Что такое ТЭС (тепловая электростанция)?

Тепловая электростанция (ТЭС) — это тип электростанции, который производит электроэнергию путем преобразования тепловой энергии, получаемой из сжигания топлива, в механическую энергию и затем в электроэнергию. Основной принцип работы ТЭС заключается в использовании тепла, выделяющегося при сжигании углеводородных топлив, таких как уголь, нефть или природный газ, для нагрева воды и преобразования ее в пар. Этот пар затем расширяется в паровых турбинах, вызывая их вращение, что в свою очередь приводит в действие генераторы, производящие электроэнергию.

Что такое тепловая электростанция (ТЭС)?

Самыми распространенными среди различных видов электростанций являются тепловые станции (ТЭС). Для создания органической энергии они используют не возобновляемое природное топливо, которое при этом сжигается. Существуют свои плюсы и минусы. Несмотря на то, что органическое топливо по-прежнему широко распространено и доступно для использования в быту, сжигание его продуктов несет негативный эффект окружающей среде.

Сегодня ТЭС являются наиболее распространенными типами электростанций. Они могут работать на органическом топливе, которое в процессе горения выделяет тепловую энергию. Главная задача ТЭС – эффективное использование этой тепловой энергии для производства электрической энергии.

Основным принципом работы ТЭС является не только создание электроэнергии, но и генерация тепловой энергии. Тепловая энергия может быть предоставлена потребителям, например в виде горячей воды. 76% всей электроэнергии в мире производится на ТЭС. Это высокое распространение объясняется доступностью органического топлива и удобством его транспортировки от места добычи к электростанции. В основе работы ТЭС лежит возможность вторичного использования отработанного тепла, которая позволяет снизить потери энергии и расход охлаждающей воды.

Тепловые электростанции могут быть классифицированы в зависимости от вида производимой энергии. Если электростанция производит только электрическую энергию и не поставляет тепловую энергию потребителям, она называется конденсационной ТЭС (КЭС).

Для отопления и нагрева воды на таких электростанциях используют паровые турбины, вместо конденсационных. Помимо этого они оснащены устройствами для отбора пара и регулирования давления. Приоритетом в работе ТЭЦ является вторичное использование отработавшего пара как источника тепла, что позволяет снизить потери тепловой энергии и расход охлаждающей воды.

Конденсационные электростанции (КЭС) можно назвать наиболее распространенным видом тепловых станций в мире, они используются для генерации энергии. Они являются важным звеном в обеспечении энергетических потребностей современного общества.

Основные принципы работы ТЭС

В основе работы конденсационных электростанций лежит использование тепловой энергии, которая выделяется при сжигании топлива для преобразования её в механическую энергию и только потом уже – электрическая. Основные компоненты КЭС включают:

Котел, в котором сгорает топливо (обычно природный газ, уголь, нефть или древесина), выделяя при этом тепловую энергию.
Пар, произведенный в котле, направляется на лопасти паровой турбины. Давление пара заставляет вращаться турбину, что в свою очередь ведет к вращениям генератора.
Вращение генератора преобразует механическую энергию, полученную от турбины, в электрическую энергию. Затем электроэнергия поступает в сеть для того, чтобы распределится между потребителями.
Пар после прохождения через турбину конденсируется и превращается обратно в жидкую форму. Данный процесс увеличивает эффективность станции, так как тепло, выделяющееся при конденсации, может быть применено повторно для нагрева воды в котле.
Теплообменники используются для передачи тепла. С помощью системы охлаждения станция имеет стабильную работу, и предотвращает перегрев оборудования.

Преимущества конденсационных электростанций (КЭС)

КЭС – высокоэффективный способ преобразования тепловой энергии в электрическую. Это даёт им достигнуть высокого коэффициента полезного действия (КПД) и более эффективно использовать топливо.
КЭС имеют возможность быстро изменять объем производимой электроэнергии в зависимости от потребности. Они могут быть включены и выключены по требованию, что делает их идеальным выбором для поддержания стабильности в энергосистеме.
На сегодняшний день КЭС оснащены системами очистки выхлопных газов, что позволяет снизить выбросы вредных веществ в атмосферу.
При этом КЭС способны работать на различных видах топлива, что делает их более гибкими в выборе энергоносителя с учетом рынка и экономических факторов.

Газопоршневые электростанции

Газопоршневая электростанция (ГПЭС) – это электрический генератор переменного тока, который применяется для выработки тепловой и электрической энергии. Они имеют большую автономность, и чаще всего используются в тех случаях когда невозможно подключиться к централизованным электросетям или тепловым сетями удаленным объектам.

С помощью газопоршневых электростанций можно не только производить электроэнергию, но и тепло. Технология известна как когенерация, также она включает в себя производство холода, которое является тригенерацией. Полученный холод может быть использован для вентиляции, охлаждения складов и промышленного холодоснабжения.

Основным видом топлива для газопоршневых электростанций является природный газ, однако также возможно применение остальных видов газа, таких как попутный нефтяной газ, сжиженный газ (СПГ) и очищенный газ. Перед использованием альтернативных видов газа осуществляется тщательный анализ, чтобы убедиться, что они соответствуют определенным требованиям.

Преимущества:

Газопоршневые электростанции способны достигать высокой степени эффективности при преобразовании топливной энергии в электроэнергию. Это делает их эффективными с точки зрения использования топлива.
ГПЭС могут быть быстро запущены или остановлены, что делает их хорошим выбором для покрытия пиковых нагрузок или для применения в роли резервных источников электроэнергии.
Поршневые двигатели внутреннего сгорания, которые применяются в ГПЭС, характеризуются высокой надежностью и долговечностью, что снижает вероятность простоев из-за обслуживания и ремонтов.
Газопоршневые электростанции могут генерировать не только электроэнергию, но и тепловую энергию, а также холод с применением систем тригенерации и когенерации. Это позволяет применять ГПЭС в разных сферах: электроснабжение, обогрев и кондиционирование воздуха.
ГПЭС могут эксплуатироваться автономно, что делает их подходящими для удаленных объектов, которые не подключены к централизованным энергосетям.

Недостатки:

Газопоршневые электростанции, которые работают на традиционных видах топлива, могут выделять в атмосферу значительные объемы загрязняющих веществ.
ГПЭС требуют постоянного снабжения топливом, что может создавать зависимость от цен на топливо.
Поршневые двигатели весьма шумные, однако системы антидетонации DetCon от компании Motortech, которые поставляются ГК ТЕХ в качестве навесного оборудования, отлично справляются с шумоизоляцией, а, также, снижают уровень вибрации .
В независимости от того, какое оборудование использовалось при производстве ГПЭС, для поддержания ее эффективной работы необходимо регулярно проводить техническое обслуживание станции.

Принцип работы газопоршневых электростанций осуществляется следующим образом:

Газ, соответствующий нужным параметрам поступает на газопоршневой двигатель. При сжигании топлива осуществляется создание механической энергии, которая затем передается через общий вал на генератор и преобразовывается в электрическую энергию стандартного качества. Подаваемая по кабельным линиям электроэнергия передается к генеральному распределительному устройству, где производится регулирование напряжения до уровня, требуемого для подключения потребителей имеющей энергетической системы предприятия.
В процессе эксплуатации этой установки выделяется значительное количество тепла, включая тепло, выделяемое охлаждающим кожухом двигателя, газами, отработавшими в дымовой трубе и нагретым маслом. Данное тепло извлекается с применением теплообменников и котлов-утилизаторов, которые входят в систему утилизации излишнего тепла. Сгенерированная тепловая энергия подается в существующую тепловую сеть предприятия. Выбрасывание тепловой энергии в атмосферу происходит, если попутное тепло не используется.

В чем заключается разница между ТЭС и ТЭЦ?

Для того чтобы понять разницу в их характеристиках, нужно рассмотреть плюсы и минусы каждой из этих систем. Основными преимуществами ТЭС являются:

Доступность для строительства.
Низкие цены на топливо.
Экономически выгодная генерация электроэнергии.

Одним из наиболее значимых и важных качеств таких систем является возможность строительства их практически в любом месте, независимо от наличия топлива.

Основными недостатками ТЭС являются:

Попадание в атмосферу загрязняющих веществ.
Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями.

Основными преимуществами ТЭЦ являются:

Высокий коэффициент полезного действия.
Полезное использование доступных источников энергии.
Также имеется возможность модернизации обычной электростанции.
Надежная поставка электроэнергии в течение всего года, включая зимний и летний периоды.
Стабильная работа оборудования.

Важно отметить, что у ТЭЦ также есть свои недостатки:

Загрязнение окружающей среды.
Проблемы с утилизацией золы и шлака, которые образуются после сжигания топлива.

Классификация тепловых электростанций

Тепловые электростанции разделяются на разные типы в зависимости от системы, используемой для производства тепла и электроэнергии.

По типу топлива:

Угольные. Такие станции используют уголь в качестве основного топлива. Для нагрева воды и производства пара в котлах сжигают уголь.
Газовые. Для газотурбинных двигателей в газовых ТЭС основным топливом является природный газ. Он сжигается для нагрева воздуха или газа, который потом используется при подключении двигателя к газовой сети.
Мазутные. Станции работают на мазуте, который сжигается в особых котлах.

По принципу работы:

Основной задачей КЭС является производство электроэнергии. Извлеченный из турбины пар конденсируется и повторно используется для нагрева воды.
Когенерационные ТЭС (КГЭС). Данные станции производят как электроэнергию, так и тепловую энергию (например, для отопления). Тепловая энергия, выделяемая в процессе генерации электроэнергии, используется также для промышленных или коммунальных нужд.

По технологической схеме:

Блочные. На таких станциях каждый блок имеет свой котел и турбину. При отказе одного блока не происходит остановки всей станции.
Станции с поперечными связями. В этом месте котлы могут подавать пар в различные коллекторы, что обеспечивает гибкость и надёжность работы.

Возможные категории ТЭС зависят от начального уровня давления пара: докритического, низкого и среднего.