Теплові електростанції (ТЕС) – це промислові підприємства, що здійснюють вироблення теплової та електричної енергії для промислових виробництв та муніципальних споживачів.
Теплова електростанція виробляє електричну потужність шляхом перетворення хімічної енергії палива через теплову енергію згоряння в механічну енергію обертання валу електрогенератора.
Теплові електростанції поділяються:
- за призначенням та місцезнаходженням;
- за видами палива, що використовується;
- за характеристиками технологічного обладнання, що застосовується.
Промислові теплові електростанції з переважним споживанням тепла розміщують у безпосередній близькості до підприємств-споживачів. На вибір майданчиків для опалювальних станцій, призначених для постачання міст, впливають
зростаючі вимоги щодо охорони навколишнього середовища та особливості перспективного розвитку міської забудови.
Опалювальні теплові електростанції розміщують за межами міст, що значно збільшує радіус транспортування тепла.
Теплові електростанції використовують як основне паливо природний газ, мазут, тверде паливо (вугілля та торф). Рідше для роботи використовуються відходи лісозаготівельної та деревообробної промисловості, біогаз та деякі інші джерела енергії.
Різноманітність основного технологічного обладнання визначила кілька типів теплових електростанцій, до яких належать:
- Котлотурбінні електростанції:
- конденсаційні електростанції (КЕС чи ДРЕС);
- теплоелектроцентралі (теплофікаційні електростанції, ТЕЦ);
- Газотурбінні електростанції
- Електростанції на базі парогазових установок (комбінованого циклу)
- Електростанції на основі поршневих двигунів (дизель).
Конденсаційні електростанції (КЕС)
Конденсаційні електростанції (КЕС) забезпечують постачання споживачів тільки електричною енергією, що виробляється за рахунок спалювання органічного палива. Зазвичай їх будують поблизу родовищ палива, щоб уникнути дорогого транспортування.
Принцип дії КЕС заснований на отриманні в парогенераторі водяної пари високого тиску з температурою 540 С∘ за рахунок спалювання вугільного пилу, газу або мазуту. Отримана пара надходить до турбіни, де її потенційна енергія перетворюється на
кінетичну енергію обертання ротора турбіни та електрогенератора. Відпрацьована пара потрапляє в конденсатор, усередині якого розташовані латунні трубки, по яким циркулює вода, що охолоджує. Пара обтікає трубки, конденсується, стікає та видаляється.
Отримана вода надходить у деаератор, де видаляється кисень і додається очищена вода, а з деаератора вода потрапляє у котел. Процес отримання електроенергії ведеться безперервно.
Теплоелектроцентраль
Теплоелектроцентраль (ТЕЦ) — теплова електростанція, що виробляє одночасно електроенергію й тепло у вигляді гарячої води та пари.Тепло та пара можуть використатись як для промисловості, так і для побутових потреб.
Обладнання ТЕЦ відрізняється від обладнання КЕС лише в тій його частині,
яка пов’язана з відбором пари та гарячої води з контуру та передачею їх для постачання зовнішніх споживачів. Пар для технологічних цілей та нагрівання води
може бути отриманий відбором останніх ступенів турбін. При цьому скорочується обсяг
пропускання пари через конденсатор та знижуються втрати теплової енергії.
Відрізняють два типи теплоелектроцентралей:
- ТЕЦ, оснащені турбінами з протитиском
- ТЕЦ з регульованим відбором пари.
ТЕЦ, оснащені турбінами з протитиском
У теплоцентралях першого типу відпрацьована пара надходить по тепломережах до споживачів, а також використовується в теплообмінниках для нагрівання води, що застосовується для теплопостачання. Відпрацьована пара конденсується у споживачів тепла та за допомогою насосів подається назад у парогенератор. Основний недолік таких ТЕЦ – необхідність роботи за тепловим графіком споживачів, тобто якщо ТЕЦ має видати споживачеві значну кількість електрики при низькому запиті на пару відпрацьовану пару доведеться скидати. В іншому випадку пар доведеться пропускати повз турбіни та охолоджувати до необхідних споживачу параметрів, що передбачає зайві витрати енергії. Тому потужність турбогенератора використовується нерівномірно і необхідно дублювання електричних потужностей ТЕЦ конденсаційними агрегатами.
ТЕЦ з регульованим відбором пари
Схема роботи ТЕЦ з регульованим відбором пари ближча до схеми КЕС. В цьому у разі не вся пара подається споживачеві. Регульована його частина відводиться з проміжних ступенів турбіни на потреби тепло- та паропостачання, а решта потрапляє у конденсатор. Таким чином, забезпечується як тепловий, так і електричний графік навантаження. ТЕЦ з регульованим відбором дозволяє розвивати повну електричну потужність при відсутність витрати пари у теплових споживачів.
Електростанції на основі газотурбінних установок (ГТУ), парогазових установок (ПГУ)
Електростанції на основі газотурбінних установок (ГТУ), парогазових установок (ПГУ) та на основі поршневих двигунів мають менші потужності в порівнянні з КЕС та ТЕЦ і частіше використовуються як джерела електроенергії для обслуговування невеликих підприємств та селищ, але є й приклади ПДУ великої потужності. Газотурбінні установки (ГТУ) призначені для отримання електроенергії при
спалювання палива, коли обертання турбіни електрогенератора проводиться газоподібними продуктами згоряння, а не за допомогою водяної пари. За конструктивним виконанням та принципом перетворення енергії газові турбіни істотно не відрізняються від парових.
Замість громіздкого парогенератора у ГТУ використовується відносно малогабаритна камера згоряння. Паливом є мазут або природний газ. Продукти, що пройшли турбіну згоряння при необхідності можуть бути використані для нагрівання води та теплопостачання.
Позитивними сторонами ГТУ є те, що вони дозволяють виконувати роботу при різко змінному навантаженні можуть часто зупинятися, швидко запускатися, забезпечувати інтенсивну швидкість набору потужності та досить економічну роботу в широкому діапазоні навантаження. Об’єм будівельно-монтажних робіт на газотурбінних електростанціях зменшується вдвічі, оскільки немає потреби у спорудженні котельного цеху та насосної станції. До недоліків відноситься те, що стандартна потужність ГТУ становить близько 100 МВт, а ККД при повному навантаженні 28-42%.
У технологічній схемі парогазових електростанцій (ПГУ) використовується принцип поєднання парових та газових турбін. Ця схема використовується у випадках, коли необхідно максимізувати виробництво електроенергії. Таке об’єднання дозволяє зменшити
втрати теплової енергії в газових турбінах або теплоти газів парових котлів. Тим самим забезпечується підвищення електричного ККД до 58%. Парогазові установки споживають істотно менше води на одиницю електроенергії, що виробляється порівняно з паросиловими установками, а система водяного охолодження компактніша. Як паливо для роботи ПГУ використовуються мазут або природний газ. Позитивною стороною застосування технології ПГУ є мінімізація шкідливих впливів на довкілля.
