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

Рис. 1.4. - Упрощенная технологическая схема АЭС

с реактором типа ВВЭР
Первый контур расположен в реакторном отделении. Он включает реактор (ЯР) типа ВВЭР, через который с помощью главного циркуляционного насоса (ГЦН ) прокачивается вода под давлением. Из ядерного реактора вода с поступает в парогенератор (ПГ). Парогенератор – это горизонтальный цилиндрический сосуд (барабан), частично заполненный питательной водой второго контура; над водой имеется паровое пространство. В воду погружены многочисленные трубы парогенератора, в которые поступает вода из ядерного реактора. Можно сказать, что парогенератор - это кипятильник, выпаривающий воду при повышенном давлении. С помощью питательного насоса (ПН) и соответствующего выбора турбины в парогенераторе создается давление существенно меньшее, чем в первом контуре, поэтому вода в парогенераторе закипает вследствие нагрева ее теплоносителем, имеющим более высокую температуру. Таким образом, в парогенераторе, являющимся связывающим звеном первого и второго контура (но расположенном в реакторном отделении), генерируется пар. Особенностью АЭС являются низкие начальные параметры и влажный пар на входе в турбину. Этот пар направляется в цилиндр высокого давления (ЦВД) паровой турбины и далее через сепаратор-пароперегреватель (СПП) в цилиндр низкого давления (ЦНД). В сепараторе (С) от пара отделяется влага. Расширившись в турбине, пар по­ступает в конденсатор, а из него в конденсатно-питательный тракт, ана­логичный показанному тракту обычной ТЭС.

В настоящее время в России эксплуатируются 9 крупных АЭС, общей мощностью 24,2 ГВт. Они размещены в европейской части нашей страны. Установленная мощность самой крупной в России Балаковской АЭС составляет 4117 МВт.

К достоинствам АЭС относятся использование наиболее современных технологий, отсутствие потребления кислорода, отсутствие каких-либо вредных выбросов при безаварийной работе.

Недостатками АЭС являются высокая стоимость строительства, низкая маневренность, необходимость утилизации отходов, которые долго распадаются и являются высокотоксичными.
1.3.1.3. Гидроэлектростанции
Гидроэлектростанции являются энергетическими установками, непосредственно преобразующими механическую энергию потока воды в электрическую энергию [1].

---

На рис.1.5. изображен разрез ГЭС по оси агрегата. Вода из верхнего бьефа, проходя через турбину, вращает генератор, вырабатывающий электрическую энергию. Мощность, вырабатываемая ГЭС, определяется в соответствии с выражением:

P=9,81·Q·h·η,
где Q – расход воды через створ ГЭС, м³/с,

h – напор, м,

η– коэффициент полезного действия ГЭС.



Рис. 1.5. - Разрез приплотинной ГЭС по станционной плотине:

1 - плотина; 2 - водовод; 3 - площадка электротехнического оборудования
высокого напряжения; 4 - здание машинного зала ГЭС
В зависимости от напора ГЭС строятся двух основных типов: русловые, когда здание электростанции испытывает давление напора воды и приплотинные, когда весь напор испытывает плотина, а поток воды по специальным водоводам передается в здание электростанции расположенное ниже плотины. Приплотинные ГЭС строят, как правило, при напоре более 30 метров.

Самые мощные ГЭС в России (Саяно-Шушенская и Братская) расположены в Сибири и используют ресурсы Ангаро-Енисейского бассейна.

К достоинствам ГЭС относятся низкие эксплуатационные затраты, высокая маневренность, отсутствие потребности в топливе и каких-либо вредных выбросов.

Недостатками ГЭС являются высокая стоимость строительства, необходимость изъятия значительных площадей, особенно в равнинной местности, изменение климата и структуры биологических видов в зоне водохранилища.
1.3.1.4. Газотурбинные и парогазовые установки
Газотурбинные установки находят все более широкое применение в энергетике [9]. На рис. 1.6. представлена схема газотурбинной установки. Жидкое или газообразное топливо подается с помощью топливного насоса (ТН) или газового компрессора (ГК) в камеру сгорания (КС). Туда же подается воз­дух, предварительно подогретый в регенеративном подогревателе (Р) за счет тепла отработавших продуктов сгорания.

Образовавшиеся при горении топлива газы (продукты сгорания) поступают из камеры сгорания (КС) в газовую турбину (ГТ).

---

Рис. 1.6. - Принципиальная схема газотурбинной установки с P=const и с регенерацией тепла:

P – регенератор; ВК – воздушный компрессор; КС – камера сгорания; ГТ – пусковой двигатель; ТН – топливный насос; ГК – газовый компрессор
Принцип работы газовой турбины (аналогичный принципу работы паровой турбины) заключается в следующем (рис.1.7). Продукты сгорания, имеющие обычно температуру свыше 1000 °С, поступают в сопла турбины – выполненные из металла каналы, установленные в статоре турбины. В соплах тепловая энергия продуктов сгорания преобразуется в кинетическую энергию потока газа. При этом температура и давление продуктов сгорания уменьшаются, а скорость струи газа растет. Струя продуктов сгорания поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на ее диске, жестко связанном с валом. Таким образом, вал, диск и рабочие лопатки, вращающиеся как единое целое, представляют собой ротор турбины.

Кинетическая энергия струи газа во время протекания по каналам, образуемым рабочими лопатками, уменьшается, но зато увеличивается кинетическая энергия ротора турбины. Если ротор турбины связан с электрическим генератором, то вырабатывается электрическая энергия, а если с воздушным компрессором, то осуществляется сжатие воздуха и подача его потребителю. Конструкторы стараются избежать входного удара струи газа о рабочие лопатки, так как такой удар лишь снижал бы КПД турбины. Каналы, образуемые рабочими лопатками, имеют криволинейный характер. Протекая по такому каналу, поток газа (продуктов сгорания) меняет свое направление и величину скорости. Благодаря центробежной силе он оказывает давление на вогнутые поверхности рабочих лопаток. Именно в силу этого рабочие лопатки, диск турбины, вал, то есть ротор турбины и жестко связанный с ним ротор электрического генератора приводятся во вращательное движение и происходит выработка электроэнергии. Современные газовые турбины – совершенные, обычно многоступенчатые (имеющие несколько рядов сопловых устройств и рабочих лопаток) машины, рассчитанные на высокую начальную температуру продуктов сгорания. Поскольку температура продуктов сгорания на входе в газовую турбину, является очень высокой (она может намного превышать 1000 °С), то сопла и рабочие лопатки турбины приходится охлаждать.

Э кономически нецелесообразно создавать общую

---

мощность системы, достаточную для покрытия пиковой нагрузки. Гораздо выгоднее иметь базовую мощность системы несколько меньше, а пиковую нагрузку покрывать за счет специальной пиковой мощности. Главным требованием к пиковой мощности является ее относительная дешевизна. Что касается расхода топлива, то это в данном случае вопрос второстепенный. Действительно, время работы пиковой мощности в сутки обычно состав­ляет всего лишь 1,5-2 ч. и поэтому ее КПД мало влияет на КПД электростанции в целом.

Названным требованиям удовлетворяют газовые турбины: стоимость установленного киловатта невысока, а довольно большой удельный расход топлива, как сказано, не имеет существенного значения. Таким образом, за малую стоимость установленного киловатта приходится платить большим удельным расходом топлива. Газовые турбины находят широкое распространение в парогазовых установках тепловых электростанций. На рис. 1.8. представлена схема простейшей уста­новки со сбросом горячих газов (продуктов сгорания) 3, поступающих из газовой турбины Т в котел-утилизатор КУ. Как видно из рис.1.8., топливо 2 (газотурбинное, жидкое, газ) поступает в камеру сгорания КС, куда также с помощью компрессора К подается воздух. Компрессор размещен на одном валу с газовой турбиной Т и электрическим генератором; компрессор К и генератор приводятся в действие газовой турбиной Т.



Рис.1.8. - Принципиальная схема ПГУ с парогенератором утилизационного типа:

1 – воздух из атмосферы; 2 – топливо; 3 – отработавшие и турбинные газы; 4 – уходящие газы; 5 – свежий пар; 6 – питательная вода
В котле-утилизаторе КУ за счет тепла продуктов сгорания 3 вода 6 превращается в пар 5, поступающий в паровую турбину ПТ, на одном валу с которой находится второй электрический генератор. Такого рода парогазовая установка позволяет использовать (утилизировать) тепло отработавших в газовой турбине продуктов сгорания 3. Охладившиеся в котле-утилизаторе продукты сгорания 4 выбрасываются наружу. Отработавший в паровой турбине ПТ пар поступает, как обычно, в конденсатор, в котором отдает тепло охлаждающей воде, превращается в конденсат и затем с помощью питательного насоса

---

6 снова поступает в котел-утилизатор.
1.3.1.5. Гидроаккумулирующие электростанции
Главными элементами гидроаккумулирующей электростанции, как показано на рисунке 1.9.[10], являются два резервуара, расположенные на разных уровнях (верхний и нижний), и насос-турбина — агрегат, который может работать и как насос, и как гидравлическая турбина. Агрегат соединен с мотором-генератором, который в свою очередь может работать и как электрический двигатель для привода в действие насоса, и как электрический генератор, для выработки электроэнергии.

Само название станции «гидроаккумулирующая» говорит о том, что в задачу ее входит забрать из электрической сети «избыток» энергии (в период снижения потребности в ней) и с ее помощью перекачать некоторое количество воды из нижнего резервуара в верхний, создав, таким образом, запас потенциальной энергии.

Наоборот, в часы повышенного спроса на электрическую энергию (в часы пик), запасенная в верхнем резервуаре вода перепускается через мотор-генератор, работающий в это время в режиме генератора и производящий электроэнергию, в нижний резервуар.


Рис. 1.9.- Схема гидроаккумулирующей электростанции
ГАЭС могут выполняться в трех компоновках: четырехмашинной, когда генератор, двигатель, насос и турбина являются отдельными элементами, трехмашинной, в которой используется обратимый в двигатель генератор, а также двухмашинной схеме, в которой наряду с обратимым генератором, турбина выполняет функции насоса.

К достоинствам ГАЭС относят быстрый пуск в работу, который исчисляется минутами, и, если нужно, даже секундами. Недостатками ГАЭС является относительно невысокий КПД (около 70 %) и высокая стоимость строительства.
1.3.2. Технологии транспорта электрической энергии
Транспортировка и распределение электрической энергии осуществляется посредством электрических сетей. По функциональному назначению подразделяются на основные и распределительные электрические сети [8].

---