.

Тепловой электрической станцией называется комплекс оборудования и устройств, преобразующих энергию топлива в электрическую и (в общем случае) тепловую энергию.

Тепловые электростанции характеризуются большим разнообразием и их можно классифицировать по различным признакам.

По назначению и виду отпускаемой энергии электростанции разделяются на районные и промышленные.

Районные электростанции - это самостоятельные электростанции общего пользования, которые обслуживают все виды потребителей района (промышленные предприятия, транспорт, население и т.д.). Районные конденсационные электростанции, вырабатывающие в основном электроэнергию, часто сохраняют за собой историческое название - ГРЭС (государственные районные электростанции). Районные электростанции, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию (в виде пара или горячей воды), называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Как правило, ГРЭС и районные ТЭЦ имеют мощность более 1 млн кВт.

Промышленные электростанции - это электростанции, обслуживающие тепловой и электрической энергией конкретные производственные предприятия или их комплекс, например завод по производству химической продукции. Промышленные электростанции входят в состав тех промышленных предприятий, которые они обслуживают. Их мощность определяется потребностями промышленных предприятий в тепловой и электрической энергии и, как правило, она существенно меньше, чем районных ТЭС. Часто промышленные электростанции работают на общую электрическую сеть, но не подчиняются диспетчеру энергосистемы.

По виду используемого топлива тепловые электростанции разделяются на электростанции, работающие на органическом топливе и ядерном горючем.

За конденсационными электростанциями, работающими на органическом топливе, во времена, когда еще не было атомных электростанций (АЭС), исторически сложилось название тепловых (ТЭС - тепловая электрическая станция). Именно в таком смысле ниже будет употребляться этот термин, хотя и ТЭЦ, и АЭС, и газотурбинные электростанции (ГТЭС), и парогазовые электростанции (ПГЭС) также являются тепловыми электростанциями, работающими на принципе преобразования тепловой энергии в электрическую.

В качестве органического топлива для ТЭС используют газообразное, жидкое и твердое топливо. Большинство ТЭС России, особенно в европейской части, в качестве основного топлива потребляют природный газ, а в качестве резервного топлива - мазут, используя последний ввиду его высокой стоимости только в крайних случаях; такие ТЭС называют газомазутными. Во многих регионах, в основном в азиатской части России, основным топливом является энергетический уголь - низкокалорийный уголь или отходы добычи высококалорийного каменного угля (антрацитовый штыб - АШ). Поскольку перед сжиганием такие угли размалываются в специальных мельницах до пылевидного состояния, то такие ТЭС называют пылеугольными.

По типу теплосиловых установок, используемых на ТЭС для преобразования тепловой энергии в механическую энергию вращения роторов турбоагрегатов, различают паротурбинные, газотурбинные и парогазовые электростанции.

Основой паротурбинных электростанций являются паротурбинные установки (ПТУ), которые для преобразования тепловой энергии в механическую используют самую сложную, самую мощную и чрезвычайно совершенную энергетическую машину - паровую турбину. ПТУ - основной элемент ТЭС, ТЭЦ и АЭС.

ПТУ, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями. ПТУ оснащённые теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Газотурбинные тепловые электростанции (ГТЭС) оснащаются газотурбинными установками (ГТУ), работающими на газообразном или, в крайнем случае, жидком (дизельном) топливе. Поскольку температура газов за ГТУ достаточно высока, то их можно использовать для отпуска тепловой энергии внешнему потребителю. Такие электростанции называют ГТУ-ТЭЦ. В настоящее время в России функционирует одна ГТЭС (ГРЭС-3 им. Классона, г. Электрогорск Московской обл.) мощностью 600 МВт и одна ГТУ-ТЭЦ (в г. Электросталь Московской обл.).

Традиционная современная газотурбинная установка (ГТУ) - это совокупность воздушного компрессора, камеры сгорания и газовой турбины, а также вспомогательных систем, обеспечивающих ее работу. Совокупность ГТУ и электрического генератора называют газотурбинным агрегатом.

Парогазовые тепловые электростанции комплектуются парогазовыми установками (ПГУ), представляющими комбинацию ГТУ и ПТУ, что позволяет обеспечить высокую экономичность. ПГУ-ТЭС могут выполняться конденсационными (ПГУ-КЭС) и с отпуском тепловой энергии (ПГУ-ТЭЦ). В настоящее время в России работает четыре новых ПГУ-ТЭЦ (Северо-Западная ТЭЦ Санкт-Петербурга, Калининградская, ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго» и Сочинская), построена также теплофикационная ПГУ на Тюменской ТЭЦ. В 2007 г. введена в эксплуатацию Ивановская ПГУ-КЭС.

Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок - энергоблоков. В энергоблоке каждый котел подает пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котел. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС. По такой схеме строятся КЭС без промежуточного перегрева и почти все ТЭЦ на докритические начальные параметры пара.

По уровню начального давления различают ТЭС докритического давления, сверхкритического давления (СКД) и суперсверхкритических параметров (ССКП).

Критическое давление - это 22,1 МПа (225,6 ат). В российской теплоэнергетике начальные параметры стандартизованы: ТЭС и ТЭЦ строятся на докритическое давление 8,8 и 12,8 МПа (90 и 130 ат), и на СКД - 23,5 МПа (240 ат). ТЭС на сверхкритические параметры по техническим причинам выполняется с промежуточным перегревом и по блочной схеме. К суперсверхкритическим параметрам условно относят давление более 24 МПа (вплоть до 35 МПа) и температуру более 5600С (вплоть до 6200С), использование которых требует новых материалов и новых конструкций оборудования. Часто ТЭС или ТЭЦ на разный уровень параметров строят в несколько этапов - очередями, параметры которых повышаются с вводом каждой новой очереди.

В статье рассматриваются типы тепловых электростанций и их классификация по различным признакам. А также приведены их определения и характеристики.

Жизнь человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Важно сразу усвоить, что тепло, используемое человеком для бытовых нужд, является низко потенциальным, т.е. ее теплоноситель имеет относительно невысокую температуру и давление, поскольку именно это позволяет организовать высокоэкономичное производство электрической и тепловой энергии на ТЭЦ, о чем, в основном, пойдет речь ниже. В общем случае снабжение любого объекта тепловой энергией обеспечивается системой, состоящей из трех основных элементов: источника тепла (например, котельной), тепловой сети (например, трубопроводов горячей воды или пара) и теплоприемника (например, батарея водяного отопления, располагаемая в комнате) .

Тепловой электрической станцией называется комплекс оборудования и устройств, преобразующих энергию топлива в электрическую и (в общем случае) тепловую энергию.

Тепловые электростанции характеризуются большим разнообразием и их можно классифицировать по различным признакам.

1. По назначению и виду отпускаемой энергии электростанции разделяются на районные и промышленные.

Районные электростанции - это самостоятельные электростанции общего пользования, которые обслуживают все виды потребителей района (промышленные предприятия, транспорт, население и т.д.). Районные конденсационные электростанции, вырабатывающие в основном электроэнергию, часто сохраняют за собой историческое название - ГРЭС (государственные районные электростанции). Районные электростанции, вырабатывающие электрическую и тепловую энергию (в виде пара или горячей воды), называются теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Как правило, ГРЭС и районные ТЭЦ имеют мощность более 1 млн кВт.

Промышленные электростанции - это электростанции, обслуживающие тепловой и электрической энергией конкретные производственные предприятия или их комплекс, например, завод по производству химической продукции. Промышленные электростанции входят в состав тех промышленных предприятий, которые они обслуживают. Их мощность определяется потребностями промышленных предприятий в тепловой и электрической энергии и, как правило, она существенно меньше, чем районных ТЭС. Часто промышленные электростанции работают на общую электрическую сеть, но не подчиняются диспетчеру энергосистемы. Ниже рассматриваются только районные электростанции.

2.Повидуиспользуемоготопливатепловыеэлектростанцииразделяютсянаэлектростанции, работающие на органическом топливе и ядерном горючем.

За конденсационными электростанциями, работающими на органическом топливе, во времена, когда еще не было атомных электростанций (АЭС), исторически сложилось название тепловых (ТЭС — тепловая электрическая станция). Именно в таком смысле ниже будет употребляться этот термин, хотя и ТЭЦ и АЭС, газотурбинные электростанции (ГТЭС) и парогазовые электростанции (ПГЭС) также являются тепловыми электростанциями, работающими на принципе преобразования тепловой энергии в электрическую.

В качестве органического топлива для ТЭС используют газообразное, жидкое и твердое топливо. Большинство ТЭСРоссии, особенновевропейскойчасти, вкачествеосновноготоплива потребляют природный газ, а в качестве резервного топлива - мазут, используя последний ввиду его дороговизны только в крайних случаях; такие ТЭС называют газомазутными. Во многих регионах, в основном в азиатской части России, основным топливом является энергетический уголь - низкокалорийный уголь или отходы высококалорийного каменного угля (антрацитовый штыб - АШ). Поскольку перед сжиганием такие угли размалываются в специальных мельницах до пылевидного состояния, то такие ТЭС называют пылеугольными.

1. По типу теплосиловых установок, используемых на ТЭС для преобразования тепловой энергиивмеханическуюэнергиювращенияроторовтурбоагрегатов, различаютпаротурбинные, газотурбинные и парогазовые электростанции.

Основой паротурбинных электростанций являются паротурбинные установки (ПТУ), которые для преобразования тепловой энергии в механическую используют самую сложную, самую мощную и чрезвычайно совершенную энергетическую машину - паровую турбину. ПТУ - основной элемент ТЭС, ТЭЦ и АЭС.

Газотурбинные тепловые электростанции (ГТЭС) оснащаются газотурбинными установками (ГТУ), работающими на газообразном или, в крайнем случае, жидком (дизельном) топливе. Поскольку температура газов за ГТУ достаточно высока, то их можно использовать для отпуска тепловой энергии внешнему потребителю. Такие электростанции называют ГТУ-ТЭЦ. В настоящее время в России функционирует одна ГТЭС (ГРЭС-3 им. Классона, г. Электрогорск Московской обл.) мощностью 600 МВт и одна ГТУ-ТЭЦ (в г. Электросталь Московской обл.).

Парогазовые тепловые электростанции комплектуются парогазовыми установками (ПГУ), представляющими комбинацию ГТУ и ПТУ, что позволяет обеспечить высокую экономичность. ПГУ-ТЭС могут выполняться конденсационными (ПГУ-КЭС) и с отпуском тепловой энергии (ПГУ-ТЭЦ). В России имеется только одна работающая ПГУ-ТЭЦ (ПГУ-450Т) мощностью 450 МВт. На Невинномысской ГРЭС работает энергоблок (см. лекцию 7) ПГУ-170 мощностью 170 МВт, а на Южной ТЭЦ Санкт-Петербурга — энергоблок ПГУ- 300 мощностью 300 МВт.

1. По технологической схеме паропроводов ТЭС делятся на блочные ТЭС и на ТЭС с поперечными связями.

Блочные ТЭС состоят из отдельных, как правило, однотипных энергетических установок - энергоблоков. В энергоблоке каждый котел подает пар только для своей турбины, из которой он возвращается после конденсации только в свой котел. По блочной схеме строят все мощные ГРЭС и ТЭЦ, которые имеют так называемый промежуточный перегрев пара. Работа котлов и турбин на ТЭС с поперечными связями обеспечивается по-другому: все котлы ТЭС подают пар в один общий паропровод (коллектор) и от него питаются все паровые турбины ТЭС. По такой схеме строятся КЭС без промежуточного перегрева и почти все ТЭЦ на докритические начальные параметры пара.

1. По уровню начального давления различают ТЭС докритического давления и сверхкритического давления (СКД).

Критическое давление - это 22,1 МПа (225,6 ат). В российской теплоэнергетике начальные параметры стандартизованы: ТЭС и ТЭЦ строятся на докритическое давление 8,8 и 12,8 МПа (90 и 130 ат), и на СКД - 23,5 МПа (240 ат). ТЭС на сверхкритические параметры по техническим причинам выполняются с промежуточным перегревом и по блочной схеме. Часто ТЭС или ТЭЦ строят в несколько этапов - очередями, параметры которых улучшаются с вводом каждой новой очереди .

ЛИТЕРАТУРА

1. Трухний А.Д. Стационарные паровые турбины. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 114.
2. Энергетика в России и в мире: Проблемы и перспективы. - М.: МАИК «Наука/Интер-периодика», 2001. - 302 с.

ТЭС – электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива (рис.Д.1).

Различают тепловые паротурбинные электростанции (ТПЭС), газотурбинные (ГТЭС) и парогазовые (ПГЭС). Подробнее остановимся на ТПЭС.

Рис.Д.1 Схема ТЭС

На ТПЭС тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора. В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь, мазут, природный газ, лигнит (бурый уголь), торф, сланцы. Их КПД достигает 40%, мощность – 3 ГВт. ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называют конденсационными электростанциями (официальное название в РФ – Государственная районная электрическая станция, или ГРЭС). На ГРЭС вырабатывается около 2/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

ТПЭС оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около 1/3 электроэнергии, производимой на ТЭС.

Известны четыре типа угля. В порядке роста содержания углерода, а тем самым и теплотворной способности эти типы располагаются следующим образом: торф, бурый уголь, битуминозный (жирный) уголь или каменный уголь и антрацит. В работе ТЭС используют в основном первые два вида.

Уголь не является химически чистым углеродом, также в нем содержится неорганический материал (в буром угле углерода до 40%), который остается после сгорания угля в виде золы. В угле может содержаться сера, иногда в составе сульфида железа, а иногда в составе органических компонентов угля. В угле обычно присутствуют мышьяк, селен, а также радиоактивные элементы. Фактически уголь оказывается самым грязным из всех видов ископаемого топлива.

При сжигании угля образуются диоксид углерода, оксид углерода, а также в больших количествах оксиды серы, взвешенные частицы и оксиды азота. Оксиды серы повреждают деревья, различные материалы и оказывают вредное влияние на людей.

Частицы, выбрасываемые в атмосферу при сжигании угля на электростанциях, называются «летучей золой». Выбросы золы строго контролируются. Реально попадает в атмосферу около 10% взвешенных частиц.

Работающая на угле электростанция мощностью 1000 МВт сжигает 4-5 млн. т угля в год.

Поскольку в Алтайском крае отсутствует добыча угля, то будем считать, что его привозят из других регионов, и для этого прокладывают дороги, тем самым, изменяя природный ландшафт.

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Основной структурной единицей на большинстве электростан­ций является цех . На тепловых станциях различают цеха основно­го, вспомогательного производства и непромышленных хозяйств.

· Цеха основного производства производят продукцию, для выпуска которой создано предприятие. На тепловых станциях основными являются цеха, в которых протекают производственные процессы по превращению химической энергии топлива в тепловую и элек­трическую энергию.

· Цеха вспомогательного производства промышленных предприя­тий, в том числе и электростанций, непосредственно не связаны с изготовлением основной продукции предприятия: они обслу­живают основное производство, способствуют выпуску продук­ции и обеспечивают основному производству необходимые усло­вия для нормальной работы. Эти цеха осуществляют ремонт обо­рудования, снабжение материалами, инструментом, приспособ­лениями, запасными частями, водой (промышленной), различ­ными видами энергии, транспортом и т. п.

· Непромышленными являются хозяйства, продукция и услуги которых не относятся к основной деятельности предприятия. В их функции входит обеспечение и обслуживание бытовых нужд пер­сонала предприятия (жилищные хозяйства, детские учреждения и т.п.).

Производственные структуры тепловой станции определяются соотношением мощности основных агрегатов (турбоагрегатов, па­ровых котлов, трансформаторов) и технологическими связями между ними. Решающим при определении структуры управления является соотношение мощностей и связи между турбинами и котельными агрегатами. На существующих электростанциях сред­ней и малой мощности однородные агрегаты соединяются между собой трубопроводами для пара и воды (пар из котлов собирается в общих сборных магистралях, из которых он распределяется между отдельными котлами). Такую технологическую схему называют централизованной . Широко применяют также секционную схему, при которой турбина с одним или двумя обеспечивающими ее паром котлами, образует секцию электростанции.

• При таких схемах оборудование распределяется по цехам, объе­диняющим однородное оборудование: в котельном цехе - котель­ные агрегаты со вспомогательным оборудованием; турбинном - турбоагрегаты со вспомогательным оборудованием и т.д. По этому принципу на крупных тепловых электростанциях организуются сле­дующие цеха и лаборатории: топливно-транспортный, котельный, турбинный, электрический (с электротехнической лабораторией), цех (лаборатория) автоматики и теплового контроля, химический (с химической лабораторией), механический (при выполнении ремонта самой электростанцией этот цех становится ремонтно-механическим), ремонтно-строительный.

В настоящее время из-за особенностей технологического про­цесса производства энергии станций с агрегатами мощностью 200...800 МВт и выше применяют блочную схему связей оборудо­вания. На блочных электростанциях турбина, генератор, котел (или два котла) со вспомогательным оборудованием образуют блок; тру­бопроводов, связывающих агрегаты, для пара и воды между блока­ми, нет, резервные котлоагрегаты на электростанциях не устанав­ливаются. Изменение технологической схемы электростанции при­водит к необходимости реорганизации производственной структу­ры управления, в которой основным первичным производствен­ным подразделением является блок.

· Для станций блочного типа наиболее рациональной структурой управления является бесцехо­вая (функциональная) с организацией службы эксплуатации и служ­бы ремонта, возглавляемых начальниками служб - заместителями главного инженера станции. Функциональные отделы подчиняют­ся непосредственно директору станции, а функциональные служ­бы и лаборатории - главному инженеру станции.

· На крупных станциях блочного типа используется промежу­точная структура управления - блочно-цеховая . Котельный и тур­бинный цеха объединяют в один и организуют следующие цеха: топливно-транспортный, химический, тепловой автоматики и измерений, централизованного ремонта и др. При работе станции на газе топливно-транспортный цех не организуется.

Организационно-производственная структура гидроэлектростанций

На ГЭС имеет место как управление отдельными ГЭС, так и ее объединениями, расположенными на одной реке (кана­ле) или просто в каком-либо административном или хозяйствен­ном районе; такие объединения называются каскадными (рис. 23.2).

Организационная структура управления ГЭС:

а - 1-я и 2-я группы; 1 - директор ГЭС; 2 - зам. директора по административ­но-хозяйственной деятельности; 3 - зам. директора по капитальному строитель­ству; 4 - отдел кадров; 5 - главный инженер; 6 - бухгалтерия; 7 - плановый отдел; 8 - отдел гражданской обороны; 2.1 - транспортный участок; 2.2 - отдел материально-технического обеспечения; 2.3 - административно-хозяй­ственный отдел; 2.4 - жилищно-коммунальный отдел; 2.5 - охрана ГЭС; 5.1 - зам. гл. инженера по оперативной работе; 5.2 - начальник электроцеха; 5.3 - начальник турбинного цеха; 5.4 - начальник гидроцеха; 5.5 - производственно-технический отдел; 5.6 - служба связи; 5.7 - инженер по эксплуатации и техни­ке безопасности; 5.2.1 - электротехническая лаборатория; б - 3-я и 4-я группы; 1 - отдел материально-технического снабжения; 2 - производственно-техни­ческий отдел (ПТО); 3 - бухгалтерия; 4 - гидротехнический цех; 5 - элект­ромашинный цех

Организационная структура управления каскадом ГЭС: а - вариант 1; 1 - начальник электроцеха каскада; 2 - начальник турбинного цеха каскада; 3 - начальник гидроцеха каскада; 4 - начальник ПТО; 5 - на­чальник ГЭС-1; 6 - начальник ГЭС-2; 7 - начальник ГЭС-3; 8 - служба связи; 9 - местная служба релейной защиты и автоматики; 10 - инженер-инс­пектор по эксплуатации и технике безопасности; 5.1, 6.1, 7.1 - производствен­ный персонал соответственно ГЭС-1, 2, 3; б - вариант 2; 1 - директор каска­да; 2 - административные подразделения каскада; 3 - главный инженер; 3.1, 3.2, 3.3 - начальник соответственно ГЭС-1, 2, 3; 3.1.1, 3.2.1, 3.3.1 - произ­водственные подразделения, включая оперативный персонал соответственно ГЭС-1, 2, 3

В зависимости от мощности ГЭС и каскадов ГЭС, МВт, по струк­туре управления принято рассматривать шесть групп и столько же каскадов ГЭС:

• В первых четырех группах применяется в основном цеховая организационная структура управления . На ГЭС и ее каскадах 1-й и 2-й групп предусматриваются, как правило, электрический, тур­бинный и гидротехнический цеха; 3-й и 4-й групп - электротур­бинный и гидротехнический;
• На ГЭС малой мощности (5-я группа ) при­меняют бесцеховые структуры управления с организацией соот­ветствующих участков;
• На ГЭС и каскадах мощностью до 25 МВт (6-я группа ) - только оперативно-ремонтный персонал .

При организации каскада ГЭС одна из станций каскада, как правило, наибольшая по мощности, выбирается базовой, на кото­рой размещаются управление каскадом, его отделы и службы, цеха, основные центральные склады и мастерские. При цеховой структу­ре управления каждый цех обслуживает оборудование и сооруже­ния всех ГЭС, входящих в каскад, а персонал находится или на базовой ГЭС, или распределен по станциям каскада. В случаях когда ГЭС каскада расположены на значительном расстоянии друг от друга и соответственно от базовой, необходимо назначать ответ­ственных за работу ГЭС, входящей в каскад.

При объединении в каскад больших по мощности ГЭС целесо­образна централизация только управленческих функций (руководство каскадом, бухгалтерия, снабжение и т.п.). На каждой ГЭС организуются цеха, проводящие полное эксплуатационное и ре­монтное обслуживание. При проведении крупных ремонтных ра­бот, например при капитальном ремонте агрегатов, часть рабочих соответствующего цеха с одной или нескольких ГЭС передается на ту станцию, где это необходимо.

Таким образом, рациональная структура управления в каждом случае принимается исходя из конкретных условий образования каскада. При большом числе ГЭС, входящих в каскад, использу­ется предварительное укрупнение станций, наиболее близко рас­положенных друг к другу, возглавляемых начальником группы ГЭС. Каждая группа самостоятельно ведет эксплуатационное обслужи­вание, включая текущий ремонт оборудования и сооружений.