Электростанция (станция)

Влияние на окружающую среду

Воздействие на атмосферу

При горении топлива потребляется большое количество кислорода, а также происходит выброс значительного количества продуктов сгорания таких как: летучая зола, газообразные окислы углерода, серы и азота, часть которых имеет большую химическую активность, и радиоактивные элементы, содержащиеся в исходном топливе. Также выделяется большое количество тяжёлых металлов, в том числе ртуть и свинец.

Воздействие на литосферу

Для захоронения больших масс золы требуется много места. Данные загрязнения снижаются использованием золы и шлаков в качестве строительных материалов.

Классификация

Большинство электростанций, будь то гидроэлектростанции, тепловые (АЭС, ТЭС и прочие) или ветроэлектростанции, используют для своей работы энергию вращения вала генератора.

В зависимости от источника энергии (в частности, вида топлива)

• Атомные электростанции (АЭС)
  • Станции реакции деления
  • Станции реакции синтеза (еще не существуют)
• Электростанции, работающие на органическом топливе (тепловые электростанции (ТЭС) в узком смысле)
  • Газовые электростанции
    • Электростанции на природном газе
    • Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
  • Жидкотопливные электростанции
    • Электростанции дизельные
    • Электростанции бензиновые
  • Твердотопливные электростанции
    • Угольные электростанции
    • Торфяные электростанции (подсветка факела основного топлива газом или жидким топливом, являющимся также резервным топливом)
• Гидроэлектрические станции (ГЭС)
  • Русловые гидроэлектростанции
  • Приплотинные гидроэлектростанции
  • Деривационные гидроэлектростанции
  • Гидроаккумулирующие электростанции
  • Приливные электростанции
  • Электростанции на морских течениях
  • Волновые электростанции
  • Осмотические электростанции (электростанция, использующая для выработки электричества явление осмоса)
• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечные электростанции (СЭС)
  • Электростанции на солнечных элементах
  • Гелиостанции (с паровым котлом)
  • Химические электростанции

В зависимости от типа силовой установки

• Электростанции с тепловой установкой (тепловые электростанции (ТЭС) в широком смысле)
  • Котлотурбинные электростанции
    • Конденсационные электростанции (КЭС, ГРЭС)
    • Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — теплофикационные электростанции
  • Газотурбинные электростанции
  • Мини-ТЭЦ
  • Газопоршневые электростанции
  • Электростанции дизельные
  • Электростанции бензиновые
  • Электростанции на базе парогазовых установок
  • Комбинированного цикла
• Электростанции с простым машинным генератором
  • Электростанции с гидротурбиной
  • Электростанции с ветродвигателем
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на солнечных элементах
• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов

Экзотические (редко применяемые)

• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечная энергетика

  Электростанции на солнечных элементах

• Электростанции на биомассе

  Гелиостанции

• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
• Электростанции на морских течениях
• Волновые электростанции
• Осмотические электростанции (способные вырабатывать энергию путём смешивания пресной и соленой воды).

Классификация

Большинство электростанций, будь то гидроэлектростанции, тепловые (АЭС, ТЭС и прочие) или ветроэлектростанции, используют для своей работы энергию вращения вала генератора.

В зависимости от источника энергии (в частности, вида топлива)

• Атомные электростанции (АЭС)
  • Станции реакции деления
  • Станции реакции синтеза (еще не существуют)
• Электростанции, работающие на органическом топливе (тепловые электростанции (ТЭС) в узком смысле)
  • Газовые электростанции
    • Электростанции на природном газе
    • Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
  • Жидкотопливные электростанции
    • Электростанции дизельные
    • Электростанции бензиновые
  • Твердотопливные электростанции
    • Угольные электростанции
    • Торфяные электростанции (подсветка факела основного топлива газом или жидким топливом, являющимся также резервным топливом)
• Гидроэлектрические станции (ГЭС)
  • Русловые гидроэлектростанции
  • Приплотинные гидроэлектростанции
  • Деривационные гидроэлектростанции
  • Гидроаккумулирующие электростанции
  • Приливные электростанции
  • Электростанции на морских течениях
  • Волновые электростанции
  • Осмотические электростанции (электростанция, использующая для выработки электричества явление осмоса)
• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечные электростанции (СЭС)
  • Электростанции на солнечных элементах
  • Гелиостанции (с паровым котлом)
  • Химические электростанции

В зависимости от типа силовой установки

• Электростанции с тепловой установкой (тепловые электростанции (ТЭС) в широком смысле)
  • Котлотурбинные электростанции
    • Конденсационные электростанции (КЭС, ГРЭС)
    • Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) — теплофикационные электростанции
  • Газотурбинные электростанции
  • Мини-ТЭЦ
  • Газопоршневые электростанции
  • Электростанции дизельные
  • Электростанции бензиновые
  • Электростанции на базе парогазовых установок
  • Комбинированного цикла
• Электростанции с простым машинным генератором
  • Электростанции с гидротурбиной
  • Электростанции с ветродвигателем
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на солнечных элементах
• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов

Экзотические (редко применяемые)

• Ветроэлектростанции (ВЭС)
• Геотермальные электростанции
• Солнечная энергетика

  Электростанции на солнечных элементах

• Электростанции на биомассе

  Гелиостанции

• Электрохимические электростанции (ЭЭС) на основе топливных элементов
• Электростанции с магнитогидродинамическим генератором
• Электростанции на рудничном, болотном газах, биогазе, лэндфилл газе
• Электростанции на морских течениях
• Волновые электростанции
• Осмотические электростанции (способные вырабатывать энергию путём смешивания пресной и соленой воды).

Гидроэлектростанции от 100 до 1000 МВт

1. В стадии строительства, проектная мощность ГЭС — 570 МВт.
2. Принята в эксплуатацию с тремя из четырёх генераторов. Проектная мощность станции — 370 МВт. Работает на изолированную от ЕЭС России энергосистему.

С 1989 года заморожено строительство Крапивинской ГЭС планируемой мощностью 300 МВт на р. Томь в Кемеровской области.

Производство электроэнергии

Производство или генерация электроэнергии представляет собой процесс трансформации в электрическую других типов энергии. Сам процесс выполняется электрическими станциями.

Электричество не относится к первичным типам энергии. В этом его главная особенность. Оно не существует в природе в промышленных количествах, поэтому ее необходимо производить. Как правило, электричество производится с помощью специализированных генераторов на промышленных системах – электростанциях.

Основные технологические процессы

Основные этапы электрического производства: 

• Генерация
• Передача энергии
• Распределение
• Накопление
• Восстановление

Центральные технологические процессы при производстве электроэнергии. Весь технологический процесс генерации является монолитным и непрерывным. В нем принимают участие разнообразные энергетические системы.

Электрическую энергию генерируют станции разных типов:

• Конденсационные (КЭС);
• Теплофикационные (ТЭЦ);
• С паротурбинными установками (ПТ);
• С газотурбинными установками (ГТ);
• С парогазовыми установками (ПГ);
• С дизельными гидравлическими установками (ГЭС);
• Гидроэнергетические и гидроаккумулирующие (ГАЭС);
• Атомные станции (АЭС);
• Геотермальные станции;
• Приливные станции;
• Солнечные станции;
• Ветровые установки (ветряные мельницы);

Распределение и передача электроэнергии осуществляется предприятиями электрических сетей (ПЭС).

Химико-технологической производство состоит из подготовки сырья, процессов превращения, разделения, перехода и переноса вещества.

На многих нефтехимических производствах для этого использую дистилляторы, абсорберы и ректификаторы. В них происходит движение пара. Но такое производство требует больших затрат из-за сложности и габаритов соответствующего оборудования. 

Виды электростанций

Виды электростанций разделяются по типам перерабатываемой энергии и топлива.

Атомные электростанции (АЭС)

Основным топливом на атомных стациях, как правило, служит уран. Энергия на них генерируется путем целенаправленного создания маленьких ядерных реакций. Они происходят в главном блоке всей станции – в атомном реакторе. Производство очень затратное и используется только финансовыми гигантами или государством.

Тепловые электростанции (ТЭС), использующие органическое топливо

Принцип работы таких станций довольно прост. Нагретая вода образует пар, поступающий в паровую турбину. Внутри турбины пар начинает вращать ее лопасти. Лопасти, в свою очередь, связаны с ротором генератора. Энергия пара, таким образом, становится механической. Подобный способ менее затратный и более популярный среди частных производителей. Подобные станции могут быть локальными. Они более доступны к установке, чем АЭС.

Гидроэлектрические станции (ГЭС)

Система ГЭС работает еще проще. Вода напрямую поступает в лопасти турбины и запускает ротор генератора электричества. Подобные станции выгоднее размещать у водохранилища или дополнительно монтировать водонапорную вышку. Подобный способ получения энергии из-за своей простоты популярен среди крупных компаний и частных производителей.

Ветроэлектростанции (ВЭС)

Кинетическая энергия ветра запускает движение ветровых установок и, поступая в лопасти турбин, запускает работу электрического генератора. Этот способ непопулярен среди частных производителей, из-за особенности погодных условий в некоторых регионах и дороговизны современных ветровых установок.

Геотермальные электростанции

Данный вид электростанции получает энергию от тепла Земли с использованием подземных скважин. Тепло из них поступает в генератор в виде горячей воды или пара. Это не самый рентабельный способ получения энергии для частных производителей. Для таких станций требуются геотермальные источники с высоким температурным коэффициентом и специальные тепловые циклы. Затраты на такое сооружение очень большие.

Солнечные электростанции (СЭС)

Такие электростанции при помощи зеркал получают сконцентрированную энергию солнца. Солнечные лучи попадают на приемники, которые нагреваются и образуют тепловую энергию. Единственный минус таких станций — непостоянство источника энергии. Но, как правило, запасов хватает на бесперебойную работу. А солнечные генераторы довольно бюджетные, легки в эксплуатации, транспортировке.

Классификация

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 ещё по ряду причин, в качестве выражения мощности гидроэлектрической станции принято брать цикличную мощность. К примеру, различают годичный, месячный, недельный или суточный циклы работы гидроэлектростанции.

Типичная для горных районов Китая малая ГЭС (ГЭС Хоуцзыбао, уезд Синшань округа Ичан, пров. Хубэй). Вода поступает с горы по чёрному трубопроводу

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 и радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами. На средненапорных ГЭС устанавливаются поворотнолопастные и радиально-осевые турбины, на низконапорных — поворотнолопастные турбины в железобетонных камерах.

Принцип работы всех видов турбин схож — поток воды поступает на лопасти турбины, которые начинают вращаться. Механическая энергия, таким образом, передаётся 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, образующегося напора воды. Здесь можно выделить следующие ГЭС:

• плотинные ГЭС. Это наиболее распространённые виды гидроэлектрических станций. Напор воды в них создаётся 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.
• приплотинные 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 ГЭС. Такие электростанции строят в тех местах, где велик уклон реки. Необходимый напор воды в ГЭС такого типа создаётся 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 создаётся более высокая плотина, и создаётся водохранилище — такая схема ещё называется смешанной деривацией, так как используются оба метода создания необходимого напора воды.
• гидроаккумулирующие электростанции. Такие ГАЭС способны аккумулировать вырабатываемую электроэнергию и пускать её в ход в моменты пиковых нагрузок. Принцип работы таких электростанций, следующий: в определённые 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 судоподъёмники, способствующие навигации по водоёму, 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. В виду того, что потребности в дополнительном топливе для ГЭС нет, конечная стоимость получаемой электроэнергии значительно ниже, чем при использовании других видов электростанций.

Электроэнергетика

Основная статья: Электроэнергетика России

Крупнейшая в России тепловая электростанция — Сургутская ГРЭС-2 обеспечивает электроэнергией важнейший для России нефтегазовый промысел в Западной Сибири, сжигает ценное нефтехимическое сырьё и автомобильное топливо — Нефтяной газ

Значение электроэнергетики в экономике России, так же как и её общественной жизни трудно переоценить — это основа всей современной жизни.

По важному показателю — выработке на одного жителя — в 2005 году страна находилась приблизительно на одном уровне с такими энергоимпортирующими государствами как Германия и Дания, имеющими меньшие транспортные потери и затраты на отопление. Однако после спада в 90-х с 1998 года потребление постоянно растёт, в частности в 2007 году выработка всеми станциями единой энергосистемы составила 997,3 млрд кВт·ч (1 082 млрд кВт·ч в 1990 году).. Производство электроэнергии в 2017 году составило 1,091 трлн кВт·ч, что на 0,1% выше уровня 2016 года

Производство электроэнергии в 2017 году составило 1,091 трлн кВт·ч, что на 0,1% выше уровня 2016 года.

АЭС за этот период нарастили производство на 3,3%, до 203 млрд кВт·ч. Тепловые станции снизили производство на 0,8% — до 700 млрд кВт·ч. Гидроэлектростанции увеличили выработку на 0,3%, до 187 млрд кВт·ч.

В структуре потребления выделяется промышленность — 36 %, ТЭК — 18 %, жилой сектор — 15 % (несколько заместивший в 90-х провал потребления в промышленности), значительны потери в сетях, достигающие 11,5 %. По регионам структура резко отличается — от высокой доли ТЭК в западной Сибири и энергоёмкой промышленности в Сибирской системе, до высокой доли жилого сектора в густонаселённых регионах европейской части.

Магистральная ЛЭП 500 кВ Волжская ГЭС — Москва

В 2003 году начат процесс реформирования «ЕЭС России». Основными вехами реформирования электроэнергетики стали завершение формирования новых субъектов рынка, переход к новым правилам функционирования оптового и розничных рынков электроэнергии, принятие решения об ускорении темпов либерализации, размещение на фондовом рынке акций генерирующих компаний. Осуществлена государственная регистрация семи оптовых генерирующих компаний (ОГК) и 14 территориальных генерирующих компаний (ТГК). В отдельную Федеральную сетевую компанию (ФСК ЕЭС), контролируемую государством, выделена основная часть магистральных и распределительных сетей.

Железнодорожный транспорт — крупный и особенно важный для хозяйства страны потребитель энергии

Кроме того действуют и более независимые или изолированные энергокомпании «Янтарьэнерго», «Якутскэнерго», «Дальневосточная энергетическая компания», «Татэнерго», «Башкирэнерго», «Иркутскэнерго» и «Новосибирскэнерго».

В 2008 году владельцем акций межрегиональных сетевых компаний по распределению энергетических ресурсов стал «Холдинг МРСК».

Крупными игроками российской электроэнергетики с конца 2007 года стали германская компания E.ON, теперь контролирующая один из крупнейших энергоактивов — ОГК-4, итальянская ENEL теперь ключевой акционер ОГК-5. С 2008 года финский концерн Fortum контролирует бывшую ТГК-10.

Техническое развитие классической электроэнергетики России связывается введением в энергосистему более эффективных и маневренных парогазовых установок в том числе и в составе теплоцентралей.

Государственная политика

В 2009 году в России вступил в силу федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации», целью которого является стимулирование энергосбережения и повышения энерго-эффективности.

Реализация и концепции построения АСУ ТП ТЭС

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

Состав функций АСУ ТП

1. Информационные функции АСУ ТП по энергоблокам:
   • Оперативный контроль
   • Технологическая сигнализация
   • Расчет 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
   • Расчет 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

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.

Функционально-групповое управление (ФГУ).

Осуществляется путем декомпозиции и агрегирования, для разделения энергоблока на отдельные элементы или участки для децентрализованного управления ими. В результате ФГУ повышается надежность 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:

по котлу:

• питания водой,
• полами твердого 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.

Особенности возведения и эксплуатации

Выбор определенной модификации ГЭС определяется особенностями местности и расчетной эффективностью речного потока. Общая схема всех видов в обязательном порядке включает сорозаборные решетки на входных отверстиях, центр управления и контроля, площадку для обслуживания электрооборудования и трансформаторы, преобразующие вырабатываемое электричество в 220 V или другой необходимый стандарт напряжения.

Для сооружения генератора ГЭС используют распространенные унифицированные элементы. Все оборудование износостойкое, обладает большим сроком эксплуатации и минимальными требованиями к обслуживанию. Но в целом устройство каждой станции уникально. Конструкцию, привязанную к конкретному географическому району, нельзя повторить, как нельзя найти и две идентичные по условиям бассейна реки.

Разобравшись, как работает гидроэлектростанция, можно сформулировать ее преимущества относительно ТЭС и АЭС:

• вода — возобновляемый и чистый источник энергии;
• высокий КПД;
• отсутствие расходов на топливо;
• снижение затрат на обслуживание и персонал;
• низкий уровень риска аварий.

Причина, по которой выработка электроэнергии ГЭС составляет лишь около 20% от мирового производства электричества, заключается в необратимом влиянии на экосистему по всему руслу реки и ирригацию прилегающих территорий. Размеры всего гидроузла, включая водохранилище, достигают сотен тысяч га. До сих пор не существует надежных методов комплексной оценки масштабов такого влияния.