Атомные электростанции

1. Электроснабжение

 

1. Электростанция

 

Электроста́нция — электрическая  станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно  для производства электрической  энергии, а также необходимые  для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

Электростанции предназначены  для электроснабжения различного оборудования (потребителей).

 

2. Тепловая электростанция

 

Согласно общепринятому  определению, тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России (С.Петербург). С момента своего появление, именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века. Вплоть до середины 70-х годов прошлого века, именно эксплуатация ТЭС являлась доминирующим способом получения электроэнергии. К примеру, в США и СССР доля ТЭС среди всей получаемой электроэнергии составляла 80%, а во всем мире – порядка 73-75%.

Данное выше определение  хоть и емкое, но не всегда понятное. Попытаемся своими словами объяснить  общий принцип работы тепловых электростанций любого типа.

Выработка электричества  в ТЭС происходить при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы очень прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания (паровом котле), при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.

Система пар/вода замкнута. Пар, после прохождения через  турбину, конденсируется и вновь  превращается в воду, которая дополнительно  проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой  котел.

Существует несколько  типов тепловых электростанций. В  настоящее время, среди ТЭС больше всего тепловых паротурбинных электростанций (ТПЭС). В электростанциях такого типа, тепловая энергия сжигаемого топлива используется в парогенераторе, где достигается очень высокое давление водяного пара, приводящего в движение ротор турбины и, соответственно, генератор. В качестве топлива, на таких теплоэлектростанциях используется мазут или дизель, а также природный газ, уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива. КПД ТПЭС составляет около 40 %, а их мощность может достигать 3-6 ГВт.

ГРЭС (государственная  районная электрическая станция) – довольно известное и привычное название. Это не что иное, как тепловая паротурбинная электростанция, оборудованная специальными конденсационными турбинами, которые не утилизируют энергию отработанных газов и не превращают её в тепло, например, для обогрева зданий. Такие электростанции еще называют конденсационными электростанциями.

В том же случае, если ТПЭС оснащены специальными теплофикационными турбинами, преобразующих вторичную энергию отработанного пара в тепловую энергию, используемую для нужд коммунальных или промышленных служб, то это уже теплоэлектроцентрали или ТЭЦ. К примеру, в СССР на долю ГРЭС приходилось около 65% вырабатываемой паротурбинными электростанциями электроэнергии, и, соответственно, 35% - на долю ТЭЦ.

Существуют также иные виды тепловых электростанций. В газотурбинных  электростанциях, или ГТЭС, генератор  вращается посредством газовой  турбины. В качестве топлива на таких  ТЭС применяют природный газ  или жидкое топливо (дизель, мазут). Однако КПД таких электростанций не очень высок, около 27-29%, так что  их используют в основном как резервные  источники электроэнергии для покрытия пиков нагрузки на электрическую  сеть, или для снабжения электричеством небольших населенных пунктов.

Тепловые электростанции с парогазотурбинной установкой (ПГЭС). Это электростанции комбинированного типа. Они оборудованы паротурбинными и газотурбинными механизмами, и их КПД достигает 41-44%. Эти электростанции также позволяют утилизировать тепло и превращать его в тепловую энергию, идущую на отопление зданий.

Главным недостатком всех тепловых электростанций является тип  используемого топлива. Все виды топлива, которые применяют на ТЭС, являются невосполнимыми природными ресурсами, которые медленно, но неуклонно заканчиваются. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных  электростанций, ведутся разработки механизма выработки электроэнергии при помощи восполняемых или других альтернативных источников энергии.

 

 

 

 

 

3. Гидроэлектростанция

 

Гидроэлектростанция (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.

Для эффективного производства электроэнергии на ГЭС необходимы два  основных фактора: гарантированная  обеспеченность водой круглый год  и возможно большие уклоны реки, благоприятствуют гидростроительству каньонообразные виды рельефа.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор  воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.

Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.

Непосредственно в самом  здании гидроэлектростанции располагается  все энергетическое оборудование. В  зависимости от назначения, оно имеет  свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно  преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще  всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля над  работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и  многое другое.

Гидроэлектрические станции  разделяются в зависимости от вырабатываемой мощности:

мощные — вырабатывают от 25 МВТ и выше;

средние — до 25 МВт;

малые гидроэлектростанции — до 5 МВт.

Мощность ГЭС зависит  от напора и расхода воды, а также  от КПД используемых турбин и генераторов. Из-за того, что по природным законам  уровень воды постоянно меняется, в зависимости от сезона, а также  еще по ряду причин, в качестве выражения  мощности гидроэлектрической станции  принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы  работы гидроэлектростанции.

Гидроэлектростанции также  делятся в зависимости от максимального  использования напора воды:

высоконапорные — более 60 м;

средненапорные — от 25 м;

низконапорные — от 3 до 25 м.

В зависимости от напора воды, в гидроэлектростанциях применяются  различные виды турбин. Для высоконапорных — ковшовые ирадиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастныеи радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах. Принцип работы всех видов турбин схож — вода, находящаяся под давлением (напор воды) поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передается на гидрогенератор, который и вырабатывает электроэнергию. Турбины отличаются некоторыми техническими характеристиками, а также камерами — стальными или железобетонными, и рассчитаны на различный напор воды.

Гидроэлектрические станции  также разделяются в зависимости  от принципа использования природных ресурсов, и, соответственно, образующейся концентрации воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

• русловые и приплотинные ГЭС. Это наиболее распространенные виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создается посредством установки плотины, полностью перегораживающей реку, или поднимающей уровень воды в ней на необходимую отметку. Такие гидроэлектростанции строят на многоводных равнинных реках, а также на горных реках, в местах, где русло реки более узкое, сжатое.
• плотинные ГЭС. Строятся при более высоких напорах воды. В этом случае река полностью перегораживается плотиной, а само здание ГЭС располагается за плотиной, в нижней её части. Вода, в этом случае, подводится к турбинам через специальные напорные тоннели, а не непосредственно, как в русловых ГЭС.
• деривационные гидроэлектростанции. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимая концентрация воды в ГЭС такого типа создается посредством деривации. Вода отводится из речного русла через специальные водоотводы. Последние — спрямлены, и их уклон значительно меньший, нежели средний уклон реки. В итоге вода подводится непосредственно к зданию ГЭС. Деривационные ГЭС могут быть разного вида — безнапорные или с напорной деривацией. В случае с напорной деривацией, водовод прокладывается с большим продольным уклоном. В другом случае в начале деривации на реке создается более высокая плотина, и создается водохранилище — такая схема еще называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимой концентрации воды.
• гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию, и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций следующий: в определенные периоды (не пиковой нагрузки), агрегаты ГАЭС работают как насосы от внешних источников энергии и закачивают воду в специально оборудованные верхние бассейны. Когда возникает потребность, вода из них поступает в напорный трубопровод и приводит в действие турбины.

В состав гидроэлектрических станций, в зависимости от их назначения, также могут входить дополнительные сооружения, такие как шлюзы или  судоподъемники, способствующие навигации  по водоему, рыбопропускные, водозаборные сооружения, используемые для ирригации  и многое другое.

Ценность гидроэлектрической станции состоит в том, что  для производства электрической  энергии, они используют возобновляемые природные ресурсы. Ввиду того, что  потребности в дополнительном топливе  для ГЭС нет, конечная стоимость  получаемой электроэнергии значительно  ниже, чем при использовании других видов электростанций.

 

4. Альтернативные источники энергии

 

Казахстан обладает значительными  ресурсами возобновляемой энергии  в виде гидроэнергии, энергии солнца, ветроэнергии, биомассы. Однако, помимо части гидроэнергии, эти ресурсы  не нашли широкого применения вплоть до настоящего времени. Основной потребитель  топлива в Казахстане – производство электроэнергии и тепла. Годовое  потребление топлива этим сектором составляет около 30 млн. тут. В структуре  топливного баланса электростанций основную роль играет уголь, доля которого составляет около 75%, доля газа -23%, доля мазута -2%.

При существующих генерирующих мощностях наблюдается дефицит  производства электроэнергии. Общая  установленная мощность электростанций составляет около 18.7 тысяч МВт. Однако существующие генерирующие мощности имеют  значительный срок эксплуатации (25 и  более лет), в связи, с чем располагаемая мощность составляет порядка 14,6 тысяч МВт. В структуре генерирующих мощностей тепловые электростанции составляют 15.42 МВт, или 87% от общей мощности, доля гидростанций - около 12%, другие – около 1%.

Учитывая значительную изношенность основных фондов, потребуются значительные инвестиции в строительство новых электростанций для удовлетворения спроса на электроэнергию. Правительством Казахстана в 2007 г. принят План развития электроэнергетической отрасли Республики Казахстан до 2015 г. В соответствии с этим планом предусматривается ввод новых мощностей в размере 5598 МВт до 2015 г. в том числе на угле – 4250 МВт.

Учитывая структуру размещения энергетических мощностей во всех регионах, за исключением энергоизбыточной северной зоны, где расположено около 60% генерирующих мощностей, будет сохраняться региональный дефицит мощности и электроэнергии.

В Концепции перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы, одобренной Указом Президента Республики Казахстан от 14 ноября 2006 г №216, предусматривается, что обеспечение  устойчивого экономического развития Казахстана будет осуществлено путем  поддержки экологически эффективного производства энергии, включая использование  возобновляемых источников и вторичного сырья. Законами РК «Об электроэнергетики» и «Об энергосбережении» упоминается о необходимости развития и использования возобновляемых источников энергии, однако, каких-либо прямых мер по поддержке возобновляемых источников энергии не предусмотрено.

В целях реализации Плана  мероприятий на 2007-2009 годы по реализации Концепции перехода Республики Казахстан  к устойчивому развитию на 2007-2024 годы, предусмотрено совершенствование  законодательства по вопросам устойчивого  развития Республики Казахстан, в том  числе возобновляемых ресурсов и  альтернативных источников энергии. В  этой связи, Министерством охраны окружающей среды РК, при участии МЭМР и  проекта ПРООН по ветроэнергетике  разработана Концепция Закона и проект Закона «О поддержке использования возобновляемых источников энергии».