Файл: Курс лекций для студентов электроэнергетиков Направление подготовки 140400 Электроэнергетика.doc

Рис. 1.1. - Укрупненная схема трансформации энергетических ресурсов и внутренних связей энергетики

• 
  Работа систем на совмещенную нагрузку. Изменение в объемах производства какого-либо энергетического ресурса в определенный момент времени существенным образом влияет на производство других видов энергоресурсов. Например, при снижении добычи угля, для обеспечения требуемых объемов производства электроэнергии на электростанциях необходимо увеличивать добычу природного газа. При аварийном отключении теплоснабжения потребителями начинает более интенсивно использоваться электрическая энергия для поддержания необходимой температуры в помещениях.
  
• 
  Неправомочность выбора производительности элементов без учета их работы в системе. При строительстве какого-либо энергетического объекта, например электростанции, при определении ее установленной мощности учитывается, изменение загрузки и технико-экономических характеристик других электростанций, перераспределение потоков мощности в электрической сети, возможность размещения оперативного резерва на указанной станции и ряд других факторов.
  
• 
  Особая большая размерность (глобальность) сложность структуры. Ряд искусственных систем (например, автомобиль, самолет, станок и др.) обладают размерами доступными для изучения человеком и изменения их состояния (управления). В тоже время БСЭ представляют собой сложные, широко распределенные по территории, иерархически построенные технологические комплексы, управление функционированием и развитием которых осуществляется при непосредственном участии людей. Если в рамках экскурсии привести группу студентов на какой-либо энергетический объект (электростанцию или подстанцию) это не даст студентам представление о всей электроэнергетической системе. Поэтому для осуществления управления и проведения исследований таких систем требуются специальные методы.
  

Технологический цикл больших систем энергетики состоит из четырех основных стадий: производство, преобразование (переработка), транспорт и использование [1]. Укрупнено технологический цикл БСЭ и его основные элементы представлены на рис.1.2.

---

В углеснабжающей системе добыча угля осуществляется открытым способом в разрезах или закрытым на шахтах. После механической обработки (сортировки, очистки) уголь, как правило, железнодорожным или водным транспортом поступает на тепловые электростанции или котельные. Уголь наиболее высокого качества (и получаемый из него кокс) используется в доменных печах для производства стали и других металлов.

Добыча природного газа и нефти осуществляется из скважин, которые могут располагаться как в материковой зоне, так и на морском шельфе. После очистки транспорт этих энергоресурсов осуществляется, как правило, трубопроводным или водным транспортом. Для транспортировки нефти используется также железнодорожный транспорт.

Одним из основных конечных потребителей природных энергетических ресурсов (угля, нефти, газа) является электроэнергетика.

3. 1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

---

. Электроэнергетика.

(Технологии производства и транспортировки электрической энергии)
Электроэнергетика – это часть энергетики, включающая электроэнергетические системы и локальные электроустановки, которые обеспечивают производство и распределение электрической и тепловой энергии.

Электроэнергетической системой (ЭЭС) называют совокупность взаимосвязанных элементов (генераторов, трансформаторов, линий электропередач, электроустановок потребителей, устройств регулирования, управления, защит) предназначенных для производства, преобразования, транспорта, распределения и использования электрической энергии [7]. Все элементы системы связаны единством происходящих в ней процессов, совокупность которых в какой-либо момент или интервал времени называется режимом ЭЭС.

В современном мире работа систем управления страной, промышленностью, транспортом, сельским хозяйством и проживание населения не возможны без использования электричества — наиболее современного универсального энергоносителя. Таким образом, электроэнергетика является одной из важных структур, образующих государство и создающих необходимые условия функционирования производительных сил и жизни населения страны. Энергетический потенциал России полностью покрывает потребности экономики и населения страны в электрической и тепловой энергии, также обеспечивает экспорт электроэнергии.

Производство электроэнергии является высокотехнологичным, полностью автоматизированным процессом, при котором в Единой электроэнергетической системе (ЕЭС) России строго синхронно работают сотни мощных генераторов электростанций страны. Электроэнергия непрерывно вырабатывается, передается, распределяется и потребляется при электрическом напряжении разных уровней. Распределительные системы преобразования и передачи электроэнергии (трансформаторные подстанции и линии электропередачи) по мощности в несколько раз превышают суммарную мощность генерирующих источников и также работают строго согласованно по многим электрическим параметрам.



Рис. 1.2. - Технологический цикл производства, транспорта и использования традиционных природных энергетических ресурсов

---

Характерной особенностью электроэнергетики определяющей специфику ее работы, является неразрывность процесса производства, передачи и потребления электроэнергии, поскольку электроэнергия используется непосредственно в момент ее производства и не может быть запасена в прок, как другие энергоносители (газ, уголь, нефть) [8].

Непрерывность процесса электроснабжения потребителей обеспечивается только при постоянном балансе вырабатываемой и потребляемой электроэнергии и мощности, который непрерывно меняется (по времени суток, дням недели, сезонам). От степени сбалансированности выраба­тываемой и потребляемой электроэнергии и мощности зависит частота электрического тока, которая должна быть одинаковой для всех звеньев ЕЭС России. Превышение потребления над выработкой электрической энергии и мощности приводит к понижению частоты электрического тока, что не­допустимо, так как нарушает устойчивость работы всей электроэнерге­тической системы страны и ее потребителей. Поэтому для восстановления баланса электроэнергии и мощности на электростанциях сжигаются дополнительные объемы топлива и включаются в работу энергетические блоки, находя­щиеся в резерве. При недостатке топлива или генерирующих мощностей во избежание развала работы энергосистемы страны и прекращения электроснабжения потребителей производят вынужденное отключение избыточной части потребителей электрической энергии и мощности с тем, чтобы сохранить устойчивость работы ЕЭС России.
1.3.1. Основные технологии производства электрической энергии
Во всем мире основная доля электрической энергии (97 %) производится на мощных электростанциях следующих основных типов: тепловые электрические станции на органическом топливе (ТЭС), атомные электростанции (АЭС), гидроэлектростанции (ГЭС), газотурбинные и парогазовые установки (ГТУ и ПГУ) и гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС).
1.3.1.1. Тепловые электрические станции

на органическом топливе
Тепловой электрической станцией (ТЭС) – называется тип электростанции, преобразующий тепловую энергию топлива в электрическую и тепловую энергию[8]. ТЭС являются наиболее распространенным видом электростанций и характеризуются большим разнообразием.

По характеру производимой энергии выделяют два основных типа ТЭС: конденсационные электрические станции (КЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Основной функцией КЭС является производство электрической энергии, которая передается и распределяется на некоторой достаточно обширной территории до 500 км в диаметре. Крупные КЭС снабжающие электричеством такие районы исторически получили название государственных районных электростанций (ГРЭС). Конденсационные станции, как правило, размещаются вблизи крупных месторождений природного газа или угля и имеют установленную мощность от 1000 до 6000 МВт.

---

В функции теплоэлектроцентрали, помимо производства электричества, входит также снабжение, находящихся вблизи них потребителей (промышленные предприятия, города) тепловой энергией (паром и горячей водой заданных параметров). Установленная электрическая мощность ТЭЦ, как правило, не превышает 1200 МВт.

Упрощенная схема энергоблока тепловой станции представлена на рис.1.3.
Рис.1.3.

Выработка энергии на ТЭС осуществляется следующим образом. В паровом котле (ПК) происходит химическая реакция экзотермическая горения топлива, тепло от которой передается рабочему телу (воде), проходящему по экранным трубам парового котла. На выходе из котла образуется перегретый пар, направляемый в турбину (Т). Турбина, вращаясь, приводит в действие генератор (Г), находящийся с ней на одном валу. С шин генератора электрическая энергия через повышающий трансформатор (Тр) передается в электрическую сеть. Пар, прошедший через турбину, направляется в конденсатор (К). Получаемая в конденсаторе вода через систему очистки, удаления воздуха и подогрева системой насосов вновь подается в котел.

Если схемой электростанции, например ТЭЦ, предусмотрена выдача тепловой энергии, то из турбины осуществляется промежуточный отбор пара необходимых параметров, который в зависимости от схемы, может направляться в промежуточный коллектор (в схеме с поперечными связями) или непосредственно потребителю.

К достоинствам этого вида электростанций следует отнести возможность размещения практически в любом месте, достаточно невысокие стоимость и сроки сооружения. Недостатками ТЭС на органическом топливе является низкая экологичность, относительно не-высокая маневренность.
1.3.1.2. Атомные электростанции (АЭС)
АЭС являются в настоящее время наиболее перспективным и высокотехнологичным видом электростанций [8]. В России АЭС строятся по блочному принципу. Мощность одного энергоблока, эксплуатируемых в нашей стране АЭС, составляет, как правило, 1150 МВт. На российских атомных станциях установлены реакторы двух основных типов РМБК (реактор большой мощности канальный) и ВВЭР (водо-водяной энергетический реактор).

Упрощенная схема АЭС с реактором типа ВВЭР представлена на рис.1.4. Такая АЭС состоит из двух контуров.

---