Назначение и типы электрических станций.
Электростанции в зависимости от рода первичного двигателя и способа преобразования различных видов энергии различаются на тепловые (в том числе и атомные) и гидравлические.
Тепловые станции (ТЭС) бывают с паровыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания, газовыми турбинами. Широко используются паровые тепловые электрические станции.
В современном мире около 80% электроэнергии производится на тепловых электрических станциях, которые в качестве топлива используют органические виды, такие как уголь, нефть, газ, торф, которые также относятся к невозобновляемым источникам энергии. Получаемой энергией от перегретого водяного пара приводится во вращение турбина, соединенная с генератором.
Конденсационными станциями (КЭС или ГРЭС) называют такие станции, при которых весь пар, за исключением небольших отборов подогрева питательной воды, используется для вращения турбины. Размещают такие станции не далеко от районов добычи топлива и водоемов и выдача мощности производится на высоких напряжениях (220-750 кВ).
Для централизованного снабжения городов и предприятий электрической и тепловой энергией используются теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).
Атомные электрические станции (АЭС).
Строительство атомных электростанций (АЭС) с учетом повышения их безопасности привлекает к себе все больше внимания, благодаря тому, что с их использование достигается значительная экономия органического топлива.
За основу атомных электростанций берется ядерный реактор, превращающий энергию ядерных реакций в тепловую энергию.
Конструкция ядерного реактора представляет собой активную зону с отражателем, системой охлаждения, системой управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты. Ядерное топливо находится в рабочих каналах активной зоны, и представляет собой урановые или плутониевые стержни, покрытые герметической оболочкой. В этих стержнях и происходит ядерная реакция, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты.
Стержни с ядерным топливом представляют собой тепловыделяющие элементы (твэлы), количество которых в активной зоне может доходить до нескольких тысяч. При атаке нейтронами ядер урана происходит их деление, после чего получаются осколки ядер, нейтронов и других продуктов деления, которые разлетаются в разные стороны с огромными скоростями с большой кинетической энергией. Эта энергия почти полностью превращается в теплоту и прирменяется для нагрева теплоносителя, омывающего рабочие каналы твэлов с помощью принудительной циркуляции. В этом случае в качестве теплоносителя используются обычная вода, тяжелая вода, водяной пар, жидкие металлы и некоторые инертные газы (углекислый газ, гелий). Для обеспечения управляемой реакции в активную зону помещается замедлитель, уменьшающий скорость деления нейтронов до определенного значения.
Вокруг активной зоны располагается отражатель, необходимый для возвращения в нее вылетающих нейтронов. При помощи специальных стержней производится управление реактором. Эти стержни размещаются в активной зоне и изменяют поток нейтронов, а также интенсивность ядерной реакции. За корпусом реактора имеется биологическая защита, выполненная в виде толстого слоя бетона с внутренними каналами для отвода теплоты.
С помощью ядерного топлива достигается огромная экономия органического топлива: 1 кг урана U-235 заменяет 2900 т угля.
Гидравлические и другие типы электростанций.
Гидроэлектростанции (ГЭС) размещаются на реках и водопадах и используют энергию водного потока. Этот источник энергии возобновляемый. Установленная мощность ГЭС составляет более 20% общей мощности электростанции. Водохранилище, вода которого используется по мере необходимости для выработки электроэнёргии, размещается непосредственно перед гидроэлектростанцией. Пуск агрегата ГЭС занимает не более 30 с, вследствие чего резервирование мощности в энергосистеме целесообразно осуществлять агрегатами ГЭС. КПД - 85-90%.
На Кольском полуострове приливная гидроэлектростанция (ПЭС) начала свою работу в 1968 г. Мощность этой ПЭС не большая, но достаточная для проведения экспериментов по использованию обратимых гидроагрегатов. Монтаж и эксплуатация ПЭС обходится достаточно дорого, и носит пульсирующий характер выдачи мощности.
Нетрадиционные возобновляемые источники энергии.
Для нас Солнце является огромными источником энергии, на плотность его потока у земной поверхности и нерегулируемый приток его к земной поверхности только мешают использованию этой энергии. С помощью современных фотопреобразователей возможно преобразовывать солнечную энергию в электрическую с КПД 12-20%. Первая солнечная установка мощностью в 5 МВт была построена в Крыму. Самое большое применение солнечные батареи получили в космонавтике.
В прибрежной полосе Северного Ледовитого океана и восточных районов залежи ветроэнергетических ресурсов. В этих районах могут быть использованы ветроустановки мощностью до 300 кВт. Разработаны ветроэлектродвигатели серии "Циклон" и ведутся работы по их развитию.
Геотермальная энергия.
В качестве отопления и горячего водоснабжения на Кавказе, в Казахстане, Западной Сибири и на Камчатке используются термальные воды и пар из скважин. С помощью буровой скважины, обеспечивающая 100 т пара в час, можно добиться ежегодной экономии 20 т м3 нефти. Первая в стране Паужетская геоТЭС на Камчатке у вулкана Камбальный, где температура пород на глубине 3,5 км достигает 6000С, начала свою работу в 1967 г. При этом по средствам буровых скважин в раскаленные недра направляются речные воды, а превратившись в пар, они приводят в действие мощные турбоагрегаты.
Методы непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую нас сегодня пользуются большим интересом. Эти воды бывают магнитогидродинамические, термоэлектрические, термоэмиссионные.
Работа магнитогидродинамического (МГД) генератора основан на законе электромагнитной индукции: если в магнитном поле перемещать проводник, то в нем возникает ЭДС.
В качестве проводника в МГД-генераторе выступает поток ионизированного газа (плазма). При этом магнитное поле создается мощными электромагнитами, ЭДС постоянного направления снимается специальными электродами. Термоэлектрические генераторы (ТЭГ) основаны на возникновении термо-ЭДС при перепаде температур в спае металлов или в полупроводниках п. и с. ТЭГ широко используются в качестве источников энергии на космических объектах, ракетах, подводных лодках, маяках и др. КПД термоэлектрических генераторов составляет 10%.
Термоэлектронная эмиссия с горячего катода лежит в основе термоэмиссионных генераторов. Ядерные термоэмиссионные преобразователи, в которых для нагрева катода используется теплота, получаемая в результате ядерной реакции, может использоваться в энергетических целях. КПД - 15%. Возможно прямое преобразование ядерной энергии в электрическую, за счет того, что при радиоактивном распаде электроны испускаются вследствие естественного свойства элементов.
Наши партнеры: