Чем ТЭЦ отличается от ТЭС — принцип действия

Принцип работы ТЭС

ТЭС (теплоэлектростанция) является энергетическим объектом, который работает на основе термического преобразования энергии. Основные компоненты ТЭС включают турбину, генератор и котел.

Генерация электроэнергии в ТЭС

Процесс работы ТЭС начинается с того, что в котле происходит сжигание топлива. Это может быть природный газ, нефть, уголь или другие виды топлива. В результате сгорания выделяется тепловая энергия, которая передается воде в котле и превращает ее в пар.

Пар из котла поступает в турбину, где его энергия приводит в движение лопасти. Турбина соединена с генератором, который преобразует кинетическую энергию вращающейся части турбины в электрическую энергию.

Сгенерированная электроэнергия, проходит через трансформатор, где происходит ее преобразование в подходящее напряжение для передачи по электрическим сетям до потребителей. Таким образом, ТЭС генерирует и поставляет электроэнергию в систему электроснабжения.

Выработка тепла в ТЭС

В процессе работы ТЭС также осуществляется выработка тепловой энергии. Отходящий от турбины пар с высокой температурой и давлением поступает в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется обратно в воду. В результате этого процесса выделяется большое количество теплоты.

Выделенная теплота может быть использована в комбинированном теплоэлектрическом режиме работы ТЭС, где она передается в систему централизованного теплоснабжения и используется для обогрева домов, предприятий и других сооружений.

Эффективность ТЭС

Эффективность работы ТЭС зависит от многих факторов, включая тип используемого топлива, техническое состояние оборудования и режим работы. Обычно ТЭС может достигать высокой эффективности в процессе преобразования тепловой энергии топлива в электрическую энергию, а также использования выделенной теплоты.

Преимущества и недостатки ТЭС

Преимущества
Недостатки

• Высокая эффективность
• Гибкость работы
• Возможность использования различных видов топлива

• Высокая стоимость строительства
• Загрязнение окружающей среды при сжигании некоторых видов топлива
• Необходимость в постоянном ремонте и обслуживании

Как работают ТЭС на угле

Тепловые электростанции, которые применяют в качестве топлива уголь (и угольную пыль), загружают топливо в специальный котел и далее идет процесс горения – выработки пара – получения электроэнергии.

Новые технологии сжигания угля

Но прогресс не стоит на месте. Да, процент залежей угля на Земле считается до сих пор очень и очень большим, поэтому отказываться от такого источника энергии никто не будет. Но из-за значительного вреда окружающей среде и малой эффективности людям пришлось использовать новейшие технологии.

Метод «oxyfuel capture»

При его применении используют чистый кислород, все примеси удаляются. После сжигания топлива создается пар, дающий ход валу и турбине. А из дымовых газов убирают оксиды серы и золу, следом проводится остужение и превращение в жидкое состояние. Углекислый газ, который остался после данной процедуры, также трансформируется под большим давлением в жидкое состояние и закрывается глубоко под землей.

Метод «pre combustion»

Изящная смесь двух методов: привычного прежнего сжигания угля старым методом (с теплым воздухом) и новейших технологий. Суть состоит в том, что после сжигания (на первом этапе) из пара убирается зола и оксид серы. На втором: при использовании особого вещества удаляется углекислый газ. Дальше он также закрывается под землю.

Основные различия между ТЭС и ТЭЦ

• Принцип работы: ТЭС использует турбины для преобразования энергии потока пара в электроэнергию, а также использует тепло для подогрева воды, которая идет в систему отопления или горячего водоснабжения. ТЭЦ работают по схожему принципу, однако они также обычно имеют котлы, в которых сжигается топливо для энергопроизводства.
• Источник энергии: ТЭС обычно работают на паровых или газовых турбинах, получающих энергию от тепла, выделяющегося при сжигании угля, газа или нефти. ТЭЦ могут работать как на угле, газе или нефти, так и на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная или ветровая.
• Процесс очистки выхлопных газов: ТЭС часто имеют более сложные системы очистки от газовых выбросов, поскольку их основным источником энергии является сжигание угля. В то же время, у ТЭЦ, работающих на газе или нефти, выбросы газов обычно меньше и требуют меньшей очистки.
• Используемые топлива: ТЭС основываются в основном на использовании угля, газа или нефти. ТЭЦ также могут работать на этих топливах, но имеют большую гибкость в выборе топлива и могут работать на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная, ветровая или гидроэнергия.
• Энергетическая эффективность: ТЭС обычно имеют более высокую энергетическую эффективность, поскольку они используют высокотемпературный пар для преобразования энергии. ТЭЦ, работающие на газе или нефти, также могут быть эффективными, но обычно имеют более низкую эффективность.

В целом, ТЭС и ТЭЦ выполняют похожую функцию – производство электроэнергии и тепла, однако эти различия делают каждый из них более подходящим для определенных условий и требований производства энергии.

Преимущества и недостатки ТЭЦ

Тепловые электростанции (ТЭС) имеют как свои преимущества, так и недостатки, которые важны учитывать при оценке их работы и выборе энергетической системы.

• Преимущества ТЭЦ:
• Эффективность: ТЭЦ являются одними из самых эффективных энергетических систем, так как одновременно производят тепловую и электрическую энергию.
• Сообразность с уровнем потребления: ТЭЦ могут быть настроены для различных уровней потребления энергии, что позволяет более эффективно регулировать работу сети в зависимости от текущих нужд.
• Надежность и устойчивость: Большие ТЭЦ с мощной генерацией имеют высокую надежность работы и способны обеспечивать стабильную энергию для широкого региона.

• Недостатки ТЭЦ:
• Экологические проблемы: Существующие ТЭЦ могут негативно влиять на окружающую среду из-за выбросов парниковых газов и других загрязняющих веществ.
• Необходимость топлива: ТЭЦ требуют огромные объемы топлива для работы, что может вызывать проблемы с его поставкой и зависимостью от импорта.
• Неравномерность потребления: Пиковые нагрузки в сети могут приводить к неэффективному использованию ТЭЦ, так как они работают на постоянной нагрузке и не могут быстро реагировать на изменения потребления.

Требуется внимательный анализ и балансирование преимуществ и недостатков ТЭЦ, чтобы выбрать оптимальное энергетическое решение для каждого конкретного случая.

Преимущества ТЭС

• Сравнительно низкий ценовой показатель теплового ресурса, использующегося в ходе работы ТЭС, в сравнении с ценовыми категориями аналогичного ресурса, применяемого на атомных электростанциях.
• Строительство ТЭС, а также доведение объекта до состояния активной эксплуатации задействует меньшее привлечение денежных средств.
• ТЭС может территориально быть расположена в любой географической точке. Организация работы станции данного типа не потребует привязывания местонахождения станционной установки в непосредственной близости с определёнными природными ресурсами. Топливо может доставляться к станции из любого места мира с помощью автомобильного или железнодорожного видов транспорта.
• Сравнительно небольшой масштаб ТЭС позволяет производить их установку в условиях стран, где земля является в силу малой территории ценным ресурсом, к тому же существенно снижается процент земельной площади, попавшей в зону отчуждения и вывода из нужд сельского хозяйства.
• Стоимость топлива, вырабатываемого ТЭС, по сравнении с аналогичным дизельным, будет дешевле.
• Вырабатываемая энергии не зависит от сезонного колебания мощности, что свойственно ГЭС.
• Обслуживание и эксплуатационный процесс ТЭС характеризуются простотой.
• Технологический процесс возведения ТЭС массово освоен, что даёт возможность для их быстрого строительства, существенно экономящего при этом временные ресурсы.
• При завершении срока службы ТЭС их достаточно легко подвергнуть утилизации. Инфраструктурное подразделение ТЭС более долговечно по сравнению с основным оборудованием, представленным котлами и турбинами. Системы водоснабжения и теплоснабжения способны ещё длительный период времени после окончания срока службы сохранять свои качественные и технологические характеристики, они могут функционировать дальше после замены турбин и котлов.
• В ходе работы происходит выделение воды и пара, что может быть задействовано для организации отопительного процесса или в иных технологических задачах.
• Являются производителями около 80-ти % всей электроэнергии страны.
• Одновременная выработка электроэнергии и осуществление тепловой подачи при длительном сроке эксплуатации делают ТЭС экономичными системами.

Новые технологии сжигания угля

Необходимо сразу оговориться, что такие технологии рождаются беспрерывным потоком, сменяя одна другую. Газификация угля, получение термококса в соответствии с международными стандартами на основании технологии «zero emission», изобретение российскими учёными эффективнейшей методики сжигания смеси угля с солями металлов – новым способам и техникам нет конца.

Метод «oxyfuel capture»

Суть метода заключена в использовании кислорода, служащего окислителем. Поэтому процесс сгорания сопровождается получением пара, передающего свою энергию турбине.

Под воздействием электромагнитных фильтров из уходящих газов изымается зола, а за счёт подачи водяной струи смешанной с известняком оттуда же убирается оксид серы. Путём охлаждения из оставшейся смеси конденсируется вода, а углекислый газ подвергается сжатию под воздействием давления в 70 атмосфер и утилизации посредством захоронения в землю.

Одна из наиболее интересных технологий «чистых» угольных ТЭС последнего времени

Ценность метода «oxyfuel capture» заключена в попытке доказать практику нейтрализации всего набора вредных веществ, выделяемых в атмосферу при сжигании угля!

Метод «pre-combustion»

Здесь уголь смешивается с воздухом. Но в отличие от предыдущего способа, топливо предварительно греют.

Затем выполняют череду химических преобразований, приводящих к появлению водорода, что сгорает в газовой турбине и углекислого газа. После изъятия золы и оксида серы, CO₂ усваивается жидким абсорбентом, а затем удаляется и утилизируется.

Технологическая цепочка «pre-combustion»

Преимущества и недостатки ТЭС и ТЭЦ

ТЭС (тепловая электростанция) и ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) обеспечивают производство и распределение электроэнергии и тепла, но имеют ряд существенных отличий. Рассмотрим основные преимущества и недостатки каждого из этих типов электростанций.

Преимущества ТЭС:

• Возможность использовать различные виды топлива, включая газ, нефть, уголь и другие, что обеспечивает гибкость и независимость от источников энергии.
• Высокий уровень энергоэффективности, так как одновременно производится и электрическая и тепловая энергия.
• Относительно низкая стоимость электроэнергии, так как ТЭС используются для массового производства и обладают большой мощностью.
• Большая гибкость в планировании и изменении нагрузки, что позволяет регулировать производство электроэнергии в зависимости от потребностей.

Недостатки ТЭС:

• Высокий уровень выбросов вредных веществ при сжигании топлива, что негативно влияет на окружающую среду и здоровье людей.
• Зависимость от наличия или добычи топлива, что может приводить к нестабильности поставок и росту стоимости производства.
• Большой объем занимаемой территории для размещения энергоблока и промышленной инфраструктуры.

Преимущества ТЭЦ:

• Эффективное использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия, что позволяет снизить негативное влияние на окружающую среду.
• Более низкий уровень выбросов и меньшее воздействие на климатические изменения в сравнении с ТЭС.
• Меньшая зависимость от поставок и цен на ископаемое топливо.

Недостатки ТЭЦ:

• Высокая стоимость строительства и эксплуатации, особенно при использовании новых технологий и оборудования для производства энергии.
• Необходимость большой площади для размещения солнечных или ветровых панелей.
• Зависимость от климатических условий и естественных источников энергии, что может приводить к неравномерному и нестабильному производству электроэнергии.

В итоге, как ТЭС, так и ТЭЦ имеют свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при планировании и развитии энергетической инфраструктуры в стране. Выбор между этими двумя типами электростанций зависит от множества факторов, включая доступность и экономическую эффективность используемых источников энергии, а также приоритеты в области окружающей среды и здоровья человека.

Причины замены конденсатора на ТЭЦ

• Экономические соображения: Конденсаторы требуют существенных вложений на строительство и поддержание их работы. Замена конденсатора на другое устройство может снизить затраты на строительство и эксплуатацию станции.
• Улучшение энергетической эффективности: Некоторые устройства, заменяющие конденсатор, способны улучшить процесс конденсации пара и повысить общую энергетическую эффективность ТЭЦ. Это позволяет более эффективно использовать тепло и производить больше электроэнергии.
• Модернизация станции: Замена конденсатора на новое устройство может быть частью общего процесса модернизации тепловой электростанции. В результате модернизации станции улучшаются ее технические характеристики и повышается ее работоспособность.
• Инновационные технологии: Вместо конденсатора могут быть использованы новые технологии, которые лучше соответствуют современным требованиям и стандартам энергетической отрасли. Это может включать в себя технологии, основанные на использовании энергоэффективных материалов и процессов.

Сама замена конденсатора на ТЭЦ является сложным и технически непростым процессом, требующим глубоких знаний в области энергетики и механики. Однако, при соблюдении всех необходимых требований и правил, замена конденсатора на ТЭЦ может привести к снижению затрат и увеличению эффективности работы станции.

ТЭС: основные характеристики

ТЭС (тепловая электростанция) – это энергетический объект, на котором происходит одновременно выработка электроэнергии и тепловой энергии с использованием различных источников топлива. Основные характеристики ТЭС включают следующие аспекты:

1. Конструктивные особенности

ТЭС состоит из нескольких основных блоков: турбинного, генераторного, котельного и системы регулирования. Каждый блок выполняет свою функцию. Турбинный блок отвечает за преобразование механической энергии вращения турбины в электрическую энергию. Генераторный блок служит для преобразования электрической энергии в генераторе в энергию в виде переменного тока. Котельный блок отвечает за процесс сжигания топлива и нагрева воды для производства пара, который приводит в движение турбину. Система регулирования обеспечивает стабильность работы станции и контролирует множество параметров процесса.

2. Источники топлива

ТЭС может использовать различные источники топлива, такие как природный газ, уголь, нефть и ядерное топливо. Выбор источника топлива зависит от его доступности, стоимости и экологической приемлемости. При использовании нефти или газа происходит сгорание в котеле, а при использовании угля он предварительно дробится и сжигается в котле. Ядерные ТЭС используют процесс ядерного деления для производства тепла.

3. Процесс производства энергии

Процесс производства энергии на ТЭС начинается с подготовки топлива и его сжигания в котле. Сгорание топлива создает высокую температуру, которая приводит к нагреву воды и превращению ее в пар. Пар подается в турбину, где его энергия преобразуется в механическую энергию вращения. Турбина вращает генератор, который преобразует механическую энергию вращения в электрическую энергию.

4. Выработка электро- и тепловой энергии

Одной из основных характеристик ТЭС является способность одновременно вырабатывать электро- и тепловую энергию. Электроэнергия, производимая на станции, передается в энергосистему и затем распределяется потребителям. Тепловая энергия, освобождающаяся в процессе производства электроэнергии, может быть использована для отопления жилых и промышленных объектов, горячего водоснабжения и других целей.

5. Экологические аспекты

При работе ТЭС неизбежно происходит выброс шлаков, дыма, продуктов сгорания и других вредных веществ. Однако на современных ТЭС применяются специальные системы очистки отходящих газов, которые значительно снижают выбросы вредных веществ в атмосферу. Также, в некоторых ТЭС используются технологии совместного производства электро- и тепловой энергии, что помогает увеличить энергоэффективность и снизить негативное воздействие на окружающую среду.

6. Преимущества и недостатки

ТЭС обладает рядом преимуществ: высокая энергоэффективность, надежность в работе, возможность совместного производства электро- и тепловой энергии. Однако, у ТЭС есть и недостатки, такие как негативное воздействие на окружающую среду из-за выбросов вредных веществ и ограниченность доступности некоторых источников топлива.

Преимущества	Недостатки
Высокая энергоэффективность Возможность совместного производства электро- и тепловой энергии Надежность в работе	Отрицательное воздействие на окружающую среду Ограниченность доступности некоторых источников топлива

Как работает тепловая электростанция

В основе работы тепловой электростанции лежат свойства пара, которыми он обладает. Вода, превращенная в пар, несет в себе большое количество энергии. Именно эту энергию направляют на вращение турбин, которые должны вырабатывать электричество.

Как правило, на тепловых электростанциях в качестве топлива используется уголь. Выбор этого топлива очень логичен, ведь именно угля на нашей планете еще очень и очень много. В отличии от нефти и газа, которых пока хватает, но уже маячит перспектива истощения их запасов.

Калининградская ТЭЦ.

Выше я сказал, что 60 процентов получаемой в мире энергии вырабатывается ТЭС. Если говорить о станциях, которые работают на угле, их доля достигает примерно 25 процентов. Это лишний раз подтверждает, что угля у нас много.

Для работы станции его заранее измельчают. Это может делаться в рамках станционного комплекса, но проще это сделать где-то в другом месте.

Измельченный уголь попадает на станцию на начальном этапе производства энергии. При его сжигании разогревается котел, в который и попадает вода. Температура котла может меняться, но его главной задачей является максимальный нагрев пара. Сам пар получается из воды, которая так же поступает на станцию.

Когда вода нагревается в котле, она в виде пара попадает на отдельный блок генератора, где под большим давлением раскручивает турбины. Именно эти турбины и вырабатывают энергию.

Примерно так выглядят принцип работы тепловых электростанций.

Казалось бы, что на этом надо заканчивать, ”заправлять” в котлы новый уголь и подливать воду, но не все так просто. На этапе турбины у потерявшего свою силу и остывшего пара есть два пути. Первый — в циклическую систему повторного использования, второй — в магистраль теплоснабжения. Нагревать воду для отопления отдельно нет смысла. Куда проще отобрать ее после того, как она приняла участие в выработке электричества. Так получается намного эффективнее.

Остывшая вода попадает в градирни, где охлаждается и очищается от примесей серы и других веществ, которыми она насытилась. Охлаждение может показаться нелогичным, ведь это оборотная вода и ее все равно надо будет снова нагревать, но технологически охлаждение очень оправдано, ведь какое-то оборудование просто не может работать с горячей водой.

Принцип работы градирни.

После этого вода или проходит через системы предварительного подогрева, или сразу поступает в котлы. Примерно так и выглядит схема работы тепловой электростанции. Есть, конечно, тонкости вроде резервуаров, отстойников, каналов, змеевиков и прочего оборудования, но оно разнится от станции к станции и останавливаться на нем подробно не стоит. Такое оборудование не влияет на принцип работы электростанции, который я описал.

Так выглядит турбина, когда она открыта и находится на обслуживании.

Есть и другие электростанции, которые работают на мазуте, газе и других видах горючих материалов, извлекаемых из недр планеты, но принцип их работы примерно один и тот же — горячий водяной пар крутит турбину, а топливо используется для получения этого пара.

Газовые ТЭС

Важное пояснение: здесь газовые ТЭС подразумевают все возможные типы ныне действующих тепловых электростанций, а не только газотурбинные электростанции, но работающие именно на газе. Следующим шагом на пути к совершенствованию тепловых станций стало использование природного газа, что вполне закономерно

Хотя сам принцип работы газовой тепловой электростанции практически ничем не отличается от работы угольной ТЭС. Зато технико-экономические особенности-преимущества применения голубого топлива по сравнению с углём очевидны:

Следующим шагом на пути к совершенствованию тепловых станций стало использование природного газа, что вполне закономерно. Хотя сам принцип работы газовой тепловой электростанции практически ничем не отличается от работы угольной ТЭС. Зато технико-экономические особенности-преимущества применения голубого топлива по сравнению с углём очевидны:

• значительно меньшее в сравнении с углём загрязнение окружающей среды,
• отсутствие продуктов сгорания в виде золы и шлака,
• предварительно готовить топливо не нужно,
• повышенная возможность манёвра при увеличении или уменьшении нагрузки.

Кроме того, при работе теплоэлектростанций на парогазовых агрегатах значительно повышается КПД и эффективность работы ТЭС, так как процесс горения топлива организован непосредственно в самой газовой турбине.

Без соблюдения такого документа не работает ни одно газовое хозяйство современной тепловой электростанции

Когда появилась первая тепловая электростанция

Первая частная теплоэлектростанция, работающая на угле, созданная инженером из Германии Зигмундом Шуккертом, дала ток в 1878 году. Предназначалась она для освещения грота Венеры в саду замка Линденхорф, принадлежавшего Людовику Второму Баварскому.

Первая общественная угольная тепловая электростанция – осветительная станция Томаса Эдисона, начала свою работу в Лондоне 12 января 1882 года.

Первая коммерческая центральная тепловая электростанция, сооружённая компанией Edison Illuminating Company (основанной Томасом Эдисоном), что находилась в тот момент под руководством Фрэнсиса Аптона, заработала 4 сентября 1882 года. Расположена она была в деловом (финансовом) районе Манхэттена города Нью-Йорк, на улице Перл-Стрит 255-257.

Первая в мире ТЭСМиниатюра первой ТЭСРедкие миниатюры первой в мире тепловой станции, датируемые 1882-1890 годами

Станция работала на угле. Первый этаж здания занимали паровые котлы, второй – паровые и динамо-машины, третий и четвёртый – приборы измерения и контроля.

Источники энергии Первые электростанции

2.5к.15.12.2022

Выдающиеся инженерные и организаторские способности Т. Эдисона, помноженные на прагматическую расчётливость сказались и здесь. Теплоэлектростанция не только обеспечивала работу 400 осветительных ламп у 80 клиентов, но и отапливала ближние здания на Манхэттене. Впервые в истории реализуя принцип когенерации (совместного производства двух видов энергии – электричества и тепла) и, создавая предпосылку для будущего возникновения ТЭЦ.

Устройство ТЭС

Тепловая электростанция (ТЭС) — это энергетическая установка, которая работает на основе преобразования тепловой энергии, получаемой сжиганием топлива, в электрическую энергию. Устройство ТЭС включает следующие основные элементы:

1. Турбина

Турбина — основной элемент ТЭС, который преобразует кинетическую энергию рабочего тела во вращательное движение. В ТЭС чаще всего используются паровые турбины, которые работают на паре, получаемой путем нагрева воды в котле при помощи тепла, выделяющегося в результате сжигания топлива.

2. Генератор

Генератор — устройство, которое преобразует механическую энергию, полученную от турбины, в электрическую энергию. Он состоит из статора и ротора, и работает на принципе электромагнитной индукции. Когда ротор вращается, он создает переменное магнитное поле, которое в свою очередь генерирует переменное напряжение в статоре.

3. Котел

Котел — установка для преобразования тепловой энергии, основной источник которой — сжигание топлива, в пар, который затем используется для привода турбины. Котел содержит систему сгорания, теплообменник и другие элементы, необходимые для обеспечения стабильного процесса сжигания и выработки пара.

4. Топливная система

Топливная система — это комплекс устройств и оборудования для подготовки и доставки топлива в котел. Она включает в себя топливные бункеры, конвейеры, дробилки, питатели и другое оборудование, необходимое для подачи топлива в котел и его сжигания.

5. Система охлаждения

Система охлаждения — необходима для охлаждения различных узлов и систем ТЭС, в том числе турбины, генератора и котла. Охлаждение необходимо для поддержания оптимальной рабочей температуры и предотвращения перегрева оборудования. В ТЭС используются различные системы охлаждения, включая водяные, воздушные и смешанные системы.

6. Трансформаторная подстанция

Трансформаторная подстанция — это комплекс оборудования, который служит для перевода высокого напряжения, получаемого от генератора, на более низкое напряжение, подходящее для передачи по электрическим сетям. Трансформаторная подстанция включает в себя трансформаторы, регуляторы напряжения, коммутационные устройства и другие элементы.

7. Система управления и контроля

Система управления и контроля — это комплекс автоматических и ручных устройств и систем, которые контролируют работу всех узлов и систем ТЭС и позволяют операторам контролировать и управлять процессом работы. Она включает в себя датчики, регуляторы, пульты управления и другое оборудование.

Все эти элементы взаимодействуют друг с другом, обеспечивая непрерывную и безопасную работу тепловой электростанции.