Теплоэлектростанции и их развитие

• Название: Теплоэлектростанции и их развитие
• Дата: 06.12.2021
• Размер: 33.37 Kb.
• Имя файла: referat.docx
• Тип: Реферат; #293934

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Ижевский государственный технический университет имени
М. Т. Калашникова»

Реферат

Тема: Теплоэлектростанции и их развитие

Выполнил:
Студент группы Б20-831-1 Титов М.Г.

Ижевск, 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1 ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ИХ РАЗВИТИЕ 5

1.1 Понятие теплоэлектростанций, их особенности 5

1.2 История тепловой энергетики и перспективы развития 11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 14

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 15

ВВЕДЕНИЕ

Энергетика как отрасль энергетического хозяйства объединяет все процессы потребления электроэнергии: генерирования, передачи и трансформации. Энергоресурсосбережение является одной из основных задач настоящего времени. От решения этой проблемы зависит развитие нашей страны в ряду развитых в экономическом отношении стран. Наша страна располагает всеми необходимыми природными ресурсами и интеллектуальным потенциалом для успешного решения энергетических вопросов [5].

В России построено более 700 крупных и средних тепловых электростанций (ТЭС). Они производят до 70% электрической энергии. Тепловые электростанции работают на органическом топливе: газ, нефть, мазут, уголь, сланцы, торф. Все энергетические и тепловые электростанции практически всегда одновременно работают на потребителя и находятся у источников добывающих топливо. Только потребительскую функцию имеют электростанции, использующие топливо, которое экономически выгодно транспортировать из других регионов либо из его отсутствия. Станции, работающие на мазуте, в основном располагаются в регионах Сибири, где интенсивная нефтедобыча.

Преимущества тепловых электростанций состоит в следующем:

- тепловые электростанции можно располагать в любом регионе России, так как топливо имеется во всех уголках страны,

- тепловые электростанции могут вырабатывать электрическую и тепловую одновременно, причем, не зависимо от сезона.

В нашей стране развита производство электричества практически на всех ТЭС и ГРЭС. Практически в каждом крупном городе построена своя ТЭЦ. Много по стране построено электростанций типа ГРЭС. Преимущественно все действующие в нашей стране ГРЭС и ТЭС были построены с 1960 по 1980 годы [2]. Но и сейчас развитие тепловой энергетики в нашей стране не стоит на месте. Введены в эксплуатацию следующие основные тепловые электростанции: Няганская ГРЭС, Костромская ГРЭС, Адлерская ТЭС, Киришинская ГРЭС, две Сургутских ГРЭС, Канаковская ГРЭС, Рязанская ГРЭС, Ставропольская ГРЭС, Ириклинская ГРЭС, Рефтинскя ГРЭС, Пермская ГРЭС, Костромская ГРЭС и другие важнейшие для страны объекты [1-4].

Целью данной работы является изучение вопроса о теплоэлектростанциях и их развития.

Исходя из цели работы вытекают следующие задачи:

- определить понятие теплоэлектростанций, изучить их особенности;

- изучить историю тепловой энергетики и перспективы развития ТЭС.

1 ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ И ИХ РАЗВИТИЕ

1.1 Понятие теплоэлектростанций, их особенности

Тепловая электростанция — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива [1].

Типы ТЭС [2]:

- Котлотурбинные электростанции:

1) Конденсационные электростанции (КЭС, исторически получили название ГРЭС — государственная районная электростанция)

2) Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)

- Газотурбинные электростанции

- Электростанции на базе парогазовых установок

- Электростанции на основе поршневых двигателей:

1) С воспламенением от сжатия (дизель)

2) C воспламенением от искры

- Комбинированного цикла.

Структура тепловых электростанций в России на сегодняшний день:

• 
  с паровыми турбинами – 79% от общей мощности;
  
• 
  с парогазовыми агрегатами – 15,5%;
  
• 
  с газотурбинными агрегатами – 4,8%;
  
• 
  с дизельными и газопоршневыми установками – 0,7%.
  

В качестве топлива широко используются различные горючие ископаемые: уголь, природный газ, реже — мазут, ранее — торф и горючие сланцы. Многие крупные тепловые станции вырабатывают лишь электричество — традиционно ГРЭС, в настоящее время КЭС; средние станции могут также использоваться для выработки тепла в схемах теплоснабжения (ТЭЦ).

Теплоэнергетика – это отрасль промышленности, которая занимается преобразованием теплоты в другие виды энергии. Она объединяет электростанции, работающие на ископаемом топливе. Уголь, нефть, природный газ являются наиболее часто используемыми источниками энергии в мире. Например, в РФ 358 тепловых станций вырабатывают более 60% всей генерируемой электроэнергии. Они по-прежнему имеют преимущество по сравнению с электростанциями, работающими от возобновляемых источников.

Выработка электричества в ТЭС происходит при участии последовательных этапов, но общий принцип работы прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания, при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.

Система пар/вода замкнута. Пар, после прохождения через турбину, конденсируется и вновь превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел.

Тепловые электрические станции сооружаются вблизи залежей каменного и бурого углей, сланцев, газа, нефтеперерабатывающих заводов, а также вблизи больших городов — потребителей тепла.

Главной задачей работников тепловых элек­тростанций является максимальное использование производствен­ных мощностей электростанций и их экономичная и безаварийная эксплуатация. С каждым днем растет и совершенствуется основное и вспомогательное оборудование тепловых электростанций, что требует от обслуживающего персонала постоянного повышения знаний.

Сегодня переход на чистые возобновляемые источники энергии является политической задачей всего мира. Это обусловлено тем, что ископаемое топливо будет исчерпано в течение последующих 200 лет, а мировые поставки сырой нефти и природного газа, по оценкам специалистов, иссякнут в течение 100 лет.

Но есть и преимущества ископаемого топлива:

• 
  Высокая эффективность. Оно может быть добыто относительно дешевым способом, а транспортировка его сравнительно быстра и удобна.
  
• 
  Технологии, необходимые для генерирования электроэнергии, давно отработаны, оборудование является надёжным, его легче приобрести и эксплуатировать, чем, например, устройства для солнечных или ветровых электростанций.
  

Помимо того, что запасы ископаемого топлива постепенно истощаются, главным недостатком процесса извлечения энергии этим способом является негативное воздействие на окружающую среду. Горение сопровождается образованием тяжелых твердых частиц и высоким выбросом углекислого газа.

Каменный уголь более качественный, но многие электростанции используют бурый, который добывать намного дешевле. Количество получаемой энергии в расчете на 1 кг веса бурого угля по сравнению с каменным примерно в 3 раза ниже (первого – 3 кВт⋅ч на кг, второго – 9 кВт⋅ч на кг). Поэтому на электростанциях, работающих на буром угле, необходимо сжигать тройную массу на единицу энергии.

Для уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде, ТЭС имеют высотные дымоходы, которые рассеивают эти частицы и локально уменьшают их вредное влияние. Кроме того, на электростанциях устанавливаются дымоходные фильтры.

Принцип действия тепловых электростанций практически одинаков и не зависит от вида ископаемого топлива. Отличается только предварительная обработка и конструкция горелок и печей.

Поступающее топливо сжигается, а вода в котлах нагревается до кипения. Образующийся пар приводит в движение турбину, которая связана с ротором генератора и вызывает его вращение. Напряжение генерируемого переменного тока повышается трансформаторами, а затем транспортируется по линиям электропередачи и через сеть понижающих подстанций поступает к потребителям.

Большая тепловая электростанция состоит из одного или нескольких блоков, которые могут работать в значительной степени независимо друг от друга. Каждый имеет свое оборудование – паровые турбины и электрогенераторы.

Эффективность тепловых электростанций ограничена. Наибольший КПД – 60%. Он достигается на парогазовых электростанциях, а на современных угольных – ниже 50%, на старых – всего 40%. Указанные показатели эффективности применимы к работе при полной нагрузке. При частичной КПД может значительно снизиться.

Практически все крупные электростанции, за исключением ГЭС, являются тепловыми, во многих странах они производят большую часть электроэнергии. Из-за их ограниченной эффективности образуется значительное количество отработанного тепла, использование которого на месте возможно только в малом объеме. Поэтому оно выбрасывается в атмосферу через градирни, иногда через охлаждающую воду в реки.

Преимущества ТЭС:

1. Используемое топливо достаточно дешево.

2. Требуют меньших капиталовложений по сравнению с другими электростанциями.

3. Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту расположения электростанции железнодорожным или автомобильным транспортом.

4. Занимают меньшую площадь по сравнению с гидроэлектростанциями.

5. Стоимость выработки электроэнергии меньше, чем у дизельных электростанций.

Недостатки ТЭС:

1. Загрязняют атмосферу, выбрасывая в воздух большое количество дыма и копоти.

2. Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями.

Существуют ТЭС только для выработки электроэнергии и ТЭЦ – теплоэлектроцентраль. Последние предназначены также для использования вырабатываемого тепла посредством его транспортировки в отопительные системы и трубопроводы горячего водоснабжения. КПД ТЭЦ намного выше, он может превышать 70%.

На всех важнейших теплоэлектростанциях России большая часть мощности вырабатывается на паровом цикле с использованием различных типов энергоблоков, таких как «паровой котел – паровая турбина». Чаще всего используется в качестве основного топлива уголь, а в настоящее время все больше стали использовать природный газ. В настоящее время стали применять энергоблоки современных парогенераторных установок.

Ниже представлен список крупнейших ТЭС России с общей установленной мощностью станций. Данные электростанции являются ГРЭС – то есть государственными районными электростанциями.

1. Киришская ГРЭС (2600 МВт). Киришская ГРЭС производит электроэнергию широкого диапазона напряжений – от 0,4 до 330 кВ, поставляемая на различные предприятия. Она также осуществляет поставку технического пара и горячей воды. Кроме того, эта станция вырабатывает и поставляет кислород, обессоленную, химически очищенную и техническую воду. Основное топливо – природный газ, резервное – мазут.

2. Конаковская ГРЭС (2520 МВт). Применяемое на станции топливо – природный газ, а также резервное топливо – мазут. Конаковская ГРЭС входит в список крупнейших тепловых электростанций России.

3. Костромская ГРЭС (3600 МВт). Одна из самых крупных и технически совершенных электростанций России, имеющая рекордные показатели по экономии природного топлива среди предприятий своего класса. На станции в качестве топлива применяется природный газ, а также используется мазут.

4. Ириклинская ГРЭС (2430 МВт). на выгодно располагается на берегу Ириклинского водохранилище, примыкая к на реке Урал. От ГРЭС проведено множество высоковольтных линий. Все они подключены к подстанции, которая питает крупные промышленные предприятия. К ним следует отнести – Оренбургский газоперерабатывающий завод, Магнитогорский металлургический комбинат. Основным видом топлива является природный газ. 

5. Рефтинская ГРЭС (3800 МВт). Рефтинская ГРЭС является самой крупной в России, которая работает на угле. На ГРЭС установлено 10 энергоблоков, работающих на сверхкритических параметрах: шесть энергоблоков мощностью 300 МВт и четыре энергоблока мощностью 500 МВт.

6. Сургутская ГРЭС-1 (3268 МВт). В качестве топлива используется местный попутный нефтяной газ, поставляемый из приобских месторождений. Также при необходимости используется газотурбинное топливо. По установленной мощности это одна из крупнейших тепловых электростанций в России.

7. Сургутская ГРЭС-2 (5597 МВт). Электростанция имеет самую большую установленную электрическую мощность среди ТЭС России. В качестве основного топлива ГРЭС использует попутный нефтяной газ. Сургутская ГРЭС-2– самая мощная тепловая электростанция на Евразийском континенте.

8. Пермская ГРЭС (2400 МВт). Пермская ГРЭС является одним из самых важных поставщиков электричества в Уральский и Приволжский регионы. Она одна из наиболее мощных тепловых электростанций в Европе. В качестве топлива для энергоблоков используется природный газ.

9. Ставропольская ГРЭС (2400 МВт). Станция является единственным источником теплоснабжения населения поселка Солнечнодольск. Основное топливо — природный газ, резервное — мазут.

10. Рязанская ГРЭС (3070 МВт). Топливом первой очереди служит уголь, как каменный так и бурый. Вторая очередь электростанции в качестве топлива использует природный газ.

1.2 История тепловой энергетики и перспективы развития

Первую теплоэлектростанцию построил немецкий инженер Зигмунд Шуккерт в Баварии в 1878 году. С ее помощью освещался грот в саду замка Линдерхоф. В 1882 году были введены в эксплуатацию электростанция в Лондоне, которая использовалась для электрического освещения, и в Нью-Йорке (500 кВт). На них применялись поршневые паровые двигатели [4].

Изобретение паровой турбины позволило строить более крупные и эффективные установки, и с 1905 года тепловые электростанции стали возводиться только с турбинами.

В России первая тепловая электростанция общего пользования мощностью 35 кВт была построена в 1883 году в Санкт-Петербурге. Она предназначалась для подачи электроэнергии на освещение Невского проспекта. Московская ГЭС-1 (городская электростанция) появилась в 1897 году. Ее мощность составляла 3,7 мВт [3].

Несмотря на бурное развитие отраслей нетрадиционной энергетики в последние десятилетия большая часть производимой в мире электроэнергии  по-прежнему приходится на долю энергии, получаемой на тепловых электростанциях. При этом возрастающая с каждым годом потребность в электричестве оказывает стимулирующее воздействие на развитие тепловой энергетики. Энергетики во всём мире работают в сторону усовершенствования ТЭС, повышения их надёжности, экологической безопасности и эффективности.

Переход к выработке электроэнергии от возобновляемых источников не так прост, хотя это желаемое направление развития электроэнергетики для человечества. В ближайшее время отказаться от тепловой энергетики будет невозможно, и она сохранит свою доминирующую роль.

Главным направлением развития этой отрасли является разработка прогрессивных технологий, которые позволят снизить количество вредных выбросов в атмосферу, а также повысить эффективность работы теплоэлектростанций.

Вопрос модернизации и развития энергетических комплексов России в текущее время стал особо важным в связи со следующим [5]:

- большой износ используемого оборудования электростанций, а также тепловых и электрических сетей, который к 2020 году может достигнуть 90 %;

- низкий уровень оснащения объектов энергетики средствами автоматики, защит и информатики, который значительно более низкий, чем на объектах энергетики развитых мировых стран;

- не высокий КПД на тепловых электростанциях (не превышающий 33 %), в отличие от развитых стран, в которых применяют более передовые технологии паросилового цикла с КПД до 50% и выше;

- требуются новые источники энергоресурсов – реконструкция и расширение старых, действующих и строительство новых ТЭС.

Теплоэнергетические устройства являются, и ещё  очень долго будут являться основным источником электрической энергии для человечества. Поэтому теплоэнергетики всего мира продолжают усиленно развивать данную перспективную отрасль энергетики. Их усилия, прежде всего, направлены на повышение эффективности тепловых электростанций, необходимость которого диктуется как экономическими, так и экологическими факторами.

Жёсткие требования мирового сообщества к экологической безопасности энергетических объектов, стимулируют инженеров на разработку технологий, снижающих выбросы ТЭС до предельно допустимых концентраций.

Аналитики утверждают, что современные условия таковы, что перспективными окажутся в будущем ТЭС, работающие на угле или газе, поэтому именно в данном направлении теплоэнергетики всего мира прикладывают больше всего усилий.

Доминирующая роль теплоэнергетики в обеспечении мировых человеческих потребностей в электричестве будет сохраняться ещё длительное время. Ведь, несмотря на стремление развитых стран как можно скорее перейти на более безопасные с экологической точки зрения и доступные (что немаловажно в свете приближающегося кризиса исчерпания органического топлива) источники энергии, быстрый переход к новым способам получения энергии невозможен. А это означает, что теплоэнергетика будет активно развиваться и дальше, но, разумеется, с учётом новых требований к экологической безопасности используемых технологий.

На основе проведенного обзора можно выделить следующие основные пути развития тепловых электростанций в России.

Первое – это переход строящихся тепловых электростанций на добываемое в местных регионах, твердое топливо. Применять новые методы сжигания угля с совершенными циклами и технологиями, с начальной газификацией угля, а также его сжигания в котлах под высоким давлением. Это позволит сделать перспективные тепловые электростанции конкурентными в Европе и во всем мире, повысить их значимость на «рынке» энергетических объектов.

Второе – применять природный газ только при соответствующем обосновании, в Северных районах, где имеется высокий уровень добычи газа. Для большей эффективности использования газа необходимо использование специального оборудованных установок комбинированного цикла. Особое внимание необходимо уделить создание мини-тепловых электростанций базе современных ГТУ.

Третье – модернизация, реконструкция и техническое перевооружение существующих тепловых электростанций должны быть одними из ведущих приоритетных направлений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В России сильно развита выработка электричества на тепловых электрических станциях. Этому способствовал тот факт, что наша страна богата такими природными ресурсами как природный газ и уголь. Много построено электростанций районного масштаба - ГРЭС. Они по сравнению с другими электростанциями имеют следующие преимущества: используемое топливо достаточно дешево, требует меньших капитальных вложений, могут быть построены в любом месте от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту расположения электростанции любым транспортом. В соответствии с «Энергетической стратегией развития России на период до 2020 года» планируется в ближайшее время ввести 27-28 Гигаватт генерирующих мощностей, по семь Гигаватт в год.

Теплоэнергетические устройства являются, и ещё  очень долго будут являться основным источником электрической энергии для человечества. Поэтому теплоэнергетики всего мира продолжают усиленно развивать данную перспективную отрасль энергетики. Их усилия, прежде всего, направлены на повышение эффективности тепловых электростанций, необходимость которого диктуется как экономическими, так и экологическими факторами.

Основные пути развития теплоэлектростанций:

- переход строящихся тепловых электростанций на добываемое в местных регионах, твердое топливо, применять новые методы сжигания угля с совершенными циклами и технологиями, с начальной газификацией угля, а также его сжигания в котлах под высоким давлением.

- применять природный газ только при соответствующем обосновании, в Северных районах, где имеется высокий уровень добычи газа.

- ставить в приоритет модернизацию, реконструкцию и техническое перевооружение существующих тепловых электростанций.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гиршфельд В.Я., Г.Н. Морозов. Тепловые электрические станции. - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 224с.

2. Википедия. Свободная энциклопедия [Электронный ресурс]. URL: https://ru.wikipedia.org/ (дата обращения 25.05.2021)

3.  Купцов И.П., Ю.Р. Иоффе. Проектирование и строительство тепловых электростанций. - М.: Энергоатомиздат, 1985. – 405с.

4. Теличенко В.И. Строительство тепловых электростанций. Проектные решения тепловых электростанций. - М.: Изд-во «АСВ». Т. 1, 2010. – 376с.

5. Энергетика. ТЭС и АЭС. Всё о тепловой и атомной энергетике [Электронный ресурс]. URL: https://tesiaes.ru/ (дата обращения 25.05.2021)