Виды электростанций: ТЭС, ГЭС, АЭС

Виды электростанций

В каждом развитом государстве существует собственная энергетика. Данная область включает в себя разные виды электростанций. Они могут использовать традиционные и нетрадиционные источники энергии. В первом случае – это природные ресурсы в виде угля, газа, продуктов переработки нефти, ядерное топливо и т.д. Второй вариант предполагает использование энергии природных явлений – солнца, ветра, приливов-отливов, подземных источников тепла. Независимо от формы использования, каждая электростанция требует много дополнительного оборудования для передачи потребителям полученной энергии.

Что такое электростанция

Любая электростанция представляет собой целый энергетический комплекс, включающий в себя различные установки, аппаратуру и оборудование, необходимые для получения, преобразования и транспортировки электроэнергии. Все эти компоненты размещаются в специальных зданиях и сооружениях, расположенных компактно на общей территории. Независимо от типа, они входят в состав Единой энергосистемы, созданной с целью эффективно использовать мощность электростанции, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение потребителей.

Принцип работы электростанций и их сопутствующих объектов основан на вращении вала генератора, который является основным элементом системы. Его основные функции заключаются в следующем:

• Обеспечение стабильной продолжительной работы параллельно с другими энергетическими системами, снабжение энергией собственных автономных нагрузок.
• Возможность мгновенного реагирование на наличие или отсутствие нагрузки, соответствующей его номиналу.
• Выполняет запуск двигателя, обеспечивающего работу всей станции.
• Вместе со специальными устройствами осуществляет функцию защиты.

Отличительными чертами каждого генератора являются формы и размеры, а также источник энергии, используемый для вращения вала. Кроме генератора, электростанция состоит из турбин и котлов, трансформаторов и распределительных устройств, средств коммутации, автоматики и релейной защиты.

В настоящее время получило развитие направления в области компактных установок. Они позволяют обеспечить энергией не только отдельные объекты, но и целые поселки, находящиеся на значительном удалении от стационарных линий электропередачи. В основном, это полярные станции и предприятия по добыче полезных ископаемых. Теперь рассмотрим какие типы установок используются в российской энергетике.

Основные типы электростанций

Все электрические станции таблица ниже классифицирует в первую очередь по источникам используемой энергии.

Среди них можно выделить следующие:

. Работают на природном топливе, а основные типы электростанций могут быть конденсационными (КЭС) и теплофикационными (ТЭЦ). Первые вырабатывают только электричество, а вторые – электроэнергию и теплоту.
• Гидравлические – ГЭС и гидроаккумулирующие – ГАЭС, функционирующие за счет энергии воды, падающей высоты. , работающие на ядерном топливе. . Бывают стационарными или мобильными. Существуют мини-электростанции малой мощности, используемые в частном секторе. , ветровые, приливные и геотермальные электростанции известны как альтернативные источники электроэнергии, работающим с естественными силами природы. Они имеют ряд недостатков, связанных с климатическими условиями и другими факторами.

Каждая перечисленная электростанция представляет собой традиционные или альтернативные виды энергетики. В первом случае электричество вырабатывается на тепловых, гидро- и атомных установках. На ТЭС вырабатывается примерно 70-75% всей электроэнергии, поэтому они размещаются в местах с высоким энергопотреблением и большим количеством природных ресурсов.

ГЭС привязаны к полноводным рекам, протекающим в равнинной или горной местности. АЭС строятся в местах с большим потреблением электроэнергии, при недостатке других видов энергоресурсов. Для того чтобы понять их роль и место в общей энергетической системе, следует рассмотреть более подробно типы электростанций, используемых в России.

Тепловые электрические станции – ТЭС

На тепловых электростанциях России производится примерно 70% всей электрической энергии. Они работают на мазуте, газе, угле, а в определенных местностях используется торф и сланцы.

Все ТЭС можно условно разделить на два основных вида. Первый вариант является так называемым паротурбинным, где первичным двигателем служит паровая турбина. Эти устройства могут быть конденсационными (КЭС), вырабатывающими только электроэнергию, и теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), производящими не только электричество, но и тепло. Коэффициент полезного действия ТЭЦ составляет 60-70%, а у КЭС этот показатель равен 30-40%. Основным недостатком тепловых станций считается их обязательная привязка к потребителям тепла.

Положительных качеств у тепловых электростанций значительно больше. Они свободно размещаются на всех территориях, где имеются природные ресурсы и не подвержены сезонным колебаниям погодных условий. Однако, используемое топливо является не возобновляемым, а сами установки негативно влияют на экологическую обстановку. Российские ТЭС не имеют достаточно эффективных систем очистки выходящих газов от вредных и токсичных веществ. Более экологичными считаются газовые установки, но трубопроводы, проложенные к ним, наносят непоправимый вред природе.

Электростанции, расположенные в европейской части Российской Федерации, работают в основном на мазуте и природном газе, а в восточных районах они располагаются возле месторождений угля, добываемого открытым способом. Большинство установок относится к государственным районным электростанциям – ГРЭС, входящим в Единую энергосистему страны.

Преимущества и недостатки гидроэлектростанций

По своей значимости, ГЭС находятся на втором месте после тепловых электростанций. В своей работе они используют энергию воды, преобразующейся в электрический ток, и относящейся к возобновляемым ресурсам. Простое управление такими станциями не требует большого количества персонала. Коэффициент полезного действия доходит до 85%.

Электричество, производимое на ГЭС считается самым дешевым, его цена примерно в 5-6 раз меньше, чем на тепловых электроустановках. Гидроэлектростанции отличаются высокой маневренностью и могут быть запущены в работу в течение 3-5 минут, тогда как на ТЭС для этого требуется несколько часов. Это качество особенно важно при перекрытии пиковых нагрузок в суточном графике электроснабжения.

Основными недостатками подобных сооружений являются:

• Значительные капиталовложения на их возведение.
• Привязка к определенной территории или местности с гидроресурсами.
• В процессе строительства затапливаются огромные территории, большие сельскохозяйственные площади выводятся из пользования, наносится ущерб рыбному хозяйству, нарушается экологическое равновесие.
• Полная мощность электростанции реализуется лишь в определенное время года, в период максимального подъема воды.

На российских реках сооружаются целые каскады гидроэлектростанций. Наиболее крупными считаются Ангаро-Енисейский каскад, включающий Братскую, Красноярскую, Саяно-Шушенскую, Усть-Илимскую ГЭС, а также Волжский каскад с Рыбинской, Угличской, Иваньковской, Саратовской, Волжской и другими ГЭС.

Достаточно перспективным направлением считается гидроаккумулирующая электростанция – ГАЭС. В основе их работы заложен принцип действия, связанный с цикличным перемещением одинакового объема воды между верхним и нижним бассейнами. Ночью за счет излишков электроэнергии вода подается снизу-вверх, а в дневное время при резком росте энергопотребления она сбрасывается вниз и вращает турбины, производя электричество. Эти станции совершенно не зависят от естественных колебаний речного стока, а под водохранилища требуется гораздо меньше затапливаемых площадей.

Атомные электростанции

На третьем месте по количеству производимой электроэнергии находятся атомные электростанции. В России их доля в энергетике составляет чуть выше 10%. В США этот показатель равен 20%, в Германии – более 30%, во Франции – свыше 75%. Сокращение программ в области атомной энергетики произошло вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.

Рассматривая виды электростанций в России, следует отметить, что наиболее известными АЭС считаются Ленинградская, Курская, Смоленская, Нововоронежская, Белоярская и другие. Новым направлением является создание АТЭЦ – атомных теплоэлектроцентралей, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию. Подобный объект построен на Чукотке в поселке Билибино. Еще одно направление – строительство АСТ – атомных станций теплоснабжения, предназначенных для производства тепла. Такие установки успешно функционируют в Нижнем Новгороде и Воронеже.

Виды электростанций — характеристика, плюсы и минусы устройств

Все электрические станции объединены и образуют Единую энергетическую группу, которую создали с целью более эффективного использования их мощностей, чтобы непрерывно снабжать потребителей электроэнергией. Основным элементом в устройстве считается электрогенератор, который выполняет определенные функции:

1. Гарантирует непрерывную работу одновременно с другими энергосистемами и обеспечивает энергией собственные автономные нагрузки.
2. Обеспечивает быстрое реагирование на наличие или отсутствие нагрузки, которая соответствует его номинальному значению. Производит запуск электродвигателя, обеспечивающего функционирование всей станции.
3. Совместно со специальным оборудованием выполняет защитные функции.

Каждый генератор отличается формами, размерами и источником энергии, который вращает вал. Кроме него, в станцию входят: турбины, котлы, трансформаторы, распределительное оборудование, технические средства коммутации, автоматика, релейная защита. Сейчас большое внимание уделяется выпуску более компактных установок.

Они вырабатывают электроэнергию, которая питает не только различные объекты, но и целые поселения, находящиеся на удаленном расстоянии от электрических линий. В основном они используются на полярных станциях и предприятиях, добывающих полезные ископаемые.

Основные виды

Классификация электростанций в первую очередь проводится по типу энергоносителей. К ним относятся уголь, природный газ, вода рек, ядерное топливо, дизельное горючее, бензин и т. д. Список основных станций:

1. ТЭС — расшифровка аббревиатуры: тепловая электрическая станция. Для ее работы используется природное топливо, а она может быть конденсационной (КЭС) или теплофикационной (ТЭЦ).
2. ГЭС — гидравлическая электростанция, которая работает за счет воды рек, падающей с высоты. Существует ее разновидность — ГАЭС (гидроаккумулирующая).
3. АЭС — атомные станции, энергоносителем которых является ядерное топливо.
4. ДЭС — стационарные или передвижные электростанции, работающие на дизельном топливе. Обычно это станции малой мощности, которые используются в строительстве и частном секторе, где нет линий электропередач.

Существуют еще солнечные, ветровые, приливные и геотермальные источники электропитания, которые слабо применяются в нашей стране. У них есть ряд недостатков природного характера, и они представляют собой альтернативные виды выработки электроэнергии.

Тепловые и гидравлические

Тепловые электростанции России создают около 70% от всей электроэнергии. Для их функционирования используется мазут, уголь, газ, а в некоторых регионах — торф и сланцы. На теплоэлектроцентралях кроме электрической производится тепловая энергия.

Одним из основных элементов станции является турбина, которая вращается за счет вырабатываемого пара. Преимуществом ТЭС считается то, что ее оборудование можно разместить практически везде, где есть природные энергоносители. Кроме того, на их работу практически не влияют природные факторы.

Но при этом применяемое топливо не возобновляется, то есть его ресурсы могут закончиться, а само оборудование засоряет окружающую среду. В России тепловые станции не оборудованы эффективными системами для очистки от вредных и токсичных веществ.

Газовое оборудование считается более экологичным, но идущие к нему трубы также наносят вред природе. Станции, которые находятся в центральном регионе страны работают на природном газе и мазуте, а в восточных районах — на угле. Поэтому их размещение осуществляется ближе к месторождениям природного топлива.

По своей значимости гидравлические станции расположились на втором месте после ТЭС. Их основное отличие — это использование энергии воды, которая относится к возобновляемым ресурсам. Если смотреть по карте России, то можно заметить, что самые мощные ГЭС находятся в Сибири на Енисее и Ангаре. Список крупных электростанций:

1. Саяно-Шушенская — обладает мощностью 6,4 тыс. мВт.
2. Красноярская — 6 тыс. мВт.
3. Братская — 4,5 тыс. мВт.
4. Усть-Илимская — 3,84 тыс. мВт.

Схема принципа действия установок довольно проста. Падающая вода приводит в движение турбины, которые вращают генераторы, и начинает вырабатываться электроэнергия. Стоимость электричества, производимого ГЭС, считается самой дешевой, и она в 5—6 раз меньше, чем на ТЭС. Кроме того, чтобы управлять гидравлической станцией, требуется меньшее количество сотрудников.

Большую разницу составляет время запуска установки. Если для ГЭС этот параметр составляет 3—5 минут, то у ТЭС он будет длиться несколько часов. С другой стороны, гидравлическая установка функционирует на полную мощность только при большом подъеме уровня воды.

Сейчас большое внимание уделяется строительству гидроаккумулирующих станций, которые отличаются от традиционных установок возможностью перемещения одинакового количества воды между нижним и верхним бассейнами. В ночное время, когда есть излишки электроэнергии, вода подается снизу вверх, а в дневное — наоборот.

Атомные и дизельные

По количеству выпускаемой энергии атомные электростанции располагаются на третьем месте. Их доля в энергетике России составляет всего 10%. В Соединенных Штатах это значение равно 20%, а самый высокий показатель во Франции — более 75%.

После катастрофы на АЭС в Чернобыле была сокращена программа по строительству и развитию ядерных электростанций. Наиболее известные объекты в России:

• Ленинградский;
• Курский;
• Смоленский;
• Белоярский и др.

Сейчас наиболее популярны атомные теплоэлектроцентрали, назначение которых — производство электрической энергии и тепла. Станция такого типа функционирует в поселке Билибино на Чукотке. Кроме того, одним из последних направлений считается создание АСТ — атомных станций теплоснабжения, в которых происходит превращение ядерного энергоносителя в тепловую энергию.

Такое оборудование успешно работает в Нижнем Новгороде и Воронеже. При правильной эксплуатации АЭС является самой экологичной установкой, а именно:

• несущественные выбросы в атмосферу;
• кислород практически не поглощается;
• не создается парниковый эффект.

Если рассматривать принцип работы атомной электростанции, то следует учитывать катастрофические последствия после аварий. Отработанный энергоноситель также требует специального захоронения в ядерных могильниках.

Мобильные дизельные электростанции стали неотъемлемой частью для снабжения электроэнергией отдаленных районов и объектов строительства. Помимо этого, их зачастую используют как аварийные или резервные источники.

Основным элементом оборудования считается генератор, который вращается от двигателя внутреннего сгорания. Стационарные установки могут обладать мощностью до 5 тыс. кВт, а передвижные — не более 1 тыс. кВт.

Одним из их достоинств считаются компактные размеры, поэтому их можно размещать в небольших помещениях. К минусам можно отнести зависимость от наличия топлива, способов его доставки и хранения.

Преимущества и недостатки

Любая электрическая станция обладает как определенными достоинствами, так и некоторыми недостатками. Причины такой ситуации могут зависеть от технологических процессов, человеческого фактора и природных явлений.

Таблица. Плюсы и минусы ТЭС, ГЭС, АЭС.

Нетрадиционные электростанции (солнечные, геотермальные, приливные, ветровые и др.) в России используются в небольшом количестве.

Несмотря на недостатки, которые в основном связаны с непостоянством природных явлений, высокой стоимостью и малой выходной мощностью, за альтернативными установками — интересное и перспективное будущее.

Типы электростанций: их преимущества и недостатки, разновидности, классификация

Электростанцией называется комплекс зданий, сооружений и оборудования, предназначенный для выработки электрической энергии. То есть, электростанции преобразуют различные виды энергий в электрическую. Наиболее распространенными типами электростанций являются:

• гидроэлектростанции;
• тепловые;
• атомные.

Гидроэлектростанция (ГЭС)

Гидроэлектростанция (ГЭС) — это электростанция, преобразующая энергию движущейся воды в электрическую энергию. Устанавливаются ГЭС на реках. При помощи плотины создается перепад высот воды (до и после плотины). Возникающий напор воды приводит в движение лопасти турбины. Турбина приводит в действие генераторы, которые вырабатывают электроэнергию.

Тепловая электростанция (ТЭС) вырабатывает электроэнергию за счет преобразования тепловой энергии, полученной в результате горения топлива. Топливом на ТЭС является: природный газ, уголь, мазут, торф или горячие сланцы.

В результате горения топлива в топках паровых котлов, происходит преобразование питательной воды в перегретый пар. Этот пар с определенной температурой и давлением по паропроводу подается в турбогенератор, где и происходит получение электрической энергии.

Тепловые электростанции подразделяются на:

• газотурбинные;
• котлотурбинные;
• комбинированного цикла;
• на базе парогазовых установок;
• на основе поршневых двигателей.

Котлотурбинные ТЭС, в свою очередь делятся на конденсационные (КЭС или ГРЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ).

Преимущества теплоэлектростанций

Недостатки ТЭС

Атомная электростанция (АЭС) — станция, в которой получение электроэнергии (или тепловой энергии) происходит за счет работы ядерного реактора. За 2015 год все АЭС мира выработали почти 11% электроэнергии.

Ядерный реактор при работе передает энергию теплоносителю первого контура. Этот теплоноситель поступает в парогенератор, где нагревает воду второго контура. В парогенераторе происходит преобразование воды в пар, который поступает в турбину и приводит в движение электрогенераторы. Пар после турбины поступает в конденсатор, где охлаждается водой из водохранилища. В качестве теплоносителя первого контура используется, в основном, вода. Однако, для этой цели можно использовать еще свинец, натрий и другие жидкометаллические теплоносители. Количество контуров АЭС может быть разным.

АЭС классифицируются по типу используемого реактора. В атомных электростанциях используются два вида реакторов: на тепловых и на быстрых нейтронах. Реакторы первого типа подразделяются на:

• кипящие,
• водоводяные,
• тяжеловодные,
• газоохлаждаемые,
• графито-водные.

В зависимости от вида получаемой энергии, атомные электростанции бывают двух типов:

Типы электрических станций

Электрические станции могут быть разделены па следующие основные типы: тепловые, атомные, гидравлические, солнечные и ветряные.

Электрические станции бывают районные, промышленные, городские и сельские. Районные электрические станции строятся недалеко от места добычи топлива или па крупных реках и предназначаются для электроснабжения потребителей электроэнергии, расположенных в зоне действия станции. Мощности таких станций весьма велики и достигают сотой тысяч и даже миллионов киловатт.

Промышленные электростанции сооружаются на территории крупных предприятий и снабжают электроэнергией производственные цехи, вспомогательные службы, жилые здания и учреждения, расположенные вблизи предприятия.

Городские или коммунальные станции снабжают электроэнергией в основном города и населенные пункты. Эти станции чаще всего обеспечивают потребителей не только электроэнергией, но и теплом и называются в таких случаях теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Тепловые электрические станции

Тепловые электрические станции зависимости от первичного двигателя различают следующие тины тепловых электростанций:

паротурбинные станции, на которых в качестве первичного двигателя используется паровая турбина. На этих станциях турбина, соединенная непосредственно с генератором электрической энергии, образует энергетический агрегат, который называют турбоагрегатом;

паромашинные станции, на которых используется в качестве первичного двигателя поршневая паровая машина;

дизельные станции, на которых установлены двигатели внутреннего сгорания;

газотурбинные станции, на которых используете газовая турбина.

Электрические станции с поршневыми машинами и двигателями внутреннего сгорания строятся на небольшие мощности и в большинстве случаев используются для местных нужд.

Почти на всех тепловых электрических станциях, имеющих промышленное значение, в качестве первичных двигателей используются паровые турбины.

Преобладающее распространение паровых турбин на тепловых станциях объясняется следующими их достоинствами:

1. Турбины могут быть изготовлены на число оборотов, которое имеют современные генераторы. Это дает возможность осуществить непосредственный привод без промежуточной передачи.

2. Турбины обладают высокой равномерностью хода, которая дает возможность получить постоянную частоту переменного тока.

3. Паровые турбины могут быть изготовлены на большие мощности — 150, 200, 300, 600 тыс. кВт и более (мощность турбины характеризуется электрической мощностью приводимого ею генератора).

Паротурбинные электрические станции в свою очередь можно разделить на конденсационные и теплофикационные.

Паровые турбины, у которых отработанный пар подвергается конденсации в специальных конденсаторах, называют конденсационными.

Электрические тепловые станции, снабжающие потребителей только электрической энергией и оборудованные конденсационными турбинами, называют конденсационными.

Смотрите по этой теме: Как производится электроэнергия на тепловой электростанции

Паротурбинные теплофикационные электрические станции выполняют одновременно две функции. Кроме выработки электрической энергии, они осуществляют также снабжение теплом потребителей, расположенных относительно близко к станции.

При экономичной работе теплофикационных электрических станции, т. е. при одновременном отпуске потребителям оптимальных количеств электроэнергии и тепла, коэффициент полезного действия их достигает 60 — 70%. Наоборот, в периоды, когда часть потребителей полностью прекращает потреблять тепло (например, неотопительный сезон), коэффициент полезного действия станции снижается. Наиболее экономичная эксплуатация теплофикационной станции может быть осуществлена при круглогодовом отпуске тепла потребителям.

При работе станции по графику снабжения потребителей теплом размеры выработки электрической энергии в отдельные месяцы года будут изменяться. При этом вследствие различных режимов работы потребителей тепловой и электрической энергии может оказаться, что в отдельные периоды года потребности в электроэнергии окажутся больше, чем может произвести данная станция, или наоборот, производительность данной станции превысит потребность абонентов.

Для наиболее эффективной работы такие электростанции соединяют для параллельной работы с другими станциями, причем при избытке электрической энергии на станции часть ее передается в систему, а при недостатке забирается из общей сети.

Атомные электрические станции

Атомные электрические станции относятся к числу тепловых станций, на которых в зависимости от режима работы могут быть установлены как конденсационные, так и теплофикационные турбины. В качестве источника энергии на этих станциях применяется ядерное топливо, перерабатываемое в атомных реакторах, в которых в результате цепной реакции деления ядер урана выделяется очень большое количество тепловой энергии.

Количество энергии, выделяемой в реакторе в единицу времени, зависит от интенсивности происходящей в нем реакции. Регулирование скорости протекания реакции осуществляется специальными стержнями, расположенными в вертикальных рабочих каналах, из материала, обладающего способностью активно поглощать нейтроны.

Атомные электрические станции имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами электрических станции:

незначительный расход ядерного горючего (урана), требуемого для производственного процесса станции. Суточный расход урана на станции мощностью 5 тыс. кВт составляет всего лишь 30 г, в то время как станции тон же мощности, работающей на угле, потребовалось бы 100 г топлива;

возможность сооружения в любом месте, так как они не связаны с местом расположения естественных запасов топлива;

отсутствие транспортных затруднении, связанных с доставкой большого количества топлива, а также строительства специальных сооружений для его хранения;

отсутствие загрязнения наружного воздуха копотью и дымом.

Гидроэлектрические станции

На гидроэлектрических станциях производство электрической энергии осуществляется за счет энергии падающей воды. Вода в реках вследствие разности уровней непрерывным потоком перемещается от истока к устью. Если в каком-либо месте (створе) перегородить реку плотиной, то уровень воды перед плотиной значительно повысится по сравнению с ее уровнем после плотины.

Разность уровней верхнего и нижнего водного пространства (бьефа) называется напором, или высотой падения. Если на уровне нижнего бьефа установить гидротурбину и направить на лопатки рабочего колеса поток падающей воды с верхнего бьефа, то колесо турбины начнет вращаться, а вместе с ним и вал турбины и ротор электрического генератора. По этому принципу построена работа современных гидроэлектрических станций.

Станции мощностью до 10-15 мВт относятся к малым. Устройтво и принцип их работы: Малые ГЭС — виды и конструкции

Мощность гидроэлектрической станции зависит от величины напора и от количества воды, протекающей в единицу времени через все турбины, установленные на станции.

К. п. д. у современных гидростанций намного выше, чем у тепловых станций той же мощности, и достигает 85%.

По характеру сооружений гидроэлектрические станции разделяются на следующие типы:

приплотинные, в которых напор воды создается плотиной. Эти станции сооружаются главным образом на равнинных реках при небольших напорах, так как с увеличением напора вследствие невысоких берегов рек приходится создавать водохранилища, затопляющие большие пространства;

деривационные, значительным напор которых создается при помощи деривационных (обходных) каналов. Такие станции сооружаются на горных реках, имеющих большие уклоны, создающие нужные напоры при относительно небольшом расходе воды.

Крупные гидроэлектрические станции не работают изолированно от других станций. Наиболее экономичный режим создается при работе гидроэлектрических станций параллельно с тепловыми. При этом достигается рациональное использование оборудования отдельных станций, топлива и энергии водных ресурсов.

Гидроэлектрические станции имеют преимущества перед тепловыми электрическими станциями:

1) производственный процесс выработки электрической энергии несравненно проще, чем на тепловых станциях;

2) значительно более высокий к. п. д.;

3) себестоимость электрической энергии на крупных гидроэлектрических станциях примерно в 5 раз ниже, чем на тепловых станциях той же мощности. Это объясняется тем, что нет затрат на приобретение и транспортировку топлива, меньшая потребность в обслуживающем персонале из-за отсутствия на станции топливного устройства и вспомогательных служб, необходимых для эксплуатации котельной.