Тепловая энергетика

Реферат

:

Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия, что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны, человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов, среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества, практическое использование в народном хозяйстве достижений, поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепло- и электроэнергии и т.д.

Энерге́тика — область хозяйственно-экономической дея тельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

  • получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
  • передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
  • преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
  • передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи

Тепловая энергетика

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:

  • Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
  • Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
  • Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки

Тепловая электростанция (или тепловая электрическая станция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератор а.

17 стр., 8353 слов

Энергия в химическом производстве и массообменные процессы в аппаратах

... 2.2 Использование энергии в химической промышленности Химическое производство принадлежит к числу наиболее энергоемких. Так, если в продукции всей промышленности доля затрат на энергию составляет 2,5%, то в продукции нефтехимической и химической отраслей она достигает 8,9%. Химическая отрасль промышленности, ...

Электроэнергия на ТЭС вырабатывается на традиционных видах топлива (угле, газе, мазуте, торфе, горючих сланцах) при помощи мощных паровых турбин, приводящих в действие электрогенераторы. По особенностям технологического процесса ТЭС подразделяются на два вида.

Конденсаторные (КЭС), в которых прошедший через турбину отработанный пар охлаждается, конденсируется и вновь поступает в котел. Тяготея к источникам топлива и к регионам наибольшего потребления электроэнергии, они широко распространены в мире.

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), особенностью которых является то, что отработанный в турбине пар или горячая вода затем используются для отопления и горячего водоснабжения промышленной и коммунальной сферы. ТЭЦ строятся преимущественно в крупных городах, поскольку эффективная передача пара или горячей воды из-за высоких тепловых потерь в трубах возможна на расстоянии не более 20…25 км. Кроме того, чтобы уменьшить потери тепла, ТЭЦ необходимо дополнять небольшими подстанциями, которые должны размещаться вблизи от потребителя.

При всех указанных недостатках ТЭЦ представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и тепла, в связи с чем суммарный коэффициент полезного использования топлива повышается до 70 % против типовых значений 30…35 % на КЭС. При этом, как правило, максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.

Преимущества тепловых станций по сравнению с другими типами электростанций заключаются в следующем.

1. В относительно свободном территориальном размещении, связанном с широким распространением топливных ресурсов.

2. В способности (в отличие от ГЭС) вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний мощности.

3. В том, что площади отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение и эксплуатацию ТЭС, как правило, значительно меньше, чем это необходимо для АЭС и тем более для ГЭС,

4. ТЭС в связи с массовым освоением технологий их строительства сооружаются гораздо быстрее, чем ГЭС или АЭС, и их стоимость на единицу установленной электрической мощности значительно ниже по сравнению с АЭС и ГЭС.

В то же время ТЭС обладают и крупными, в большинстве случаев неустранимыми недостатками.

1. Для эксплуатации ТЭС обычно требуется гораздо больший персонал, чем для ГЭС и АЭС сопоставимой мощности, связанной с обслуживанием очень масштабного по объему топливного цикла.

2. ТЭС постоянно зависят от поставок невозобновляемых (и нередко привозных) топливных ресурсов (уголь, мазут, газ, реже торф и горючие сланцы).

3. ТЭС весьма критичны к многократным запускам и остановкам; смены режима их работы резко снижают эффективность, повышают расход топлива и приводят к повышенному износу основного оборудования.

18 стр., 8728 слов

Какие экономические ресурсы существуют. Кошелев А.Н. Национальная ...

... энергия ветра, воды) водные ресурсы Заменимые - это ресурсы, которые можно заменить другими, эк-ки более выгодными., Незаменимые - атмосферный воздух, питьевая вода. В экономическом плане природные ресурсы ... потребностей. В этом и заключается принцип ограниченности, редкости ресурсов. Ограниченность ресурсов, с помощью которых осуществляется процесс производства различных товаров, вынуждает делать ...

4. ТЭС характеризуются сравнительно низким КПД (как правило, до 40 %).

5. Именно ТЭС оказывают прямое и крайне неблагоприятное влияние на экологическую обстановку и являются самыми «грязными» источниками электроэнергии. Наибольший ущерб экологии окружающих регионов приносят станции на угле, особенно высокозольном. Среди ТЭС самыми экологически «чистыми» оказываются станции, использующие в своем технологическом процессе природный газ.

По оценкам экспертов, ТЭС всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно около 200…250 млн т золы, более 60 млн т сернистого ангидрида и большое количество углекислого газа (вызывающего так называемый парниковый эффект и приводящего к долгосрочным глобальным климатическим изменениям), при этом поглощая огромное количество кислорода. Кроме того, к настоящему времени установлено, что избыточный радиационный фон вокруг тепловых электростанций, работающих на угле, в

среднем в мире в 100 раз выше, чем вблизи АЭС такой же мощности (уголь в качестве микропримесей почти всегда содержит уран, торий и радиоактивный изотоп углерода).

Тем не менее хорошо отработанные технологии строительства, оборудования и эксплуатации ТЭС, а также относительная дешевизна их сооружения приводят к тому, что доля ТЭС в мировых энергобалансах в целом повышается, причем эксперты считают, что такая тенденция в обозримом будущем сохранится. По указанной причине совершенствованию технологий ТЭС и снижению влияния их недостатков во всем мире уделяется большое внимание.

В снабжении топливом основным направлением последних лет в наиболее развитых и богатых странах является перевод угольных и мазутных ТЭС на природный газ (прежде всего, для снижения экологической нагрузки на окружающую среду).

В Европе это в последние годы закреплено соответствующими директивами ЕС. Кроме того, новые стандарты экологической безопасности для ТЭС в развитых странах предусматривают обязательное оборудование станций многоступенчатыми системами улавливания и утилизации вредных пылевых и газовых выбросов (фильтры, катализаторные каскады и пр.).

В последнее время на ТЭС появляются и получают широкое распространение установки принципиально новых типов.

1. Газотурбинные установки (ГТУ), где вместо паровых турбин действуют газовые турбины на жидком или газообразном топливе, что в основном снимает крайне острую проблему водоснабжения ТЭС и тем самым позволяет размещать их в дефицитных по воде районах.

2. Парогазотурбинные установки (ПТУ), в которых тепло отработавших газов используется для подогрева воды с целью получения пара низкого давления в парогенераторах, за счет чего возможно существенно повысить коэффициент полезного использования топлива.

3. Магнитогидродинамические генераторы (МГДГ) для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.

Принцип работы МГДГ такой же, что и обычного электрогенератора: в проводнике, движущемся поперек магнитного поля, возникает электрический ток. При этом роль проводника в МГДГ играет так называемая низкотемпературная (2000…3ООО °С) плазма, возникающая в результате насыщения газообразных продуктов сгорания топлива легко ионизируемыми добавками.

ТЭС комбинированного цикла, использующие МГД-генераторы, считаются перспективными. Комбинация МГДГ с обычной газотурбинной или паротурбинной системой позволяет достичь КПД до 60 %. Станция с комбинированным циклом для получения каждого киловатт-часа электрической энергии расходует топлива на 50 % меньше, чем станция с обычным циклом. Кроме того, такие электростанции меньше загрязняют окружающую среду и имеют еще одно важное преимущество — способность быстро развивать максимальную мощность.

19 стр., 9182 слов

Энергетика на нетрадиционных возобновляемых источниках энергии. ...

... электроэнергию или стать неконкурентоспособными на рынке. 2. Что такое ВИЭ? Термин возобновляемые источники энергии (регенеративная или зеленая энергия) применяется по отношению к тем источникам энергии, ... топлива и электроэнергию, а также наличие во многих регионах страны ограничений на подключение к электрическим и газовым ... мощности в целом по возобновляемой энергетике по миру, группам стран и ...

Основной пока до конца не преодоленной проблемой широкого использования МГДГ является создание и промышленный выпуск недорогих конструкционных материалов, способных противостоять коррозии при высоких (2000 °С и выше) рабочих температурах газовой плазмы в МГД-установках. В настоящее время выпуск материалов с подобными характеристиками ограничен сферами специальной, прежде всего,военно-авиационной и ракетной техники.

Еще одной, считающейся достаточно перспективной технологией ТЭС является газовая микроэнергетика. При высокой теплотворной способности газ как топливо создает единственную экологическую опасность — токсичные окислы азота в продуктах горения. При этом в малых котлах их образуется в 5 раз меньше (на единицу вырабатываемой энергии), чем в больших, но существуют освоенные и простые методы снижения образования окислов азота путем подмешивания части дымовых газов к входящему воздуху, т. е. рециркуляции или дожигания дымовых газов.

Малые энергоустановки на газовом топливе, состоящие из газовой турбины (или даже двигателя внутреннего сгорания), турбогенератора и котла-утилизатора для комбинированной выработки электроэнергии и тепла, считаются вполне реальной основой газовой микроэнергетики. Особенно эффективна такая схема в тех случаях, когда потребителю необходимо только тепло (отопление, горячая вода); тогда достаточно установить на чердаке или в подвале здания небольшой, полностью автоматизированный газовый водогрейный котел.

Эффективность газовой микроэнергетики определяется прежде всего тем, что плотность потока энергии в газовой трубе, даже при невысоком давлении, примерно на два порядка выше, чем в трубе с горячей водой. Поэтому одну и ту же энергию можно передать в газовой трубе десятикратно меньшего диаметра.

Известно, что уложенные 50…70 лет назад газовые трубы в основном служат до сих пор, в то время как тепловые сети горячего водоснабжения и отопления приходится менять и ремонтировать гораздо чаще из-за коррозии металла (впрочем, использование современных полимерных труб частично снимает эту проблему).

Наконец, газ передается по трубам практически без потерь, в то время как в длинных магистралях водяного теплоснабжения теряется до 60 % тепла.

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля — 27 %, газа — 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира. Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

Большинство современной электроэнергии всего мира до сих пор вырабатывается на ТЭС — тепловых электростанциях. При этом в мире данные электростанции составляют свыше 60 процентов от всех имеющихся а в СНГ свыше 70 процентов. На тепловых электростанциях механизм перехода от одного вида энергии в другую следующий: тепловая энергия преобразуется в механическую, которая в свою очередь преобразуется в электрическую. Главным недостатком всех имеющихся ТЭС является использование ими невозобновляемых природных источников энергии.

17 стр., 8266 слов

Экономика освоения альтернативных источников энергии (на примере ЕС)

... энергии в мире, но вполне пригодными для децентрализованного энергоснабжения с возможными «нишами» даже в энергетике ... канонов, ибо многие их природные элементы не имеют стоимостной ... энергетики будущего и возможные ниши в ней для ВИЭ; обосновать правомерность причисления к ВИЭ атомных электростанций ... экономики и общества на ресурсно ограниченную и истощающуюся традиционную углеводородную энергетику ...

Конденсационные электростанции или сокращенно КЭС являются основными представителями семейства предприятий теплоэнергетики, из-за чего их довольно часто сокращенно именуют ТЭС.

Негативные стороны конденсационных электростанций заключаются

  • производят значительное загрязнение атмосферы на сравнительно небольшой окружающей территории;
  • происходит постепенное истощение природных ресурсов;
  • при работе КЭС отмечается низкий коэффициент полезного действия (в среднем он составляет 30 – 35 %);
  • конденсационные электростанции в большой степени находятся в зависимости от мест добычи источников топлива, на котором они работают;
  • значительная удаленность от источников потребления электрической энергии, т.к. значительное количество месторождений природного угля находится вдалеке от крупных электропотребителей.

Положительными сторонами КЭС являются следующие:

  • выработка электрической энергии происходит независимо от сезонов года, природных условий и времени суток;
  • то что КЭС располагаются на значительном удалении от крупных населенных пунктов позволяет снизить их влияние на здоровье значительного количества людей.

Теплоэлектроцентрали или ТЭЦ являются еще одним из звеньев ТЭС. Они кроме электрической энергии так же вырабатывают тепло, которое поставляется к местам назначения посредствам горячей воды и водяных паров.