Kako se proizvodi električna energija. Kako se odvija proizvodnja (proizvodnja) električne energije? Glavni tehnološki procesi u elektroprivredi

Električna energija, kao temeljni pokretač razvoja civilizacije, relativno je nedavno ušla u život čovječanstva. Aktivno korištenje električne energije počelo je prije nešto više od sto godina.

Povijest svjetske elektroprivrede

Elektroprivreda je strateška grana gospodarskog sustava svake države. Povijest nastanka i razvoja EE seže u kraj 19. stoljeća. Preteča nastanka industrijske proizvodnje električne energije bilo je otkriće temeljnih zakona o prirodi i svojstvima električne struje.

Početnom točkom nastanka proizvodnje i prijenosa električne energije smatra se 1892. godina. Tada je izgrađena prva elektrana u New Yorku pod vodstvom Thomasa Edisona. Stanica je postala izvor električne struje za uličnu rasvjetu. To je bilo prvo iskustvo pretvaranja toplinske energije izgaranja ugljena u električnu energiju.

Od tada počinje doba masovne izgradnje termoelektrana (TE) na kruto gorivo – termougalj. Razvojem naftne industrije pojavile su se ogromne zalihe loživog ulja koje su nastale kao rezultat prerade naftnih derivata. Razvijene su tehnologije za dobivanje nositelja toplinske energije (para) izgaranjem loživog ulja.

Od tridesetih godina prošlog stoljeća hidroelektrane (HE) su postale raširene. Poduzeća su počela koristiti energiju padajućih tokova vode iz rijeka i akumulacija.

Sedamdesetih godina prošlog stoljeća započela je ubrzana izgradnja nuklearnih elektrana (NE). Istodobno su se počeli razvijati i uvoditi alternativni izvori električne energije: to su vjetroturbine, solarni paneli, alkalno-kisele geostanice. Pojavile su se mini instalacije koje koriste toplinu za proizvodnju električne energije kao rezultat kemijskih procesa razgradnje stajnjaka i kućnog otpada.

Povijest ruske elektroprivrede

Snažan poticaj razvoju proizvodnje električne energije bilo je usvajanje plana GOELRO od strane mlade države SSSR-a 1920. Odlučeno je izgraditi 10 elektrana ukupne snage 640 tisuća kW u roku od 15 godina. No, do 1935. godine pušteno je u pogon 40 državnih centrala (GRES). Stvorena je moćna baza za industrijalizaciju Rusije i saveznih republika.

Tridesetih godina prošlog stoljeća na području SSSR-a započela je masovna izgradnja hidroelektrana (HE). Rijeke Sibira su ovladane. Poznati Dnjeproges izgrađen je u Ukrajini. U poratnim godinama država je pozornost posvetila izgradnji hidroelektrana.

Važno! Pojava jeftine električne energije u Rusiji riješila je problem gradskog prijevoza u velikim regionalnim središtima. Tramvaji i trolejbusi nisu samo postali ekonomski poticaj za korištenje električne energije u prometu, već su donijeli i značajno smanjenje potrošnje tekućih goriva. Jeftin izvor energije doveo je do pojave električnih lokomotiva na željeznici.

Sedamdesetih godina prošlog stoljeća, kao posljedica globalne energetske krize, došlo je do naglog rasta cijena nafte. U Rusiji se počeo provoditi plan razvoja nuklearne energije. Praktično u svim republikama Sovjetskog Saveza počele su graditi nuklearne elektrane. Današnja Rusija je u tom pogledu postala lider. Danas u Ruskoj Federaciji radi 21 nuklearna elektrana.

Glavni tehnološki procesi u elektroprivredi

Proizvodnja električne energije u Rusiji temelji se na tri stupa energetskog sustava. To su nuklearna, termo i hidroenergija.

Tri vrste proizvodnje električne energije

Industrije električne energije

Popis industrijskih izvora proizvodnje električne energije sastoji se od 4 energetska sektora:

• atomski;
• toplinski;
• hidroenergija;
• alternativa.

Nuklearna elektrana

Ova grana proizvodnje energije daleko je najučinkovitiji način proizvodnje električne energije putem nuklearne reakcije. Za to se koristi pročišćeni uran. Srce stanice je nuklearni reaktor.

Izvori topline su TVEL (gorivi elementi). To su tanke dugačke cirkonske cijevi u koje se stavljaju kuglice urana. Kombiniraju se u skupine - TVS (gorivni sklop). Pune reaktorsku posudu u čijem su tijelu smještene cijevi s vodom. Tijekom nuklearnog raspada urana oslobađa se toplina koja zagrijava vodu u primarnom krugu do 3200.

Para ulazi u lopatice turbina, koje okreću alternatore. Električna energija preko transformatora ulazi u opći energetski sustav.

Bilješka! Sjećajući se tragedije Černobila, znanstvenici diljem svijeta poboljšavaju sigurnosni sustav nuklearnih elektrana. Najnovija dostignuća u industriji nuklearne energije osiguravaju gotovo 100% sigurnost nuklearnih elektrana.

Termalna energija

Termoelektrane rade na principu izgaranja prirodnih goriva: ugljena, plina i loživog ulja. Voda koja prolazi kroz cjevovode kroz kotlove pretvara se u paru i potom dovodi do lopatica turbina generatora.

Dodatne informacije. Za 4 godine rada jedne grupe gorivnih šipki proizvede se tolika količina električne energije da će TE trebati spaliti 730 spremnika prirodnog plina, 600 vagona ugljena ili 900 tankera nafte.

Osim toga, termoelektrane uvelike pogoršavaju ekološku situaciju u područjima na kojima se nalaze. Produkti izgaranja goriva zagađuju atmosferu. Samo stanice koje rade na plinskim turbinama ispunjavaju zahtjeve čistoće okoliša.

hidroenergija

Primjeri učinkovitog korištenja hidroenergije su hidroelektrane Aswan, Sayano-Shushenskaya itd. Ekološki najprihvatljivije elektrane koje koriste kinetičku energiju kretanja vode ne proizvode nikakve štetne emisije u okoliš. Međutim, masovna izgradnja hidrotehničkih građevina ograničena je spletom okolnosti. Ovo je prisutnost određene količine prirodnog protoka vode, značajka terena i još mnogo toga.

Alternativna energija

Znanstvena i tehnološka revolucija ne prestaje ni na minutu. Svaki dan donosi inovacije u dobivanju električne struje. Radoznali umovi neprestano su u potrazi za novim tehnologijama za proizvodnju električne energije koje djeluju kao alternative tradicionalnim načinima proizvodnje električne energije.

Treba spomenuti vjetrogeneratore, morske stanice za plimu i oseku i solarne ploče. Uz to su se pojavili uređaji koji generiraju električnu struju pomoću topline razgradnje kućnog otpada, otpadnih proizvoda stoke. Postoje uređaji koji koriste temperaturnu razliku različitih slojeva tla, alkalni i kiseli okoliš tla na različitim razinama. Alternativni izvori električne energije imaju jednu zajedničku osobinu - to je nekompatibilnost proizvedene količine energije s količinama električne energije koje se dobivaju na tradicionalne načine (nuklearne elektrane, termoelektrane i hidroelektrane).

Prijenos i distribucija električne energije

Bez obzira na dizajn elektrana, njihova energija se isporučuje u jedinstveni energetski sustav zemlje. Prenesena električna energija se dovodi do distribucijskih trafostanica, odatle dolazi do samih potrošača. Prijenos električne energije od proizvođača odvija se zračnim putem putem dalekovoda. Za kratke udaljenosti struja prolazi kroz kabel koji je položen ispod zemlje.

Potrošnja električne energije

S pojavom novih industrijskih objekata, puštanjem u rad stambenih kompleksa i civilnih zgrada, potrošnja električne energije raste svakim danom. Gotovo svake godine u Rusiji se puštaju u rad nove elektrane ili se postojeća poduzeća nadopunjuju novim pogonskim jedinicama.

Vrste djelatnosti u elektroprivredi

Elektroprivrede se bave nesmetanom isporukom električne energije svakom potrošaču. U energetskom sektoru razina zaposlenosti premašuje ovaj pokazatelj nekih od vodećih sektora nacionalnog gospodarstva države.

Operativno dispečersko upravljanje

TAC igra ključnu ulogu u preraspodjeli energetskih tokova u okruženju promjenjivih razina potrošnje. Dispečerske usluge imaju za cilj prijenos električne struje od proizvođača do potrošača u načinu rada bez nezgoda. U slučaju bilo kakvih nesreća ili kvarova na elektroenergetskim vodovima ODU obavljaju poslove operativnog stožera za brzo otklanjanje navedenih nedostataka.

Opskrba energijom

Tarife za plaćanje potrošnje električne energije uključuju trošak dobiti energetskih tvrtki. Ispravnost i pravodobnost plaćanja za potrošene usluge prati služba - Energosbyt. O tome ovisi financijska podrška cjelokupnom energetskom sustavu zemlje. Za neplatiše se primjenjuju kazne, sve do isključenja napajanja potrošača.

Energetski sustav je krvožilni sustav jednog organizma države. Proizvodnja električne energije strateško je područje sigurnosti opstanka i razvoja gospodarstva zemlje.

Video

Proizvodnja električne energije

Proizvodnja električne energije

Većina proizvedene električne energije u svijetu proizvede se u termoelektranama (TE), a mi smo upravo stigli do jedne od njih. Obratite pozornost na ogromne cilindrične spremnike. U ovim impresivnim "posudama", čiji volumen može doseći 14.000 m³, pohranjena je - teška frakcija nafte, koja služi kao jedno od goriva u energetskoj industriji.

Oko 7% električne energije u svijetu se danas proizvodi iz nafte. To je značajan udio, s obzirom na visoku cijenu loživog ulja. Preporučljivo je koristiti ga u područjima gdje je teže dopremiti prirodni plin i ugljen. U našoj zemlji lož ulje koriste uglavnom elektrane koje se nalaze na sjeveru i dalekom istoku. Osim toga, često se koriste kao pomoćno gorivo u termoelektranama koje koriste plin kao glavno. U Rusiji je udio takvih elektrana 35%.

Princip rada termoelektrana temelji se na pretvaranju toplinske energije u mehaničku, a potom u električnu. U ložištu kotlovske jedinice spaljuju se kako bi se pokrenuo glavni pokretač, koji će zauzvrat pokrenuti električni generator. Dakle, u svjetski najzastupljenijim termoelektranama s parnim turbinama izgaranjem se dobiva vodena para pod visokim pritiskom. Pokreće parnu turbinu spojenu na rotor električnog generatora.

Moram reći da loživo ulje nije jedini naftni derivat koji se koristi za proizvodnju električne energije. Za pogon električnih generatora mogu se koristiti benzinski ili dizelski motori s unutarnjim izgaranjem. Njihova mala snaga i niska učinkovitost kompenziraju se kompaktnom veličinom stanice i niskim troškovima instalacije i održavanja. Štoviše, takve elektrane su mobilne - i ako trebate osigurati energiju za geološku ekspediciju ili pružiti pomoć na mjestu katastrofe, one postaju pravi spas.

Što se tiče loživog ulja, njegovo korištenje kao goriva za elektrane postupno opada. To je uvelike zbog modernizacije rafinerija nafte, gdje planiraju povećati proizvodnju lakih naftnih derivata, odnosno smanjiti proizvodnju teških. U budućnosti će se aktivnije koristiti kao najvrjednija sirovina za kemijsku industriju. I elektroprivreda će se oslanjati na alternativne izvore energije.

Možda je najaktivniji razvoj korištenje vjetroturbina. Do sada daju manje od 1% energije koja se troši u svijetu, ali situacija se ubrzano mijenja. Na primjer, u Španjolskoj je udio "energije vjetra" već dosegao 40%, a britanska vlada planira prebaciti sva kućanstva u zemlji na nju do 2020. godine. Relativna jeftinost, dostupnost i ekološka prihvatljivost nedvojbene su prednosti ovog smjera. No, postoje i nedostaci: velika buka, neravnomjerna proizvodnja energije, potreba za velikim površinama tako da ogromne oštrice modernih mlinova ne ometaju jedna drugu. I, naravno, potrebni su stalni vjetrovi, što znači da tehnologija nije prikladna za sva područja.

Međutim, isto se može reći i za solarne stanice. Solarni paneli postaju dio svakodnevnog života u južnim zemljama, gdje ima mnogo vedrih dana u godini. Sada nije samo izvor električne energije za svemirske letjelice, već i svjetla i topline za stanovnike kuća, na čijim su krovovima postavljene ploče s fotoćelijama. U Moskvi se solarni paneli mogu vidjeti na krovu visoke zgrade Akademije znanosti. Nedvojbeno, ova tehnologija ima veliku budućnost, jer zvijezda imena Sunce opskrbljuje Zemlju s oko 100 tisuća više energije nego što je danas potrebno našoj civilizaciji.

Geotermalne elektrane koriste toplinsku energiju koju oslobađa zemljina kora u vulkanskim zonama – na primjer, na Islandu, Kamčatki, Novom Zelandu. Takvi objekti su prilično skupi, ali njihov rad je vrlo ekonomičan. Na Islandu oko 90% kuća već koristi ovaj energent za grijanje.

U obalnim područjima moguće je graditi elektrane na plimu i oseku koje koriste promjenjive razine vode. Zaljev ili ušće rijeke pregrađeno je posebnom branom koja zadržava vodu za vrijeme oseke. Kada se voda pusti, ona okreće turbinu. Još nevjerojatnija metoda izvlačenja energije je korištenje temperaturne razlike u oceanskoj vodi. Topla voda zagrijava tekućinu koja lako isparava (amonijak), para pokreće turbinu i potom se kondenzira s hladnom vodom. Takva elektrana radi, posebno, na Havajima.

Prema optimističnim predviđanjima, u drugoj polovici ovog stoljeća udio obnovljivih i alternativnih izvora u svjetskoj energiji mogao bi dosegnuti 50%.

Da biste saznali više o naftnim gorivima i novim metodama generiranja energije, možete otići na benzinsku postaju.

Zanimljivosti

Danas, kada se lavovski dio električne energije proizvodi iz neobnovljivih izvora, uključujući i dragocjenu naftu, naša je dužnost pridržavati se elementarnih pravila ekonomičnosti. Nisu ništa kompliciraniji od tradicionalnog "Kad odlaziš, ugasi svjetlo." Nekoliko činjenica za one koji žele već sada postati svjesniji i štedljiviji stanovnik Zemlje:

• Štedna žarulja troši dvije trećine energije potrebne za klasičnu žarulju, a traje 70% duže.
• Učinkovitost grijaćih uređaja i klima uređaja pada za 20% zbog banalnih praznina u okvirima prozora.
• Ako je punjač mobitela stalno priključen na mrežu, 95% energije se troši uzalud.
• Neispravno odabran program pranja dovodi do 30% viška potrošnje energije.
• Moderni električni uređaji označeni su prema razredu energetske učinkovitosti. Najekonomičniji - uređaji klase "A".

Kratki elektronički priručnik o glavnim pojmovima nafte i plina sa sustavom unakrsnih referenci. - M.: Rusko državno sveučilište za naftu i plin. I. M. Gubkina. M.A. Mokhov, L.V. Igrevsky, E.S. Novik. 2004 .

Pogledajte što je "proizvodnja električne energije" u drugim rječnicima:

proizvodnja električne energije- — EN elektroindustrija Industrija za proizvodnju električne energije. (Izvor: CED) Teme zaštita okoliša EN …

fotonaponska proizvodnja električne energije- proizvodnja električne energije fotonaponskim instalacijama - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Englesko ruski Rječnik elektrotehnike i elektroprivrede, Moskva, 1999] Teme elektrotehnike, osnovni pojmovi Sinonimi ... ... Tehnički prevoditeljski priručnik

proizvodnja električne energije iz sunčeve energije- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. English Russian Dictionary of Electrical Engineering and Power Engineering, Moskva, 1999] Teme elektrotehnike, osnovni pojmovi EN solarna električna proizvodnja solarna proizvodnja električne energije ... Tehnički prevoditeljski priručnik

distribuirana proizvodnja električne energije- uključuje male elektrane smještene u distribucijskoj mreži elektroprivrede kako bi se pokrilo lokalno ili regionalno vršno opterećenje (na razini trafostanice) ili kako bi se odustalo od modernizacije ... ... Tehnički prevoditeljski priručnik

proizvodnja električne energije na licu mjesta- (za vlastite potrebe) [A.S. Goldberg. Engleski ruski energetski rječnik. 2006] Energetske teme općenito EN u kućnoj proizvodnji … Tehnički prevoditeljski priručnik

kombinirana proizvodnja energije i topline- - [V.A. Semenov. Engleski ruski rječnik relejne zaštite] Teme relejna zaštita EN kogeneracija … Tehnički prevoditeljski priručnik

kogeneracija suhog leda- (za hvatanje ugljičnog dioksida) [A.S. Goldberg. Engleski ruski energetski rječnik. 2006] Teme energija općenito EN kogeneracija na suhom ledu … Tehnički prevoditeljski priručnik

velika proizvodnja električne energije u kombiniranom ciklusu (potrošnja topline)- (više od 10 MW) [A.S. Goldberg. Engleski ruski energetski rječnik. 2006] Teme energija općenito EN CHP sektor proizvodnja električne energije velikih razmjera ... Tehnički prevoditeljski priručnik

mala proizvodnja električne energije u kombiniranom ciklusu (potrošnja topline)- (manje od 1 MW) [A.S. Goldberg. Engleski ruski energetski rječnik. 2006] Teme energija općenito EN CHP sektor mala proizvodnja električne energije ... Tehnički prevoditeljski priručnik

« Fizika - 11. razred"

Proizvodnja električne energije

Električna energija se u elektranama proizvodi uglavnom uz pomoć elektromehaničkih indukcijskih generatora.
Postoje dvije glavne vrste elektrana: termoelektrane i hidroelektrane.
Ove se elektrane razlikuju po motorima koji rotiraju rotore generatora.

U termoelektranama izvor energije je gorivo: ugljen, plin, nafta, loživo ulje, uljni škriljevac.
Rotore električnih generatora pokreću parne i plinske turbine ili motori s unutarnjim izgaranjem.

Termo-parnoturbinske elektrane – TE najekonomičniji.

U parnom kotlu više od 90% energije koju oslobađa gorivo prelazi na paru.
U turbini se kinetička energija mlaznica pare prenosi na rotor.
Osovina turbine je kruto povezana s osovinom generatora.
Generatori parne turbine su vrlo brzi: broj okretaja rotora je nekoliko tisuća u minuti.

Učinkovitost toplinskih strojeva raste s porastom početne temperature radnog medija (para, plin).
Stoga se para koja ulazi u turbinu dovodi do visokih parametara: temperatura je gotovo do 550 ° C, a tlak do 25 MPa.
Učinkovitost TPP-a doseže 40%. Većina energije gubi se zajedno s vrućom ispušnom parom.

Termoelektrane - kogeneracija omogućuju da se značajan dio energije ispušne pare koristi u industrijskim poduzećima i za kućne potrebe.
Kao rezultat, učinkovitost CHP doseže 60-70%.
U Rusiji termoelektrane daju oko 40% ukupne električne energije i opskrbljuju stotine gradova električnom energijom.

Na hidroelektrane – HE potencijalna energija vode koristi se za rotaciju rotora generatora.

Rotore električnih generatora pokreću hidrauličke turbine.
Snaga takve stanice ovisi o pritisku koji stvara brana i masi vode koja prolazi kroz turbinu svake sekunde.

Hidroelektrane daju oko 20% ukupne električne energije proizvedene u našoj zemlji.

Nuklearne elektrane - nuklearne elektrane u Rusiji daju oko 10% električne energije.

Korištenje električne energije

Glavni potrošač električne energije je industrija - 70% proizvedene električne energije.
Promet je također veliki potrošač.

Većina korištene električne energije sada se pretvara u mehaničku energiju, jer. gotovo sve mehanizme u industriji pokreću elektromotori.

Prijenos električne energije

Prijenos električne energije povezan je s primjetnim gubicima, budući da električna struja zagrijava žice dalekovoda. U skladu s Joule-Lenzovim zakonom, energija potrošena na zagrijavanje žica linije određena je formulom

Gdje
R- otpor linije,
U- prijenosni napon,
R- snaga izvora struje.

Kod vrlo dugih vodova prijenos energije može postati neekonomičan.
Praktično je vrlo teško značajno smanjiti otpor voda R, stoga je potrebno smanjiti jakost struje I.

Kako je snaga strujnog izvora P jednaka umnošku struje I i napona U, da bi se smanjila prenesena snaga, potrebno je povećati preneseni napon u dalekovodu.

Za to se u velikim elektranama postavljaju pojačavajući transformatori.
Transformator povećava napon u vodu onoliko puta koliko smanjuje struju.

Što je dalekovod dulji, to je korisnije koristiti viši napon. Generatori izmjenične struje podešeni su na napone koji ne prelaze 16-20 kV. Viši napon zahtijevao bi složene posebne mjere za izolaciju namota i drugih dijelova generatora.

To se postiže korištenjem silaznih transformatora.

Smanjenje napona (i, sukladno tome, povećanje struje) provodi se u fazama.

Kod vrlo visokog napona između žica može početi pražnjenje, što dovodi do gubitaka energije.
Dopuštena amplituda izmjeničnog napona mora biti takva da je za određenu površinu poprečnog presjeka žice gubitak energije zbog pražnjenja zanemariv.

Elektrane su povezane visokonaponskim dalekovodima tvoreći zajedničku električnu mrežu na koju su priključeni potrošači.
Takva povezanost, nazvana elektroenergetski sustav, omogućuje raspodjelu opterećenja potrošnje energije.
Elektroenergetski sustav osigurava nesmetano napajanje potrošača.
Sada u našoj zemlji djeluje Jedinstveni energetski sustav europskog dijela zemlje.

Korištenje električne energije

Potrebe za električnom energijom su u stalnom porastu kako u industriji, tako iu prometu, u znanstvenim ustanovama iu svakodnevnom životu. Ova se potreba može zadovoljiti na dva glavna načina.

Prvi je izgradnja novih snažnih elektrana: termo, hidrauličkih i nuklearnih.
Međutim, izgradnja velike elektrane zahtijeva nekoliko godina i visoke troškove.
Osim toga, termoelektrane troše neobnovljive prirodne resurse: ugljen, naftu i plin.
Ujedno nanose veliku štetu ravnoteži na našem planetu.
Napredna tehnologija omogućuje zadovoljavanje energetskih potreba na drugačiji način.

Drugi je učinkovito korištenje električne energije: moderne fluorescentne svjetiljke, ušteda rasvjete.

Velike se nade polažu u dobivanje energije pomoću kontroliranih termonuklearnih reakcija.

Prioritet treba dati povećanju učinkovitosti korištenja električne energije, a ne povećanju kapaciteta elektrana.

Uvod

Ova publikacija daje opće informacije o procesima proizvodnje, prijenosa i potrošnje električne i toplinske energije, međusobnom povezivanju i objektivnim zakonitostima tih procesa, o različitim vrstama elektrana, njihovim karakteristikama, uvjetima zajedničkog rada i integriranog korištenja. Pitanja uštede energije razmatraju se u posebnom poglavlju.

Proizvodnja električne i toplinske energije

Opće odredbe

Energija je skup prirodnih, prirodnih i umjetno stvorenih sustava namijenjenih primanju, transformaciji, distribuciji i korištenju energetskih izvora svih vrsta. Energetski resursi su svi materijalni objekti u kojima je energija koncentrirana za moguće korištenje od strane osobe.

Među raznim vrstama energije koje ljudi koriste, električna energija ističe se nizom značajnih prednosti. To je relativna jednostavnost njezine proizvodnje, mogućnost prijenosa na vrlo velike udaljenosti, lakoća pretvaranja u mehaničku, toplinsku, svjetlosnu i drugu energiju, što elektroprivredu čini najvažnijom granom ljudskog života.

Procesi koji se odvijaju u proizvodnji, distribuciji, potrošnji električne energije neraskidivo su povezani. Također, postrojenja za proizvodnju, prijenos, distribuciju i pretvorbu električne energije su međusobno povezana i kombinirana. Takve asocijacije nazivamo elektroenergetskim sustavima (slika 1.1) i sastavni su dio energetskog sustava. U skladu s energetskim sustavom, skup elektrana, kotlovnica, električnih i toplinskih mreža, međusobno povezanih i povezanih zajedničkim načinom rada u kontinuiranom procesu proizvodnje, pretvorbe i distribucije električne i toplinske energije, uz opće upravljanje tim načinima , Zove se.

Sastavni dio elektroenergetskog sustava je elektroenergetski sustav koji je skup električnih instalacija namijenjenih opskrbi potrošača električnom energijom.

Slično se može definirati i sustav opskrbe toplinom.

Termoelektrane

Dobivanje energije iz goriva i energetskih izvora (FER) njihovim izgaranjem trenutno je najjednostavniji i najpovoljniji način proizvodnje energije. Stoga se do 75% ukupne električne energije u zemlji proizvodi u termoelektranama (TE). Istodobno, moguća je i zajednička proizvodnja toplinske i električne energije, na primjer, u termoelektranama (CHP), i njihova odvojena proizvodnja (slika 1.2).

Blok dijagram TE prikazan je na sl. 1.3. Rad je sljedeći. Sustav za opskrbu gorivom 1 osigurava opskrbu krutog, tekućeg ili plinovitog goriva plameniku 2 parnog kotla 3. Gorivo je prethodno pripremljeno u skladu s tim, na primjer, ugljen se usitnjava u prahu u drobilici 4, suši i zasićuje. sa zrakom, koji se upuhuje ventilatorom 5 iz otvora za dovod zraka 6 kroz grijač 7 također se dovodi do plamenika. Toplina koja se oslobađa u ložištu kotla koristi se za zagrijavanje vode u izmjenjivačima topline 8 i stvaranje pare. Voda se dovodi pumpom 9 nakon što prođe kroz poseban sustav za obradu vode 10. Para iz bubnja 11 pod visokim tlakom i temperaturom ulazi u parnu turbinu 12, gdje se energija pare pretvara u mehaničku energiju rotacije osovine turbine i elektrogeneratora 13. Sinkroni generator stvara trofaznu izmjeničnu struju. Para koja se ispušta u turbini kondenzira se u kondenzatoru 14. Za ubrzanje ovog procesa koristi se hladna voda prirodnog ili umjetnog rezervoara 15 ili posebni hladnjaci - rashladni tornjevi. Kondenzat se pumpa natrag u generator pare (kotao). Takav ciklus naziva se kondenzacija. Elektrane koje koriste ovaj ciklus (CPP) proizvode samo električnu energiju. U kogeneraciji se dio pare iz turbine odvodi pod određenim tlakom u kondenzator i koristi za potrebe potrošača topline.

Riža. 1.1.

G - generatori električne energije; T - transformatori; P - električna opterećenja;

W - dalekovodi (TL); AT - autotransformatori

sl.1.2.

a - kombinirana proizvodnja; b - odvojena proizvodnja

sl.1.3.

Gorivo i njegova priprema. Termoelektrane koriste kruta, tekuća ili plinovita fosilna goriva. Njegova opća klasifikacija dana je u tablici 1.1.

Tablica 1.1. Opća klasifikacija goriva

Gorivo koje se sagorijeva naziva se "radno gorivo". Sastav radnog goriva (krutog i tekućeg) je: ugljik C, vodik H, kisik O, dušik N, pepeo A i vlaga W. Izražavajući komponente goriva kao postotak, u odnosu na jedan kilogram mase, dobiva se jednadžba za sastav radne mase goriva.

Sumpor se naziva hlapivim i dio je ukupne količine sumpora u gorivu, ostatak negorivog dijela sumpora je dio mineralnih nečistoća.

Prirodno plinovito gorivo sadrži: metan, etan, propan, butan, ugljikovodike, dušik, ugljikov dioksid. Posljednje dvije komponente su balast. Umjetna plinovita goriva uključuju metan, ugljikov monoksid, vodik, ugljikov dioksid, vodenu paru, dušik i smole.

Glavna termotehnička karakteristika goriva je toplina izgaranja, koja pokazuje koliko se topline u kilodžulima oslobodi izgaranjem jednog kilograma krutog, tekućeg ili jednog kubnog metra plinovitog goriva. Razlikujte višu i nižu ogrjevnu vrijednost.

Viša ogrjevna vrijednost goriva je količina topline koju gorivo oslobodi tijekom potpunog izgaranja, uzimajući u obzir toplinu oslobođenu kondenzacijom vodene pare, koja nastaje pri izgaranju.

Niža kalorična vrijednost razlikuje se od veće po tome što ne uzima u obzir toplinu utrošenu na stvaranje vodene pare, koja se nalazi u produktima izgaranja. Pri izračunu se koristi najniža ogrjevna vrijednost jer. toplina vodene pare beskorisno se gubi s produktima izgaranja koji izlaze iz dimnjaka.

Odnos između više i manje ogrjevne vrijednosti za radnu masu goriva određuje se jednadžbom

Za usporedbu različitih vrsta goriva u smislu kalorijske vrijednosti, uveden je koncept "referentnog goriva" (cf). Gorivo se smatra uvjetnim, čija je donja kalorična vrijednost pri radnoj masi 293 kJ / kg za kruta i tekuća goriva ili 29300 kJ / m3 za plinovita goriva. U skladu s tim, svako gorivo ima svoj toplinski ekvivalent Et = QNR / 29300.

Pretvorba potrošnje radnog prirodnog goriva u uvjetnu provodi se prema jednadžbi

Woosl = Et? uto

Kratak opis pojedinih vrsta goriva dan je u tablici 1.2.

Tablica 1.2. Karakteristika goriva

Posebno treba istaknuti nižu ogrjevnu vrijednost u kJ / kg loživog ulja - 38 000 ... 39 000, prirodnog plina - 34 000 ... 36 000, pratećeg plina - 50 000 ... 60 000. Osim toga, ovo gorivo praktički ne sadrži vlagu i mineralne nečistoće.

Prije nego što se gorivo dopremi u peć, ono se priprema. Posebno je složen sustav za pripremu krutog goriva koje se sukcesivno podvrgava pročišćavanju od mehaničkih nečistoća i stranih tijela, usitnjavanju, sušenju, pripremi prašine i miješanju sa zrakom.

Sustav za pripremu tekućih, a posebno plinovitih goriva znatno je jednostavniji. Osim toga, takvo gorivo je ekološki prihvatljivije, praktički nema sadržaja pepela.

Jednostavnost transporta, jednostavnost automatizacije kontrole procesa izgaranja, visoka kalorična vrijednost određuju izglede za korištenje prirodnog plina u energetskom sektoru. Međutim, rezerve ove sirovine su ograničene.

Obrada vode. Voda, kao nositelj topline u termoelektranama, neprekidno cirkulira u zatvorenom krugu. U ovom slučaju, pročišćavanje vode koja se dovodi u kotao je od posebne važnosti. Kondenzat iz parne turbine (sl. 1.3) ulazi u sustav 10 za čišćenje od kemijskih nečistoća (kemijska obrada vode - HVO) i slobodnih plinova (deaeracija). U tehnološkom ciklusu voda-para-kondenzat gubici su neizbježni. Stoga se iz vanjskog izvora 15 (jezerce, rijeka) kroz dovod vode 16 dovodi voda u stazu. Voda koja ulazi u kotao prethodno se zagrijava u ekonomizatoru (izmjenjivaču topline) pomoću 17 izlaznih produkata izgaranja.

Parni kotao. Kotao je generator pare u termoelektrani. Glavne strukture prikazane su na sl. 1.4.

Kotao tipa bubnja ima čelični bubanj 1, u čijem se gornjem dijelu skuplja para. Napojna voda se zagrijava u ekonomizatoru 2 koji se nalazi u komori dimnih plinova 3 i ulazi u bubanj. Kolektor 4 zatvara ciklus para-voda kotla. U komori za izgaranje 5, izgaranje goriva na temperaturi od 1500 ... 20000C osigurava ključanje vode. Kroz čelične cijevi za podizanje 6, promjera 30 ... 90 mm i pokrivaju površinu komore za izgaranje, voda i para ulaze u bubanj. Para iz bubnja kroz cijevni pregrijač 7 dovodi se u turbinu. Pregrijač može biti izveden u dva ili tri stupnja i namijenjen je dodatnom zagrijavanju i sušenju pare. Sustav ima nizvodne cijevi 8, kroz koje se voda s dna bačve spušta u kolektor.

U kotlu tipa bubnja osigurana je prirodna cirkulacija vode i mješavine pare i vode zbog njihove različite gustoće.

Takav sustav omogućuje dobivanje subkritičnih parametara pare (kritična je točka stanja u kojoj nestaje razlika u svojstvima tekućine i pare): tlak do 22,5 MPa, a praktički ne više od 20 MPa; temperatura do 374°S (bez pregrijača). Pri većem tlaku dolazi do poremećaja prirodnog kruženja vode i pare. Prisilna cirkulacija još nije pronašla primjenu u snažnim bubanjskim kotlovima zbog svoje složenosti. Stoga se kotlovi ovog tipa koriste u energetskim jedinicama kapaciteta do 500 MW s kapacitetom pare do 1600 tona na sat.

U jednokratnom kotlu, posebne pumpe provode prisilnu cirkulaciju vode i pare. Napojna voda pumpa se pumpom 9 kroz ekonomajzer 2 do cijevi isparivača 10, gdje se pretvara u paru. Kroz pregrijač 7 para ulazi u turbinu. Odsutnost bubnja i prisilna cirkulacija vode i pare omogućuju dobivanje superkritičnih parametara pare: tlak do 30 MPa i temperatura do 590 °C. To odgovara jedinicama snage do 1200 MW i kapacitetu pare do 4000 t/h.

Kotlovi namijenjeni samo za opskrbu toplinom i instalirani u lokalnim ili područnim kotlovnicama izrađeni su na istim načelima kao što je gore navedeno. Međutim, parametri rashladne tekućine, određeni zahtjevima potrošača topline, značajno se razlikuju od onih koji su ranije razmatrani (neke tehničke karakteristike takvih kotlova dane su u tablici 1.3).

Tablica 1.3. Tehnički podaci kotlova sustava grijanja

Na primjer, kotlovnice prigrađene uz zgrade dopuštaju korištenje kotlova s ​​tlakom pare do 0,17 MPa i temperaturom vode do 1150C, a najveća snaga ugrađenih kotlovnica ne smije biti veća od 3,5 MW pri radu na tekuća i plinovita goriva ili I.7 MW pri radu na kruta goriva. Kotlovi sustava grijanja razlikuju se po vrsti rashladne tekućine (voda, para), po performansama i toplinskoj snazi, po dizajnu (lijevano željezo i čelik, mali i šator, itd.).

Učinkovitost sustava za proizvodnju pare ili pripremu tople vode uvelike je određena faktorom učinkovitosti (COP) kotlovske jedinice.

U općem slučaju, učinkovitost parnog kotla i potrošnja goriva određeni su izrazima:

kg/s, (1,1)

gdje je hk učinkovitost parnog kotla, %; q2, q3, q4, q5, q6 - gubitak topline, odnosno, s ispušnim plinovima, kemijskim izgaranjem, mehaničkim izgaranjem, za vanjsko hlađenje, s troskom,%; B je ukupna potrošnja goriva, kg/s; QPC je toplina koju apsorbira radni medij u parnom kotlu, kJ/m; - raspoloživa toplina goriva koja ulazi u ložište, kJ/kg.

sl.1.4.

a - tip bubnja; b - tip s izravnim protokom

1- bubanj; 2 - ekonomizator; 3 - komora dimnih plinova; 4 - kolektor; 5 - komora za izgaranje; 6 - cijevi za podizanje; 7 - pregrijač; 8 - odvodne cijevi; 9 - pumpa; 10 - cijevi isparivača

Ako se ne koristi toplina dimnih plinova, tada

te s otvorenim sustavom za sušenje goriva ispušnim plinovima

gdje su Nuh, Notb, entalpija ispušnih plinova, plinova na mjestu odabira za sušenje odnosno hladnog zraka, kJ / kg; r - udio ekstrakcije plina za sušenje; ?yx - višak zraka u izlaznim plinovima.

Entalpija plina na temperaturi T brojčano je jednaka količini topline koja je dovedena plinu u procesu zagrijavanja od nula stupnjeva Kelvina do temperature T pri konstantnom tlaku.

S otvorenim sustavom sušenja, svi podaci o gorivu odnose se na osušeno gorivo.

U ovom slučaju, potrošnja sirovog goriva s promjenom vlažnosti od WP do Wdry je

gdje je Vdush potrošnja osušenog goriva prema (1.1), kg/s; Wdry, WP - sadržaj vlage osušenog i neosušenog goriva,%.

Pri promjeni vlažnosti mijenja se i donja ogrjevna vrijednost goriva s na:

KJ/kg (1,4)

Donja ogrjevna vrijednost odgovara količini topline koju oslobađa gorivo tijekom potpunog izgaranja, ne uzimajući u obzir toplinu utrošenu na stvaranje vodene pare, koja se nalazi u produktima izgaranja.

Ukupna raspoloživa toplina goriva koja ulazi u peć

KJ/kg, (1,5)

gdje je donja ogrjevna vrijednost goriva, kJ/kg; - dodatna toplina unesena u kotao zrakom zagrijanim izvana, udarom pare itd., kJ/kg.

Za indikativne izračune.

Toplina koju prima radni medij u parnom kotlu

KJ/s, (1,6)

gdje je Dp - kapacitet pare kotla, kg / s; hpp, hpv - entalpija pregrijane pare i napojne vode, kJ/kg; ?Qpc - dodatno percipirana toplina u prisutnosti pregrijača u kotlu, pročišćavanja vode itd., kJ/s.

Za približne izračune Qpk = 0,2 ... 0,3 Dp (hpp - hpv).

gdje un - udio pepela koji se prenosi s produktima izgaranja; Nshl - entalpija troske, kJ/kg; AR - radni sadržaj pepela u gorivu,%.

Vrijednosti q3, q4, q5, Wr, Ar, date su u stručnoj literaturi, kao iu udžbenicima.

S čvrstim uklanjanjem troske možete uzeti yx = 1,2 ... 1,25; ?un=0,95; Nshl=560 kJ/kg.

Osim toga, pri temperaturi zraka ispred kotla od 300C = 223 kJ/kg, a pri temperaturi dimnih plinova od 1200C Hx = 1256 kJ/kg.

Primjer izračuna. Odredite učinkovitost i potrošnju goriva za parni kotao pri sljedećim uvjetima: Dp=186 kg/s; gorivo - sušeni Berezovski ugljen s Wdry=13%; otvoreni sustav sušenja, r=0,34; plin odveden za sušenje ima Hb=4000 kJ/kg; entalpija pregrijane pare i napojne vode, odnosno hpp = 3449 kJ/kg, hpv = 1086,5 kJ/kg.

Riješenje. Preliminarno se prema (1.4) određuje donja ogrjevna vrijednost osušenog goriva.

Ovdje je Wr=33% i =16200 kJ/kg uzeto prema .

Preuzimanje (1.5)

nalazimo prema (1.2)

Nalazimo: q3=1%, q4=0,2%, q5=0,26% i uzimajući u obzir (1.7)

Za izračunavanje potrošnje goriva prema (1.6) nalazimo

Potrošnja osušenog goriva prema (1.1)

Potrošnja sirovog goriva pri Wr =33% prema (1.3) je

Parna turbina. Ovo je toplinski stroj u kojem se energija pare pretvara u mehaničku energiju rotacije rotora (osovine) i radnih lopatica pričvršćenih na njemu. Pojednostavljena shema uređaja parne turbine prikazana je na sl. 1.5. Na osovini 1 turbine montirani su diskovi 2 s lopaticama rotora 3. Para se na ove lopatice dovodi iz mlaznice 4 iz kotla, koja se dovodi kroz parovod 5. Energija pare okreće turbinski kotač, a rotacija osovina se prenosi preko spojke 6 na osovinu 7 sinkronog generatora. Ispušna para kroz komoru 8 šalje se u kondenzator.

Parne turbine se dijele na aktivne i reaktivne turbine. U aktivnoj turbini (slika 1.5c) volumen pare V2 na ulazu u lopatice rotora jednak je volumenu pare V3 na izlazu iz lopatica. Širenje volumena pare od V1 do V2 događa se samo u mlaznicama. Na istom mjestu mijenja se tlak od p1 do p2 i brzina pare od c1 do c2. U tom slučaju tlak pare na ulazu p2 i izlazu p3 iz lopatica ostaje nepromijenjen, a brzina pare pada s c2 na c3 zbog prijenosa kinetičke energije pare na lopatice turbine:

Gp? (s2-s3) 2 / 2 Gt? St2 / 2,

gdje su Gp, Gt - masa parnog i turbinskog kotača; s2, s3, st - brzina pare na ulazu i izlazu iz lopatica i brzina rotora.

Konstrukcija lopatica mlaznih turbina je takva (sl. 1.5d) da se para širi ne samo u mlaznicama od V1 do V2, već i između lopatica impelera od V2 do V3. U tom se slučaju tlak pare mijenja s p2 na p3, a brzina pare s c2 na c3. Od V2 p3 i, u skladu s prvim zakonom termodinamike, elementarni rad širenja jedinice pare

gdje je F - površina oštrice, m2; (p2 - p3) - razlika tlaka na ulazu i izlazu lopatica, Pa; dS - pomak lopatice, m.

U ovom slučaju, rad se koristi za okretanje turbinskog kotača. Tako kod mlaznih turbina, osim centrifugalnih sila koje nastaju pri promjeni brzine pare, na lopatice djeluju reaktivne sile uzrokovane ekspanzijom pare.

Moderne turbine rade se i aktivno i reaktivno. U snažnim jedinicama, parametri pare na ulazu su blizu 30 MPa i 6000C. U ovom slučaju, istjecanje pare iz mlaznice događa se brzinom većom od brzine zvuka. To dovodi do potrebe za velikom brzinom rotora. Na rotirajuće dijelove turbine djeluju ogromne centrifugalne sile.

U praksi je brzina rotora, zbog konstrukcijskih značajki same turbine i sinkronog generatora, 3000 1/min. U ovom slučaju linearna brzina na obodu turbinskog kotača promjera jednog metra iznosi 157 m/s. Pod tim uvjetima, čestice se nastoje otrgnuti od površine kotača silom 2500 puta većom od njihove težine. Inercijska opterećenja se smanjuju korištenjem stupnjeva brzine i tlaka. Ne daje se sva energija pare svakom stupnju, već samo dio. Time se također osigurava optimalan pad topline na stepenicama, koji iznosi 40...80 kJ/kg pri obodnoj brzini od 140...210 m/s. Ukupni pad topline koji se stvara u modernim turbinama iznosi 1400...1600 kJ/kg.

Zbog konstrukcijskih razloga, 5 ... 12 koraka grupirano je u jednom kućištu, koje se naziva cilindar. Moderna snažna turbina može imati visokotlačni cilindar (HPC) s ulaznim tlakom pare od 15 ... 30 MPa, srednji tlak (MPC) s tlakom od 8 ... 10 MPa i niskotlačni cilindar (LPC ) s tlakom od 3 ... 4 MPa. Turbine do 50 MW obično se izrađuju u jednom cilindru.

Ispušna para iz turbine ulazi u kondenzator radi hlađenja i kondenzacije. U cijevni izmjenjivač topline kondenzatora dovodi se rashladna voda s temperaturom od 10 ... 15 ° C, što doprinosi intenzivnoj kondenzaciji pare. U istu svrhu, tlak u kondenzatoru održava se unutar 3 ... 4 kPa. Ohlađeni kondenzat ponovno se dovodi u kotao (slika 1.5), a rashladna voda, zagrijana na 20 ... 25 ° C, uklanja se iz kondenzatora. Ako se voda za hlađenje uzima iz rezervoara i zatim nepovratno ispušta, sustav se naziva jednoprolazni sustav otvorene petlje. U zatvorenim sustavima hlađenja voda zagrijana u kondenzatoru pumpa se u rashladne tornjeve - tornjeve stožastog oblika. S vrha rashladnih tornjeva, s visine od 40...80 m, voda teče dolje, pritom se hladi na potrebnu temperaturu. Voda se zatim vraća u kondenzator.

Oba sustava hlađenja imaju svoje prednosti i nedostatke i koriste se u elektranama.

sl.1.5. Uređaj parne turbine:

a - rotor turbine; b - dijagram trostupanjske aktivne turbine; c - rad pare u aktivnom stupnju turbine; d - rad pare u reaktivnom stupnju turbine.

1 - osovina turbine; 2 - diskovi; 3 - radne oštrice; 4 - mlaznice; 5 - cjevovod pare; 6 - kvačilo; 7 - osovina sinkronog generatora; 8 - ispušna parna komora.

Turbine, u kojima sva para koja im se dovodi, nakon završetka rada, ulazi u kondenzator, nazivaju se kondenzatorske i koriste se za dobivanje samo mehaničke energije s naknadnom pretvorbom u električnu energiju. Takav ciklus naziva se kondenzacijski ciklus i koristi se u državnoj elektrani i IES-u. Primjer kondenzacijske turbine je K300-240 snage 300 MW s početnim parametrima pare od 23,5 MPa i 600°C.

U kogeneracijskim turbinama dio pare se odvodi u kondenzator i koristi za zagrijavanje vode, koja se zatim šalje u sustav opskrbe toplinom stambenih, upravnih i industrijskih zgrada. Ciklus se naziva kogeneracija i koristi se u CHP i GRES. Na primjer, turbina T100-130/565 kapaciteta 100 MW za početne parametre pare od 13 MPa i 5650C ima nekoliko podesivih odvoda pare.

Industrijske kogeneracijske turbine imaju kondenzator i nekoliko podesivih odvoda pare za kogeneracijske i industrijske potrebe. Koriste se u termoelektranama i državnim elektranama. Na primjer, turbina P150-130/7 kapaciteta 50 MW za početne parametre pare od 13 MPa i 5650C omogućuje industrijsko izdvajanje pare pri tlaku od 0,7 MPa.

Protutlačne turbine rade bez kondenzatora, a sva se ispušna para isporučuje toplinskim i industrijskim potrošačima. Ciklus se naziva protutlak, a turbine se koriste u termoelektranama i državnim elektranama. Na primjer, turbina R50-130/5 snage 50 MW za početni tlak pare od 13 MPa i konačni tlak (protutlak) od 0,5 MPa s nekoliko odvoda pare.

Korištenje ciklusa grijanja omogućuje postizanje učinkovitosti do 70% u kogeneraciji, uzimajući u obzir opskrbu potrošača toplinom. U kondenzacijskom ciklusu, učinkovitost je 25 ... 40%, ovisno o početnim parametrima pare i snazi ​​jedinica. Stoga se kogeneracije nalaze na mjestima gdje se crpi gorivo, što smanjuje troškove transporta, a kogeneracije su bliže potrošačima toplinske energije.

Sinkroni generatori. Dizajn i karakteristike ovog stroja, koji mehaničku energiju pretvara u električnu, detaljno su obrađeni u posebnim disciplinama. Stoga se ograničavamo na općenite informacije.

Glavni strukturni elementi sinkronog generatora (slika 1.6): rotor 1, namot rotora 2, stator 3, namot statora 4, kućište 5, pobudnik 6 - izvor istosmjerne struje.

Neizraženi polni rotor brzohodnih strojeva - turbogeneratora (n = 3000 1/min) izrađen je od elektročeličnog lima u obliku cilindra smještenog na osovini 7. Spornohodni strojevi - hidrogeneratori (n ≥ 1500 1/min) imaju rotor s istaknutim polom (prikazan isprekidanom linijom). U žljebovima na površini rotora nalazi se izolirani bakreni namot spojen kliznim kontaktima 8 (četkicama) s pobudnikom. Stator je kompletan cilindar izrađen od elektročelika, na čijoj su unutarnjoj površini u utorima smještena tri fazna namota - A, B, C. Namoti su izrađeni od bakrene izolirane žice, međusobno su identični i imaju aksijalnu simetriju. , zauzimajući sektore od 120 °. Počeci namota faza A, B, C izvode se kroz izolatore, a krajevi namota X, Y, Z spojeni su u zajedničku točku N - neutral.

Generator radi na sljedeći način. Uzbudna struja iB u namotu rotora stvara magnetski tok F koji prolazi kroz namote statora. Osovinu generatora pokreće turbina. Time se osigurava jednolika rotacija magnetskog polja rotora s kutnom frekvencijom?=2?f, gdje je f frekvencija izmjenične struje, 1/s je Hz. Za dobivanje izmjenične struje frekvencije 50 Hz s brojem pari magnetskih polova p potrebna je brzina rotora n=60?f /p.

Pri p = 1, što odgovara rotoru s istaknutim polom, n = 3000 1/min. Rotirajuće magnetsko polje koje prolazi kroz namote statora inducira u njima elektromotornu silu (EMS). U skladu sa zakonom elektromagnetske indukcije, trenutna vrijednost EMF

gdje je w broj zavoja.

EMF u namotima statora induciraju se sinkrono s promjenom magnetskog polja dok se rotor okreće.

sl.1.6.

a - dizajn generatora; b - dijagram spajanja namota;

c - EMF na stezaljkama namota generatora

1 - rotor; 2 - namot rotora; 3 - stator; 4 - namot statora; 5 - tijelo; 6 - patogen; 7 - osovina (os) rotora; 8 - klizni prstenovi

Uz ravnomjernu rotaciju rotora i aksijalnu simetriju namota statora, trenutne vrijednosti faznog EMF-a jednake su:

gdje je EM vrijednost amplitude EMF.

Ako je električno opterećenje Z spojeno na stezaljke namota statora generatora, električna struja teče u vanjskom krugu

gdje je napon na stezaljkama namota kada u njima teče struja i i otpor namota statora Zin.

U praksi je prikladnije koristiti ne trenutne, već efektivne vrijednosti električnih veličina. Potrebni omjeri poznati su iz kolegija fizike i teorijskih osnova elektrotehnike.

Rad generatora uvelike ovisi o načinu uzbude i hlađenja stroja. Različiti sustavi uzbude (neovisni i samouzbudni, električni stroj i tiristor, itd.) Omogućuju vam promjenu vrijednosti iB i, posljedično, magnetskog toka F i EMF u namotima statora. To omogućuje reguliranje napona na izlazima generatora unutar određenih granica (obično ± 5%).

Količina djelatne snage koju turbogenerator isporučuje električnoj mreži određena je snagom na osovini turbine i kontrolira se dovodom pare u turbinu.

Tijekom rada generator se zagrijava, prvenstveno zbog oslobađanja topline u namotima kojima teče struja. Stoga je učinkovitost rashladnog sustava bitna.

Generatori male snage (1...30 MW) imaju zračno hlađenje unutarnjih površina prema protočnoj (otvorenoj) ili regenerativnoj (zatvorenoj) shemi. Na generatorima srednje snage (25 ... 100 MW) koristi se površinsko hlađenje vodikom u zatvorenom krugu, što je učinkovitije, ali zahtijeva posebne sigurnosne mjere. Snažni generatori (više od 100 MW) imaju prisilno hlađenje vodikom, vodom ili uljem, u kojem se rashladna tekućina pumpa pod pritiskom unutar statora, rotora, namota kroz posebne šupljine (kanale).

Glavne tehničke karakteristike generatora: nazivni napon na stezaljkama namota statora generatora, Unom: 6,3-10,5-21 kV (veće vrijednosti odgovaraju snažnijim generatorima); nazivna djelatna snaga, Rnom, MW; nazivni faktor snage; nazivna učinkovitost od 90...99%.

Ove opcije su povezane:

Vlastite potrebe elektrana. Ne predaje se sva električna i toplinska energija proizvedena u termoelektranama potrošačima. Dio ostaje na stanici i koristi se za osiguranje njezina rada. Glavni potrošači ove energije su: sustav transporta i pripreme goriva; pumpe za dovod vode i zraka; sustav za pročišćavanje vode, zraka, dimnih plinova itd.; grijanje, rasvjeta, ventilacija kućanskih i industrijskih prostora, kao i niz drugih potrošača.

Mnogi elementi vlastitih potreba spadaju u prvu kategoriju po pouzdanosti napajanja. Stoga su spojeni na najmanje dva neovisna izvora energije, npr. na izvore u svojoj postaji i na električnu mrežu.

Rasklopna oprema. Električna energija koju generiraju generatori prikuplja se u rasklopnom postrojenju (RU), a zatim se distribuira među potrošačima. Da biste to učinili, stezaljke namota statora generatora spojene su na sabirnice rasklopnog uređaja preko posebnih sklopnih uređaja (prekidači, rastavljači itd.) S krutim ili fleksibilnim vodičima (gume). Svaki spoj u rasklopnom postrojenju izvodi se pomoću posebne ćelije koja sadrži potreban skup opreme. Budući da se prijenos, distribucija i proizvodnja električne energije te njezina potrošnja odvijaju na različitim naponima, u postaji postoji nekoliko rasklopnih postrojenja. Za nazivni napon generatora, npr. 10,5 kV, izvodi se sklopni uređaj generatorskog napona. Obično se nalazi u zgradi kolodvora i projektirano je zatvorenog tipa (ZRU). Na ovaj sklopni uređaj spajaju se usko smješteni potrošači. Za prijenos električne energije preko dalekovoda (DV) na velike udaljenosti i komunikaciju s drugim stanicama i sustavom potrebno je koristiti napon od 35 ... 330 kV. Takva se komunikacija provodi korištenjem zasebnih razvodnih postrojenja, obično otvorenih razvodnih postrojenja (ORU), gdje su instalirani pojačavajući transformatori. Za povezivanje potrošača vlastitih potreba služi - RUSN. Iz autobusa RUSN električna energija se prenosi izravno i preko silaznih transformatora do potrošača u elektranama.

Slični principi se koriste u distribuciji toplinske energije proizvedene kogeneracijom. Specijalni kolektori, parovodi, crpke osiguravaju opskrbu toplinom industrijskih i komunalnih potrošača, kao i pomoćnog sustava.

Električna energija čini život ljudi boljim, svjetlijim i čišćim. Ali prije nego što prođe kroz žice visokonaponskih dalekovoda, a zatim se distribuira u domove i poslovne prostore, električna energija mora biti proizvedena u elektrani.

Kako nastaje električna energija

Godine 1831. M. Faraday je otkrio da kada se magnet okreće oko zavojnice žice, u vodiču teče električna struja. Generator električne energije je uređaj koji drugi oblik energije pretvara u električnu energiju. Ove jedinice rade na temelju odnosa između električnog i magnetskog polja. Gotovo svu potrošenu energiju proizvode generatori koji mehaničku energiju pretvaraju u električnu.

Proizvodnja električne energije na uobičajeni način vrši se generatorom s elektromagnetom. Ima niz izoliranih namotaja žice koji tvore fiksni cilindar (stator). Unutar cilindra nalazi se rotirajuća elektromagnetska osovina (rotor). Kada se elektromagnetska osovina okreće, u zavojnicama statora nastaje električna struja koja se zatim prenosi preko električnih vodova do potrošača.

U elektranama se kao generatori za proizvodnju električne energije koriste turbine koje su različitih vrsta:

• para;
• turbine za izgaranje plina;
• voda;
• vjetrenjače.

U turbogeneratoru pokretna tekućina ili plin (para) ulazi u lopatice montirane na osovini i okreće osovinu spojenu na generator. Tako se mehanička energija vode ili plina pretvara u električnu energiju.

Zanimljiv. Trenutno se 93% svjetske električne energije proizvodi pomoću parnih, plinskih i vodenih turbina koje koriste biomasu, ugljen, geotermalnu energiju, nuklearnu energiju, prirodni plin.

Druge vrste uređaja koji proizvode električnu energiju:

• elektrokemijske baterije;
• uređaji za gorivo;
• solarne fotonaponske ćelije;
• termoelektrični generatori.

Povijest elektroprivrede

Prije pojave električne energije, ljudi su palili biljno ulje, voštane svijeće, mast, kerozin, plinificirani ugljen za osvjetljavanje kuća, ulica i radionica. Električna energija omogućila je čistu, sigurnu, jaku rasvjetu, za što je izgrađena prva elektrana. Thomas Edison lansirao ga je u donjem Manhattanu (New York) 1882. i zauvijek potisnuo tamu, otvorivši novi svijet. Stanica Pearl Street na ugljen postala je prototip za svu energiju u nastajanju. Sastojao se od šest dinamo generatora, svaki težak 27 tona i snage 100 kW.

U Rusiji su se prve elektrane počele pojavljivati ​​krajem 80-ih-90-ih godina 19. stoljeća u Moskvi, Sankt Peterburgu i Odesi. S razvojem prijenosa električne energije elektrane su se povećavale i približavale izvorima sirovina. Snažan poticaj proizvodnji i korištenju električne energije dao je plan GOELRO, donesen 1920. godine.

Stanice za fosilna goriva

Fosilna goriva su ostaci biljnog i životinjskog svijeta koji su milijunima godina bili izloženi visokim temperaturama, visokim pritiscima i završili u obliku ugljika: treset, ugljen, nafta i prirodni plin. Za razliku od same električne energije, fosilna goriva mogu se skladištiti u velikim količinama. Elektrane na fosilna goriva općenito su pouzdane i rade desetljećima.

Nedostaci termoelektrana:

1. Izgaranje goriva dovodi do onečišćenja sumpornim dioksidom i dušikovim oksidom, što zahtijeva skupe sustave pročišćavanja;
2. Efluent od iskorištene pare može nositi zagađivače u vodena tijela;
3. Trenutne poteškoće su velike količine ugljičnog dioksida i pepela iz ugljena.

Važno! Vađenje i transport fosilnih resursa stvara ekološke probleme koji mogu dovesti do katastrofalnih posljedica za ekosustave.

Učinkovitost termoelektrana je ispod 50%. Za njezino povećanje koriste se termoelektrane u kojima se toplinska energija iskorištene pare koristi za grijanje i opskrbu toplom vodom. U isto vrijeme, učinkovitost se povećava do 70%.

Plinske turbine i postrojenja na biomasu

Neke jedinice prirodnog plina mogu proizvoditi električnu energiju bez pare. Koriste turbine vrlo slične turbinama mlaznih zrakoplova. Međutim, umjesto zrakoplovnog kerozina, oni spaljuju prirodni plin za napajanje generatora. Takve su instalacije prikladne jer se mogu brzo pokrenuti kao odgovor na privremene poraste potražnje za električnom energijom.

Postoje jedinice čiji se rad temelji na izgaranju biomase. Izraz se primjenjuje na drvni otpad ili druge obnovljive biljne materijale. Na primjer, tvornica Okeelanta na Floridi spaljuje travnati otpad od prerade šećerne trske jedan dio godine, a ostatak godine drveni otpad.

hidroelektrane

U svijetu postoje dvije vrste hidroelektrana. Prvi tip uzima energiju iz brze struje za pokretanje turbine. Protok vode u većini rijeka može jako varirati ovisno o oborinama, a postoji nekoliko prikladnih lokacija duž riječnog korita za izgradnju elektrana.

Većina hidroelektrana koristi akumulaciju za kompenzaciju sušnih razdoblja i povećanje tlaka vode u turbinama. Ovi umjetni rezervoari pokrivaju velika područja, stvarajući slikovite objekte. Potrebne ogromne brane također su korisne za kontrolu poplava. U prošlosti je malo tko sumnjao da su koristi od njihove izgradnje veće od troškova.

Međutim, sada se gledište promijenilo:

1. Gube se ogromne površine zemlje za rezervoare;
2. Brane su raselile ljude i uništile divlje životinje i arheološka nalazišta.

Neki se troškovi mogu nadoknaditi, poput izgradnje prolaza za ribe u brani. Međutim, drugi ostaju, a mještani uvelike protestiraju protiv izgradnje hidroelektrana.

Drugi tip hidroelektrana su crpne akumulacijske elektrane, odnosno crpne akumulacije. Jedinice u njima rade u dva načina: pumpanje i generiranje. Crpna skladišta koriste razdoblja niske potražnje (noć) za pumpanje vode u rezervoar. Kada potražnja poraste, dio te vode šalje se hidroturbinama za proizvodnju električne energije. Ove stanice su ekonomski isplative, jer koriste jeftinu električnu energiju za crpljenje, a proizvode skupu struju.

NPP

Unatoč nekim važnim tehničkim razlikama, nuklearne elektrane su termalne i proizvode električnu energiju na gotovo isti način kao i elektrane na fosilna goriva. Razlika je u tome što stvaraju paru koristeći toplinu atomske fisije, a ne izgaranjem ugljena, nafte ili plina. Tada para radi na isti način kao u toplinskim jedinicama.

NPP značajke:

1. Nuklearne elektrane ne troše mnogo goriva i rijetko se pune gorivom, za razliku od elektrana na ugljen, u kojima se gorivo puni vagonima;
2. Staklenički plinovi i štetne emisije minimalne su kada se pravilno upravlja, što nuklearnu energiju čini privlačnom za ljude zabrinute za kvalitetu zraka;
3. Otpadne vode su toplije, veliki rashladni tornjevi su dizajnirani da riješe ovaj problem.

Novonastala želja za nuklearnom energijom posustala je pred društvenim problemima povezanim s ekološkim i ekonomskim pitanjima sigurnosti. Stvaranje boljih sigurnosnih mehanizama povećava troškove izgradnje i rada. Još uvijek nije riješen problem zbrinjavanja istrošenog nuklearnog goriva i kontaminiranih dodataka koji mogu biti opasni tisućama godina.

Važno! Nesreća na otoku Three Mile 1979. i Černobil 1986. bile su ozbiljne katastrofe. Stalni ekonomski problemi učinili su nuklearne elektrane manje privlačnima. Unatoč proizvodnji 16% svjetske električne energije, budućnost nuklearne energije neizvjesna je i o njoj se žustro raspravlja.

energija vjetra

Vjetroelektrane ne trebaju skladište vode i ne zagađuju zrak, koji nosi puno manje energije od vode. Stoga je potrebno graditi ili vrlo velike agregate ili mnogo malih. Troškovi izgradnje mogu biti visoki.

Osim toga, malo je mjesta gdje vjetar puše predvidljivo. Turbine su dizajnirane s posebnim zupčanikom za okretanje rotora konstantnom brzinom.

Alternativna energija

1. Geotermalna. Najbolji primjer topline dostupne pod zemljom je erupcija gejzira. Nedostatak geotermalnih elektrana je potreba izgradnje u seizmički hazardnim područjima;
2. Solarni. Sami solarni paneli su generator. Koriste mogućnost pretvaranja sunčevog zračenja u električnu energiju. Sve do nedavno solarne ćelije bile su skupe, povećanje njihove učinkovitosti također je težak zadatak;

1. Gorivi elementi. Koristi se, posebno, u svemirskim letjelicama. Ondje kemijski spajaju vodik i kisik u vodu i proizvode električnu energiju. Do sada su takve instalacije skupe i nisu našle široku primjenu. Iako je Japan već uspostavio centralnu elektranu na gorive ćelije.

Korištenje električne energije

1. Dvije trećine dobivene energije ide za potrebe industrije;
2. Drugi glavni smjer je korištenje električne energije u prometu. Električni promet: željeznica, tramvaji, trolejbusi, metroi rade na istosmjernu i izmjeničnu struju. Nedavno se pojavljuje sve više električnih vozila za koje se gradi mreža benzinskih postaja;
3. Najmanje električne energije troši sektor kućanstava: stambene zgrade, trgovine, uredi, obrazovne ustanove, bolnice itd.

Kako se tehnologije proizvodnje električne energije poboljšavaju i sigurnost okoliša poboljšava, sam koncept izgradnje velikih centraliziranih stanica se dovodi u pitanje. U većini slučajeva više nije ekonomski isplativo grijati kuće iz centra. Daljnji razvoj gorivih ćelija i solarnih panela mogao bi potpuno promijeniti sliku proizvodnje i prijenosa električne energije. Ova je prilika tim atraktivnija s obzirom na troškove i nedostatke izgradnje velikih elektrana i dalekovoda.

Video