Тепловые энергообъекты. Типовые схемы ТЭС и АЭС

Министерство  образования Республики Беларусь

Гродненский государственный университет имени  Янки Купалы

Факультет экономики и управления 
 

Реферат по курсу

основы  энергосбережения

На тему

«Тепловые энергообъекты. Типовые схемы ТЭС и АЭС ». 
 
 
 

Подготовила студентка 1 курса 2 группы

Козловская  Наталия 
 
 
 
 
 

Гродно 2009

Тепловые  энергообъекты.

Общая характеристика.

    Тепловая  электростанция — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.

    Первые  ТЭС появились в кон. 19 в (в 1882 —  в Нью-Йорке, 1883 — в Петербурге, 1884 — в Берлине) и получили преимущественное распространение. В сер. 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид электрической  станций.

Типы

• Котлотурбинные электростанции
• Конденсационные электростанции (ГРЭС)
• Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)
• Газотурбинные электростанции
• Электростанции на базе парогазовых установок
• Электростанции на основе поршневых двигателей
• С воспламенением от сжатия (дизель)
• C воспламенением от искры
• Комбинированного цикла

 

Теплоэлектростанции и тепловая энергия 

    Силовые агрегаты теплоэлектростанции выделяют большое количество тепла, и для  их охлаждения используются различные  жидкости. В теплоэлектростанциях на пути охлаждающей жидкости устанавливается  теплообменник, в котором охлаждающая  двигатель жидкость отдает большую  часть своего тепла другой жидкости — теплоносителю. В качестве теплоносителя  обычно используется вода, принудительное перемещение которой по отопительной системе обеспечивают циркуляционные насосы. 

Теплоэлектростанции - КПД 

    Установка теплообменников более чем в  два раза повышает общий КПД теплоэлектростанции  по сравнению с обычной электростанцией  такой же мощности — коэффициент  использования энергии достигает 90%. В простой электростанции, без использования тепла, на производство электричества идет лишь 22-43% энергии, остальное составляют потери. 

Теплоэлектростанции – применение 

    Теплоэлектростанции  применяются как основные источники  тепла и электроэнергии. В мощных теплоэлектростанциях используются турбины - турбогенераторы, работающие на тяжелом  топливе или газе. Теплоэлектростанции  малой и средней мощности создаются  на основе газо-поршневых или газотурбинных  силовых установок. Во всем мире растет популярность теплолоэлектростанций, использующих биотопливо.

    Теплоэлектростанции могут быть использованы для электроснабжения и теплообеспечения жилых и общественных зданий, промышленных предприятий.

    Одновременно  с выработкой электроэнергии теплоэлектростанцией происходит и активация отопительных систем. В теплоэлектростанциях предусмотрен режим покрытия пиковой потребности  в электроэнергии при одновременной  выработке тепла. 

Теплоэлектростанции - особенности эксплуатации 

    Если  не рассматривать аварийные ситуации, когда обычные электростанции незаменимы, то за счет одновременной выработки  электроэнергии и подачи тепла теплоэлектростанции  наиболее эффективны и экономичны при  длительной эксплуатации. Максимальная тепловая мощность отопительной системы  нужна в течение нескольких месяцев  в году, а для удовлетворения примерно 60% расхода тепла требуется всего 20% установочной тепловой мощности.

    Полное  покрытие расхода тепла за счет тепловой мощности теплоэлектростанции оказывается  нецелесообразным. Для этого в  одной системе устанавливают  модуль блочной теплоэлектростанции  и один или несколько отопительных котлов. Совместная регулируемая работа комплекса отопительных приборов позволяет  использовать их с максимальной эффективностью. Постоянно действующим источником тепла при этом является модуль теплоэлектростанции, а отопительные котлы включаются по мере роста тепловой нагрузки. 

    Теплоэлектроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и тепловую энергию для потребителей (то есть обеспечивает горячее водоснабжение и отопление жилых и промышленных объектов). Как правило, ТЭЦ должна работать по теплофикационному графику, то есть выработка электрической энергии зависит от выработки тепловой энергии. При размещении ТЭЦ учитывается близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара. 

    А́томная  электроста́нция (АЭС) — комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путём использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции. 

История 

    Во  второй половине 40-х гг., еще до окончания  работ по созданию первой атомной  бомбы (ее испытание, как известно, состоялось 29 августа 1949 года), советские ученые приступили к разработке первых проектов мирного использования атомной  энергии, генеральным направлением которого сразу же стала электроэнергетика.

    В 1948 г. по предложению И.В. Курчатова  и в соответствии с заданием партии и правительства начались первые работы по практическому применению энергии атома для получения  электроэнергии [1]

В мае 1950 года близ поселка Обнинское Калужской  области начались работы по строительству  первой в мире АЭС.

    Первая  в мире атомная электростанция мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в  СССР, в городе Обнинск, расположенном  в Калужской области. В 1958 была введена  в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской  АЭС мощностью 100 МВт (полная проектная  мощность 600 МВт). В том же году развернулось строительство Белоярской промышленной АЭС, а 26 апреля 1964 генератор 1-й очереди  дал ток потребителям. В сентябре 1964 был пущен 1-й блок Нововоронежской  АЭС мощностью 210 МВт. Второй блок мощностью 350 МВт запущен в декабре 1969. В 1973 г. запущена Ленинградская АЭС.

    За  пределами СССР первая АЭС промышленного  назначения мощностью 46 МВт была введена  в эксплуатацию в 1956 в Колдер-Холле (Великобритания).Через год вступила в строй АЭС мощностью 60 МВт  в Шиппингпорте (США).

    Мировыми  лидерами в производстве ядерной  электроэнергии являются: США (788,6 млрд кВт·ч/год), Франция (426,8 млрд кВт·ч/год), Япония (273,8 млрд кВт·ч/год), Германия (158,4 млрд кВт·ч/год) и Россия (154,7 млрд кВт·ч/год).

    На  начало 2004 года в мире действовал 441 энергетический ядерный реактор, российское ОАО «ТВЭЛ» поставляет топливо для 75 из них.

Крупнейшая  АЭС в Европе — Запорожская  АЭС[2] у г. Энергодар (Запорожская  область, Украина), строительство которои  начато в 1980 г. и на середину 2008 г. работают 6 атомных реактора суммарной мощностью 5,7 ГигаВатт.

    Крупнейшая  АЭС в мире Касивадзаки-Карива по установленной мощности (на 2008 год) находится в Японском городе Касивадзаки  префектуры Ниигата — в эксплуатации находятся пять кипящих ядерных  реакторов (BWR) и два продвинутых  кипящих ядерных реакторов (ABWR), суммарная  мощность которых составляет 8,212 ГигаВатт. 

Классификация 

По  типу реакторов 

    Атомные электростанции классифицируются в  соответствии с установленными на них  реакторами:

• Реакторы на тепловых нейтронах, использующие специальные замедлители для увеличения вероятности поглощения нейтрона ядрами атомов топлива
• Реакторы на лёгкой воде
• Графитовые реакторы
• Реакторы на тяжёлой воде
• Реакторы на быстрых нейтронах
• Субкритические реакторы, использующие внешние источники нейтронов
• Термоядерные реакторы

 

По  виду отпускаемой  энергии 

    Атомные станции по виду отпускаемой энергии  можно разделить на:

• Атомные электростанции (АЭС), предназначенные для выработки только электроэнергии
• Атомные теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), вырабатывающие как электроэнергию, так и тепловую энергию
• Атомные станции теплоснабжения (АСТ), вырабатывающие только тепловую энергию

Достоинства атомных станций:

• Отсутствие вредных выбросов;
• Выбросы радиоактивных веществ в несколько раз меньше угольной эл. станции аналогичной мощности (зола угольных ТЭС содержит процент урана и тория, достаточный для их выгодного извлечения);
• Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки;
• Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок;
• Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой.

Недостатки  атомных станций:

• Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению;
• Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах;
• Последствия возможного инцидента крайне тяжелые, хотя его вероятность достаточно низкая;
• Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Типовые схемы действия ТЭС  и АЭС.

Принцип действия АЭС.

    Схема работы атомной электростанции на двухконтурном  водо-водяном энергетическом реакторе (ВВЭР)

    На  рисунке показана схема работы атомной  электростанции с двухконтурным  водо-водяным энергетическим реактором. Энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю  первого контура. Далее теплоноситель  поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при  этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством  воды, поступающим из водохранилища.

    Компенсатор давления представляет собой довольно сложную и громоздкую конструкцию, которая служит для выравнивания колебаний давления в контуре  во время работы реактора, возникающих  за счёт теплового расширения теплоносителя. Давление в 1-м контуре может доходить до 160 атмосфер (ВВЭР-1000).

    Помимо  воды, в различных реакторах в  качестве теплоносителя может применяться  также расплавленный натрий или  газ. Использование натрия позволяет  упростить конструкцию оболочки активной зоны реактора (в отличие  от водяного контура, давление в натриевом  контуре не превышает атмосферное), избавиться от компенсатора давления, но создаёт свои трудности, связанные  с повышенной химической активностью  этого металла.

    Общее количество контуров может меняться для различных реакторов, схема  на рисунке приведена для реакторов  типа ВВЭР (Водо-Водяной Энергетический Реактор). Реакторы типа РБМК (Реактор  Большой Мощности Канального типа) использует один водяной контур, а  реакторы БН (реактор на Быстрых  Нейтронах) — два натриевых и  один водяной контуры.