Тепловая электростанция

Теплова́я электроста́нция (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора. В качестве топлива широко используются различные горючие ископаемые: уголь, природный газ (пропан, метан), реже — мазут, водород, биогаз, сланцевый газ, нефть, бензин, дизельное топливо, спирт отходы, ранее — торф, горючие сланцы, дрова.

Запрос «ТЭС» перенаправляется сюда; см. также другие значения.
Томская ГРЭС-2

Многие крупные тепловые станции вырабатывают лишь электричество — традиционно ГРЭС (в настоящее время — КЭС); средние станции могут также использоваться для выработки тепла в схемах теплоснабжения (ТЭЦ).

В традиционных теплоэлектростанциях топливо сжигается в топке парового котла, нагревая и превращая в пар питательную воду, прокачиваемую внутри котла в специальных трубках (водотрубный котёл). Полученный перегретый пар с высокой температурой (до 400—650 градусов Цельсия) и давлением (от единиц до десятков МПа) подаётся через паропровод в турбогенератор — совмещённые паровую турбину и электрогенератор. В многоступенчатой паровой турбине тепловая энергия пара частично превращается в механическую энергию вращения вала, на котором установлен электрический генератор. В ТЭЦ часть тепловой энергии пара также используется в сетевых подогревателях.

В ряде теплоэлектростанций получила распространение газотурбинная схема, в которой полученная при сжигании газообразного или жидкого топлива смесь горячих газов непосредственно вращает турбину газотурбинной установки, ось которой соединяется с электрогенератором. После турбины газы остаются достаточно горячими для полезного использования в котле-утилизаторе для питания паросилового двигателя (парогазовая установка) или для целей теплоснабжения (Газотурбинная ТЭЦ).

Первая теплоэлектростанция «Pearl Street Station» появилась в Нью-Йорке на Перл-стрит в 1882 году[1][2].

Типы
Грозненская ТЭС — тепловая электростанция газотурбинного типа
  • Комбинированного цикла


Современные ТЭС делятся на два типа:

  1. С поперечными связями. Основной агрегат по пару и воде связаны между собой
  2. С блочной компоновкой. При таком типе основное оборудование описывается отдельным технологическим процессом в пределах каждого энергоблока.

Организация управления технологическим процессом ТЭС

Для осуществления управления технологического процесса ТЭЦ необходимо учитывать изменение производительности первоисточников энергии и их состоянием, в зависимости от электрической нагрузки.

Основными факторами, влияющими на организацию управления ТП ТЭС являются:

  • организационная структура оперативно-диспетчерского управления;
  • комплекс технических средств автоматизации;
  • эргономика рабочего места оператора;
  • композиционное решение оперативно-диспетчерских постов управления;
  • существующий уровень автоматизации.

Реализация и концепции построения АСУ ТП ТЭС

Одна из основных задач управления технологическим процессом (ТП) на ТЭС состоит в поддержании непрерывною соответствия между количествами вырабатываемой и потребляемой энергии. Решение этой задачи может осуществляться по частям с помощью автономных АСР[уточнить] парового котла, турбины и электрического генератора.

Состав функций АСУ ТП:

  1. Информационные функции АСУ ТП по энергоблокам:
    • Оперативный контроль
    • Технологическая сигнализация
    • Расчёт технико-экономических показателей
    • Определение достоверности информации
    • Диагностика состояния оборудования
    • Регистрация аварийных положений
    • Формирование банков данных
  2. Функции управления АСУ ТП по энергоблоку
    • Статическая оптимизация режимов работы энергооборудования
    • Исследование объекта управления
    • Имитация экстремальных условий
  3. Информационные функции АСУ ТП по ТЭС
    • Общестанционный контроль
    • Расчёт общестанционных ТЭП
    • Контроль достоверности информации
    • Регистрация общестанционных аварий
    • Обмен оперативно-диспетчерской информацией с АСУ вышестоящих и нижестоящих уровней
    • Формирование развитых баз данных
  4. Функции управления АСУ ТП по ТЭС
    • Оптимальное распределение электрических нагрузок между энергоблоками
    • Оптимальное распределение экологических нагрузок между энергоблоками
    • Выбор состава работающего оборудования энергоблоков
    • Дискретное и непрерывно-дискретное управление вспомогательным оборудованием
    • Выполнение логических операций по переключениям в главной электрической схеме станции
    • Групповое управление автоматическими системами регулирования возбуждения электрических генераторов[3]

Функционально-групповое управление (ФГУ)

Осуществляется путём декомпозиции и агрегирования, для разделения энергоблока на отдельные элементы или участки для децентрализованного управления ими. В результате ФГУ повышается надёжность и точность автоматизированной системы управления энергоблока в целом. Деление на функциональные группы условное, однако оно облегчает работу оперативно-обслуживающего персонала.

Примеры перечня ФГ для мощного моноблока с прямоточным котлом и конденсационной турбины[3]:

по котлу:

  • питания водой,
  • полами твёрдого пылевидного топлива,
  • подачи жидкого (газообразного) топлива,
  • подачи и подогрева воздуха,
  • розжига растопочных горелок,
  • удаления и очистки дымовых газов,
  • подавления вредных выбросов,
  • пароперегреватели;

по генератору:

  • система охлаждения,
  • система возбуждения,
  • система синхронизации;

по турбине и вспомогательному оборудованию:

  • система снабжения смазочным маслом
  • система снабжения регулирующей жидкостью (аккумуляторный бак, центральный насос, устройства распределения и т. п.)
  • система снабжения паром для прогрева соединительных трубопроводов в пределах турбины,
  • система снабжении турбины перегретым паром (ГПЗ, паровые байпасы, стопорный и регулирующий клапаны, АСР частоты вращения и т. п.),
  • вакуумно-уплотнительные устройства (пусковой и рабочий -эжекторы, система лабиринтовых уплотнений и т. п.),
  • охладительная установка (конденсатор, циркуляционные насосы и т. п.),
  • конденсатные насосы,
  • блочная обессоливающая установка,
  • питательно-деаэраторная установка,
  • подогреватели среднего давления,
  • подогреватели высокого давления.

Экономическая эффективность от автоматизации теплового оборудования ТЭС

Все нововведения полезны, если они экономически выгодны, поэтому введение автоматизации на ТЭС следует производить учитывая экономическую эффективность.

Автоматизация в результате экономит следующие аспекты затрат на ТЭС:

  • Изменение (прирост) КПД установки
  • Изменение (прирост) выработки электроэнергии
  • Изменение (уменьшение) расхода тепловой и электрической энергии на собственные нужды.

Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС

Технологический процесс на ТС заключается в поэтапном преобразовании различных видов энергии (при этом, технологический процесс имеет особенность: конечный продукт — электроэнергия — не подлежит складированию). Косвенным показателем соответствия между паропроизводительностью котла мощностью турбины служит давление перегретого пара.

Для описания технологических процессов и формирования критериев управления составляются математические модели. Их изображают в форме уравнений.

В качестве объекта управления, характеризующего технологический процесс на ТЭС в целом, обычно выбирают типичный энергоблок. Технологический процесс, протекающий в таком блоке, можно представить в виде двух последовательных процессов: в паровом котле и турбогенераторе.[4]

Экологические аспекты использования

Энергетика является одним из тех секторов мировой экономики, изменения в которых необходимы, чтобы избежать неприемлемых последствий глобального потепления. Оценки энергоинфраструктуры на основе глобального эмиссионного бюджета CO2 показывают, что после 2017 года в мире не должны вводиться в строй новые электростанции, работающие на ископаемом топливе.[5]

Тепловые электростанции зачастую становятся «мишенями» для радикально настроенных климатических активистов.[6][7]

См. также

Литература
  • Аракелян Э. К., Старшинов В. А. Повышение экономичности и маневренности оборудования тепловых электростанций. — М.: МЭИ, 1993. — 328 с. — ISBN 5-7046-0042-5.

Примечания
  1. Global Edison — History
  2. Тепловые электростанции
  3. ISBN 9785903072859 Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов / Г. П. Плетнев. — 4-е изд., стереот. — М.: Издательский дом МЭИ, 2007. — с. 87-90
  4. Плетнев Г. П Автоматизированное управление объектами тепловых электростанций: Учебн. пособие для вузов. — М.: Энергоиздат, 1981. —368 е., ил.
  5. Pfeiffer et al, The ‘2°C capital stock’ for electricity generation: Committed cumulative carbon emissions from the electricity generation sector and the transition to a green economy Архивировано 20 октября 2007 года. (англ.)
  6. Drax coal train hijackers sentenced  (англ.) The Guardian, Friday 4 September 2009
  7. Ten years since Climate Camp: return to Drax Архивная копия от 28 января 2017 на Wayback Machine (англ.) Corporate Watch. Tue, 11/10/2016
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.