На тепловых электростанциях преобразуется химическая энергия толива сначала в механическую, а затем а электрическую.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).

Простейшая принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис. 221. Уголь подается в топливный бункер 1, а из него — в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов.

ЗАПОМНИТЕ

Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

Теплоэлектроцентраль отличается от конденсационной станции установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. 221 штриховая линия), отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии.

ЗАПОМНИТЕ

Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60—70%.

Такие станции строят обычно, вблизи потребителей — промышленных предприятий или жилых массивов. Чаще всего они работают на привозном топливе.

Рассмотренные тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата — паровой турбины — относятся к паротурбинным станциям. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

Первая в мире атомная электростанция (АЭС), преобразующая энергию расщепления ядер атомов тяжелых элементов в электрическую, была построена в 1954 г. в Советском Союзе — Обнинская АЭС. Основным тепловым агрегатом АЭС, как и ТЭС, является паротурбинная установка. Средой, преобразующей тепловую энергию в механическую, также служит водяной пар. Принципиальное отличие АЭС от ТЭС состоит в том, что теплота, необходимая для выработки пара, получается не при сгорании топлива, а при расщеплении ядер тяжелых элементов в ядерных реакторах. Такими элементами являются природный изотоп урана-235 или получаемый искусственным путем изотоп урана-233 и ллутония-239.

►Из 1 кг урана можно получить столько же теплоты, сколько при сжигании примерно 3000 т каменного угля.

За годы, прошедшие со времени пуска в эксплуатацию первой АЭС, было создано несколько конструкций ядерных реакторов, на основе которых началось широкое развитие атомной энергетики в нашей стране.

Атомные электростанции классифицируют по типу реактора и в зависимости от числа контуров, по которым теплота, выделяющаяся в реакторе, может передаваться рабочему телу (пару) паровой турбины. Тепловая схема АЭС может быть двух(рис. 222, а) и трехконтурной (рис. 222,6). В трехконтурной схеме в первом контуре нагретый в реакторе 1 радиоактивный теплоноситель поступает в парогенератор 6, где отдает теплоту рабочему телу (пару) и циркуляционным насосом 5 возвращается в реактор. Во втором контуре пар поступает в промежуточный теплообменник 8. Полученный в теплообменнике пар подается в турбину 2, вращает генератор 3, затем, пройдя через конденсатор 4, топливными насосами 7, 9 возвращается в теплообменник (третий контур). Таким образом, в трехконтурной АЭС контуры первичного теплоносителя, которым могут быть вода и пароводяная смесь, и рабочего тела (пара) разделены. В этой схеме радиоактивный контур включает не все оборудование, а лишь его часть, что упрощает эксплуатацию.

► Радиационная безопасность персонала и населения, что является важной задачей при эксплуатации атомных электростанций, достигается созданием весьма надежных конструкций, устройств зашиты персонала от облучения, очисткой воды и воздуха, извлечением и надежной локализацией радиоактивных загрязнений.

Гидроэлектрическая станция (ГЭС) вырабатывает электроэнергию с помощью пдающего потока воды, создаваемого разностью уровней верхнего и нижнего водяного пространства (верхнего и нижнего бьефов).

Принцип работы электростанции заключается в том, что поток воды, падающей с верхнего бьефа, направляется на лопатки рабочего колеса гидротурбины 1 (рис. 223), установленной на нижнем бьефе. Колесо гидротурбины 1 вращает ротор электрического генератора 2, вырабатывающего электроэнергию. Мощность ГЭС зависит от расхода и напора Н воды.

Разновидностью ГЭС является гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), предназначенные для покрытия «пиковых" нагрузок и заполнения «провалов» в графиках потребления элекроэнергии. Работа ГАЭС заключается в смене двух раздельных во времени режимов: накопления энергии и отдачи ее потребителям. Такие станции оснащают обратимыми агрегатами, которые могут работать в режиме как двигателя, так и генератора.

► Способность гидротурбинного оборудования ГЭС к быстрому изменению мощности позволяет использовать их для покрытия пиковой нагрузки и обеспечения равномерного режима работы тепловых и атомных электростанций.

Любая электростанция должна вырабатывать электроэнергию с возможно меньшими затратами. Для уменьшения стоимости 1 кВт установленной мощности на электростанциях одного и того же типа и параметров стремятся увеличить единичную мощность основных агрегатов и мощность электростанции в целом. Таким образом, с концентрацией мощностей удешевляется энергия и снижаются затраты на ее производство.

ЗАПОМНИТЕ

Электротехнические установки характеризуются номинальным напряжением, т. е. напряжением, которое соответствует номинальной и экономичной работе электрооборудования. Существует шкала стандартных номинальных напряжений переменного тока: 220, 380, 660 В, 3, 6, 10, 20, 35, ПО, 150, 220, 330, 500, 750, 1150 кВ.

На рис. 224 приведена примерная схема распределения электроэнергии, в которой объединены ГЭС, ТЭС и АЭС, находящиеся на значительном расстоянии от потребителей электроэнергии, а также ТЭЦ, расположенная в центре промышленного района. Вырабатываемая генераторами электроэнергия (обычно напряжением 10 кВ) подается на повышающие трансформаторные подстанции, на которых напряжение повышается до 220 и 500 кВ, и по линиям электропередачи поступает на районную понижающую подстанцию А, служащую для связи между двумя станциями. Линии электропередачи Л1, Л2, ЛЗ, Л4 образуют кольцевую сеть напряжением 110 кВ. Внутри этого кольца расположены понижающие трансформаторные подстанции с вторичным напряжением 10 кВ, питающие промышленные и сельскохозяйственные предприятия. В центре промышленного района расположена ТЭЦ, снабжающая потребителей электроэнергией и теплотой. От главной питающей понижающей подстанции (ГПП) электроэнергия подается на распределительный пункт РП, а от него — на понижающие подстанции, расположенные непосредственно возле потребителей. К электроприемникам электроэнергия передается при напряжении 660 В или 380/220 В.

Наиболее распространенная схема соединения источников электрической энергии (генераторов с потребителями) приведена на рис. 225. Для бесперебойного электроснабжения потребителей и удобства оперативных переключений в схеме предусмотрены рабочая А и резервная Б системы шин, последняя позволяет рыводить основную рабочую систему шин при авариях из эксплуатации, проводить осмотр или ремонт без перерыва питания потребителей. Для этой цели используют секционный выключатель В₁, шиносоединительные выключатели В2, выключатели В и разъединители Р.