Большая Советская Энциклопедия (ТЕ) - БСЭ БСЭ

.   (3)

  Из формулы (3), в частности, видим, что при T 1 = T 0 эксергия теплоты равна нулю.

  В наиболее полном варианте установки, преобразующие теплоту в механическую работу (теплосиловые установки), включают: рабочее тело, осуществляющее замкнутую последовательность термодинамических процессов (цикл); системы подвода теплоты к рабочему телу от какого-либо источника тепловой энергии; одну или несколько машин, воспринимающих работу рабочего тела или отдающих ему работу; систему отвода теплоты от рабочего тела в окружающую среду. По способу передачи теплоты к рабочему телу различают установки с внешним подводом (теплота подводится к рабочему телу от внешнего источника в теплообменнике) и установки с внутренним подводом (рабочее тело — продукты сгорания топлива).

  Тепловые электростанции. Основу современной Т. (1975) составляют теплосиловые установки паротурбинных электростанций, которые состоят из котлоагрегата и паровой турбины (так называемые паросиловые установки ). В СССР на таких электростанциях в 1975 было выработано более 80% всей электроэнергии. В крупных городах чаще всего строятся теплофикационные электростанции (ТЭЦ), а в районах с дешёвым топливом — конденсационные электростанции (КЭС).

  Отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что ТЭЦ отдаёт потребителю не только электроэнергию, но и теплоту с сетевой водой, нагретой в бойлерах до 150—170 °С. Сетевая вода по магистральным теплопроводам подаётся в жилые массивы и далее либо непосредственно, либо через промежуточные теплообменники направляется на отопление и горячее водоснабжение. Турбины ТЭЦ помимо регенеративных отборов пара имеют один или несколько регулируемых теплофикационных отборов. Такая турбина работает по графику теплового потребления, и в наиболее холодное время года пропуск пара в конденсатор практически равен нулю. Отопление от ТЭЦ экономичнее, чем от индивидуальных и даже центральных котельных, так как на ТЭЦ сетевая вода подогревается отработавшим паром, температура (а значит, и эксергия) которого лишь немногим выше температуры сетевой воды. В котельных для повышения экономичности используется теплота при максимальной температуре горения топлива.

  Упрощённая принципиальная схема конденсационной паротурбинной электростанции изображена на рис. В топке котлоагрегата сжигается топливо (уголь, мазут или природный газ). Необходимый для сгорания воздух, предварительно нагретый уходящими из котлоагрегата газами в рекуперативном воздухоподогревателе, подаётся в топку дутьевым вентилятором. Продукты сгорания отдают свою теплоту также воде и водяному пару в различных элементах котлоагрегата и с температурой 130—150 °С через золоуловитель поступают в дымосос, который выбрасывает их в дымовую трубу. Рабочее тело, преобразующее теплоту в механическую работу, — водяной пар. Перегретый водяной пар поступает из пароперегревателя и направляется в паровую турбину. Давление пара перед турбиной на крупных электростанциях достигает 35 Мн/м 2 при температуре 650 °С. В турбине пар поступает через неподвижные сопла в каналы, образованные криволинейными лопатками, закрепленными по окружности ротора, и, отдавая свою энергию, приводит ротор во вращение. Механическая энергия ротора турбины преобразуется в электроэнергию в электромеханическом генераторе. Паровая турбина чаще всего выполняется в двух или трёх корпусах. Пар, поступающий из первого корпуса турбины во второй, иногда вновь направляется в парогенератор для промежуточного перегрева в пароперегревателе. Отработав в турбине, пар конденсируется в конденсаторе, в котором поддерживается давление 0,003—0,005 Мн/м 2 и температура 25—29 °С. Полученный конденсат насосом подаётся в систему регенеративных подогревателей (где подогревается до 230—260 °С за счёт теплоты пара, отбираемого из турбины), а затем насосом — в экономайзер. После экономайзера вода поступает в барабан котла, а из него в размещенные на стенах топки экранные трубы, в которых происходит частичное испарение воды и из которых образовавшаяся пароводяная смесь возвращается в барабан, где насыщенный пар отделяется от воды и направляется в пароперегреватель и далее в турбину, а вода возвращается в экранные трубы. Для генерации пара сверхкритических параметров (давлением свыше 24 Мн/м 2 ) используют прямоточные котлы .

  Охлаждающая вода подаётся в конденсатор из естественных или искусственных водоёмов и, нагревшись в конденсаторе на несколько градусов, сбрасывается в этот же водоём. В конечном итоге температура охлаждающей воды возвращается к прежнему уровню за счёт испарения некоторой её части. При отсутствии достаточно больших водоёмов охлаждающая вода циркулирует в замкнутом контуре, отдавая теплоту воздуху в испарительных охладителях башенного типа — градирнях . В районах с недостатком воды применяют так называемые сухие градирни (градирни Геллерта), в которых охлаждающая вода отдаёт теплоту воздуху через стенку теплообменника.

  Одна из основных тенденций развития тепловых электростанций — увеличение мощности единичных агрегатов (парогенераторов и паровых турбин), что позволяет быстрыми темпами наращивать энерговооружённость народного хозяйства. В СССР (1976) на КЭС осваиваются энергетические блоки мощностью 800 Мвт (сооружается блок мощностью 1200 Мвт ), а на ТЭЦ — 250 Мвт.

  На газотурбинных электростанциях теплосиловая установка представляет собой газотурбинный двигатель (ГТД). В камеру сгорания ГДТ подаётся топливо (природный газ или мазут) и сжатый в компрессоре до нескольких Мн/м 2 воздух. Сгорание топлива ведётся при больших коэффициентах избытка воздуха (2—4), что снижает температуру продуктов сгорания, которые направляются в газовую турбину . После турбины продукты сгорания либо отдают в регенераторе часть своей теплоты воздуху, направляемому в камеру сгорания, либо (в упрощённых схемах) сбрасываются в дымовую трубу. Механическая энергия ротора турбины в электромеханическом генераторе превращается в электрическую энергию и частично расходуется на привод компрессора. Газотурбинные электростанции применяются для энергоснабжения магистральных газопроводов (где есть горючий газ под давлением) и в качестве пиковых электростанций для покрытия нагрузок в часы «пик». К середине 70-х гг. суммарная мощность газотурбинных электростанций в мире превысила 2,5 Гвт.

  Перспективны парогазотурбинные установки (ПГУ), в которых осуществляется комбинированный цикл газо- и паротурбинной установок. В зависимости от тепловой схемы различают: ПГУ, в которых пар давлением 0,6—0,7 Мн/м 2 из высоконапорного парогенератора направляется в паровую турбину, а продукты сгорания — в газовую турбину, служащую для привода воздушного компрессора и электромеханического генератора; ПГУ, у которых горячие отходящие газы газотурбинной установки поступают в топку парового котла для повышения в ней температуры или же которые служат для подогрева питателя воды в экономайзере котла. В ПГУ по сравнению с паротурбинными установками (тех же мощности и параметров) удельный расход теплоты на 4—6% меньше.

  На дизельных электростанциях (ДЭС), в отличие от тепловых и атомных электростанций, электромеханические генераторы приводятся во вращение не турбинами, а двигателями внутреннего сгорания — дизелями . ДЭС служат для снабжения электроэнергией районов, которые удалены от линии электропередачи и где невозможно сооружение тепловых или гидроэлектрических станций. Мощность отдельных стационарных дизельных электростанций превышает 2,2 Мвт.

  Атомные электростанции (АЭС). В подавляющем большинстве АЭС паротурбинные. От тепловых электростанций они отличаются тем, что вместо парогенератора с топкой они имеют ядерный реактор , в котором энергия деления ядер урана превращается в теплоту, отдаваемую теплоносителю первого контура, чаще всего воде. В теплообменнике (парогенераторе) этот теплоноситель передаёт теплоту рабочему телу (воде) второго энергопроизводящего контура, в результате чего рабочее тело (вода) испаряется, а полученный водяной пар направляется в паровую турбину. В некоторых случаях, в частности когда реактор охлаждается жидким металлом, между первым и вторым контуром из соображений безопасности вводится ещё один промежуточный контур с каким-либо теплоносителем.

  Первая в мире АЭС (мощность 5000 квт ) была построена в СССР в 1954. В 1964 суммарная мощность АЭС в мире составила 5 Гвт, а в 1974 — около 40 Гвт. По прогнозам к 1980 в мире на АЭС будет вырабатываться около 10% всей электроэнергии. Изменение структуры энергетического баланса в пользу АЭС определяется тем, что, хотя стоимость установленного квт на АЭС примерно на 80% выше, чем на др. тепловых электростанциях, расчётные затраты на производство электроэнергии примерно одинаковы. В дальнейшем следует ожидать повышения стоимости химического топлива, что сделает АЭС экономически более выгодными.