Stazioni di riscaldamento. Impianti di cogenerazione termica ed elettrica (CHP). Come funziona un impianto di cogenerazione? Con quale tipo di combustibile funziona un impianto di cogenerazione?

INTRODUZIONE 4

CENTRALI ELETTRICHE DA 1 CHP.. 5

1.1 Caratteristiche generali. 5

1.2 Schema schematico del CHP.. 10

1.3 Il principio di funzionamento della cogenerazione. undici

1.4 Consumo di calore ed efficienza della cogenerazione…………………..15

2 CONFRONTO DEI CHPPS RUSSI CON ESTERI .. 17

2.1 Cina. 17

2.2 Giappone. 18

2.3 India. 19

2.4 Regno Unito. 20

CONCLUSIONE. 22

RIFERIMENTI.. 23

INTRODUZIONE

La cogenerazione è il principale anello di produzione del sistema di teleriscaldamento. La costruzione di una centrale termica è una delle direzioni principali nello sviluppo dell'economia energetica nell'URSS e in altri paesi socialisti. Nei paesi capitalisti le centrali termoelettriche hanno una diffusione limitata (prevalentemente centrali termoelettriche industriali).

Gli impianti di cogenerazione (CHP) sono centrali elettriche con produzione combinata di elettricità e calore. Sono caratterizzati dal fatto che il calore di ogni chilogrammo di vapore prelevato dalla turbina viene utilizzato in parte per generare energia elettrica, e poi per i consumatori di vapore e acqua calda.

La cogenerazione è progettata per la fornitura centralizzata di calore ed elettricità alle imprese industriali e alle città.

La pianificazione della produzione tecnicamente ed economicamente giustificata nei cogeneratori consente di ottenere le massime prestazioni operative al minor costo di tutti i tipi di risorse di produzione, poiché nei cogeneratori il calore del vapore "speso" nelle turbine viene utilizzato per le esigenze di produzione, riscaldamento e fornitura di acqua calda.

CENTRALI ELETTRICHE CHP

Centrale termica ed elettrica combinata - una centrale elettrica che genera energia elettrica convertendo l'energia chimica del carburante in energia meccanica di rotazione dell'albero di un generatore elettrico.

caratteristiche generali

Centrale di cogenerazione - centrale termoelettrica , generando non solo energia elettrica, ma anche calore fornito ai consumatori sotto forma di vapore e acqua calda. L'utilizzo pratico del calore di scarto dei motori che fanno ruotare i generatori elettrici è una caratteristica distintiva della cogenerazione e si chiama Cogenerazione. La produzione combinata di due tipi di energia contribuisce ad un uso più economico del combustibile rispetto alla generazione separata di elettricità nelle centrali a condensazione e di energia termica negli impianti di caldaie locali. La sostituzione delle caldaie locali che utilizzano il carburante in modo irrazionale e inquinano l'atmosfera delle città e dei paesi con un sistema di riscaldamento centralizzato contribuisce non solo a un notevole risparmio di carburante, ma anche ad un aumento della purezza del bacino dell'aria , miglioramento delle condizioni igienico-sanitarie delle aree popolate.

La fonte iniziale di energia nei CHPP è il combustibile organico (nei CHPP con turbine a vapore e turbine a gas) o il combustibile nucleare (nei CHPP nucleari pianificati). I cogeneratori a turbina a vapore funzionanti con combustibili fossili (1976) sono prevalentemente distribuiti ( riso. 1), che, insieme alle centrali a condensazione, costituiscono la principale tipologia di centrali elettriche a turbina a vapore termico (TPES). Esistono impianti di cogenerazione di tipo industriale - per la fornitura di calore alle imprese industriali e di tipo riscaldamento - per il riscaldamento di edifici residenziali e pubblici, nonché per la fornitura di acqua calda. Il calore degli impianti di cogenerazione industriali viene trasferito su una distanza massima di diversi km(principalmente sotto forma di calore a vapore), dal riscaldamento - a una distanza massima di 20-30 km(sotto forma di calore dell'acqua calda).

L'attrezzatura principale dei CHPP con turbine a vapore sono le unità turbina che convertono l'energia della sostanza di lavoro (vapore) in energia elettrica e le unità caldaia , generazione di vapore per le turbine. Il gruppo turbina è costituito da una turbina a vapore e da un generatore sincrono. Le turbine a vapore utilizzate negli impianti di cogenerazione sono chiamate turbine combinate di calore ed elettricità (CT). Tra questi si distingue il TT: con una contropressione, solitamente pari a 0,7-1,5 Mn/M 2 (installato presso impianti di cogenerazione che forniscono vapore alle imprese industriali); con condensazione ed estrazione vapore sotto pressione 0,7-1,5 Mn/M 2 (per i consumatori industriali) e 0,05-0,25 Mn/M 2 (per i consumatori domestici); con condensazione ed estrazione vapore (riscaldamento) sotto pressione 0,05-0,25 Mn/M 2 .

Il calore disperso dai TA a contropressione può essere completamente utilizzato. Tuttavia, la potenza elettrica sviluppata da tali turbine dipende direttamente dall'entità del carico termico e, in assenza di quest'ultimo (come, ad esempio, accade in estate negli impianti di cogenerazione), non producono energia elettrica. Pertanto, i TA con contropressione vengono utilizzati solo se è previsto un carico termico sufficientemente uniforme per l'intera durata del funzionamento del cogeneratore (ovvero, principalmente nei cogeneratori industriali).

Nelle pompe di calore con condensazione ed estrazione di vapore, per fornire calore alle utenze viene utilizzato solo il vapore di estrazione, mentre il calore del flusso di vapore di condensazione viene ceduto all'acqua di raffreddamento nel condensatore e viene perso. Per ridurre le perdite di calore, tali TA dovrebbero funzionare per la maggior parte del tempo secondo il programma "termico", cioè con un passaggio minimo di "ventilazione" del vapore nel condensatore. In URSS sono stati sviluppati e costruiti HP con condensazione ed estrazione di vapore, in cui è previsto l'utilizzo del calore di condensazione: tali HP in condizioni di carico termico sufficiente possono funzionare come HP con contropressione. I CT con condensazione ed estrazione del vapore sono utilizzati prevalentemente nei CHPP come universali in termini di possibili modalità operative. Il loro utilizzo consente di regolare i carichi termici ed elettrici in modo quasi indipendente; in casi particolari, con carichi termici ridotti o in loro assenza, l'impianto di cogenerazione può funzionare secondo il programma “elettrico”, con la potenza elettrica necessaria, piena o quasi.

La potenza elettrica delle turbine di riscaldamento (a differenza delle unità a condensazione) viene preferibilmente scelta non in base ad una determinata scala di potenza, ma in base alla quantità di vapore fresco da esse consumato. Pertanto, in URSS, le grandi turbine di cogenerazione sono unificate proprio secondo questo parametro. Pertanto, le turbine R-100 con contropressione, PT-135 con estrazioni industriali e di riscaldamento e T-175 con estrazioni di riscaldamento hanno la stessa portata di vapore vivo (circa 750 T/H), ma di diversa potenza elettrica (rispettivamente 100, 135 e 175 MW). Le caldaie che generano vapore per tali turbine hanno la stessa capacità (circa 800 T/H). Tale unificazione consente di utilizzare turbine di vario tipo con la stessa attrezzatura termica di caldaie e turbine in un CHPP. In URSS, furono unificate anche le caldaie utilizzate per lavorare presso i TPP per vari scopi. Quindi, caldaie con una capacità di vapore di 1000 T/H utilizzato per fornire vapore come turbine di condensazione per 300 MW, e i TT più grandi del mondo con 250 MW.

Il carico termico degli impianti di cogenerazione non è uniforme durante tutto l’anno. Al fine di ridurre il costo delle apparecchiature elettriche principali, parte del calore (40-50%) durante i periodi di carico maggiore viene fornita ai consumatori dalle caldaie ad acqua calda di punta. La quota di calore rilasciata dalle apparecchiature elettriche principali al carico più elevato determina il valore del coefficiente di fornitura di calore CHP (solitamente pari a 0,5-0,6). Allo stesso modo, è possibile coprire i picchi del carico termico (vapore) industriale (circa il 10-20% del massimo) con caldaie a vapore a picco di pressione. Il rilascio del calore può essere effettuato secondo due schemi ( riso. 2). Con un circuito aperto, il vapore delle turbine viene inviato direttamente ai consumatori. Con un circuito chiuso, il calore viene fornito al liquido di raffreddamento (vapore, acqua) trasportato ai consumatori attraverso scambiatori di calore (vapore e vapore-acqua). La scelta dello schema è determinata in larga misura dal regime idrico del CHPP.

Le centrali termoelettriche utilizzano combustibili solidi, liquidi o gassosi. A causa della maggiore vicinanza delle centrali termoelettriche alle aree popolate, utilizzano combustibile più prezioso, inquinando meno l'atmosfera con emissioni solide - olio combustibile e gas - in modo più diffuso (rispetto alla centrale elettrica distrettuale statale). Per proteggere il bacino aereo dall'inquinamento da particelle solide vengono utilizzati collettori di cenere (come nella centrale elettrica distrettuale statale). , per la dispersione in atmosfera di particelle solide, ossidi di zolfo e di azoto si realizzano camini fino a 200-250 M. Gli impianti di cogenerazione costruiti vicino a consumatori di calore sono solitamente situati a notevole distanza dalle fonti d'acqua. Pertanto, la maggior parte delle centrali termoelettriche utilizza un sistema di approvvigionamento idrico circolante con raffreddatori artificiali - torri di raffreddamento. L’approvvigionamento idrico a flusso diretto negli impianti di cogenerazione è raro.

Negli impianti di cogenerazione a turbina a gas, le turbine a gas vengono utilizzate per azionare i generatori elettrici. La fornitura di calore ai consumatori viene effettuata grazie al calore prelevato dal raffreddamento dell'aria compressa dai compressori dell'impianto a turbina a gas e al calore dei gas scaricati nella turbina. Anche le centrali elettriche a ciclo combinato (dotate di turbine a vapore e turbine a gas) e le centrali nucleari possono funzionare come CHPP.

Riso. 1. Vista generale della centrale di cogenerazione.

Riso. Fig. 2. Gli schemi più semplici di centrali combinate di calore ed elettricità con varie turbine e vari schemi di rilascio di vapore: a - una turbina con contropressione ed estrazione di vapore, rilascio di calore - secondo uno schema aperto; b - turbina di condensazione con estrazione di vapore, rilascio di calore - secondo schemi aperti e chiusi; PC - caldaia a vapore; PP - surriscaldatore; PT - turbina a vapore; G - generatore elettrico; K - condensatore; P - estrazione regolata del vapore di produzione per le esigenze tecnologiche dell'industria; T - prelievo di calore regolabile per riscaldamento; TP - consumatore di calore; DA - carico di riscaldamento; KN e PN - pompe per condensa e alimentazione; LDPE e HDPE - riscaldatori ad alta e bassa pressione; D - disaeratore; PB - serbatoio dell'acqua di alimentazione; SP - riscaldatore di rete; CH - pompa di rete.

Diagramma schematico della cogenerazione

Riso. 3. Diagramma schematico della cogenerazione.

A differenza del CPP, il CHPP genera e distribuisce ai consumatori non solo energia elettrica, ma anche termica sotto forma di acqua calda e vapore.

Per fornire acqua calda vengono utilizzati riscaldatori di rete (caldaie), in cui l'acqua viene riscaldata dal vapore delle turbine di estrazione del calore alla temperatura richiesta. L'acqua nei riscaldatori di rete si chiama rete. Dopo il raffreddamento presso le utenze, l'acqua di rete viene nuovamente pompata tramite pompe ai riscaldatori di rete. La condensa della caldaia viene pompata al disaeratore.

Il vapore fornito alla produzione viene utilizzato dai consumatori degli impianti per vari scopi. La natura di questo utilizzo dipende dalla possibilità di restituire il condensato di produzione al CHPP KA. La condensa rientrata dalla produzione, se di qualità rispondente agli standard produttivi, viene inviata al disaeratore tramite una pompa installata a valle della vasca di raccolta. Altrimenti viene alimentato alla WLU per le opportune lavorazioni (dissalazione, addolcimento, deferrizzazione, ecc.).

La cogenerazione è solitamente dotata di veicoli spaziali a tamburo. Da queste navicelle, una piccola parte dell'acqua della caldaia viene scaricata con insufflaggio nell'espansore di spurgo continuo e poi attraverso lo scambiatore di calore viene scaricata nello scarico. L'acqua scaricata è chiamata acqua di spurgo. Il vapore ottenuto nell'espansore viene solitamente inviato al disaeratore.

Il principio di funzionamento della cogenerazione

Consideriamo lo schema tecnologico di base del CHPP (Fig. 4), che caratterizza la composizione delle sue parti, la sequenza generale dei processi tecnologici.

Riso. 4. Schema schematico dell'impianto di cogenerazione.

La struttura del CHPP prevede un risparmio di carburante (TF) e dispositivi per la sua preparazione prima della combustione (PT). Il risparmio di carburante comprende dispositivi di ricezione e scarico, meccanismi di trasporto, depositi di carburante, dispositivi per la preparazione preliminare del carburante (impianti di frantumazione).

I prodotti della combustione dei combustibili - fumi vengono aspirati dagli aspiratori fumi (DS) e scaricati in atmosfera attraverso camini (DTR). La parte non combustibile dei combustibili solidi cade nel forno sotto forma di scorie (Sh) e una parte significativa sotto forma di piccole particelle viene trasportata con i gas di combustione. Per proteggere l'atmosfera dal rilascio di ceneri volanti, davanti agli aspiratori di fumo sono installati collettori di ceneri (AS). Le scorie e le ceneri vengono solitamente rimosse in discariche di ceneri. L'aria necessaria per la combustione viene fornita alla camera di combustione tramite ventilatori. Aspiratori di fumo, un camino, ventilatori costituiscono l'impianto di tiraggio della stazione (TDU).

Le sezioni sopra elencate costituiscono uno dei principali percorsi tecnologici: il percorso carburante-gas-aria.

Il secondo percorso tecnologico più importante di una centrale elettrica a turbina a vapore è quello a vapore-acqua, compresa la parte vapore-acqua del generatore di vapore, un motore termico (TD), principalmente una turbina a vapore, un'unità di condensazione, compreso un condensatore ( K) e una pompa per la condensa (KN), un sistema di approvvigionamento idrico tecnico (TV) con pompe dell'acqua di raffreddamento (NOV), un impianto di trattamento e alimentazione dell'acqua, compreso il trattamento dell'acqua (VO), riscaldatori ad alta e bassa pressione (HPV e HDPE), pompe di alimentazione (PN), nonché condotte di vapore e acqua.

Nel sistema del percorso carburante-gas-aria, l'energia chimicamente legata del carburante durante la combustione nella camera di combustione viene rilasciata sotto forma di energia termica trasmessa per irraggiamento e convezione attraverso le pareti metalliche del sistema di tubi del generatore di vapore all'acqua e il vapore formato dall'acqua. L'energia termica del vapore viene convertita nella turbina nell'energia cinetica del flusso trasferito al rotore della turbina. L'energia meccanica di rotazione del rotore della turbina collegato al rotore di un generatore elettrico (EG) viene convertita nell'energia di una corrente elettrica, che viene portata, meno il proprio consumo, a un consumatore elettrico.

Il calore del fluido di lavoro che ha lavorato nelle turbine può essere utilizzato per le esigenze dei consumatori di calore esterni (TP).

Il consumo di calore si verifica nelle seguenti aree:

1. Consumo per scopi tecnologici;

2. Consumi per riscaldamento e ventilazione degli edifici residenziali, pubblici e industriali;

3. Consumi per altre necessità domestiche.

Il programma del consumo di calore tecnologico dipende dalle caratteristiche della produzione, dalla modalità di funzionamento, ecc. La stagionalità del consumo in questo caso si verifica solo in casi relativamente rari. Nella maggior parte delle imprese industriali, la differenza tra il consumo di calore invernale ed estivo per scopi tecnologici è insignificante. Una piccola differenza si ottiene solo nel caso di utilizzo di parte del vapore di processo per il riscaldamento, nonché a causa dell'aumento della perdita di calore in inverno.

Per i consumatori di calore, sulla base di numerosi dati operativi, vengono stabiliti indicatori energetici, ad es. norme sulla quantità di calore consumato da vari tipi di produzione per unità di produzione.

Il secondo gruppo di consumatori, fornito di calore per riscaldamento e ventilazione, è caratterizzato da una significativa uniformità del consumo di calore durante il giorno e da una forte disomogeneità del consumo di calore durante tutto l'anno: da zero in estate a un massimo in inverno.

La potenza termica del riscaldamento dipende direttamente dalla temperatura esterna, cioè da fattori climatici e meteorologici.

Quando il calore viene rilasciato dall'impianto, il vapore e l'acqua calda riscaldati nei riscaldatori della rete dal vapore proveniente dalle estrazioni delle turbine possono fungere da vettori di calore. La questione della scelta dell'uno o dell'altro liquido di raffreddamento e dei suoi parametri viene decisa in base ai requisiti della tecnologia di produzione. In alcuni casi, il vapore a bassa pressione utilizzato nella produzione (ad esempio, dopo i martelli a vapore) viene utilizzato per scopi di riscaldamento e ventilazione. A volte il vapore viene utilizzato per riscaldare gli edifici industriali per evitare l'installazione di un sistema di riscaldamento dell'acqua calda separato.

Lo scarico laterale del vapore a scopo di riscaldamento è chiaramente inappropriato, poiché il fabbisogno di riscaldamento può essere facilmente soddisfatto con acqua calda, lasciando condensare tutto il vapore del riscaldamento nella stazione.

Il rilascio di acqua calda per scopi tecnologici è relativamente raro. I consumatori di acqua calda sono solo le industrie che la utilizzano per il lavaggio a caldo e altri processi simili, e l'acqua inquinata non viene più restituita alla stazione.

L'acqua calda fornita per il riscaldamento e la ventilazione viene riscaldata nella stazione in riscaldatori di rete con vapore da una pressione di estrazione regolata di 1,17-2,45 bar. A questa pressione, l'acqua viene riscaldata ad una temperatura di 100-120.

Tuttavia, a basse temperature esterne, il rilascio di grandi quantità di calore a tale temperatura dell'acqua diventa impraticabile, poiché la quantità di acqua circolante nella rete e, di conseguenza, il consumo di energia per il suo pompaggio aumenta notevolmente. Pertanto, oltre ai riscaldatori principali alimentati con vapore da estrazione controllata, vengono installati riscaldatori di punta, ai quali viene fornito vapore riscaldante con una pressione di 5,85-7,85 bar da un'estrazione a pressione più elevata o direttamente dalle caldaie attraverso un gruppo di riduzione-raffreddamento. .

Maggiore è la temperatura iniziale dell'acqua, minore è il consumo energetico per l'azionamento delle pompe di rete, nonché il diametro dei tubi di calore. Attualmente, nei riscaldatori di punta, l'acqua viene spesso riscaldata dall'utenza ad una temperatura di 150 °C; con un carico puramente termico, di solito ha una temperatura di circa 70 °C.

1.4. Consumo di calore ed efficienza della cogenerazione

Le centrali di cogenerazione rilasciano elettricità e calore ai consumatori con il vapore che è stato scaricato nella turbina. Nell’Unione Sovietica è consuetudine distribuire i costi del calore e del carburante tra questi due tipi di energia:

2) per la produzione e cessione di calore:

	,	(3.3)
	,	(3.3a)

Dove - consumo di calore per un consumatore esterno; - rilascio di calore al consumatore; H t è l'efficienza della fornitura di calore da parte di un impianto a turbina, tenendo conto delle perdite di calore durante il suo rilascio (nei riscaldatori di rete, nei gasdotti, ecc.); H t = 0,98¸0,99.

Consumo di calore totale per l'impianto a turbina Q tu è costituito dall'equivalente termico della potenza interna della turbina 3600 N i, consumo di calore per un consumatore esterno Q t e perdita di calore nel condensatore della turbina Q j. L'equazione generale per il bilancio termico di un impianto a turbina di cogenerazione ha la forma

Per la cogenerazione nel suo complesso, tenendo conto dell'efficienza della caldaia a vapore H p.k ed efficienza del trasporto di calore H tr otteniamo:

	;	(3.6)
	.	(3.6a)

Il valore è fondamentalmente determinato da valore valore-valore.

La generazione di elettricità utilizzando il calore di scarto aumenta significativamente l’efficienza della generazione di elettricità nei CHPP rispetto ai CPP e porta a notevoli risparmi di carburante nel paese.

Conclusione della prima parte

Pertanto, l'impianto di cogenerazione non costituisce una fonte di inquinamento su larga scala dell'area di ubicazione. La pianificazione della produzione tecnicamente ed economicamente giustificata nei cogeneratori consente di ottenere le massime prestazioni operative al minor costo di tutti i tipi di risorse di produzione, poiché nei cogeneratori il calore del vapore "esaurito" nelle turbine viene utilizzato per le esigenze di produzione, riscaldamento e riscaldamento. fornitura d'acqua

CONFRONTO DEI CHPPS RUSSI CON ESTERI

I maggiori paesi produttori di elettricità al mondo sono gli Stati Uniti, la Cina, che producono il 20% della produzione mondiale, e Giappone, Russia e India, che sono 4 volte inferiori a loro.

Cina

Il consumo energetico della Cina entro il 2030, secondo le previsioni di ExxonMobil, sarà più che raddoppiato. In generale, la quota della Cina a questo punto rappresenterà circa 1/3 dell’aumento globale della domanda di elettricità. Questa dinamica, secondo ExxonMobil, è fondamentalmente diversa dalla situazione negli Stati Uniti, dove la previsione di crescita della domanda è molto moderata.

Attualmente, la struttura delle capacità di generazione della Cina è la seguente. Circa l’80% dell’elettricità generata in Cina è fornita da centrali termoelettriche alimentate a carbone, il che è associato alla presenza di grandi giacimenti di carbone nel paese. Il 15% è fornito da centrali idroelettriche, il 2% da centrali nucleari e l'1% rispettivamente da centrali a olio combustibile, centrali termoelettriche a gas e altre centrali elettriche (eoliche, ecc.). Per quanto riguarda le previsioni, nel prossimo futuro (2020) il ruolo del carbone nel settore energetico cinese rimarrà dominante, ma la quota dell’energia nucleare (fino al 13%) e quella del gas naturale (fino al 7%) 1 aumentare in modo significativo, il cui utilizzo migliorerà significativamente la situazione ambientale nelle città cinesi in rapido sviluppo.

Giappone

La capacità totale installata delle centrali elettriche in Giappone raggiunge i 241,5 milioni di kW. Di queste, il 60% sono centrali termoelettriche (comprese le centrali termoelettriche funzionanti a gas - 25%, olio combustibile - 19%, carbone - 16%). Le centrali nucleari rappresentano il 20%, le centrali idroelettriche il 19% della capacità totale di produzione di energia. In Giappone esistono 55 centrali termoelettriche con una capacità installata di oltre 1 milione di kW. I più grandi sono il gas: Kawagoe(Chubu Electric) - 4,8 milioni di kW, higashi(Tohoku Electric) - 4,6 milioni di kW, Kashima (Tokyo Electric) alimentata a petrolio - 4,4 milioni di kW e Hekinan (Chubu Electric) alimentata a carbone - 4,1 milioni di kW.

Tabella 1 - Produzione di elettricità nelle centrali termoelettriche secondo l'IEEJ-Institute of Energy Economics, Giappone (Institute of Energy Economics, Japan)

India

Circa il 70% dell’elettricità consumata in India è generata da centrali termoelettriche. Il programma di elettrificazione adottato dalle autorità del paese ha trasformato l'India in uno dei mercati più attraenti per gli investimenti e la promozione dei servizi di ingegneria. Negli ultimi anni, la repubblica ha adottato misure coerenti per creare un’industria dell’energia elettrica completa e affidabile. L'esperienza dell'India è notevole per il fatto che in un paese che soffre di carenza di materie prime idrocarburiche, viene perseguito attivamente lo sviluppo di fonti energetiche alternative. Una caratteristica del consumo di elettricità in India, rilevata dagli economisti della Banca Mondiale, è che la crescita dei consumi delle famiglie è fortemente limitata dalla mancanza di accesso all’elettricità per quasi il 40% dei residenti (secondo altre fonti, l’accesso all’elettricità è limitato per 43 % dei residenti urbani e 55% dei residenti rurali). Un’altra malattia dell’industria elettrica locale è l’inaffidabilità delle forniture. Le interruzioni di corrente sono una situazione comune anche nei grandi anni e nei centri industriali del paese.

Secondo l’Agenzia internazionale per l’energia, data l’attuale realtà economica, l’India è uno dei pochi paesi in cui si prevede un aumento costante del consumo di elettricità nel prossimo futuro. L'economia di questo paese, secondo al mondo in termini di popolazione, è una di quelle in più rapida crescita. Negli ultimi due decenni, la crescita media annua del PIL è stata del 5,5%. Nell’anno finanziario 2007/08, secondo l’Organizzazione Centrale di Statistica dell’India, il PIL ha raggiunto 1.059,9 miliardi di dollari, rendendo il paese la dodicesima economia più grande del mondo. Nella struttura del Pil dominano i servizi (55,9%), seguiti dall'industria (26,6%) e dall'agricoltura (17,5%). Allo stesso tempo, secondo dati non ufficiali, nel luglio di quest’anno nel paese è stato stabilito una sorta di record quinquennale: la domanda di elettricità ha superato l’offerta del 13,8%.

Oltre il 50% dell’elettricità indiana è generata da centrali termoelettriche alimentate a carbone. L'India è sia il terzo produttore mondiale di carbone che il terzo consumatore mondiale di questa risorsa, pur rimanendo un esportatore netto di carbone. Questo tipo di combustibile rimane il più importante ed economico per l'industria energetica dell'India, dove fino a un quarto della popolazione vive al di sotto della soglia di povertà.

Gran Bretagna

Oggi nel Regno Unito le centrali elettriche a carbone producono circa un terzo dell’elettricità di cui il Paese ha bisogno. Tali centrali elettriche emettono milioni di tonnellate di gas serra e particelle tossiche nell’atmosfera, quindi gli ambientalisti sollecitano costantemente il governo a chiudere immediatamente queste centrali elettriche. Ma il problema è che non c’è nulla per ricostituire quella parte di elettricità generata dalle centrali termoelettriche.

Conclusione della seconda parte

Pertanto, la Russia è inferiore ai maggiori paesi produttori di elettricità del mondo, Stati Uniti e Cina, che generano ciascuno il 20% della produzione mondiale, ed è alla pari con Giappone e India.

CONCLUSIONE

Questo saggio descrive i tipi di impianti di cogenerazione. Vengono presi in considerazione il diagramma schematico, lo scopo degli elementi strutturali e la descrizione del loro lavoro. L'efficienza principale della stazione è stata determinata.

Le caldaie a vapore e le turbine a vapore sono le unità principali di una centrale termica (TPP).

caldaia a vapore- si tratta di un dispositivo dotato di un sistema di superfici riscaldanti per ottenere vapore dall'acqua di alimentazione ad essa fornita in continuo, sfruttando il calore liberato durante la combustione del combustibile organico (Fig. 1).

Nelle moderne caldaie a vapore organizzate combustione in torcia di combustibile in un forno a camera, che è un albero verticale prismatico. Il metodo di combustione a torcia è caratterizzato dal movimento continuo del carburante insieme all'aria e ai prodotti della combustione nella camera di combustione.

Il combustibile e l'aria necessaria alla sua combustione vengono introdotti nel forno della caldaia tramite appositi dispositivi - bruciatori. Il forno nella parte superiore è collegato ad un albero verticale prismatico (a volte con due), chiamato dal tipo principale di scambio termico passante mia convettiva.

Nel forno, nella canna fumaria orizzontale e nell'albero convettivo sono presenti superfici riscaldanti realizzate sotto forma di un sistema di tubi in cui si muove il mezzo di lavoro. A seconda del metodo predominante di trasferimento del calore alle superfici riscaldanti, queste possono essere suddivise nei seguenti tipi: radiazione, radiazione-convettiva, convettiva.

Nella camera di combustione, lungo tutto il perimetro e lungo tutta l'altezza delle pareti, sono solitamente posizionati sistemi di tubi piatti - schermi del forno, che sono superfici riscaldanti radiative.

Riso. 1. Schema di una caldaia a vapore in una centrale termoelettrica.

1 - camera di combustione (forno); 2 - canna fumaria orizzontale; 3 - albero convettivo; 4 - schermi del forno; 5 - schermi a soffitto; 6 - pluviali; 7 - tamburo; 8 - surriscaldatore radiante-convettivo; 9 - surriscaldatore convettivo; 10 - economizzatore d'acqua; 11 - riscaldatore d'aria; 12 - ventola del ventilatore; 13 - collettori dello schermo inferiore; 14 - cassettiera per scorie; 15 - corona fredda; 16 - bruciatori. La figura non mostra il raccoglicenere e l'aspiratore fumi.

Nei moderni progetti di caldaie, gli schermi del forno sono realizzati con tubi ordinari (Fig. 2, UN), o da tubi alettati, saldati tra loro lungo le alette e formanti un continuo guscio a tenuta di gas(Fig. 2, B).

Viene chiamato un apparecchio in cui l'acqua viene riscaldata alla temperatura di saturazione economizzatore; nella superficie riscaldante che genera vapore (evaporativa) avviene la formazione di vapore e il suo surriscaldamento avviene in surriscaldatore.

Riso. 2. Schema di esecuzione degli schermi di combustione
a - da tubi ordinari; b - dai tubi delle alette

Il sistema di elementi tubolari della caldaia, in cui si muovono l'acqua di alimentazione, la miscela acqua-vapore e il vapore surriscaldato, costituisce, come già accennato, il suo percorso del vapore acqueo.

Per la rimozione continua del calore e per garantire un regime di temperatura accettabile del metallo delle superfici riscaldanti, viene organizzato un movimento continuo del mezzo di lavoro in esse. In questo caso, l'acqua nell'economizzatore e il vapore nel surriscaldatore li attraversano una volta. Il movimento del mezzo di lavoro attraverso le superfici riscaldanti (evaporative) che formano vapore può essere singolo o multiplo.

Nel primo caso si chiama la caldaia flusso diretto, e nel secondo - una caldaia con circolazione multipla(Fig. 3).

Riso. 3. Schema dei percorsi acqua-vapore delle caldaie
a - circuito a flusso diretto; b - schema a circolazione naturale; c - schema a circolazione forzata multipla; 1 - pompa di alimentazione; 2 — economizzatore; 3 - collezionista; 4 - tubi del vapore; 5 - surriscaldatore; 6 - tamburo; 7 - pluviali; 8 - pompa di circolazione forzata multipla.

Il percorso acqua-vapore di una caldaia a passaggio singolo è un sistema idraulico aperto, in tutti gli elementi del quale il mezzo di lavoro si muove sotto la pressione creata da pompa di alimentazione. Nelle caldaie a passaggio singolo non esiste una chiara separazione tra le zone dell'economizzatore, della generazione di vapore e del surriscaldamento. Le caldaie a passaggio unico funzionano a pressioni subcritiche e supercritiche.

Nelle caldaie a circolazione multipla è presente un circuito chiuso formato da un sistema di tubi riscaldati e non riscaldati, riuniti superiormente tamburo, e sotto - collettore. Il tamburo è un recipiente cilindrico orizzontale avente volumi di acqua e vapore, separati da una superficie chiamata specchio di evaporazione. Il collettore è un tubo di grande diametro smorzato alle estremità, nel quale sono saldati tubi di diametro inferiore lungo la lunghezza.

nelle caldaie con circolazione naturale(Fig. 3, b) l'acqua di alimentazione fornita dalla pompa viene riscaldata nell'economizzatore ed entra nel tamburo. Dal tamburo, attraverso tubi di scarico non riscaldati, l'acqua entra nel collettore inferiore, da dove viene distribuita in tubi riscaldati, nei quali bolle. I tubi non riscaldati sono riempiti con acqua avente una densità ρ´ e i tubi riscaldati sono riempiti con una miscela acqua-vapore avente una densità ρ cm, la cui densità media è inferiore ρ´ . Il punto inferiore del circuito - il collettore - è sottoposto da un lato alla pressione di una colonna d'acqua che riempie tubi non riscaldati, pari a Hρ´g e, dall'altro, la pressione Hρ cm g colonna di miscela acqua-vapore. La differenza di pressione risultante H(ρ´ - ρ cm)g provoca movimento nel circuito e viene chiamato motore della circolazione naturale S dv(Papà):

S dv =H(ρ´ - ρ cm)g,

Dove H- altezza del contorno; G- accelerazione di gravità.

A differenza del singolo movimento dell'acqua nell'economizzatore e del vapore nel surriscaldatore, il movimento del fluido di lavoro nel circuito di circolazione è multiplo, poiché attraversando i tubi generatori di vapore l'acqua non evapora completamente e il contenuto di vapore della miscela all'uscita degli stessi è del 3-20%.

Il rapporto tra la portata massica dell'acqua circolante nel circuito e la quantità di vapore formato nell'unità di tempo è chiamato rapporto di circolazione

R \u003d m in / m p.

Caldaie a circolazione naturale R= 5-33, e nelle caldaie a circolazione forzata - R= 3-10.

Nel tamburo il vapore risultante viene separato dalle gocce d'acqua ed entra nel surriscaldatore e quindi nella turbina.

Nelle caldaie a circolazione forzata multipla (Fig. 3, V) per migliorare la circolazione è installato in aggiunta pompa di circolazione. Ciò consente di disporre meglio le superfici riscaldanti della caldaia, consentendo il movimento della miscela acqua-vapore non solo lungo tubi generatori di vapore verticali, ma anche lungo quelli inclinati e orizzontali.

Poiché la presenza di due fasi nelle superfici di formazione del vapore - acqua e vapore - è possibile solo a pressione subcritica, le caldaie a tamburo funzionano a pressioni inferiori a quelle critiche.

La temperatura nel forno nella zona di combustione della torcia raggiunge i 1400-1600°C. Pertanto, le pareti della camera di combustione sono realizzate in materiale refrattario e la loro superficie esterna è ricoperta da un isolamento termico. Parzialmente raffreddati nel forno, i prodotti della combustione con temperatura di 900-1200°C entrano nella canna fumaria orizzontale della caldaia, dove viene lavato il surriscaldatore, e quindi inviati al pozzo convettivo, nel quale riscaldatore, economizzatore d'acqua e l'ultima superficie riscaldante nel corso dei gas - Riscaldatore d'aria, in cui l'aria viene riscaldata prima di essere immessa nel forno della caldaia. Vengono chiamati i prodotti della combustione dietro questa superficie gas di scarico: hanno una temperatura di 110-160°C. Poiché un ulteriore recupero di calore a una temperatura così bassa non è redditizio, i gas di scarico vengono rimossi nel camino mediante un aspiratore di fumo.

La maggior parte dei forni a caldaia funziona con un leggero vuoto di 20-30 Pa (2-3 mm di colonna d'acqua) nella parte superiore della camera di combustione. Nel corso dei prodotti della combustione la rarefazione nel percorso dei gas aumenta e ammonta a 2000-3000 Pa davanti agli aspiratori fumi, provocando l'ingresso di aria atmosferica attraverso perdite nelle pareti della caldaia. Diluiscono e raffreddano i prodotti della combustione, riducono l'efficienza di utilizzo del calore; inoltre, ciò aumenta il carico degli aspiratori di fumo e aumenta il consumo di elettricità per la loro azionamento.

Recentemente sono state create caldaie pressurizzate, quando la camera di combustione e i condotti del gas funzionano sotto la pressione eccessiva creata dai ventilatori, e non sono installati aspiratori di fumo. Affinché la caldaia possa funzionare sotto pressione, è necessario eseguire questa operazione a tenuta di gas.

Le superfici riscaldanti delle caldaie sono realizzate in acciai di vari gradi, a seconda dei parametri (pressione, temperatura, ecc.) e della natura del mezzo che si muove al loro interno, nonché del livello di temperatura e dell'aggressività dei prodotti della combustione con cui sono in contatto.

La qualità dell'acqua di alimentazione è essenziale per il funzionamento affidabile della caldaia. Una certa quantità di solidi sospesi e sali disciolti, nonché ossidi di ferro e rame, formati a seguito della corrosione delle apparecchiature della centrale elettrica, viene continuamente immessa nella caldaia con essa. Una piccolissima parte dei sali viene trasportata via dal vapore generato. Nelle caldaie a circolazione multipla, viene trattenuta la quantità principale di sali e quasi tutte le particelle solide, per cui il loro contenuto nell'acqua della caldaia aumenta gradualmente. Quando l'acqua bolle in una caldaia, i sali cadono dalla soluzione e sulla superficie interna dei tubi riscaldati compaiono incrostazioni che non conducono bene il calore. Di conseguenza, i tubi ricoperti da uno strato di incrostazioni dall'interno non vengono sufficientemente raffreddati dal mezzo che si muove al loro interno, per questo motivo vengono riscaldati dai prodotti della combustione ad alta temperatura, perdono la loro resistenza e possono collassare sotto l'influenza di pressione interna. Pertanto parte dell'acqua ad alta concentrazione salina deve essere rimossa dalla caldaia. Viene fornita acqua di alimentazione con una concentrazione inferiore di impurità per reintegrare la quantità di acqua rimossa. Questo processo di sostituzione dell'acqua in un circuito chiuso si chiama spurgo continuo. Molto spesso, il soffiaggio continuo viene effettuato dal tamburo della caldaia.

Nelle caldaie a passaggio singolo, a causa dell'assenza di un tamburo, non vi è uno scarico continuo. Pertanto sono richiesti requisiti particolarmente elevati alla qualità dell'acqua di alimentazione di queste caldaie. Sono forniti mediante pulizia speciale della condensa della turbina dopo il condensatore impianti di trattamento della condensa e un trattamento adeguato delle acque di reintegro negli impianti di trattamento delle acque.

Il vapore prodotto da una moderna caldaia è probabilmente uno dei prodotti più puri prodotti dall'industria in grandi quantità.

Quindi, ad esempio, per una caldaia a passaggio singolo funzionante a pressione supercritica, il contenuto di contaminanti non deve superare i 30-40 µg/kg di vapore.

Le moderne centrali elettriche funzionano con un'efficienza piuttosto elevata. Il calore speso per il riscaldamento dell'acqua di alimentazione, la sua evaporazione e la produzione di vapore surriscaldato costituisce il calore utile utilizzato. Q1.

La principale perdita di calore nella caldaia avviene con i gas di scarico. Q2. Inoltre, potrebbero esserci delle perdite Domanda 3 da incompletezza chimica della combustione, dovuta alla presenza di CO nei fumi , H2 , CH4; perdite dovute alla combustione meccanica del combustibile solido Q4 associato alla presenza di particelle di carbonio incombusto nelle ceneri; perdite nell'ambiente attraverso le strutture che racchiudono la caldaia e i condotti del gas Q5; e, infine, perdite con calore fisico delle scorie Q6.

denotando q 1 \u003d Q 1 / Q, q 2 \u003d Q 2 / Q ecc., otteniamo il rendimento della caldaia:

ok =Q 1 /Q= Q 1 =1-(q 2 +q 3 +q 4 +q 5 +q 6 ),

Dove Qè la quantità di calore rilasciata durante la combustione completa del combustibile.

La perdita di calore con i gas di scarico è del 5-8% e diminuisce con la diminuzione dell'aria in eccesso. Perdite minori corrispondono ad una combustione praticamente senza eccesso d'aria, quando al forno viene fornito solo il 2-3% in più di aria rispetto a quella teoricamente necessaria per la combustione.

Il rapporto tra il volume d'aria effettivo V D fornito al forno al teoricamente necessario V T per la combustione del carburante è chiamato coefficiente di eccesso d'aria:

α \u003d V D / V T ≥ 1 .

Diminuire α può portare ad una combustione incompleta del carburante, ad es. ad un aumento delle perdite con underburning chimico e meccanico. Pertanto, prendendo q5 E q6 costante, impostare un eccesso d'aria a, al quale corrisponde la somma delle perdite

q2 + q3 + q4 → min.

L'eccesso di aria ottimale viene mantenuto da controllori elettronici automatici del processo di combustione che modificano la fornitura di carburante e aria con le variazioni del carico della caldaia, garantendo al tempo stesso la modalità più economica del suo funzionamento. L'efficienza delle caldaie moderne è del 90-94%.

Tutti gli elementi della caldaia: superfici riscaldanti, collettori, tamburi, tubazioni, rivestimento, impalcature e scale di servizio sono montati su un telaio, che è una struttura a telaio. Il telaio poggia sulla fondazione o è sospeso alle travi, ad es. poggia sulle strutture portanti dell'edificio. La massa della caldaia insieme al telaio è piuttosto significativa. Quindi, ad esempio, il carico totale trasferito alle fondazioni attraverso le colonne del telaio della caldaia con capacità di vapore D\u003d 950 t / h, è 6000 t Le pareti della caldaia sono ricoperte dall'interno con materiali refrattari e dall'esterno con isolamento termico.

L'uso di schermi a tenuta di gas porta ad un risparmio di metallo per la fabbricazione di superfici riscaldanti; inoltre, in questo caso, al posto del rivestimento in mattoni refrattari, le pareti sono rivestite solo con isolante termico morbido, che consente di ridurre il peso della caldaia del 30-50%.

Le caldaie stazionarie energetiche prodotte dall'industria russa sono contrassegnate come segue: E - caldaia a vapore a circolazione naturale senza surriscaldamento intermedio del vapore; Ep - caldaia a vapore a circolazione naturale con riscaldamento del vapore; Pp - caldaia a vapore a passaggio singolo con riscaldamento intermedio a vapore. La designazione della lettera è seguita da numeri: il primo è la produzione di vapore (t / h), il secondo è la pressione del vapore (kgf / cm 2). Ad esempio, PK - 1600 - 255 significa: una caldaia a vapore con forno a camera con rimozione delle scorie secche, produzione di vapore 1600 t / h, pressione del vapore 255 kgf / cm 2.

L'elettricità viene prodotta nelle centrali elettriche utilizzando l'energia nascosta in varie risorse naturali. Come si può vedere dalla Tav. 1.2, ciò avviene principalmente negli impianti termoelettrici (TPP) e nucleari (NPP) che funzionano secondo il ciclo termico.

Tipologie di centrali termoelettriche

In base alla tipologia di energia generata e fornita, gli impianti termoelettrici si dividono in due tipologie principali: centrali a condensazione (CPP), destinate esclusivamente alla produzione di energia elettrica, e impianti di cogenerazione, o impianti di cogenerazione (CHP). Le centrali elettriche a condensazione che funzionano con combustibili fossili sono costruite vicino ai luoghi di produzione e le centrali termiche si trovano vicino ai consumatori di calore: imprese industriali e aree residenziali. Anche i CHPP funzionano con combustibili fossili, ma a differenza dei CPP, generano sia energia elettrica che termica sotto forma di acqua calda e vapore per scopi industriali e di riscaldamento. I principali combustibili di queste centrali elettriche comprendono: carbone solido, antracite, semi-antracite, lignite, torba, scisto; liquidi - oli combustibili e gassosi - naturali, coke, altoforno, ecc. gas.

Tabella 1.2. La generazione di elettricità nel mondo

Le centrali nucleari sono prevalentemente del tipo a condensazione che utilizzano l'energia del combustibile nucleare.

A seconda del tipo di centrale termica per l'azionamento di un generatore elettrico, le centrali elettriche si dividono in turbine a vapore (STU), turbine a gas (GTP), a ciclo combinato (CCGT) e centrali elettriche con motori a combustione interna (DPP).

A seconda della durata del lavoro TPP durante tutto l'anno in base alla copertura delle curve di carico energetico, caratterizzate dal numero di ore di utilizzo della capacità installata τ a st , si è soliti classificare gli impianti in: di base (τ a st > 6000 h/anno); semi-picco (τ a st = 2000 - 5000 h/anno); picco (τ a st< 2000 ч/год).

Si chiamano centrali elettriche di base quelle che trasportano il massimo carico costante possibile per la maggior parte dell'anno. Nell'industria energetica mondiale, le centrali nucleari, i CPP altamente economici e le centrali termiche vengono utilizzati come base quando funzionano secondo il programma di riscaldamento. I carichi di punta sono coperti da centrali idroelettriche, centrali ad accumulazione con pompaggio, turbine a gas, che hanno manovrabilità e mobilità, cioè avvio e arresto rapidi. Le centrali elettriche di punta si attivano nelle ore in cui è necessario coprire la parte di punta del programma giornaliero di carico elettrico. Le centrali elettriche di semi-picco, con una diminuzione del carico elettrico totale, vengono trasferite a una capacità ridotta o messe in stand-by.

Secondo la struttura tecnologica, le centrali termoelettriche si dividono in blocchi e non blocchi. Con uno schema a blocchi, le apparecchiature principali e ausiliarie di una turbina a vapore non hanno collegamenti tecnologici con le apparecchiature di un'altra installazione della centrale elettrica. Nelle centrali elettriche a combustibili fossili, il vapore viene fornito a ciascuna turbina da una o due caldaie ad essa collegate. Con uno schema TPP non a blocchi, il vapore proveniente da tutte le caldaie entra in una linea comune e da lì viene distribuito alle singole turbine.

Nelle centrali elettriche a condensazione che fanno parte di grandi sistemi energetici, vengono utilizzati solo sistemi a blocchi con riscaldamento successivo del vapore. Vengono utilizzati circuiti non bloccati con reticolazione di vapore e acqua senza surriscaldamenti intermedi.

Il principio di funzionamento e le principali caratteristiche energetiche delle centrali termoelettriche

L'elettricità nelle centrali elettriche viene prodotta utilizzando l'energia nascosta in varie risorse naturali (carbone, gas, petrolio, olio combustibile, uranio, ecc.), secondo un principio abbastanza semplice, implementando la tecnologia di conversione dell'energia. Lo schema generale del TPP (vedi Fig. 1.1) riflette la sequenza di tale trasformazione di alcuni tipi di energia in altri e l'utilizzo di un fluido di lavoro (acqua, vapore) nel ciclo di una centrale termoelettrica. Il carburante (in questo caso il carbone) brucia in una caldaia, riscalda l'acqua e la trasforma in vapore. Il vapore viene immesso in turbine che convertono l'energia termica del vapore in energia meccanica e azionano i generatori per generare elettricità (vedere sezione 4.1).

Una moderna centrale termica è un'impresa complessa, che comprende un gran numero di apparecchiature diverse. La composizione delle apparecchiature della centrale dipende dallo schema termico scelto, dal tipo di combustibile utilizzato e dal tipo di sistema di approvvigionamento idrico.

L'attrezzatura principale della centrale comprende: caldaia e unità turbina con un generatore elettrico e un condensatore. Queste unità sono standardizzate in termini di potenza, parametri del vapore, prestazioni, tensione e corrente, ecc. Il tipo e la quantità delle apparecchiature principali di una centrale termoelettrica corrispondono alla potenza specificata e alla modalità prevista di funzionamento. Sono inoltre presenti apparecchiature ausiliarie che servono a fornire calore ai consumatori e utilizzare il vapore delle turbine per riscaldare l'acqua di alimentazione delle caldaie e soddisfare le esigenze della centrale elettrica. Ciò comprende apparecchiature per sistemi di alimentazione di combustibile, un impianto di deaerazione-alimentazione, un impianto di condensazione, un impianto di riscaldamento (per un impianto di cogenerazione), sistemi di approvvigionamento idrico tecnico, fornitura di petrolio, riscaldamento rigenerativo dell'acqua di alimentazione, trattamento chimico dell'acqua, distribuzione e trasmissione di elettricità (vedere Sezione 4).

Tutti gli impianti con turbine a vapore utilizzano il riscaldamento rigenerativo dell'acqua di alimentazione, che aumenta significativamente l'efficienza termica e complessiva della centrale, poiché negli schemi con riscaldamento rigenerativo, i flussi di vapore scaricati dalla turbina ai riscaldatori rigenerativi funzionano senza perdite nella fonte fredda (condensatore) . Allo stesso tempo, a parità di potenza elettrica del turbogeneratore, diminuisce la portata di vapore nel condensatore e, di conseguenza, il rendimento le installazioni sono in crescita

Il tipo di caldaia a vapore utilizzata (vedere sezione 2) dipende dal tipo di combustibile utilizzato nella centrale elettrica. Per i combustibili più comuni (carbone fossile, gas, olio combustibile, freztorf), vengono utilizzate caldaie con disposizione a U, a T e a torre e una camera di combustione progettata per un particolare tipo di combustibile. Per i combustibili con cenere fusibile vengono utilizzate caldaie con rimozione della cenere liquida. Allo stesso tempo, si ottiene un'elevata cattura della cenere nel forno (fino al 90%) e si riduce l'usura abrasiva delle superfici riscaldanti. Per gli stessi motivi, per i combustibili ad alto contenuto di ceneri come gli scisti bituminosi e gli scarti della preparazione del carbone, vengono utilizzate caldaie a vapore con disposizione a quattro passaggi. Nelle centrali termoelettriche, di norma vengono utilizzate caldaie a tamburo o a passaggio singolo.

Turbine e generatori elettrici sono coerenti su una scala di potenza. Ogni turbina corrisponde ad un certo tipo di generatore. Per le centrali termoelettriche a condensazione a blocco, la potenza delle turbine corrisponde alla potenza delle unità e il numero di unità è determinato dalla potenza della centrale. Le unità moderne utilizzano turbine a condensazione da 150, 200, 300, 500, 800 e 1200 MW con riscaldamento a vapore.

I CHPP utilizzano turbine (vedere sottosezione 4.2) con contropressione (tipo P), con condensazione ed estrazione di vapore industriale (tipo P), con condensazione e una o due estrazioni di calore (tipo T), nonché con condensazione, vapore industriale ed estrazione di calore (tipo PT). Le turbine del tipo PT possono avere anche una o due estrazioni di calore. La scelta del tipo di turbina dipende dall'entità e dal rapporto dei carichi termici. Se prevale il carico termico allora oltre alle turbine PT si possono installare turbine del tipo T con estrazione del calore, mentre se prevale il carico industriale si possono installare turbine del tipo PR e R con estrazione industriale e contropressione.

Attualmente, negli impianti di cogenerazione, gli impianti con una potenza elettrica di 100 e 50 MW, che funzionano con parametri iniziali di 12,7 MPa, 540–560 ° C, sono gli impianti più utilizzati. Per gli impianti di cogenerazione nelle grandi città sono stati realizzati impianti con una capacità elettrica di 175-185 MW e 250 MW (con turbina T-250-240). Le unità con turbine T-250-240 sono modulari e funzionano a parametri iniziali supercritici (23,5 MPa, 540/540°C).

Una caratteristica del funzionamento delle centrali elettriche nella rete è che la quantità totale di energia elettrica da esse generata in un dato momento deve corrispondere pienamente all'energia consumata. La maggior parte delle centrali elettriche operano in parallelo nel sistema energetico integrato, coprendo il carico elettrico totale del sistema, e il CHPP copre contemporaneamente il carico termico della sua area. Sono presenti centrali elettriche locali destinate a servire il territorio e non collegate al sistema elettrico generale.

Viene chiamata una rappresentazione grafica della dipendenza del consumo energetico nel tempo programma di carico elettrico. I programmi giornalieri del carico elettrico (Fig. 1.5) variano a seconda del periodo dell'anno, del giorno della settimana e sono generalmente caratterizzati da un carico minimo durante la notte e un carico massimo nelle ore di punta (parte di picco del grafico). Insieme ai programmi giornalieri, di grande importanza sono i programmi annuali del carico elettrico (Fig. 1.6), costruiti secondo i programmi giornalieri.

I grafici del carico elettrico vengono utilizzati nella pianificazione dei carichi elettrici di centrali e sistemi elettrici, nella distribuzione dei carichi tra singole centrali e unità elettriche, nei calcoli per la scelta della composizione delle apparecchiature di lavoro e di riserva, determinando la potenza installata richiesta e la riserva necessaria, il numero e potenza unitaria delle unità, nello sviluppo di piani di riparazione delle apparecchiature e nella determinazione della riserva di riparazione, ecc.

Quando funzionano a pieno carico, le apparecchiature della centrale elettrica sviluppano valori nominali o la più lunga potenza (capacità), che è la principale caratteristica del passaporto dell'unità. A questa potenza massima (produttività), l'unità deve funzionare a lungo ai valori nominali dei parametri principali. Una delle caratteristiche principali di una centrale elettrica è la sua capacità installata, definita come la somma delle capacità nominali di tutti i generatori elettrici e degli impianti di riscaldamento, tenendo conto della riserva.

Il funzionamento della centrale è caratterizzato anche dal numero di ore di utilizzo capacità installata, che dipende dalla modalità operativa della centrale elettrica. Per le centrali elettriche a carico di base, il numero di ore di utilizzo della capacità installata è di 6.000–7.500 ore/anno e per quelle che operano in modalità di carico di punta, inferiore a 2.000–3.000 ore/anno.

Il carico al quale l'unità funziona con la massima efficienza è chiamato carico economico. Il carico continuo nominale può essere pari a quello economico. A volte è possibile il funzionamento a breve termine di apparecchiature con un carico superiore del 10-20% rispetto al carico nominale con efficienza inferiore. Se l'attrezzatura della centrale elettrica funziona stabilmente con il carico di progetto ai valori nominali dei parametri principali o quando cambiano entro limiti accettabili, questa modalità viene chiamata stazionaria.

Vengono chiamate modalità di funzionamento con carichi stabili, ma diversi da quelli calcolati, o con carichi variabili non stazionario o modalità variabili. Con le modalità variabili, alcuni parametri rimangono invariati e hanno valori nominali, mentre altri cambiano entro determinati limiti consentiti. Pertanto, a carico parziale dell'unità, la pressione e la temperatura del vapore a monte della turbina possono rimanere nominali, mentre il vuoto nel condensatore e i parametri del vapore nelle estrazioni cambieranno in proporzione al carico. Sono possibili anche modalità non stazionarie, quando cambiano tutti i parametri principali. Tali modalità si verificano, ad esempio, quando si avvia e si arresta l'attrezzatura, si scarica e si solleva il carico su un turbogeneratore, quando si opera su parametri variabili e sono chiamate non stazionarie.

Il carico termico della centrale viene utilizzato per processi tecnologici e impianti industriali, per il riscaldamento e la ventilazione di edifici industriali, residenziali e pubblici, per il condizionamento dell'aria e per le esigenze domestiche. Per scopi industriali, la pressione del vapore è generalmente richiesta tra 0,15 e 1,6 MPa. Tuttavia, al fine di ridurre le perdite durante il trasporto ed evitare la necessità di drenaggio continuo dell'acqua dalle comunicazioni, il vapore viene rilasciato dalla centrale leggermente surriscaldato. Per il riscaldamento, la ventilazione e le esigenze domestiche, l'impianto di cogenerazione fornisce solitamente acqua calda con una temperatura compresa tra 70 e 180°C.

Il carico termico, determinato dal consumo di calore per i processi produttivi e per il fabbisogno domestico (fornitura di acqua calda), dipende dalla temperatura dell'aria esterna. Nelle condizioni dell'Ucraina in estate questo carico (così come quello elettrico) è inferiore rispetto a quello invernale. I carichi di calore industriali e domestici cambiano durante il giorno, inoltre, il carico di calore medio giornaliero della centrale elettrica, speso per il fabbisogno domestico, cambia nei giorni feriali e nei fine settimana. I grafici tipici delle variazioni del carico termico giornaliero delle imprese industriali e della fornitura di acqua calda di un'area residenziale sono mostrati nelle Figure 1.7 e 1.8.

L'efficienza del funzionamento del TPP è caratterizzata da vari indicatori tecnici ed economici, alcuni dei quali valutano la perfezione dei processi termici (efficienza, calore e consumo di carburante), mentre altri caratterizzano le condizioni in cui opera il TPP. Ad esempio, nella fig. 1.9 (a, b) mostra i bilanci termici approssimativi di CHP e IES.

Come si può vedere dalle figure, la generazione combinata di energia elettrica e termica fornisce un aumento significativo dell'efficienza termica delle centrali elettriche grazie alla diminuzione delle perdite di calore nei condensatori delle turbine.

Gli indicatori più importanti e completi del funzionamento del TPP sono il costo dell'elettricità e del calore.

Le centrali termoelettriche presentano sia vantaggi che svantaggi rispetto ad altri tipi di centrali elettriche. Si possono indicare i seguenti vantaggi del TPP:

• distribuzione territoriale relativamente libera associata all'ampia distribuzione delle risorse di carburante;
• la capacità (a differenza degli HPP) di generare energia senza fluttuazioni stagionali di potenza;
• l'area di alienazione e ritiro dalla circolazione economica dei terreni per la costruzione e il funzionamento delle centrali termoelettriche, di norma, è molto inferiore a quella necessaria per le centrali nucleari e idroelettriche;
• Le centrali termoelettriche vengono costruite molto più velocemente delle centrali idroelettriche o delle centrali nucleari e il loro costo unitario per unità di capacità installata è inferiore rispetto alle centrali nucleari.
• Allo stesso tempo, i TPP presentano importanti svantaggi:
• il funzionamento delle centrali termoelettriche richiede solitamente molto più personale rispetto alle centrali idroelettriche, il che è associato alla manutenzione di un ciclo del combustibile su larga scala;
• il funzionamento dei TPP dipende dalla fornitura di risorse combustibili (carbone, olio combustibile, gas, torba, scisti bituminosi);
• la variabilità delle modalità operative delle centrali termoelettriche riduce l'efficienza, aumenta il consumo di carburante e comporta una maggiore usura delle apparecchiature;
• Le centrali termoelettriche esistenti sono caratterizzate da un rendimento relativamente basso. (principalmente fino al 40%);
• Le centrali termoelettriche hanno un impatto diretto e negativo sull'ambiente e non sono fonti di elettricità "pulite" dal punto di vista ambientale.
• Il danno maggiore all’ecologia delle regioni circostanti è causato dalle centrali elettriche a carbone, in particolare dal carbone ad alto contenuto di ceneri. Tra i TPP, i più “puliti” sono le stazioni che utilizzano gas naturale nel loro processo tecnologico.

Secondo gli esperti, le centrali termoelettriche di tutto il mondo emettono ogni anno circa 200-250 milioni di tonnellate di ceneri, oltre 60 milioni di tonnellate di anidride solforosa, una grande quantità di ossidi di azoto e anidride carbonica (causando il cosiddetto effetto serra e portando a cambiamento climatico globale a lungo termine), assorbendo grandi quantità di ossigeno. Inoltre, è ormai accertato che il fondo di radiazione in eccesso attorno alle centrali termoelettriche alimentate a carbone è, in media, 100 volte superiore nel mondo rispetto a quello vicino a una centrale nucleare della stessa potenza (il carbone contiene quasi sempre uranio, torio e un isotopo radioattivo del carbonio come impurità in tracce). ). Tuttavia, le tecnologie consolidate per la costruzione, l'attrezzatura e il funzionamento delle centrali termoelettriche, nonché i costi inferiori della loro costruzione, portano al fatto che le centrali termoelettriche rappresentano la maggior parte della produzione mondiale di elettricità. Per questo motivo viene prestata molta attenzione al miglioramento delle tecnologie TPP e alla riduzione del loro impatto negativo sull’ambiente in tutto il mondo (vedi Sezione 6).

L’energia elettrica fa ormai parte della nostra vita da tempo. Anche il filosofo greco Talete scoprì nel VII secolo a.C. che l'ambra, indossata sulla lana, comincia ad attrarre gli oggetti. Ma per molto tempo nessuno prestò attenzione a questo fatto. Solo nel 1600 apparve per la prima volta il termine “Elettricità” e nel 1650 Otto von Guericke creò una macchina elettrostatica sotto forma di una sfera di zolfo montata su un’asta metallica, che consentiva di osservare non solo l’effetto dell’attrazione, ma anche l'effetto di repulsione. È stata la prima semplice macchina elettrostatica.

Sono passati molti anni da allora, ma ancora oggi, in un mondo pieno di terabyte di informazioni, quando puoi scoprire tutto ciò che ti interessa, per molti rimane un mistero come viene prodotta l'elettricità, come viene consegnata a casa, in ufficio , impresa...

Diamo un'occhiata a questi processi in alcune parti.

Parte I. Generazione di energia elettrica.

Da dove viene l’energia elettrica? Questa energia appare da altri tipi di energia: termica, meccanica, nucleare, chimica e molti altri. Su scala industriale, l'energia elettrica viene ottenuta nelle centrali elettriche. Considera solo i tipi più comuni di centrali elettriche.

1) Centrali termoelettriche. Oggi possono essere combinati da un termine: GRES (centrale elettrica distrettuale statale). Naturalmente, oggi questo termine ha perso il suo significato originale, ma non è passato all'eternità, ma è rimasto con noi.

Le centrali termoelettriche si dividono in diversi sottotipi:

UN) Una centrale a condensazione (CPP) è una centrale termoelettrica che produce esclusivamente energia elettrica; questo tipo di centrale deve il suo nome alle peculiarità del principio di funzionamento.

Principio di funzionamento: L'aria e il combustibile (gassoso, liquido o solido) vengono forniti alla caldaia tramite pompe. Si scopre una miscela aria-carburante che brucia nel forno della caldaia, rilasciando un'enorme quantità di calore. In questo caso l'acqua passa attraverso il sistema di tubazioni, che si trova all'interno della caldaia. Il calore rilasciato viene ceduto a quest'acqua, mentre la sua temperatura aumenta e viene portata ad ebollizione. Il vapore ricevuto nella caldaia va nuovamente alla caldaia per surriscaldarlo al di sopra del punto di ebollizione dell'acqua (a una determinata pressione), quindi entra nella turbina a vapore attraverso le condutture del vapore, nelle quali il vapore funziona. Man mano che si espande, la sua temperatura e pressione diminuiscono. In questo modo l'energia potenziale del vapore viene trasferita alla turbina e quindi convertita in energia cinetica. La turbina, a sua volta, aziona il rotore di un alternatore trifase, che si trova sullo stesso albero della turbina e produce energia.

Diamo uno sguardo più da vicino ad alcuni elementi dell'IES.

Turbina a vapore.

Il flusso di vapore acqueo entra attraverso le alette di guida delle pale curvilinee fissate sulla circonferenza del rotore e, agendo su di esse, provoca la rotazione del rotore. Tra le file di scapole, come puoi vedere, ci sono degli spazi vuoti. Sono lì perché il rotore è stato rimosso dall'alloggiamento. Anche le file di lame sono integrate nel corpo, ma sono fisse e servono a creare l'angolo di incidenza desiderato del vapore sulle lame mobili.

Le turbine a vapore a condensazione vengono utilizzate per convertire la massima parte possibile del calore del vapore in lavoro meccanico. Funzionano con l'immissione (scarico) dei vapori esausti nel condensatore, mantenuto sotto vuoto.

Una turbina e un generatore che si trovano sullo stesso albero sono chiamati turbogeneratore. Alternatore trifase (macchina sincrona).

Consiste in:

Che aumenta la tensione ad un valore standard (35-110-220-330-500-750 kV). In questo caso, la corrente diminuisce in modo significativo (ad esempio, con un aumento della tensione di 2 volte, la corrente diminuisce di 4 volte), il che consente di trasmettere potenza su lunghe distanze. Va notato che quando parliamo di classe di tensione, intendiamo la tensione lineare (fase-fase).

La potenza attiva prodotta dal generatore viene regolata modificando la quantità di vettore energetico, modificando allo stesso tempo la corrente nell'avvolgimento del rotore. Per aumentare la potenza attiva in uscita, è necessario aumentare la fornitura di vapore alla turbina, mentre aumenterà la corrente nell'avvolgimento del rotore. Non bisogna dimenticare che il generatore è sincrono, il che significa che la sua frequenza è sempre uguale alla frequenza della corrente nel sistema di alimentazione e la modifica dei parametri del vettore energetico non influirà sulla frequenza della sua rotazione.

Inoltre, il generatore genera anche potenza reattiva. Può essere utilizzato per regolare la tensione di uscita entro piccoli limiti (ovvero non è il mezzo principale di regolazione della tensione nel sistema di alimentazione). Funziona in questo modo. Quando l'avvolgimento del rotore è sovraeccitato, ad es. quando la tensione sul rotore supera il valore nominale, il "surplus" di potenza reattiva viene fornito al sistema di alimentazione e quando l'avvolgimento del rotore è sottoeccitato, la potenza reattiva viene consumata dal generatore.

Pertanto, nella corrente alternata, parliamo di potenza totale (misurata in volt-ampere - VA), che è uguale alla radice quadrata della somma di attiva (misurata in watt - W) e reattiva (misurata in volt-ampere reattivi - VAR) potenza.

L'acqua nel serbatoio serve a rimuovere il calore dal condensatore. Tuttavia, a questo scopo vengono spesso utilizzate le piscine spray.

o torri di raffreddamento. Le torri di raffreddamento sono la torre Fig. 8

o ventilatore Fig.9

Le torri di raffreddamento sono disposte quasi allo stesso modo, con l'unica differenza che l'acqua scorre lungo i radiatori, trasferisce loro il calore e sono già raffreddate dall'aria forzata. In questo caso parte dell'acqua evapora e viene trasportata nell'atmosfera.
L'efficienza di tale centrale elettrica non supera il 30%.

B) Centrale elettrica a turbina a gas.

In una centrale elettrica a turbina a gas, il turbogeneratore non è azionato dal vapore, ma direttamente dai gas prodotti dalla combustione del carburante. In questo caso è possibile utilizzare solo gas naturale, altrimenti la turbina si fermerà rapidamente a causa dell'inquinamento da prodotti della combustione. Efficienza al carico massimo 25-33%

Efficienze molto più elevate (fino al 60%) possono essere ottenute combinando cicli a vapore e a gas. Tali impianti sono detti impianti a ciclo combinato. Invece di una caldaia convenzionale, hanno una caldaia a recupero di calore che non dispone di bruciatori propri. Riceve calore dalla turbina a gas di scarico. Attualmente, i CCGT vengono introdotti attivamente nelle nostre vite, ma finora non ce ne sono molti in Russia.

IN) Centrali di cogenerazione (divenute parte integrante delle grandi città per molto tempo). Fig.11

La CHPP è strutturalmente organizzata come una centrale elettrica a condensazione (CPP). La particolarità di questo tipo di centrale è che può generare contemporaneamente sia energia termica che elettrica. A seconda del tipo di turbina a vapore, esistono vari metodi di estrazione del vapore, che consentono di prelevarne vapore con parametri diversi. In questo caso, parte del vapore o tutto il vapore (a seconda del tipo di turbina) entra nel riscaldatore di rete, gli cede calore e lì si condensa. Le turbine di cogenerazione consentono di regolare la quantità di vapore per esigenze termiche o industriali, consentendo alla cogenerazione di funzionare in diverse modalità di carico:

termico - la generazione di energia elettrica è completamente dipendente dalla generazione di vapore per esigenze industriali o di riscaldamento.

elettrico - il carico elettrico è indipendente da quello termico. Inoltre, i cogeneratori possono funzionare in modalità completamente a condensazione. Ciò può essere necessario, ad esempio, in caso di forte carenza di potenza attiva in estate. Un tale regime è sfavorevole per i CHPP, perché l'efficienza diminuisce notevolmente.

La produzione simultanea di elettricità e calore (cogenerazione) è un processo redditizio in cui l'efficienza della centrale aumenta notevolmente. Quindi, ad esempio, l'efficienza calcolata di un CPP è al massimo del 30% e per un CHP è di circa l'80%. Inoltre, la cogenerazione consente di ridurre le emissioni termiche inattive, il che ha un effetto positivo sull'ecologia dell'area in cui è situato il CHPP (rispetto a se esistesse un CPP della stessa capacità).

Diamo uno sguardo più da vicino alla turbina a vapore.

Le turbine a vapore di cogenerazione comprendono turbine con:

contropressione;

Estrazione vapore regolabile;

Selezione e contropressione.

Le turbine con contropressione funzionano con lo scarico del vapore non nel condensatore, come in IES, ma nel riscaldatore di rete, cioè tutto il vapore che è passato attraverso la turbina va al fabbisogno di riscaldamento. La progettazione di tali turbine presenta uno svantaggio significativo: il programma del carico elettrico dipende completamente dal programma del carico termico, ovvero tali dispositivi non possono prendere parte alla regolazione operativa della frequenza corrente nel sistema di alimentazione.

Nelle turbine con estrazione controllata del vapore, questo viene estratto nella quantità richiesta negli stadi intermedi, scegliendo gli stadi di estrazione del vapore adatti in questo caso. Questo tipo di turbina è indipendente dal carico termico e la regolazione della potenza attiva in uscita può essere regolata in misura maggiore rispetto ad un impianto di cogenerazione a contropressione.

Le turbine di estrazione e di contropressione combinano le funzioni delle prime due tipologie di turbine.

Le turbine di cogenerazione degli impianti di cogenerazione non sono sempre in grado di modificare il carico termico in un breve periodo di tempo. Per coprire i picchi di carico e talvolta per aumentare la potenza elettrica trasferendo le turbine alla modalità di condensazione, nel CHPP vengono installate caldaie per acqua calda di punta.

2) Centrali nucleari.

Attualmente in Russia esistono 3 tipi di impianti di reattori. Il principio generale del loro funzionamento è approssimativamente simile al funzionamento dell'IES (ai vecchi tempi, le centrali nucleari erano chiamate GRES). La differenza fondamentale è solo che l'energia termica non si ottiene nelle caldaie a combustibili fossili, ma nei reattori nucleari.

Considera i due tipi più comuni di reattori in Russia.

1) Reattore RBMK.

Una caratteristica distintiva di questo reattore è che il vapore per la rotazione della turbina viene prodotto direttamente nel nocciolo del reattore.

Nucleo RBMK. Fig.13

è costituito da colonne verticali di grafite nelle quali sono presenti fori longitudinali, nei quali sono inseriti tubi in lega di zirconio e acciaio inossidabile. La grafite funge da moderatore di neutroni. Tutti i canali sono suddivisi in canali carburante e CPS (sistema di controllo e protezione). Hanno diversi circuiti di raffreddamento. Una cassetta (FA - gruppo combustibile) con aste (TVEL - elemento combustibile) è inserita nei canali del combustibile, all'interno dei quali si trovano pellet di uranio in un guscio sigillato. È chiaro che è da loro che ricevono energia termica, che viene trasferita a un vettore di calore che circola continuamente dal basso verso l'alto ad alta pressione: l'acqua ordinaria, ma molto ben purificata dalle impurità.

L'acqua, passando attraverso i canali del carburante, evapora parzialmente, la miscela acqua-vapore scorre da tutti i singoli canali del carburante a 2 tamburi separatori, dove avviene la separazione (separazione) del vapore dall'acqua. L'acqua entra nuovamente nel reattore con l'aiuto di pompe di circolazione (su 4 in totale per circuito) e il vapore passa attraverso le condotte del vapore fino a 2 turbine. Quindi il vapore si condensa nel condensatore, si trasforma in acqua, che ritorna al reattore.

La potenza termica del reattore è controllata solo da barre assorbitrici di neutroni al boro che si muovono nei canali CPS. L'acqua che raffredda questi canali va dall'alto verso il basso.

Come puoi vedere, non ho ancora mai menzionato il contenitore del reattore. Il fatto è che in realtà l'RBMK non ha uno scafo. La zona attiva, di cui vi ho appena parlato, è collocata in un pozzo di cemento, in cima è chiusa con un coperchio del peso di 2000 tonnellate.

La figura mostra la protezione biologica superiore del reattore. Ma non bisogna aspettarsi che sollevando uno dei blocchi si possa vedere lo sfiato giallo-verde della zona attiva, no. La copertura stessa si trova molto più in basso e sopra di essa, nello spazio fino alla protezione biologica superiore, c'è uno spazio per i canali di comunicazione e aste assorbenti completamente rimosse.

Tra le colonne di grafite viene lasciato spazio per l'espansione termica della grafite. In questo spazio circola una miscela di gas azoto ed elio. In base alla sua composizione, viene giudicata la tenuta dei canali del carburante. Il nucleo RBMK è progettato per interrompere non più di 5 canali, se ne vengono depressurizzati altri, il coperchio del reattore si staccherà e i canali rimanenti si apriranno. Un tale sviluppo di eventi causerà una ripetizione della tragedia di Chernobyl (qui non intendo il disastro provocato dall'uomo in sé, ma le sue conseguenze).

Considera i vantaggi di RBMK:

— Grazie alla regolazione canale per canale della potenza termica, è possibile cambiare i gruppi di combustibile senza fermare il reattore. Ogni giorno, di solito, cambiano diversi assemblaggi.

—Bassa pressione nell'MPC (circuito a circolazione forzata multipla), che contribuisce a un decorso più lieve degli incidenti associati alla sua depressurizzazione.

— Assenza di un recipiente a pressione del reattore difficile da produrre.

Considera i contro di RBMK:

—Durante il funzionamento sono stati rilevati numerosi errori di calcolo nella geometria del nucleo, che non possono essere completamente eliminati nelle unità di potenza operative della 1a e 2a generazione (Leningrado, Kursk, Chernobyl, Smolensk). Le unità di potenza RBMK di 3a generazione (è l'unica - alla 3a unità di potenza della centrale nucleare di Smolensk) sono prive di queste carenze.

— Reattore a un circuito. Cioè, le turbine vengono messe in rotazione dal vapore ottenuto direttamente nel reattore. Ciò significa che contiene componenti radioattivi. Se la turbina viene depressurizzata (e questo è accaduto nella centrale nucleare di Chernobyl nel 1993), la sua riparazione sarà molto complicata e forse addirittura impossibile.

— La durata del reattore è determinata dalla durata della grafite (30-40 anni). Poi arriva il suo degrado, manifestato nel suo rigonfiamento. Questo processo sta già causando serie preoccupazioni al più vecchio propulsore RBMK Leningrad-1, costruito nel 1973 (ha già 39 anni). La via d'uscita più probabile è attenuare l'ennesimo numero di canali per ridurre l'espansione termica della grafite.

— Il moderatore di grafite è un materiale combustibile.

— A causa dell’enorme numero di valvole, il reattore è difficile da gestire.

- Nella 1a e 2a generazione si verifica instabilità durante il funzionamento a basse potenze.

In generale, possiamo dire che l'RBMK è un buon reattore per l'epoca. Attualmente è stata presa la decisione di non costruire centrali con questo tipo di reattori.

2) Reattore VVER.

RBMK è attualmente sostituito da VVER. Presenta vantaggi significativi rispetto a RBMK.

Il nucleo è completamente situato in una custodia molto resistente, che viene prodotta nello stabilimento e portata su rotaia, e poi su strada, all'unità di potenza in costruzione in una forma completamente finita. Il moderatore è acqua pulita sotto pressione. Il reattore è composto da 2 circuiti: l'acqua del circuito primario ad alta pressione raffredda i gruppi di combustibile, trasferendo calore al 2° circuito mediante un generatore di vapore (funge da scambiatore di calore tra 2 circuiti isolati). In esso l'acqua del secondo circuito bolle, si trasforma in vapore e va alla turbina. Nel circuito primario l'acqua non bolle perché è ad altissima pressione. Il vapore esausto condensa nel condensatore e ritorna al generatore di vapore. Lo schema a due circuiti presenta notevoli vantaggi rispetto a quello a circuito singolo:

Il vapore che arriva alla turbina non è radioattivo.

La potenza del reattore può essere controllata non solo mediante barre assorbitrici, ma anche da una soluzione di acido borico, che rende il reattore più stabile.

Gli elementi del circuito primario sono posti molto vicini tra loro, quindi possono essere collocati in un contenimento comune. In caso di interruzioni nel circuito primario, gli elementi radioattivi entreranno nel contenimento e non verranno rilasciati nell'ambiente. Inoltre, il contenimento protegge il reattore da influssi esterni (ad esempio, dalla caduta di un piccolo aereo o da un'esplosione all'esterno del perimetro della stazione).

Il reattore non è difficile da gestire.

Ci sono anche degli svantaggi:

—A differenza dell'RBMK, il carburante non può essere cambiato mentre il reattore è in funzione, perché si trova in un edificio comune e non in canali separati, come nell'RBMK. Il tempo di rifornimento del carburante coincide solitamente con il tempo di manutenzione, il che riduce l'impatto di questo fattore sull'ICF (fattore di potenza installato).

— Il circuito primario è ad alta pressione, il che potrebbe potenzialmente causare un incidente di depressurizzazione più grave rispetto a RBMK.

— Il contenitore del reattore è molto difficile da trasportare dallo stabilimento di produzione al cantiere della centrale nucleare.

Bene, abbiamo considerato il lavoro delle centrali termoelettriche, ora considereremo il lavoro

Il principio di funzionamento di una centrale idroelettrica è abbastanza semplice. Una catena di strutture idrauliche fornisce la pressione necessaria all'acqua che scorre alle pale di una turbina idraulica, che aziona i generatori che generano elettricità.

La pressione dell'acqua necessaria si forma attraverso la costruzione di una diga e, come risultato della concentrazione del fiume in un determinato luogo o per derivazione, il flusso naturale dell'acqua. In alcuni casi, per ottenere la pressione idrica necessaria, vengono utilizzate insieme sia una diga che una derivazione. Gli impianti idroelettrici hanno una flessibilità molto elevata della potenza generata, nonché un basso costo dell'elettricità generata. Questa caratteristica della centrale idroelettrica ha portato alla creazione di un altro tipo di centrale elettrica: la centrale ad accumulazione con pompaggio. Tali stazioni sono in grado di accumulare l'elettricità generata e di metterla in uso nei momenti di picco di carico. Il principio di funzionamento di tali centrali è il seguente: durante determinati periodi (di solito di notte), le centrali idroelettriche funzionano come pompe, consumano energia elettrica dal sistema di alimentazione e pompano l'acqua in piscine superiori appositamente attrezzate. Quando c'è una domanda (durante i picchi di carico), l'acqua da essi entra nella tubazione in pressione e aziona le turbine. I PSPP svolgono una funzione estremamente importante nel sistema energetico (controllo della frequenza), ma non sono ampiamente utilizzati nel nostro Paese, perché. Di conseguenza, consumano più energia di quanta ne emettono. Cioè, una stazione di questo tipo non è redditizia per il proprietario. Ad esempio, nella PSP Zagorskaya, la potenza degli idrogeneratori in modalità generatore è di 1200 MW e in modalità pompa - 1320 MW. Tuttavia, questo tipo di centrali è più adatto per un rapido aumento o diminuzione della potenza generata, quindi è vantaggioso costruirle vicino, ad esempio, a una centrale nucleare, poiché quest'ultima funziona in modalità base.

Abbiamo visto come viene prodotta l'energia elettrica. È ora di porsi una domanda seria: "E quale tipo di stazioni soddisfa al meglio tutti i requisiti moderni di affidabilità, rispetto dell'ambiente e, oltre a questo, si distinguerà anche per un basso costo dell'energia?" Ognuno risponderà a questa domanda in modo diverso. Ecco la mia lista del "meglio del meglio".

1) Cogenerazione a gas naturale. L'efficienza di tali impianti è molto elevata e anche il costo del carburante è elevato, ma il gas naturale è uno dei combustibili più "puliti", e questo è molto importante per l'ecologia della città, entro i cui confini il calore le centrali elettriche sono solitamente localizzate.

2) HPP e PSP. I vantaggi rispetto agli impianti termici sono evidenti, poiché questo tipo di impianti non inquina l'atmosfera e produce l'energia più “economica”, che peraltro è una risorsa rinnovabile.

3) CCGT sul gas naturale. La massima efficienza tra le centrali termiche, nonché una piccola quantità di carburante consumato, risolveranno parzialmente il problema dell'inquinamento termico della biosfera e delle limitate riserve di combustibili fossili.

4) Centrale nucleare. Nel normale funzionamento, una centrale nucleare emette nell'ambiente 3-5 volte meno sostanze radioattive rispetto a una centrale termica della stessa capacità, quindi la sostituzione parziale delle centrali termoelettriche con centrali nucleari è pienamente giustificata.

5) GRES. Attualmente, tali stazioni utilizzano il gas naturale come combustibile. Ciò è assolutamente privo di significato, poiché con lo stesso successo è possibile utilizzare il gas di petrolio associato (APG) o bruciare carbone nei forni della centrale elettrica distrettuale statale, le cui riserve sono enormi rispetto alle riserve di gas naturale.

Con questo si conclude la prima parte dell'articolo.

Materiale preparato:
studente del gruppo ES-11b SWSU Agibalov Sergey.

Centrale termica

Centrale termica

(TPP), una centrale elettrica che, grazie alla combustione di combustibili fossili, riceve energia termica, che viene poi convertita in energia elettrica. Le centrali termoelettriche sono il principale tipo di centrali elettriche, la quota di elettricità da esse generata nei paesi industrializzati è del 70-80% (in Russia nel 2000 - circa il 67%). L'energia termica nelle centrali termoelettriche viene utilizzata per riscaldare l'acqua e produrre vapore (nelle centrali elettriche con turbine a vapore) o per produrre gas caldi (nelle centrali elettriche con turbine a gas). Per ottenere calore, la materia organica viene bruciata nelle caldaie delle centrali termoelettriche. Come combustibile vengono utilizzati carbone, gas naturale, olio combustibile e combustibili. Nelle centrali termiche a turbina a vapore (TPES), il vapore prodotto nel generatore di vapore (caldaia) ruota turbina a vapore collegato ad un generatore elettrico. In tali centrali viene generata quasi tutta l'elettricità prodotta dai TPP (99%); la loro efficienza è vicina al 40%, la capacità installata dell'unità - fino a 3 MW; carbone, olio combustibile, torba, scisto, gas naturale, ecc. servono come combustibile per loro. centrali termoelettriche combinate. Producono circa il 33% dell'energia elettrica prodotta dalle centrali termoelettriche. Nelle centrali elettriche con turbine a condensazione, tutto il vapore di scarico viene condensato e restituito come miscela vapore-acqua alla caldaia per il riutilizzo. In tali centrali a condensazione (CPP) ca. Il 67% dell'elettricità prodotta nelle centrali termoelettriche. Il nome ufficiale di tali centrali elettriche in Russia è Centrale elettrica del distretto statale (GRES).

Le turbine a vapore delle centrali termoelettriche sono solitamente collegate direttamente ai generatori elettrici, senza ingranaggi intermedi, formando un gruppo turbina. Inoltre, di norma, un'unità turbina è combinata con un generatore di vapore in un'unica unità di potenza, dalla quale vengono quindi assemblati potenti TPP.

Nelle camere di combustione delle centrali termoelettriche con turbine a gas vengono bruciati combustibili gassosi o liquidi. I prodotti della combustione risultanti vengono alimentati turbina a gas che fa girare il generatore. La potenza di tali centrali elettriche, di norma, è di diverse centinaia di megawatt, l'efficienza è del 26-28%. Le centrali elettriche a turbina a gas sono solitamente costruite in un blocco con una centrale elettrica a turbina a vapore per coprire i picchi di carico elettrico. Convenzionalmente, TPP include anche centrali elettriche nucleari(NPP), centrali geotermiche e centrali elettriche con generatori magnetoidrodinamici. Le prime centrali termoelettriche funzionanti a carbone apparvero nel 1882 a New York, nel 1883 a San Pietroburgo.

Enciclopedia "Tecnologia". - M.: Rosmann. 2006 .

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