Принцип работы и устройство тепловой электростанции (ТЭС/ТЭЦ)

5 марта 2018, Александр Агеев,
12
ТЭЦ

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.

Схема работы ТЭЦ

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

Схема 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)

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»

Чистое сжигание угля (Clean Coal)

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

ТЭС Touketuo

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 Сургутская ГРЭС-2
Поделиться
Вконтакте
Комментарии  12
Добавить комментарий
  • Вован 7 марта 2018 в 14:55

    Да и ядерные электростанции тоже на паровых турбинах,просто там котел не угольный,ядерный.И солнечные электростанции тоже на пару,это те что в жарких пустынных местах.Казалось бы что солнечные батареи это просто фигня по сравнению с гигантскими ТЭС или ГЭС не говоря уже о АЭС?Ведь эффективными солнечные электростанции могут быть только в Австралии или Сахаре ...Как маломощная солнечная батарея может хоть в чем то создавать конкуренцию этим Титанам?Неужели"зеленые" этого не понимают?Но всё дело в подходе к электроснабжению.В природе нет центральных станций хлорофилла снабжающих целый лес,каждое растение это солнечная министанция.Если каждый дом будет оснащён солнечной батареей и ветряком то электроэнергия будет поставляться только тогда когда когда будет нехватка энергии от батареи.А если еще и будет большой повербанк то еще лучше.Но при таком раскладе теряют деньги владельцы больших электростанций?И они запускают свое влияние на то чтобы ставить палки в колеса этим идеям.

    Ответить
    • Tsykunov7 марта 2018 в 17:56

      Если на свой дом вы поставите ветряк вас линчуют соседи. В Новосибирске есть фанат альтернативной энергии, на участке собрал все варианты. Вот от ветряка ему пришлось отказаться по выше указанной причине.

      Ответить
  • Вован 7 марта 2018 в 15:14

    Короче,владельцы электростанций хают во всю зеленые технологии.Ведь столько денег которые собирают с населения они не дополучат.Но вместо того чтобы сделать по уму как некоторые когда владельцы электростанций которые вкладывают свои средства в производство этих самых солнечных батарей и тем самым отбывают свои доходы.У нас как обычно все по другому.Что например мешает у нас господину Ахматову чтобы вложить деньги в производство и обслуживание солнечных батарей или ветряков вместо того чтобы употреблять свое влияние на противоположные действия???Ведь иностранное оборудование стоит еще очень дорого,а возвращение экономики ВВП Украины к довоенному уровню прогнозируют только через 3-4 года.И то того не факт.

    Ответить
    • Tsykunov7 марта 2018 в 18:01

      Стоимость киловатта энергии от солнечной панели в 4-5 раз дороже чем из розетки даже с учетом эксплуатации в течении 15 лет. Поэтому ее экономично использовать на удаленных объектах, так как электроэнергия от дизеля будет еще дороже.

      Ответить
  • Вован 7 марта 2018 в 21:59

    Ну да.Только немцы,голландцы и другие этого не знают.И порой половину энергии получают из альтернативной энергетики.Но обычно четверть -треть.Откуда им это знать?Вот и строят на полях ветряки,смотришь из туристического автобуса ровная дорога,подстриженные,аккуратные поля и ветряки.Один за другим.Ни хрена короче немцы не понимают.Зачем столько настроили?

    Ответить
    • Tsykunov8 марта 2018 в 11:19

      Ключевое слово - в полях. Подальше от жилья. У меня сосед чуть по морде не получил из-за вертушки на флюгере. Вы не представляете, как бесит это жужжание в любой час суток.

      Ответить
  • Вован 7 марта 2018 в 22:36

    Видел в на некоторых ресурсах что российские чиновники хотят отделить российский интернет от мирового,да и границу прикрыть.Так что возможно вам и не будет с кем спорить.Избавитесь от моей прямоты,которая как луч фонарика светит прямо в глаза.Что бывает неудобно.Короче не будет кому высвечивать,светить.

    Ответить
    • Tsykunov8 марта 2018 в 11:26

      Ну вряд ли такой такой идиотизм воплотится в жизнь. Любая думка - самый большой цирк в стране. А там есть и белые и рыжие клоуны. профессионалы и любители. Для ваших соотечественников запрет яндекса и прочего не сильно помешал.

      Ответить
  • Диванный иксперт8 марта 2018 в 12:40

    Превращение России в Северную Корею уже не за горами, чтобы сохранить свой образ жизни политические проститутки пойдут на многое, предполагаю, в случае массовых возмущений приказы на расстрелы отдатут без малейших сожалений, им есть что терять в отличии от тех, кому уже почти нет.
    Что касается зеленой энергетики, кто считает во сколько обходятся последствия Чернобыля, а заражение тихого океана Фукусимой, а во что обходятся устранение выбросов ТЭЦ.
    Говорят, что при производство солнечных панелей грязное, однако, прогресс в технологическом развитии панелей не стоит на месте и КПД растет, поиски более перспективных технологий идут.
    Электромобили вполне могут технологически двинуть развитие ветряных генераторов и батарей, странно, что предпочли зарядку батарей, а не замену на станции.

    Ответить
    • Tsykunov8 марта 2018 в 14:54

      "политические проститутки пойдут на многое" полностью согласен, просить санкций к собственному народу, до этого надо еще додуматься.
      " в случае массовых возмущений приказы на расстрелы" в любом обществе порядка 2% неадекватных людей, чтобы создать массовость придется долго их свозить в Москву. Хотя 2% от населения и гостей Москвы это уже много.
      Мантры зеленых мошейников почему то не озвучивают откуда берутся аккумуляторы и куда они потом пропадают. Также не говорят стоимость аккумуляторов и срок их жизни. 70% стоимости солнечной энергии это стоимость аккумуляторов.

      Ответить
      • Tsykunov8 марта 2018 в 15:03

        Интересная особенность природы. Порядка 2% от населения нервно нестабильные люди. Даже если их устранить (вспомните, уничтожение психбольных при Гитлере) очень скоро этот процент восстанавливается. Съежают с катушек еще вчера нормальные люди. Так что, как бы вы не хотели, уважаемый "иксперт" массовых расстрелов не будет, а вот с свободным местом в дурдоме будут проблемы.

        Ответить
        • Аноним19 декабря 2018 в 05:54

          100процентов

          Ответить
(без регистрации)
Любопытныйфакт
Толщина книжной страницы – около полумиллиона атомов.
Обновить
СвежиеКомментарии

ВойтиРегистрация
Вход
Почта:
Пароль:
Регистрация
Почта:
Имя:
Пароль: