Основные типы электрических станций
Лекция № 5
Тема: "Основные сведенья о системах электроснабжения"
План
1. Характеристика энергосистем
2. Основные типы электрических станций
3. Основные типы электроприемников
4. Вопросы оптимизации систем электроснабжения
Характеристика энергосистем
Электроэнергетика – отрасль техники, задачей которой является обеспечение энергией промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта.
Целью данной дисциплины является дать достаточно полную информацию о влиянии системы электроснабжения на работу потребителей электроэнергии.
Электрическая энергия нашла широкое применение во всех сферах человеческой деятельности из-за способности преобразования ее в другие виды энергии.
Производство электрической энергии концентрируется преимущественно на крупных электростанциях, работающих совместно (параллельно). Центры потребления электрической энергии (промышленные предприятия, города, сельские районы и т. п.) удалены от ее источников на десятки, сотни и тысячи километров и распределены на значительной территории.
В связи с несовпадением центров производства и потребления энергии, необходимы электрическая передача и распределение энергии (транспорт электроэнергии) от станций к электропотребителям.
Эти функции в сложной цепи «электрическая станция - потребитель» возлагаются на развитые электрические сети и линии электропередачи, которые с устройствами автоматического регулирования, управления и резервирования образуют систему передачи и распределения электрической энергии.
|
|
|
Задача такой системы централизованного электроснабжения состоит в том, чтобы донести выработанную на станциях электроэнергию до потребителей.
Потребителем электроэнергии называется совокупность электроприемников, объединенных технологическим процессом, или расположенных на одной территории.
В строительстве потребителями электрической энергии (ПЭЭ) являются строительные площадки, вспомогательные предприятия по производству бетона, раствора, лакокрасочных покрытий, ремонтные цеха, осветительные и бытовые установки.
На рис. 1.1 представлена схема, изображающая связь объектов, участвующих в технологическом процессе обеспечения потребителей электрической энергией.
Рис. 1.1. Взаимосвязь объектов, обеспечивающих производство, передачу, распределение и потребление электрической и тепловой энергии: ПК – паровой котел; Т – турбина; ТС – тепловая сеть; ТП – тепловые потребители
В соответствии с данной схемой, элементами системы передачи и распределения ЭЭ являются:
Ø линии электропередачи различных конструкций и напряжений (Л);
|
|
|
Ø трансформаторные подстанции (силовые трансформаторы (Т) и автотрансформаторы, выключатели, разъединители, контрольно-измерительные приборы и т. п.);
Ø устройства защиты и автоматики, т. е. автоматические регуляторы (АР);
Ø устройства релейной защиты (РЗ);
Ø противоаварийная автоматики (ПА);
Ø средства диспетчерского и технологического управления (СДТУ).
Распределительное устройство (РУ) – электроустановка, входящая в состав любой подстанции, предназначенная для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении (до 1000 В и более). РУ содержат коммутационные аппараты, устройства управления, защиты, измерения и вспомогательные сооружения.
Линия электропередачи (ЛЭП) – электроустановка, предназначенная для передачи электрической энергии на расстояние с возможным промежуточным отбором. Линии выполняют воздушными, кабельными, а также в виде токопроводов на производственных предприятиях и электростанциях и внутренних проводок в зданиях и сооружениях.
Электрическая сеть – объединение преобразующих подстанций, распределительных устройств, переключательных пунктов и соединяющих их линий электропередачи, предназначенных для передачи ЭЭ от электростанции к местам потребления и распределения ее между потребителями.
|
|
|
Электрическая сеть эквивалентна развитой высоковольтной сети электропередач. Отдельная электропередача в узком смысле представляет собой электрическую сеть (рис. 1.1). Развитая электрическая сеть, как по составу электроустановок, так и по функциональному назначению образует систему передачи и распределения электроэнергии.
В современных условиях отдельные электропередачи и в целом системы передачи распределения электроэнергии не работают изолированно. Они связывают (объединяют) большинство электрических станций в электроэнергетическую систему для совместной (параллельной) работы на общую электрическую нагрузку и централизованного снабжения электроэнергией всех потребителей.
Электроэнергетическая (электрическая) система (ЭЭС) – совокупность электрической части электростанций, электрических сетей (сетей электропередач) и потребителей электроэнергии (ЭП), а также устройств управления, регулирования и защиты, объединенных в одно целое режимом и непрерывностью процессов производства, передачи и потребления электрической энергии.
|
|
|
Энергетическая система (энергосистема) – объединение электростанций, электрических и тепловых сетей (ТС) и ряда установок и устройств для производства, передачи, распределения и потребления электрической и тепловой энергии (рис. 1.1).
Установки и устройства: источники энергии - паровые котлы (ПК) или гидротехнические сооружения (ГТС), турбины (Т), генераторы (Г), нагрузки - потребители электрические (ЭП) и тепловые (ПТ) и др.
Электрическая сеть, являющаяся частью электроэнергетической системы, должна удовлетворять ряду требований:
Ø обеспечивать надежное, а в отдельных случаях – бесперебойное электроснабжение;
Ø устойчивость работы;
Ø питание потребители электроэнергией нормированного качества;
Ø удовлетворять условиям экономичности сооружения, эксплуатации и развития (расширения), безопасности и удобства эксплуатации.
Основные типы электрических станций
Электрической станциейназывается предприятие, на котором вырабатывается электрическая энергия. На этих станциях различные виды энергии (энергия топлива, падающей воды, ветра, атомная и др.) с помощью электрических машин, называемых генераторами, преобразуются в электрическую энергию.
В зависимости от используемого вида первичной энергии все существующие электрические станции разделяются на следующие основные группы:
1. Тепловые электрические станции (ТЭС) – основа электроэнергетики нашего края. Технологический процесс получения электроэнергии на ТЭС предусматривает: выделение энергии в виде тепла при сжигании топлива, преобразование тепловой энергии в механическую и уже механической – в электрическую. В качестве топлива используется твердое топливо (уголь, торф, горючие сланцы), жидкое топливо (нефть или мазут) и газообразное (природный газ). Наибольшее распространение получил уголь благодаря своей распространенности в природе и относительно высокой теплоте сгорания (см. табл. 1).
Таблица 1. Удельная теплота сгорания топлива
| Топливо | Теплота сгорания, ккал/кг |
| Дрова | 2000÷2500 |
| Горючие сланцы | 1800÷3500 |
| Каменный уголь | 2500÷7500 |
| Торф | 2500÷3500 |
| Нефть | 10000÷11000 |
| Природный газ | 9500÷11500 |
| Дизельное топливо | 10200 |
| Бензин (керосин) | 10500÷11200 |
В зависимости от первичного двигателя тепловые станции бывают:
паротурбинные, газотурбинные, паромашинные, дизельные.
Наиболее крупные выполняют паротурбинными, которые имеют преимущества: возможность соединения с электрическим генератором без редуктора и равномерность хода, что обеспечивает стабильность частоты вырабатываемого напряжения. Кроме того, такие станции позволяют одновременно с электрической, вырабатывать тепловую энергию. Паротурбинные станции делятся на два типа: конденсационные и теплофикационные.
В конденсационных (КЭС) – отработанный пар подвергается охлаждению и конденсации в жидкое состояние для повторного использования. Для этого они оборудуются специальными теплообменниками – конденсаторами, для работы которых требуется большое количество воды. Поэтому они строятся возле рек вблизи от места добычи топлива и относительно далеко от потребителей. Электрическая энергия от них передается при напряжении 35 кВ (Киловольт) и выше. Мощные конденсационные станции называют государственными районными (ГРЭС). Схема техпроцесса такой станции показана на рис. 1.2.
Топливо со склада после предварительного дробления направляется в пылеприготовительное отделение и по трубопроводу в виде пылевоздушной смеси подается в топку водяного котла. Образуемый в котле перегретый до температуры 400÷600ºС под большим давлением, более 200 атмосфер, пар направляется в паровую турбину. Отработанный пар имеет температуру около 30ºС и давление меньше 0,1 атмосферы. Для того чтобы его вновь использовать для вращения турбины его нужно нагреть. Экономически оправданным оказывается сначала превратить его в жидкость и, нагревая воду, получить пар с высокой температурой и давлением. Для этого отработанный пар поступает в конденсатор, где он охлаждается и превращается в воду за счет охлаждения циркуляционной водой из водоема. При этом теряется значительное количество тепла из-за чего коэффициент полезного действия таких станций не превышает 40%. Из конденсатора вода поступает в питательный бак, куда добавляется некоторое количество воды, компенсирующее ее потери в виде пара в турбине, котле или паропроводах.
Рис. 1.2. Схема технологического процесса тепловой
конденсационной станции: 1–4 – насосы
Теплофикационные станции (ТЭЦ) имеют подобную схему, но они работают в основном на тепловую нагрузку. Здесь производится отбор пара из котла на прогрев воды в питательном баке, а также после промежуточных ступеней турбины для снабжения паром промышленных потребителей, для теплофикации, коммунальных и бытовых нужд. В зависимости от потребности в паре, его количество, поступающее в конденсатор, меняется. Чем меньше его попадает в конденсатор, тем меньше потери тепла, уносимые с циркуляционной водой. Поэтому к.п.д. ТЭЦ при одновременном отпуске электроэнергии и тепла примерно в 1,5 раза больше, чем к.п.д. конденсационных станций и составляет обычно 60÷70%. Эти станции строятся вблизи от потребителей: на больших предприятиях, в городских районах, так как экономичная передача тепла может быть выполнена лишь на небольшие расстояния. Снабжение электроэнергией от ТЭЦ осуществляется на более низком напряжении, обычно до 10 кВ. При этом доля энергии в виде электрической на ТЭЦ обычно не превышает четверти отпущенной.
К тепловым электростанциям относятся также атомные электростанции (АЭС). В них нагрев воды в паровом котле производится при помощи атомного реактора, работающего на ядерном топливе. В остальном схема получения электро- и тепловой энергии не отличается от описанной. К преимуществам АЭС относятся их экологичность и компактность топлива.
С другой стороны при неумелой эксплуатации они могут быть очень опасны.
На гидравлических электростанциях (ГЭС), в электрическую энергию преобразуется энергия падающей воды. Высота падения воды называется напором. Он создается установкой плотины, размещаемой поперек реки. Величина напора Н определяется разницей верхнего уровня воды перед плотиной (верхним бьефом) и нижнего уровня воды после плотины (нижним бьефом). Мощность водного потока, имеющего расход Q и напор Н, определяется (1):
, (1)
где g – ускорение свободного падения.
Часть энергии потока растрачивается на потерю в гидросооружениях и генераторах. Поэтому преобразованной в электрическую может быть только примерно 70% мощности водяного потока. В зависимости от конструкции гидравлические станции подразделяют на приплотинные и деривационные.
Приплотинные сооружают на равнинных реках. Для таких рек напор невелик Н<100м. Требуемая мощность турбин развивается за счет большого количества воды.
Деривационные ГЭС сооружают на горных реках с малым расходом воды. Мощность здесь обеспечивается за счет больших напоров воды (Н>100м), которые удается получить, отводя воду по обходным, так называемым деривационным каналам. Канал заканчивается напорным бассейном, откуда вода подается к гидротурбине по напорному водопроводу. При малых расходах воды в реке создают некоторый запас ее. Для этого перед плотиной или у напорного бассейна сооружают водохранилище, которое обеспечивает суточное регулирование стока воды. Такие ГЭС называют станциями с суточным регулированием стока.
Гидроэлектростанции обычно работают параллельно с тепловыми станциями, что обеспечивает наиболее экономное расходование воды, топливных ресурсов и надежное обеспечение потребителей электрической энергией. К.п.д. ГЭС составляет около 80%. Важное преимущество ГЭС в том, что процесс выработки электроэнергии на них легко поддается автоматизации.
В местах, отдаленных от энергетических систем или в специальных случаях, например на военных объектах, в лесной промышленности в качестве передвижных железнодорожных станций, для снабжения строительных площадок, для питания крупных насосных установок применяются электростанции с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Чаще всего это дизельные электростанции (ДЭС). Они обладают рядом преимуществ: компактностью, малой потребностью в воде, постоянной готовностью к пуску и непродолжительностью самого запуска, а также легкостью автоматизации. Иногда вместо дизеля используют газотурбинные установки. К.п.д. электростанций с ДВС составляет 35-40%. Основным недостатком их является потребность в привозном жидком топливе необходимости его хранения.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 777; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!