Теплоэлектроцентрали.

Перечислить пять источников электроэнергии и дать принцип преобразования энергии.

Органическое топливо, ядерная энергия, солнечная энергия, гидроэнергитические ресурсы,энергия движениявоздуха,тепло недр Земли и толщи вод морей

Тепловая электростанция (ТЭС) - электростанция, вырабатываю­щая электрическую энергию в результате пре­образования тепловой энергии, выделяю­щейся при сжигании органического топлива

Гидроэлектрическая станция или гидроэлектростанция (ГЭС) - комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию

Атомная электростанция (АЭС) - электростанция, в которой атомная (ядер­ная) энергия преобразуется в элект­рическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор.

Энергия океана - огромный источник природных энергетических ресурсов. В числе основных установок, использующих энергию океана, рассматриваются:

Приливные электростанции (ПЭС);

Волновые электростанции (ВолЭС);

Электростанции морских течений (ЭСМТ);

Энергоустановки, использующие наличие температурного градиента между верхними и нижними слоями Мирового океана – так называемые гидротермальные электростанции (ГиТЭС);

В основе работы волновых энергетических станций лежит воздействие волн на рабочие органы, выполненные в виде поплавков, маятников, лопастей, оболочек и т.п. Механическая энергия их перемещений с помощью электрогенераторов преобразуется в электрическую энергию.

Гелиоэлектростанции или солнечные электростанции (СЭС)-электростанция, в которой солнечное излучение преообразуется в электрическую.

Ветровые элекиростанции- преобразование энергии воздушных потоков с помощью ветродвигателей в электроэнергию.

Перечислить основное оборудование ТЭЦ. Виды используемого топрлива, назначение градирни, отличительные признаки конструкции генератора. Что входит в блок станции, дать технологическую схему станции.

Упрощенная тепловая схема ТЭС и внешний вид паровой турбины

К основному оборудованию ТЭЦ относятся паровые котлы (парогенераторы), турбины, синхронные генераторы, трансформаторы.

Топливом для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут.

Башенный охладитель (градирня), где за счёт испарения вода охлаждается на тот же перепад температур, на который она нагрелась в конденсаторе. Система водоснабжения с градирнями применяются преимущественно на ТЭЦ .

Блок представляет собой отдельную электростанцию с основным и вспомогательным оборудованием и щитом управления

1-3.Собсбтвенные нужды тепловой электростанции.Под собственными нуждами (с.н.) электростанции понимается комплекс, в который входят механизмы для обслуживания или автоматизации работ основных агрегатов и вспомогательных устройств станции, приводные двигатели этих механизмов, источники питания, внутристанционная электросеть и распределительные устройства, а также отопление, освещение и бытовые нужды.

Схемы электроснабжения установок с.н. ТЭС должны проек­тироваться и эксплуатироваться таким образом, чтобы в различ­ных режимах, в том числе и аварийных, обеспечивался опреде­ленный уровень надежности работы электростанции. Кроме того, должна быть обеспечена сохранность основного оборудо­вания электростанций (котлов, турбин, генераторов и др.) при аварийном останове. Для обеспечения этих условий принимают­ся специальные меры. Шины распредустройств 6,3 кВ с.н. ТЭС секционируются, причем электроснабжение каждой секции осуществляется не менее чем от двух питающих элементов. Ответственные механизмы (механизмы, прекращение работы которых вызывает останов котлов или турбин) выполняются парными: один находится в работе, другой - в так называемом "горячем резерве т.е. может быть включен в работу автомати­чески в случае отказа первого. Питание электродвигателей таких механизмов осуществляется, как правило, от разных секций 6,3 кВ с.н На электростанциях с блочной схемой в тепловой и электри­ческой частях на каждом блоке выполняются две секции с.н. 6,3 кВ, что позволяет при соответствующем распределении нагрузок между ними сохранить блок в работе при повреждении одной секции. В качестве рабочих питающих элементов сети с.н. 6,3 кВ применяются специальные трансформаторы собственных нужд (ТСН). В зависимости от вида топлива, на котором рабо­тают ТЭС, наличия или отсутствия генераторных выключате­лей (выключателей нагрузки), а также в зависимости от мощно­сти энергоблока мощность рабочих ТСН изменяется от 10 до 63 МВ • А. Рабочие ТСН присоединяются ответвлением к блоку между блочным трансформатором и генератором или между блочным трансформатором и генераторным выключателем. Выключатель на ответвлении к ТСН не устанавливается. Для повышения надежности все рабочие ТСН Присоединяются к блоку с помощью закрытых комплектных пофазных токопрово-дов, что значительно снижает вероятность возникновения многофазных КЗ.

Состав с.н. зависит от типа, мощности, расположения электростанции, вида используемого топлива и т.д. В топливном хозяйстве ТЭС, работающих на тверпом топливе, основными механизмами являются мельницы, дробилки, ленточные конвейеры, компрессоры и вентиляторы для пневмотранспорта пыли, пульпонасосы при гидротранспорте угля. В мазутном хозяйстве преобладают нефтеперекачивающие насосы. Основу тягодутьевой установки любой ТЭС составляют дымососы и дутьевые вентиля-торы, а пароводяного тракта насосы различного назначения и мощности. Большое количество насосов используется в системах водоснабжения, гидрозолоудаления и в разных участках технологического обеспечения основного оборудования и вспомогательных установок (системе смазки турбины и генератора, маслосистеме уплотнений вала турбогенераторов, системе подачи дистиллята в обмотки генераторов с водяным охлаждением и т.д.).

Отличительные параметры КЭС (конденсационные электрические станции) от ТЭЦ. Преимущественное назначение КЭС. Мероприятия, увеличивающие КПД турбины КЭС. В каких преимущественно районах используют КЭС и ГРЭС. Какая в среднем величина КПД тепловой электростанции.

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

Все тепловые двигатели подразделяются:

по виду используемого рабочего тела - пар или газ;

по способу преобразования тепловой энергии в механическую— поршневой или ротор­ный. В поршневом способе для преобразова­ния используется потенциальная энергия рабочего тела, получаемая при его нагревании. В роторном способе используется кинетическая энергия движущихся с боль­шой скоростью частиц рабочего тела.

В современных паровых установках, составляющих основу энергетики, используют пар при температуре— около 600°С и давлении 30 МПа. Для охлаждения рабо­чего тела (пара) обычно применяют холодную воду, которая понижает его температуру до 30— 40°С. При этом давле­ние пара резко падает.

На рис. 2.3 схемати­чески показаны стадии преобразования пер­вичной энергии органи­ческого топлива в элек­трическую.

Основные процессы теплового цикла паро­вых установок, как бы­ло показано ранее, про­исходят в следующих элементах: в парогенераторах — подвод теплоты, в турбинах — расширение пара, в кон­денсаторах— отвод теплоты, в турбинах — расширение пара, в конденсаторах — охлаждение. С помощью насо­сов высокого давления производится сжатие, при кото­ром конденсат нагнетается в парогенератор.

По конструктивному выполнению парогенераторы подразделяют на барабанные и прямоточные

Теплоэлектроцентрали.

Производство электрической энергии на ТЭС сопро­вождается большими потерями теплоты. В то же время многим отраслям промышленности таким, как химиче­ская, текстильная, пищевая, металлургическая, и ряду других теплота необходима для технологических целей. Для отопления жилых зданий требуется в значительном количестве горячая вода. В этих условиях естественно использовать пар, полу­чаемый в парогенераторах на тепловых станциях, как для выработки электроэнергии, так и для теплофикации потребителей. Электростанции, выполняющие такие функции, называются теплоэлектроцентралями.

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

Для получения пара с необходимыми для потребите­лей параметрами используют специальные турбины с промежуточными отборами пара. В таких турбинах, по­сле того как часть энергии пара израсходуется на при­ведение в движение турбины и параметры его понизят­ся, производится отбор некоторой доли пара для потре­бителей. Оставшаяся доля пара далее обычным способом используется в турбине и затем поступает в конденсатор. Поскольку для части пара перепад давления оказывает­ся меньшим, несколько возрастает расход топлива на выработку электроэнергии. Однако такое увеличение расхода пара на выработку электроэнергии на ТЭЦ и связанное с этим увеличение расхода топлива в конечном счете ока­зываются меньшими по сравнению с расходом топлива в случае раз­дельной выработки электроэнергии и выра­ботки ,теплоты на не­больших котельных ус­тановках.

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

1-5. Виды сооружаемых плотин горных ГЭС……

Плотины, перегораживая рус­ла реки, предназначены для созда­ния водохранилища и тем самым являются главнейшим сооружени­ем гидроузла для создания напора и регулирования стока.

Все плотины делятся, на две основные группы, отличающиеся друг от друга используемым мате­риалом: плотины бетонные и же­лезобетонные и плотины грунтовые (земляные, каменно-набросные и каменно-земляные).

Бетонные и железобетонные пло­тины по конструктивным признакам делятся на гравитационные, арочные и контрфорсные. Отличительным признаком гравитационных плотин является их мас­сивность. Большая мас­са их и силы сцепления (трения) по основанию позволяют воздвигать такого рода плотины на любых грунтах. Считается, что при высоте до 30—40 м гравитационная плоти­на может быть сооружена на слабом основании (песок, глина), а на скальном основании высота ее мо­жет достигать 300 м.

По возможности пропуска воды такие плотины могут быть глухи­ми, т. е. не допускаю­щими перелива воды через свой гребень, и водосливными

Арочные плотины представляют собой свод, очерченный в плане r виде дуги, упирающейся своими концами в скальные берега, кото­рые и воспринимают основную часть давления воды на плотину со сторо­ны верхнего бьефа (рис 105). Вы­сота таких плотин может достигать более 300 м, однако бетона в ней будет меньше, чем в равноценной по высоте гравитационной. Как разно­видности такие плотины могут быть одноарочными и многоарочпыми, а также арочно-гравитационными. Во всех этих случаях плотины мо­гут содержать специальные водо­сбросы.

Контрфорсные плотины выпол­няются в виде железобетонных ре­бер (контрфорсов) на которые со стороны верхнего бьефа наклонно укладываются железобетонные пли­ты 1, воспринимающие давление во­ды (рис 10.6). Контрфорсы 2 скрепляются между собой балками жест­кости 3, образуя по фронту отдель­ные пролеты. При соответствующей конструкции гребня с низовой сто­роны контрфорсные плотины могут быть водосливными Высота совре­менных крупных контрфорсных пло­тин превышает 100 м (Зейскал ГЭС--115 м).

Земляные плотины бывают насыпными и намывными. Пер­вые устраиваются путем отсыпки в виде горизонтальных слоев не­большой толщины с последующим уплотнением укаткой пли трамбова­нием с увлажнением уплотняемого грунта Намывные земляные плоти­ны строятся методами гидроме­ханизации, сводящемся к подаче размытого в карьере разжиженного грунта к месту укладки насосами по трубопроводам или самотеком по трубам пли лоткам.

Затворы. Для сброса возможных из­лишков воды в водохранилищах и пропус­ка ее в нижний бьеф в специальных целях, а также для пропуска льда, наносов и пло­тов плотины и другие сооружения ГЭС снабжаются соответствующими затворами. Специальные затворы устанавливаются также в турбинных трубопроводах.

В зависимости от рода перекрываемых отверстий затворы сооружений ГЭС делят­ся на поверхностные, закрывающие водосливные и водоприемные отверстия, куда вода поступает из верхних слоев во­дохранилища, и глубинные, служащие для закрытия глубинных отверстий, распо­ложенных ниже уровня воды верхнего бьефа. Конструкцию и компоновку зда­ния ГЭС определяют природные условия, схема концентрации напо­ра, напор, тип и параметры гидро­агрегатов (турбина и генератор, со­единенные общим валом) и транс­форматоров, вспомогательного обо­рудования. Габариты здания опре­деляются размерами агрегатных блоков, и в частности, длина его - количеством агрегатных блоков и размером монтажной площадки. В свою очередь габариты блока зави­сят от мощности (напора и расхо­да воды) турбины, и ширина его определяется размером спиральной камеры. Обычно на гидроэлектро­станциях устанавливается не менее двух-трех одинаковых агрегатов.

В соответствии со схемами кон­центрации напора здание ГЭС при­нято делить на три типа:

здания русловой ГЭС, т. е. здания, воспринимающие напор;

здания приплотинной ГЭС, т. е. размещенные за плотиной и не вос­принимающие напора;

здание деривационной ГЭС.

По способу сброса воды из верх­него бьефа в нижний здания русло­вых ГЭС делятся па два типа:

1) несовмещенные с водо­сбросами, в ко­торых сбросы излишков воды из верхнего бьефа осуществляются че­рез водосливные отверстия плотины или другие устройства, находящиеся вне здания ГЭС.

2) совмещенные с водо­сбросами, которые обычно распо­лагаются в массивной (подводной) части здания , хотя применяются и другие конструктив­ные решения.

По типу подъемного оборудова­ний здания ГЭС строятся:

закрытыми — с внутренним расположением подъемного обору­дования — мостового крана;

полуоткрытыми — основное подъемное оборудование (порталь­ный кран) размещается над машин­ным залом (генераторное помеще­ние). Генераторный зал — низкое помещение со съемными крышками над генератором;

открытыми—машинный зал отсутствует, а генераторы укрыты колпаками. Подъем­ным оборудованием здесь является также портальный кран.

По расположению относительно земной поверхности:

наземное — корпус здания расположен на земной поверхности;

подземное — корпус здания расположен ниже земной поверхно­сти. Такие здания устраиваются при деривационной схеме концентрации напора, когда деривация выполняет­ся в виде туннеля.

Виды турбин, используемые на ГЭС и конструкции генераторов,,отличительные параметры и скорость вращения ротора генераторов. Напишите формулу определения мощности гидрогенератора ГЭС.

Главной составляющей гидроэлектростанций являются гидравлические турбины. Они преобразуют энергию воды, текущей под напором, в механическую энергию вращения вала. Турбины бывают разных видов и зависят от скорости течения и напора воды.

Осевые или пропеллерные турбины рассчитаны на большой расход и малый напор. Ось вращения в таких турбинах чаще всего располагают горизонтально, а саму турбину вертикально, вал выводят из полого водяного канала через уплотнение к внешнему гидрогенератору. Лопасти рабочего колеса турбины могут поворачиваться в соответствии с изменениями напора.

Радиально-осевые турбины используют при повышенных напорах. Вода, в таких турбинах входя по радиусу, выходит в осевом направлении. Отличаются они лопатками большого диаметра, жестко закрепленными на рабочем колесе.

Ковшовые гидротурбины используют при очень больших напорах. Их отличает наличие от одного до шести сопел кругового сечения, создающих водяные струи, падающие на лопасти рабочего колеса. Перекрыванием проходного сечения сопел можно регулировать расход воды. Лопасть рабочего колеса имеет форму двойного ковша, а само колесо работает в воздухе. Такую турбину называют свободноструйной или активной, потому что в соплах напор падает до нуля и сила, действующая на лопасти, создается ударом струи.

Генераторы электрического тока - это устройства для преобразования различных видов энергии (механической, химической, тепловой, световой) в электрическую. Электрогенераторы, работающие с гидротурбинами, называют гидрогенераторами, а те, что работают с паровыми турбинами,- турбогенераторами. Они весьма отличаются и по внешнему виду, и по конструкции, Однако любой генератор тока состоит из двух основных частей - вращающегося ротора и неподвижного статора. На роторе наматывается обмотка возбуждения, питаемая постоянным током от небольшого генератора или от выпрямителя. Благодаря обмотке возбуждения ротор превращается в электромагнит, который возбуждает при вращении переменный ток в обмотке статора.

.Статор гидрогенератора изготовлен из тонких -0,35-0,5 мм - листов электротехнической стали, набранных в пакет и скрепленных болтами. Он крепится к фундаменту. Ротор собран из толстых стальных листов и насажен на вал, который соединяется с валом турбины. Гидрогенераторы обычно изготовляют с вертикальной осью вращения. Диаметр ротора наиболее крупных гидрогенераторов достигает 16 м, масса - 1640 т. Обмотки ротора охлаждаются потоком воздуха, обмотки статора - воздухом или водой. Вращаются роторы гидрогенераторов с частотой 50-150 об/мин, в зависимости от напора и конструкции гидротурбины. Самые мощные в мире гидрогенераторы изготовляют в СССР: до 508 МВт (1972 г., Красноярская ГЭС), а спроектированы генераторы на 650 МВт (для Саяно-Шушенской ГЭС). Конструкция гидрогенератора зависит от частоты вращения и мощности гидротурбины. Одним из главных факторов, определяющих конструкцию гидрогенератора, является положение оси его валопровода. По этому признаку все гидрогенераторы могут быть разбиты на две группы: вертикальные и горизонтальные.

Генераторы с вертикальным валом подразделяются на два основных типа — подвесные и зонтичные, отличающиеся друг от друга расположением подпятника относительно ротора. При частотах вращения до 200 об/мин гидрогенераторы выполняются преимущественно в зонтичном исполнении, свыше 200 об/мин — в подвесном. При частотах вращения свыше 250 об/мин вертикальные гидрогенераторы выполняются исключительно в подвесном исполнении

В генераторах подвесного типа подпятник расположен выше ротора, на верхней крестовине, через которую вертикальная нагрузка от вращающихся частей агрегата и осевой составляющей реакции воды передается на корпус статора и затем на фундамент.

В свою очередь, вертикальные гидрогенераторы подразделяются на два основных типа: зонтичный, с расположением подпятника под роторам на нижней крестовине, на крышке турбины, и подвеской , с подпятником, устанавливаемым над ротором, на верхней крестовине. Не существует четкой границы между областями применения этих двух исполнений вертикальных гидрогенераторов, во многих случаях оба могут быть использованы. Для генераторов с низкими и средними частотами вращения (до 150 об/мин) характерно в основном зонтичное исполнение, хотя имеются примеры его реализации при значительно более высоких частотах вращения, и отмечается постепенный переход к зонтичному исполнению все более быстроходных машин. Последние изготовляются, как правило, подвесного типа. Гидроэлектрическая станция превращает в полезную работу не все энергоресурсы реки. Часть их расходуется на преодоление различных сопротивлений: механических (трение в подшипниках турбины и электрического генератора), гидравлических (внутреннее трение в воде, образование вихрей, трение воды о стенки водоподводящих устройств ГЭС и др.) и электрических (вызывающих нагрев генератора и проводов). В связи с этим для определения мощности ГЭС в формулу вводят дополнительные множители, выражающие собой и к. п. д. водоподводящих сооружений , водяной турбины , электрического генератора . При этом формула мощности гидроэлектростанции принимает вид

Произведение Hp является напором ГЭС (сосредоточенным падением реки, используемым ГЭС); Средние значения к.п.д. электрического генератора ГЭС 0,95 - 0,97. Средние значения к. п. д. крупных водяных турбин 0,86 - 0,88