Услуги по строительству тепловых электростанций (ТЭС) включают финансирование, предпроектные работы, проектирование, закупку оборудования, строительно-монтажные работы и пусковые испытания.
В последние годы солнечные электростанции и ветряные фермы потеснили теплоэлектростанции, ознаменовав изменение концепции использования этого типа энергетических объектов.
Но каменный и бурый уголь, нефть, природный газ и биомасса во многих районах остаются доступными и широко распространенными источниками электроэнергии.
Проектирование и строительство теплоэлектростанций продолжает осуществляться с целью покрытия растущего спроса на электрическую и тепловую энергию в будущем.
Типы тепловых электростанций
Теплоэлектростанция — это электростанция, которая трансформирует тепловую энергию в электрическую.
Аглопоритовый гравий из золы ТЭС — строительству
Тепловая энергия обычно поступает от сжигания топлива, но существуют и ТЭС, которые работают на геотермальных источниках и солнечной энергии.
Основными источниками топлива для ТЭС являются каменный уголь, бурый уголь, мазут, природный газ, биомасса, биогаз, а также промышленные или коммунальные отходы.
Энергоблок состоит из основного оборудования (паровой котел, дизельный двигатель), турбины, синхронного генератора, конденсатора, насоса для подачи воды, трансформатора и вспомогательного оборудования, работающего на потребности самого энергоблока (например, угольные мельницы, насосы или вентиляторы).
Важную роль в современной ТЭС играют установки десульфурации и денитрификации дымовых газов, регенеративные теплообменники, резервуары воды с дегазаторами и др.
Конвенционные ТЭС
Конвенционные тепловые электростанции получают тепло путем выделения химической энергии, содержащейся в ископаемом топливе газ, уголь, мазут) через процесс сгорания.
Эти установки подразделяются на:
• Паровые ТЭС (с паровыми турбинами).
• Газотурбинные ТЭС (с газовыми турбинами).
• Парогазовые ТЭС с газовыми и паровыми турбинами и котлом-утилизатором.
• Теплоэлектростанции на основе двигателей внутреннего сгорания.
Наиболее распространенными являются паровые ТЭС (пар при 500-550 C и 100-200 атм), которые используют мазут (КПД 36%), уголь (КПД 47%) и природный газ. Электростанции комбинированного цикла (КПД 60%) являются наиболее эффективными.
Для повышения КПД теплоэлектростанций разрабатываются новые технологии, связанные с высокопрочными материалами, способными выдерживать более высокие давления (350 атм.) и температуры около 650-700 С.
Тепловые электростанции на биомассе
ТЭС на биомассе получают тепло путем выделения химической энергии, содержащейся в биомассе (отходы сельского хозяйства и лесоводства, муниципальные твердые отходы или биотопливо), в процессе сжигания.
Как работает ТЭЦ Принцип работы тепловой электростанции
В остальном эти установки мало отличаются от конвенционных теплоэлектростанций, описанных выше.
Солнечные паровые электростанции
Солнечные электростанции получают тепло путем прямого захвата солнечной энергии и концентрирования ее с помощью зеркал, в линии или в фокусе, через который циркулирует жидкость (масло, воздух, расплавленные соли).
Геотермальные электростанции
Инновационные геотермальные ТЭС получают тепло из геотермальных источников, находящихся внутри Земли. Эти установки можно построить только в определенных географических районах, что существенно ограничивает их применение.
Когенерационные установки
Выработка электроэнергии часто связана с комбинированным производством полезного тепла.
Когенерация представляет собой технологический процесс одновременной выработки электроэнергии и полезного тепла в форме пара.
Системы такого рода называются теплоэлектроцентралями, или ТЭЦ. Их КПД достигает 85%.
Комбинированная теплоэлектростанция — это промышленная установка, которая производит электроэнергию и тепло в форме пара при высокой температуре. Этот пар используют в сетях централизованного теплоснабжения или в промышленных технологических процессах.
Наиболее распространенным видом ТЭС в Европе сегодня остаются угольные тепловые электростанции, которые используют в качестве топлива бурый или каменный уголь. Они преимущественно были построены во второй половине XX века, и в настоящее время массово требуют экологической модернизации.
Глобальные инвестиции в строительство угольных тепловых электростанции сегодня сокращаются в результате истощения запасов ископаемого топлива и ужесточения норм экологического законодательства, как в ЕС, так и в других регионах мира.
Паротурбинные солнечные электростанции и геотермальные ТЭС, которые основаны на возобновляемых источниках энергии, представляют собой гораздо более перспективные направления развития энергетики.
В целом, КПД тепловых электростанций редко превышает 58-60%. По этой причине энергогенерирующие компании по всему миру ищут лучшие способы модернизации теплоэлектростанций и повышения их эффективности.
Преимущества ТЭС комбинированного цикла
В последние годы в мировой практике наблюдается тенденция использовать так называемый «комбинированный парогазовый цикл» при строительстве новых, а также при реконструкции старых объектов для производства электроэнергии.
При проектировании ТЭС инжиниринговая компания должна обеспечить минимально возможную стоимость производства электроэнергии и максимальную эффективность:
• Использование мощных энергоблоков, что позволяет значительно повысить эффективность системы и снизить затраты на строительство.
• Обеспечение оптимальных параметров пара (высокого давления и высокой температуры), что, однако, предполагает использование дорогих материалов, устойчивых к экстремальным условиям.
• Надлежащая конструкция и обеспечение оптимальных условий эксплуатации.
• Минимизация энергопотерь и использование отработанной энергии.
Среди основных причин, по которым ТЭС комбинированного цикла становятся все более предпочтительными, является гораздо более высокий коэффициент полезного действия.
Преимуществами теплоэлектростанций комбинированного цикла являются высокая мощность, быстрая готовность к работе, относительно небольшие размеры, относительно низкие затраты на строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание оборудования.
Высокий коэффициент полезного действия парогазовых установок объясняется сочетанием двух термодинамических циклов — цикла Брайтона и цикла Ренкина, в результате которого увеличивается эффективность электростанции в целом. На практике это достигается одновременной работой газовой турбины (цикл Брайтона) и паровой турбины (цикл Ренкина), а общее количество турбин ТЭС может варьировать.
Важным элементом конструкции парогазовых электростанций является котел-утилизатор (один или несколько) с дополнительной топливной системой или без нее, который используется для производства перегретого пара.
По причине низкой эффективности использований топлива КПД паровых и газовых турбин, используемых отдельно для выработки электроэнергии, обычно не превышает 30%. На ТЭС комбинированного цикла энергия топлива используется более эффективно, что способствует повышению КПД примерно до 50-60%.
На теплоэлектростанциях старого типа эффективность использования топлива в турбинах обычно составляет около 33%. Это означает, что 2/3 сгоревшего топлива, необходимого для вращения турбин, выбрасывается в атмосферу в виде отработанного тепла.
При использовании комбинированного цикла эффективность использования топлива увеличивается до 50% и более, поэтому потери энергии значительно меньше.
Принцип действия ТЭС комбинированного цикла
Топливо, чаще всего природный газ, подается в камеру сгорания.
Образующиеся продукты сгорания, имеющие температуру 900-1200 С, проходят через лопатки турбины, в результате чего вал вращается, и механическая энергия вала передается первому электрогенератору.
Поскольку дымовые газы выделяют только часть энергии при прохождении через газовую турбину, эффективность на данной стадии находится в диапазоне от 35 до 37%.
На выходе из турбины дымовые газы все еще имеют высокую температуру в пределах 500-600 С. Эта температура считается достаточно высокой, чтобы использовать ее для нагрева воды и производства пара, предназначенного для вращения паровой турбины.
В паровой турбине пар расширяется при прохождении через лопатки турбины, в результате чего тепловая энергия преобразуется в механическую.
Механическая энергия, полученная на этой стадии, используется вторым электрическим генератором для производства дополнительной электрической энергии.
Благодаря паровой турбине вырабатывается дополнительно до 20% электроэнергии, что приводит к общему увеличению КПД электростанции примерно до 60%. Для сравнения, обычные ТЭС, оснащенные газовыми турбинами, имеют КПД до 40%.
Принципы и этапы инженерного проектирования ТЭС
Теплоэлектростанции являются важным элементом промышленных комплексов.
Высокая стоимость и техническая сложность этих объектов выдвигает особые требования к ним:
• Профессионализм. Проектирование тепловых электростанций выполняют крупные институты и инжиниринговые фирмы. Как правило, они имеют значительный опыт в реализации энергетических проектов.
• Комплексный подход. Это означает, что одна и та же организация проектирует весь комплекс подсистем ТЭС, включая все ее тепломеханическое, электротехническое и вспомогательное оборудование, подъездные пути и системы связи.
• Непрерывность. Разработка проекта ТЭС должна основываться на опыте строительства и эксплуатации аналогичных объектов. Инжиниринговые фирмы собирают и анализируют все данные в процессе строительства, а впоследствии используют их для обслуживания и модернизации.
• Типовое проектирование. Принцип типового проектирования заключается в использовании фрагментов, которые были успешно реализованы в других проектах. Хотя каждая ТЭС является индивидуальной, она может включать удачные конструкторские решения, проверенные временем.
• Префабрикация. Современной тенденцией строительства ТЭС является активное использование предварительно изготовленных модульных конструкций и устройств заводского производства. К ним относят комплектные распределительные щиты и токопроводы, панели управления, унифицированные строительные элементы. Это позволяет упростить проектирование и значительно ускорить монтаж.
• Защита окружающей среды. Тепловые электростанции оказывают существенное негативное воздействие на экологию, главным образом на атмосферу. В нынешних условиях инжиниринговые компании уделяют первоочередное внимание экологической безопасности объектов.
Перед началом работы разрабатывается программа, которая включает в себя все виды деятельности, вплоть до коммерческой эксплуатации, а также цели и сроки контракта.
В любом случае, с самого начала готовится полный комплекс мероприятий, необходимых для воплощения в жизнь энергетического проекта. Строительству ТЭС всегда предшествуют многочисленные административные процедуры, разрешение на концессию, оценка земли, экологические исследования и др.
Реализация проекта тепловой электростанции включает предпроектные работы и технико-экономическое исследование, проектирование сооружений и оборудования ТЭС, комплекс строительных и электромонтажных работ, тестирование и ввод в эксплуатацию. В соответствии с условиями контракта, подрядчик обеспечивает обучение персонала, эксплуатацию и техническое обслуживание теплоэлектростанции.
Технико-экономическое обоснование
Современные теплоэлектростанции — это сложные технические объекты, стоимость которых составляет миллиарды евро.
Эффективность капиталовложений при строительстве ТЭС закладывается на стадии ее проектирования.
Очевидно, что каждое проектное решение должно быть оптимальным для достижения целей заказчика.
Оптимальное решение в каждом случае должно удовлетворять требованиям к качеству проектируемого объекта при минимально возможных затратах материалов, финансовых и трудовых ресурсов.
Компания ESFC индивидуально подходит к каждому проекту.
Требования к проектируемому оборудованию включают:
• Экономичность, которая оценивается на основании капиталовложений, стоимости строительства и эксплуатации объекта, годовых затрат на ремонт и обслуживание.
• Надежность, то есть способность оборудования выполнять заданные функции в заданном объеме при определенных условиях эксплуатации.
• Удобство эксплуатации, то есть минимальное количество выполняемых персоналом операций при повседневной работе оборудования.
• Возможность последующего расширения и модернизации объекта.
• Надежность и безопасность работы.
Теплоэлектростанция состоит из нескольких частей (подсистем), включая технологическую часть, тепловые сети, электротехнические, строительные, гидротехнические, транспортные и вспомогательные сооружения. На этапе проектирования возможно выполнить как комплексную, так и локальную оптимизацию каждой из подсистем.
Выбор топлива для теплоэлектростанции
Ключевой вопрос при проектировании ТЭС заключается в выборе топлива. Это будет определять тип технологического процесса и оборудования электростанции.
Каждый из вариантов имеет преимущества и недостатки, которые взвешиваются на этапе предпроектных исследований и планирования.
Основные виды топлива для тепловых электростанций:
• Мазут. Этот вид топлива представляет собой малоценные продукты, полученные путем фракционной перегонки сырой нефти на нефтеперерабатывающих заводах. Более легкие фракции используются для самолетов и других транспортных средств, в то время как тяжелые фракции больше подходят для использования в качестве топлива в промышленности и энергетике. Жидкие углеводороды являются отличным источником энергии; их легко перерабатывать, хранить и использовать.
• Газ. Газообразные углеводороды образуются из запасов природного газа или производятся химической промышленностью. ТЭС преимущественно используют природный газ, являющий собой комбинацию легких углеводородов, в основном метана. Он не нуждается в дорогостоящем хранении, поскольку транспортируется по трубопроводу непосредственно на электростанцию. Природный газ производит меньше углекислого газа при сжигании, чем другое ископаемое топливо.
Тепловая электростанция имеет средний срок службы не менее 20 лет, но обычно она рассчитана на непрерывную работу более 25 лет.
Принимая во внимание длительный срок эксплуатации, прогнозирование цен и запасов топлива будет одним из наиболее определяющих факторов при выборе технологического процесса.
Уголь считается более доступным и экономически выгодным топливом. Однако уголь имеет серьезные недостатки в аспектах, связанных с воздействием процесса на окружающую среду и его эффективностью. Поэтому в каждом случае нужен индивидуальный подход.
Выбор места для строительства
Электростанции обычно требуют значительной площади. Некоторые сооружения, такие как хранилища топлива или железнодорожные станции и шлакоотвалы, могут быть вынесены за пределы ТЭС.
Участок должен обеспечивать беспрепятственное функционирование теплоэлектростанции как минимум на протяжении 25 лет.
Выбор места для строительства ТЭС должен соответствовать типу и конструктивным особенностям объекта, а также согласовываться с планами развития энергосистемы.
Наиболее подходящее место для строительства тепловой электростанции определяется с точки зрения транспортировки топлива и доступности источников воды для охлаждения.
Требования к участку строительства следующие:
• Достаточная площадь.
• Близость к источнику энергетического угля.
• Близость к естественным источникам воды.
• Расстояние до потребителей электроэнергии и тепла.
• Близость к транспортным путям.
• Социальные факторы.
Для строительства угольных ТЭС, как правило, выбираются районы месторождения энергетического угля. Кроме того, место строительства должно иметь очень развитую железнодорожную сеть, способную обеспечить объект топливом.
При изучении участка учитывается сейсмическая активность, климатические особенности, уровень грунтовых вод, состояние почвы и многие другие факторы.
Принципы компоновки тепловых электростанций
Важнейшим условием успешной реализации проекта является правильная компоновка тепловой электростанции, то есть рациональное взаимное расположение основных и вспомогательных сооружений на ее площадке.
Это один из самых сложных аспектов проектирования ТЭС, которые требует участия многопрофильной команды электротехников, архитекторов, технологов, экологов и др.
Компоновка электростанции должна учитывать множество факторов, включая рельеф, расположение источника воды, направление ветра и др. В частности, неправильное расположение оборудования ТЭС относительно розы ветров может привести к загрязнению воздуха близлежащих населенных пунктов или даже попаданию частиц воды на токопроводящие элементы оборудования.
Расстояние между градирнями, открытыми водными резервуарами и другими сооружениями ТЭС должны соответствовать определенным стандартам. Рациональность компоновки также определяется взаимосвязью между сооружениями и особенностями транспортной сети.
Принципы компоновки теплоэлектростанций включают:
• Оптимальное расстояние и ориентация по отношению к водохранилищу.
• Рациональное расположение подъездных путей, ЛЭП и тепловых сетей.
• Рациональное расположение вспомогательных сооружений, которое позволяет беспрепятственно осуществлять ремонт и обслуживание оборудования.
• Эффективное использование площади участка, выделенного под строительство.
• Возможность дальнейшей модернизации и расширения электростанции с минимальными изменениями и материальными затратами.
Наконец, компоновка ТЭС должна обеспечивать стабильную и безопасную эксплуатацию объекта.
На этапе проектирования инженеры уделяют большое внимание размещению противопожарным систем и устройств охранной сигнализации.
Проектирование электротехнической части ТЭС
Работы по проектированию электротехнического оборудования теплоэлектростанции начинаются с подготовки исходной информации.
Данный этап включает:
• Присоединение ТЭС к национальной электросети.
• Проектирование основной схемы электрических соединений.
• Проектирование конструкции распределительных устройств.
• Проектирование оборудования для генерирования и распределения постоянного тока.
• Проектирование оборудования для собственных нужд электростанции, включая вспомогательные источники питания ТЭС и трансформаторы, оборудование для запуска электрических двигателей и другое.
• Проектирование системы электрического освещения теплоэлектростанции.
• Разработка индивидуальных систем контроля и автоматики.
• Разработка вспомогательных устройств.
Выбор оборудования для теплоэлектростанции
Если электротехнические подсистемы теплоэлектростанций различных типов имеют большое количество типовых элементов и много общих или подобных проектных решений, то технологические подсистемы разнотипных станций отличаются довольно существенно.
Проектирование технологической части ТЭС решает следующие задачи: выбор структурной технологической схемы (связи между главными агрегатами), выбор основного оборудования, проектирования тепловой системы, выбор вспомогательного технологического оборудования; проектирование вспомогательных сооружений.
К основному энергетическому оборудованию ТЭС относятся парогенераторы и турбины. Основное оборудование по возможности нужно выбирать однотипным, поскольку при этом обеспечивается возможность максимальной индустриализации строительства и оптимизируются условия эксплуатации и ремонта.
Выбор турбин, устанавливаемых на тепловые электростанции, определяется в зависимости от конкретного типа объекта (КЭС, ТЭЦ) и проектной мощности.
При выборе вспомогательного оборудования руководствуются общими принципами:
• Производительность оборудования должна обеспечивать длительную работу основного оборудования ТЭС с номинальной мощностью.
• Высокий уровень надежности оборудования должен сократить вероятность внеплановых остановок основного оборудования.
• Неполадки вспомогательного оборудования не должны приводить к каким-либо повреждениям котлов, турбин или парогенераторов.
Инженеры должны предоставить вам новейшие разработки и оборудование при реализации проекта.
Использовать современные средства автоматизации проектно-конструкторских работ, которые ускоряют разработку технической документации и исключают ошибки. Каждое решение должно быть основано на знаниях, помноженных на передовые технологии.
Этапы строительства тепловых электростанций
Строительно-монтажные работы выполняются в соответствии с типовым многоэтапным планом.
Мероприятия на этапе строительства теплоэлектростанции включают:
Предварительные работы
Эти мероприятия подготавливают строительную площадку для обеспечения безопасного и качественного выполнения последующих строительно-монтажных работ.
Перечень данных работ:
• Установка строительных ограждений, чтобы ограничить доступ на площадку.
• Возведение помещений для гражданских подрядчиков на этапе строительства.
• Адаптация дорог и ландшафта для соответствия требованиям проекта.
На данном этапе специалисты компании обеспечивают площадку всем необходимым.
Сооружения ТЭС будут построены таким образом, чтобы они обеспечивали достаточное пространство для проведения монтажных и эксплуатационных работ, гарантируя полную безопасность объектов в долгосрочной перспективе.
Корпуса и административные помещения будут рассчитаны в соответствии с их уровнем занятости. При проектировании зданий наибольшее внимание уделяется защите от пожара, шумоизоляции, а также физической безопасности персонала и оборудования.
Предпочтение отдается высокофункциональным сооружениям с минимальным визуальным воздействием. Архитектурные работы включают исследование воздействия на окружающую среду, чтобы проекты соответствовали всем экологическим требованиям.
Основное электрооборудование ТЭС включает следующее:
• Шкафы переменного / постоянного тока.
• Вспомогательные трансформаторы среднего и низкого напряжения.
• Турбины, котел-утилизатор и другое генерирующее оборудование.
Дымоход теплоэлектростанции выполняется из бетона, и опирается на высокопрочный железобетонный фундамент. Участок под фундаментом будет заполнен камнями, чтобы сформировать прочное фиксированное основание ниже уровня земли.
Платформы для доступа персонала и лестницы проектируются таким образом, чтобы обеспечивать удобство эксплуатации и технического обслуживания оборудования.
Здание главного щита управления и администрации ТЭС будет содержать:
• Центральная диспетчерская.
• Электронное оборудование для контроля и автоматизации.
• Офисы и помещения общего пользования для операторов.
В технических помещениях располагаются офисы, раздевалки, мастерская и склад.
Коммуникации состоят из опор для труб и кабелей, линий электропередач и другого коммуникационного оборудования, обеспечивающего бесперебойную работу ТЭС.
Основные требования к коммуникациям:
• Оптимальное расположение различных зон электростанции, чтобы минимизировать длину коммуникаций и избежать сложных траекторий взаимосвязанных линий.
• Комбинирование проводов и трубопроводов различных систем в одной и той же конструкции сводит к минимуму количество необходимых опор.
Работы по строительству дренажных систем
Эффективные дренажные системы обеспечивают безопасную работу теплоэлектростанции, особенно во влажном климате. Дренажные системы строятся одними из первых.
Особое внимание уделяется стокам, предназначенным для дождевой воды, бытовых сточных вод, а также вод, загрязненных трансформаторным маслом и химическими агентами.
Ливневая канализация
Эта дренажная система собирает дождевую воду с крыш, внутренних дорог и участков электростанции, которые не загрязнены трансформаторным маслом.
Дренажная сеть этого типа строится на основе каналов и трубопроводов. Дождевая вода направляется в дренажные каналы или трубы под определенным углом наклона, который рассчитывается индивидуально, в зависимости от местности.
Санитарная дренажная система
Эта система предназначена для отвода бытовых сточных вод из помещений электростанции. Санитарная дренажная система обычно соединяется с местными очистными сооружениями.
Масляная дренажная система
Вода, загрязненная маслами в результате ежедневной эксплуатации и технического обслуживания ТЭС, будет направлена в независимую дренажную систему. Отсюда загрязненная вода поступает в дренажный бассейн для отделения масла.
При использовании масляных трансформаторов возникает необходимость в специальных сливах и дренажных системах для сбора воды, загрязненной трансформаторным маслом.
Химическая дренажная система
Химические отходы, которые из-за своей природы и концентрации кислот наносят вред строительным материалам, традиционно используемым в трубах и удерживающих ямах, будут обрабатываться в бассейне нейтрализации.
Нейтрализованные отходы сбрасывают в специальный бассейн смешивания и контроля. Трубы, ведущие к химическим стокам, должны быть кислотостойкими.
Прокладка подземных коммуникаций
На первоначальных этапах строительства ТЭС закладываются подземные коммуникации, необходимые для функционирования системы противопожарного водоснабжения, а также систем наружного освещения, охранной системы и так далее.
Система противопожарного водоснабжения
Строится внешняя система пожаротушения, которая будет охватывать все основные здания теплоэлектростанции подземной сетью труб. Пожарная вода будет подаваться в резервуары пожарной и технической воды.
Наружное освещение электростанции
Осветительная система ТЭС проектируется индивидуально, чтобы обеспечить удобство эксплуатации и безопасность персонала. Наиболее надежным является прокладка кабеля наружного освещения в подземных кабельных сооружениях.
Трубопроводы сжатого воздуха
Трубопроводы сжатого воздуха между зданиями будут либо проходить через обычные трубопроводные конструкции, либо прокладываются на большей глубине.
Строительство подъездных путей
Строительство подъездных путей потребует использования тяжелой техники для выемки грунта, выравнивания, уплотнения и асфальтирования. Здесь используются экскаваторы, бульдозеры, асфальтоукладчики и грузовики для перевозки грунта и материалов.
Грунт, полученный в результате земляных работ, может использоваться для выравнивания строительной площадки, а излишки будут транспортироваться на отведенный для этих целей санкционированный полигон. Если местность каменистая, прокладка дорог может потребовать небольшие контролируемые взрывные работы.
Доступ к электростанции планируется на основе данных орографии, и обычно требует получения разрешения на прокладку дорог через частные фермы и населенные пункты. Данный этап строительства один из самых сложных в юридическом плане.
Строительство основных сооружений теплоэлектростанции
Данный этап начинается с подготовки земли, очистки строительного участка и заполнения землей до указанного уровня.
В целях оптимизации земляных работ может потребоваться разделение участка на две зоны, которые находятся на разных уровнях.
Этап строительства основных сооружений включает монтаж временных складов и помещений для персонала с разграничением площади строительного участка.
Выполняется разработка котлованов под фундаменты зданий и установку оборудования теплоэлектростанции (газовые и паровые турбины, котлы-утилизаторы, насосы, резервуары, трансформаторы, градирни). Работы могут проводиться параллельно со строительством отдельных дренажных сетей, а также трубопроводов и кабельных сооружений.
Капитальные сооружения должны состоять из железобетонных и стальных конструкций.
Железобетонные конструкции
В зависимости от наличия или отсутствия рядом завода по производству бетона может потребоваться временный завод с соответствующими бункерами для хранения раствора.
Бетонные конструкции будут включать вспомогательные здания для обслуживающего персонала и некоторые другие вспомогательные сооружения, требующие наибольшей изоляции или герметичности.
Обычно они представляют собой конструкции на основе жестких рам, образованных балками, колоннами и крышей в виде монолитной железобетонной плиты, с фасадными стенами и перегородками. В сооружениях с крышами на основе бетонных плит проектируется соответствующая система гидроизоляции.
Стальные конструкции
Здания большой площади, такие как мастерские и склады, будут иметь стальную конструкцию.
К ним предъявляется ряд специфических требований:
• Основная конструкция будет выполнена из прочной конструкционной стали.
• Стены и потолок должны быть покрыты слоем изоляционного материала, чтобы соответствовать требованиям, касающимся шумо- и теплоизоляции.
• Стальные конструкции будут защищены от коррозии с помощью цинк-фосфатной грунтовки или других средств, соответствующих условиям эксплуатации.
Внутренние стены
Внутренние стены в помещениях электростанции могут быть построены из кирпичной кладки или выполнены в виде легких перегородок, в зависимости от проекта.
Напольное покрытие
Отделка полов будет проектироваться таким образом, чтобы соответствовать нагрузке и условиям эксплуатации помещения, предусмотренных проектом. Как и другие элементы здания и сооружений, напольное покрытие выполняется из прочных материалов с длительным сроком службы.
Подвальные помещения
Подземные сооружения теплоэлектростанции, которые могут подвергаться затоплению водой, будут надлежащим образом герметизированы.
Кроме того, специальные сооружения для удержания жидкости также будут разработаны для предотвращения просачивания воды.
Осветительные приборы
Офисные помещения и диспетчерская ТЭС оборудуются огнеупорными подвесными потолками со светильниками, дизайн которых обеспечивает простоту обслуживания.
Двери и окна
Большие двери для технического обслуживания оборудования должны быть раздвижными. Все аварийные выходы будут оснащены краш-барами для быстрой и безопасной эвакуации. Оконные рамы будут выполнены их стали или ПВХ, в зависимости от назначения.
Внутреннее оборудование
Каждое здание или сооружение ТЭС должно быть оборудовано в соответствии с выполняемыми функциями (освещение, электричество, отопительные системы, кондиционирование, вентиляция, связь) по мере необходимости.
Монтаж оборудования теплоэлектростанции
Монтаж оборудования осуществляется после завершения основных строительных работ:
• Сборка механического оборудования с последующей прокладкой кабелей.
• Сборка и подключение электрических компонентов и приборов.
Для сборки механического оборудования, особенно котла-утилизатора, необходимо подготовить зону предварительной сборки, где различные компоненты собираются с помощью подъемных устройств и сварочных аппаратов.
Зона предварительной сборки оптимизирует операции по подъему и позволяет выполнять сварку в контролируемых и более благоприятных условиях, чем на месте установки. Объем работ по предварительной сборки зависит от готовности оборудования, которое транспортируется непосредственно на стройплощадку.
Как правило, громоздкое оборудование на труднодоступные ТЭС доставляются грузовиками в виде небольших компонентов. Поэтому работы по предварительной сборке могут занимать больше времени, чем при доставке готовых узлов и агрегатов.
После завершения механической сборки проводятся гидравлические испытания контуров оборудования. Перед первым запуском выполняется продувка и химическая очистка котлов. Для этого используется деминерализованная вода, в которую будут добавляться определенные химические реагенты.
Чистящие растворы находятся в обращении в течение определенного времени, и после завершения процесса они доставляются авторизованному управляющему отходами.
На этом этапе используется подъемно-сборочное и сварочное оборудование:
• Среднетоннажные подъемные краны для подъема компонентов котла-утилизатора, газовых турбин и электрических генераторов.
• Мостовой кран, который временно монтируется в паротурбинном зале для сборки паровой турбины, генератора и вспомогательного оборудования.
• Строительные подъемники и малотоннажные краны различной конструкции.
• Оборудование для дуговой сварки в инертных газах.
• Индукционные устройства для термообработки сварных швов.
• Специальная аппаратура для контроля качества, включая рентген-аппараты, ультразвуковые сканеры, люминесцентные проникающие жидкости и др.
Строительство высоковольтной линии электропередач
Доставка электроэнергии потребителям осуществляется с помощью высоковольтных линий электропередач, которые необходимо подключить к готовой теплоэлектростанции наиболее рациональным и безопасным способом.
Строительство высоковольтной ЛЭП включается следующие этапы:
Составление плана строительства на местности
План должен включать разметку на месте расположения каждой из линий электропередачи, расположение соответствующих опор ЛЭП с указанием размеров и уровней выемки грунта для заливки фундамента в соответствии с проектом.
Получение разрешений на прокладку
Подготовка к строительству ЛЭП включает получение разрешений от властей и владельцев земельных участков, через которые будет проходить линия электропередач. Обеспечивается беспрепятственный проезд строительных бригад к месту проведения работ путем прокладывания специальных путей от дорог общего пользования.
Очистка участка строительства
Этот этап работ состоит из вырубки деревьев и растений на участке земли под строительство. Вырубленные деревья и любой мусор со строительных площадок сжигаются или сдаются на хранение в места, ранее одобренные органами власти.
Земляные работы и заливка фундаментов
На следующем этапе выполняется выемка грунта при помощи техники с выравниванием участков под фундамент опор ЛЭП. Излишки грунта далее могут использоваться во время строительных работ или вывозиться на специально отведенные места.
При заливке фундамента может использоваться опалубка, которая будет достаточно прочной и устойчивой к давлению из-за размещения бетона и вибрации. Стальная арматура (стержни, сварные сетки и анкерные стержни или крюки) будут размещены в соответствии с техническими спецификациями.
Большое внимание уделяется качеству бетонных смесей, которые должны проверяться в специализированных лабораториях. Тщательные лабораторные исследования гарантируют прочность фундаментов опор и долговечность службы ЛЭП.
Строительство опор линий электропередач
Работы по строительству опор требуют использования тяжелых кранов и грузовиков, которые будут доставлять элементы опор к месту предварительной сборки и монтажа. Перед данными работами строятся подъездные пути для большегрузного транспорта.
Перед сборкой опор все поверхности соединения очищаются, а любые загрязнения или плесень, скопившиеся во время транспортировки и хранения, будут тщательно удалены с оцинкованных поверхностей перед началом монтажных работ.
Монтаж проводов воздушных линий электропередач
Перед монтажом проводов выполняется глубокая проверка всех конструкций.
Составляется подробный проект, в котором будут определены длины пролетов, типы всех конструктивных элементов, расположение защитных устройств и так далее.
Работы по монтажу проводов воздушных линий электропередач включают:
• Установка защитных портиков для защиты на пересечениях проспектов, улиц, электрических сетей, телекоммуникационных сетей и др.
• Установка линейных изоляторов и шкивов на опорах.
• Раскатка и соединение проводов ЛЭП.
• Регулирование стрелы провеса провода.
• Крепление на изоляторах.
После завершения монтажа проводится окончательная проверка качества работы.
Ремонт и модернизация тепловых электростанций
В начале этого нового столетия экологические нормы и экономика свободного рынка становятся ключевыми факторами для энергетической сферы.
Новые требования вынуждают владельцев оценивать последствия и искать возможные решения для модернизации объектов.
В связи с растущим мировым спросом на энергию и серьезной проблемой глобального потепления из-за выбросов парниковых газов, одним из основных направлений исследований и разработок в области энергетики является повышение эффективности теплоэлектростанций и минимизация потенциально опасных выбросов в атмосферу.
Последствия старения оборудования включают:
• Снижение энергоэффективности.
• Неустранимый износ компонентов оборудования.
• Уменьшение надежности работы и частые внеплановые остановки.
• Увеличение расходов на техническое обслуживание оборудования.
• Сокращение операционной рентабельности ТЭС.
• Проблема воздействия на окружающую среду.
• Увеличение выбросов парниковых газов.
Срок эксплуатации теплоэлектростанций обычно составляет 25-30 лет. В России и большинстве постсоветских республик основные ТЭС давно достигли своего срока эксплуатации и нуждаются в глубокой модернизации и ремонте.
Как правило, устаревшие теплоэлектростанции являются неэффективными и даже опасными: высокие эксплуатационные расходы, неудовлетворительные экологические характеристики и износ оборудования, который чреват внештатными ситуациями и авариями.
Решения проблемы старения оборудования ТЭС:
• Демонтаж электростанции и строительство нового объекта с нуля.
• Проведение глубокой модернизации и технического переоснащения.
Модернизация ТЭС направлена на повышение эффективности старого оборудования и увеличение генерирующей мощности.
Модернизация может включать дополнение либо замену существующего оборудования с целью экономии топлива, продления срока эксплуатации, улучшения экологических характеристик, повышения надежности и удобства обслуживания, а также более эффективного использования участка.
Критерии для рассмотрения модернизации:
• Увеличение генерирующей мощности электростанции.
• Увеличение передачи электроэнергии по существующим линиям электропередач.
• Получение конкурентных преимуществ в плане стоимости электроэнергии.
• Освобождение места на стройплощадке для установки нового оборудования.
• Улучшение экологических характеристик оборудования.
• Переход на более доступные виды топлива.
Существуют различные схемы модернизации.
Одним из самых распространенных способов является установка парогенераторов с рекуперацией тепла, трансформируя конвенционные ТЭС в высокоэффективные электростанции с комбинированным циклом.
Возобновляемая энергия также может быть рассмотрена путем интеграции солнечной тепловой электростанции в существующую ТЭС.
Перспективным вариантом является внедрение твердооксидных топливных элементов.
Основные направления модернизации ТЭС включают:
• Переоснащение существующих котлов.
• Углубленная модернизация турбогенератора.
• Внедрение технологии комбинированного цикла.
• Интеграция солнечной теплоэлектростанции в цикл Ренкина.
• Интеграция инновационных топливных элементов и другое.
Независимо от выбранной схемы переоснащения, необходимо учитывать основные технические, экономические и экологические параметры, включая:
• Тепловой баланс установки.
• Технические ограничения старого оборудования.
• Инвестиционные затраты проекта модернизации.
• Затраты на эксплуатацию и обслуживание.
• Эксплуатационная гибкость оборудования.
• Выбросы ТЭС и др.
Поскольку во всем мире большое количество ТЭС подходит к концу срока эксплуатации, их модернизация представляет собой привлекательный вариант для увеличения генерирующих мощностей, повышения эффективности, продления срока работы и улучшения экологических показателей объекта.
ЕРС подряд на строительство ТЭС в России и за рубежом
Из всех методов реализации проектов, появившихся в результате недавних технологических достижений, ЕРС-контрактинг лучше всего отражает преобразования, произошедшие в этом секторе.
Эта аббревиатура означает инжиниринг, закупки и строительство.
ЕРС четко указывает все, что включено в типовой контракт: проектирование, необходимые поставки и строительство.
Он также предполагает ряд дополнительных услуг, необходимых для достижения основных целей заказчика с минимальным его участием.
Этот метод реализации энергетических проектов заменил традиционные трехсторонние отношения между подрядчиком, инжиниринговой фирмой и заказчиком. Теперь клиенты могут доверить строительство объекта под ключ единому партнеру.
ЕРС-контрактор берет на себя проектирование, проведение тендеров, закупки, строительство, испытания, ввод в эксплуатацию, а также обучение персонала заказчика и другие функции.
В этом типе контракта акцент должен делаться на фиксированной цене и полной ответственности, которую берет на себя подрядчик по отношению к клиенту.
ESFC предлагает:
• Предпроектные работы: технико-экономическое обоснование инвестиций в строительство теплоэлектростанций, прогнозирование экономических показателей, сравнение конфигураций оборудования, выбор участка для строительства, составление требований к проекту и др.
• Проектирование: подготовка и утверждение проектной документации в соответствии с требованиями заказчика и действующими нормами, проектирование оборудования и разработка индивидуальных технических решений.
• Выбор и закупки материалов и оборудования для эффективной реализации проекта.
• Строительство теплоэлектростанции: подготовка строительной площадки, доставка материалов и оборудования, контроль за выполнением строительно-монтажных работ, организация испытаний оборудования и ввод объекта в эксплуатацию.
• Организация эксплуатации и технического обслуживания энергетических объектов.
• Комплексная модернизация ТЭС и внедрение новых технологий.
Компания ESFC и её партнеры занимаются всеми вопросами, связанными с финансированием, проектированием, строительством, техническим обслуживанием и модернизацией тепловых электростанций в России и за рубежом.
Наши специалисты проводят экономические расчеты, предлагают необходимое финансирования и оказывают консультативную поддержку на всех стадиях проекта.
Для рассмотрения заявки на финансирование заполните форму и вместе с брифом проекта пришлите нам на e-mail или обратитесь к нашим экспертам
Источник: esfccompany.com
(Thermal power, ТЭС)
Определение ТЭС, типы и характеристики ТЭС. классификация ТЭС
Определение ТЭС, типы и характеристики ТЭС. классификация ТЭС, устройство ТЭС
Содержание
— Использование тепла мини-ТЭЦ
— Топливо для мини-ТЭЦ
— Мини-ТЭЦ и экология
— Влияние на окружающую среду
Теплова́яэлектроста́нция это (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Основными узлами тепловой электрической станции являются:
— двигатели — силовые агрегаты тепловой электро станции
— теплообменники ТЭС — теплоэлектростанции
Градирня
Гради́рня (нем. gradieren — сгущать соляной раствор; первоначально градирни служили для добычи соли выпариванием) — устройство для охлаждения большого количества воды направленным потоком атмосферного воздуха. Иногда градирни называют также охладительными башнями.
В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов (как правило, на тепловых электростанциях, ТЭЦ). В гражданском строительстве градирни используются при кондиционировании воздуха, например, для охлаждения конденсаторов холодильных установок, охлаждения аварийных электрогенераторов. В промышленности градирни используются для охлаждения холодильных машин, машин-формовщиков пластических масс, при химической очистке веществ.
Процесс охлаждения происходит за счёт испарения части воды при стекании её тонкой плёнкой или каплями по специальному оросителю, вдоль которого в противоположном движению воды направлении подаётся поток воздуха. При испарении 1 % воды, температура оставшейся понижается на 5,48 °C.
Как правило, градирни используют там, где нет возможности использовать для охлаждения большие водоёмы (озёра, моря). Кроме того, данный способ охлаждения экологически более чистый.
Простой и дешёвой альтернативой градирням являются брызгальные бассейны, где вода охлаждается простым разбрызгиванием.
Характеристики
Основной параметр градирни — величина плотности орошения — удельная величина затраты воды на 1 мІ площади орошения.
Основные конструктивные параметры градирен определяются технико-экономическим расчётом в зависимости от объёма и температуры охлаждаемой воды и параметров атмосферы (температуры, влажности и т. д.) в месте установки.
Использование градирен в зимнее время, особенно в суровых климатических условиях, может быть опасно из-за вероятности обмерзания градирни. Происходит это чаще всего в том месте, где происходит соприкосновение морозного воздуха с небольшим количеством теплой воды. Для предотвращения обмерзания градирни и, соответственно, выхода её из строя следует обеспечивать равномерное распределение охлаждаемой воды по поверхности оросителя и следить за одинаковой плотностью орошения на отдельных участках градирни. Нагнетательные вентиляторы тоже часто подвергаются обледенению из-за неправильного использования градирни.
Классификация
В зависимости от типа оросителя, градирни бывают:
По способу подачи воздуха:
вентиляторные (тяга создаётся вентилятором);
башенные (тяга создаётся при помощи высокой вытяжной башни);
открытые (атмосферные), использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха через ороситель.
Вентиляторные градирни наиболее эффективны с технической точки зрения, так как обеспечивают более глубокое и качественное охлаждение воды, выдерживают большие удельные тепловые нагрузки (однако требуют издержек электрической энергии для привода вентиляторов).
Типы
Конденсационные электростанции (ГРЭС)
Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)
Электростанции на базе парогазовых установок
Электростанции на основе поршневых двигателей
С воспламенением от сжатия (дизель)
C воспламенением от искры
Теплоелектроцентраль
Теплоэлектроцентра́ль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Как правило, ТЭЦ должна работать по теплофикационному графику, то есть выработка электрической энергии зависит от выработки тепловой энергии.
При размещении ТЭЦ учитывается близость потребителей тепла в виде горячей воды и пара.
Мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ — малая теплоэлектроцентраль.
Устройство мини-ТЭЦ
Мини-ТЭЦ — это теплосиловые установки, служащие для совместного производства электрической и тепловой энергии в агрегатах единичной мощностью до 25 МВт, независимо от вида оборудования. В настоящее время нашли широкое применение в зарубежной и отечественной теплоэнергетике следующие установки: противодавленческие паровые турбины, конденсационные паровые турбины с отбором пара, газотурбинные установки с водяной или паровой утилизацией тепловой энергии, газопоршневые, газодизельные и дизельные агрегаты с утилизацией тепловой энергии различных систем этих агрегатов.
Термин когенерационные установки используется в качестве синонима терминов мини-ТЭЦ и ТЭЦ, однако он является более широким по значению, так как предполагает соместное производство (co — совместное, generation — производство) различных продуктов, которыми могут быть, как электрическая и тепловая энергия, так и другие продукты, например, тепловая энергия и углекислый газ, электрическая энергия и холод и т. д. Фактически термин тригенерация, предполагающий производство электричества, тепловой энергии и холода также является частным случаем когенерации. Отличительной особенностью мини-ТЭЦ является более экономичное использование топлива для произведенных видов энергии в сравнении с общепринятыми раздельными способами их производства. Это связано с тем, что электроэнергия в масштабах страны производится в основном в конденсационных циклах ТЭС и АЭС, имеющих электрический КПД на уровне 30-35 % при отсутствии теплового приобретателя. Фактически такое положение дел определяется сложившимся соотношением электрических и тепловых нагрузок населенных пунктов, их различным характером изменения в течение года, а также невозможностью передавать тепловую энергию на большие расстояния в отличие от электрической энергии.
Модуль мини-ТЭЦ включает газопоршневой, газотурбинный или дизельный двигатель, генератор электричества, теплообменник для утилизации тепла от воды при охлаждении двигателя, масла и выхлопных газов. К мини-ТЭЦ обычно добавляют водогрейный котел для компенсации тепловой нагрузки в пиковые моменты.
Назначение мини-ТЭЦ
Основное предназначение мини-ТЭЦ является выработка электрической и тепловой энергии из различных видов топлива.
Концепция строительства мини-ТЭЦ в непосредственной близости к приобретателю имеет ряд преимуществ (в сравнении с большими ТЭЦ):
позволяет избежать расходов на строитпреимуществогостоящих и опасных высоковольтных линий электропередач (ЛЭП);
исключаются потери при передаче энергии;
отпадает необходимость финансовых издержек на выполнение технических условий на подключение к сетям
бесперебойное снабжение электричеством приобретателя;
электроснабжение качественной электричеством, соблюдение заданных значений напряжения и частоты;
возможно, получение прибыли.
В современном мире строительство мини-ТЭЦ набирает обороты, преимущества очевидны.
Использование тепла мини-ТЭЦ
Значимую часть энергии сгорания топлива при выработке электричества составляет тепловая энергия.
Существует варианты использования тепла:
непосредственное использование тепловой энергии конечными потребителями (когенерация);
горячее водоснабжение (ГВС), отопление, технологические нужды (пар);
частичное преобразование тепловой энергии в энергию холода (тригенерация);
холод вырабатывается абсорбционной холодильной машиной, потребляющей не электрическую, а тепловую энергию, что дает возможность достаточно эффективно использовать тепло летом для кондиционирования помещений или для технологических нужд;
Топливо для мини-ТЭЦ
Виды используемого топлива
газ: Природный газ магистральный, Природный газ сжиженный и другие горючие газы;
жидкое топливо: нефть, мазут, дизтопливо, биодизель и другие горючие жидкости;
твердое топливо: уголь, древесина, торф и прочие разновидности биотоплива.
Наиболее эффективным и недорогим топливом в Российской Федерации является магистральный Природный газ, а так же попутный газ.
Мини-ТЭЦ и экология
Использование в практических целях отработавшего тепла двигателей электростанций, является отличительной особенностью мини-ТЭЦ и носит название когенерация (теплофикация).
Комбинированное производство энергии двух видов на мини — тэц способствуют гораздо более экологичному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электричества и тепловой энергии на котельных установках.
Замена котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, мини-ТЭЦ способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению общего экологического состояния.
Источник энергии для газопоршневых и газотурбинных мини-ТЭЦ, как правило, Природный газ. Природный или попутный газ органическое топливо, не загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами
Газотурбинный двигатель
Газотурбинный двигатель (ГТД, ТРД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины. В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.
Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струёй газа лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.
Простейший газотурбинный двигатель имеет только одну турбину, которая приводит компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя.
Иногда двигатель выполняется многовальным. В этом случае имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал. Турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолёта или корабля, мощные электрогенераторы и т.д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным.
Преимущество многовального двигателя в том, что каждая турбина работает при оптимальном числе оборотов и нагрПреимуществогрузке, приводимой от вала одновального двигателя, была бы очень плоха приемистость двигателя, то есть способность к быстрой раскрутке, так как турбине требуется поставлять мощность и для обеспечения двигателя большим количеством воздуха (мощность ограничивается количеством воздуха), и для разгона нагрузки. При двухвальной схеме легкий ротор высокого давления быстро выходит на режим, обеспечивая двигатель воздухом, а турбину низкого давления большим количеством газов для разгона. Также есть возможность использовать менее мощный стартер для разгона при пуске только ротора высокого давления.
Парогазовая установка
Парогазовая установка — электрогенерирующая станция, служащая для производства тепло- и электричества. Отличается от паросиловых и газотурбинных установок повышенным КПД.
Принцип действия
Парогазовая установка состоит из двух отдельных установок: паросиловой и газотурбинной. В газотурбинной установке турбину вращают газообразные продукты сгорания топлива. Топливом может служить как Природный газ, так и продукты нефтяной промышленности (мазут, солярка).
На одном валу с турбиной находится первый генератор, который за счет вращения ротора вырабатывает электрический ток. Проходя через газотурбину, продукты сгорания отдают ей лишь часть своей энергии и на выходе из газотурбины все ещё имеют высокую температуру. С выхода из газотурбины продукты сгорания попадают в паросиловую установку, в котел-утилизатор, где нагревают воду и образующийся водяной пар. Температура продуктов сгорания достаточна для того, чтобы довести пар до состояния, необходимого для использования в паровой турбине (температура дымовых газов около 500 градусов по Цельсию позволяет получать перегретый пар при давлении около 100 атмосфер). Паровая турбина приводит в действие второй электрогенератор.
Преимущества
Парогазовые установки имеют электрический КПД порядка 51—58 %, в то время как у работающих отдельно паросиловых или газотурбинных установок он колеблется в районе 35—38 %. Благодаря этому не только снижается затрата топлива, но и уменьшается выброс парниковых газов.
Поскольку парогазовая установка более эффективно извлекает тепло из продуктов сгорания, можно сжигать топливо при более высоких температурах, в результате уровень выбросов оксида азота в атмосферу ниже чем у установок других типов.
Относительно низкая стоимость производства.
Распространение
Несмотря на то, что преимущества парогазового цикла были впервые доказаны еще в 1950-х годах советским академиком Христиановичем, этот тип энергогенерирующих установок не получил в Российской Федерации широкого применения. В СССР были построены несколько экспериментальных ПГУ. Примером могут служить энергоблоки мощностью 170 МВт на Невинномысской ГРЭС и мощностью 250 МВт на Молдавской ГРЭС. В последние годы в Российской Федерации введены в эксплуатацию ряд мощных парогазовых энергоблоков. Среди них:
2 энергоблока мощностью 450 МВт каждый на Северо-западной ТЭЦ в Санкт-Петербурге;
1 энергоблок мощностью 450 МВт на Калининградской ТЭЦ-2;
1 ПГУ мощностью 220 МВт на Тюменской ТЭЦ-1;
2 ПГУ мощностью 450 МВт на ТЭЦ-27 и 1 ПГУ на ТЭЦ-21 в Москве;
1 ПГУ мощностью 325 МВт на Ивановской ГРЭС;
2 энергоблока мощностью 39 МВт каждый на Сочинской ТЭС
По состоянию на сентябрь 2008 г. в Российской Федерации в различных стадиях проектирования или строительства находятся несколько ПГУ.
В Европе и США подобные установки функционируют на большинстве тепловых электростанций.
Конденсационная электростанция
Конденсационная электростанция (КЭС) — тепловая электростанция, производящая только электрическую энергию. Исторически получила наименование «ГРЭС» — государственная районная электростанция. С течением времени термин «ГРЭС» потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности (тысячи МВт), работающую в объединённой энергосистеме наряду с другими крупными электростанциями. Однако следует учитывать, что не все станции, имеющие в своём названии аббревиатуру «ГРЭС», являются конденсационными, некоторые из них работают как теплоэлектроцентрали.
История
Первая ГРЭС «Электропередача», сегодняшняя «ГРЭС-3», сооружена под Москвой в г. Электрогорске в 1912—1914 гг. по инициативе инженера Р. Э. Классона. Основное топливо — торф, мощность — 15 МВт. В 1920-х планом ГОЭЛРО предусматривалось строительство нескольких тепловых электростанций, среди которых наиболее известна Каширская ГРЭС.
Принцип работы
Вода, нагреваемая в паровом котле до состояния перегретого пара (520—565 градусов Цельсия), вращает паровую турбину, приводящую в движение турбогенератор.
Избыточное тепло выбрасывается в атмосферу (близлежащие водоёмы) через конденсационные установки в отличие от теплофикационных электростанций, отдающих избыточное тепло на нужды близлежащих объектов (например, отопление домов).
Конденсационная электростанция как правило работает по циклу Ренкина.
Основные системы
КЭС является сложным энергетическим комплексом, состоящим из зданий, сооружений, энергетического и иного оборудования, трубопроводов, арматуры, контрольно-измерительных приборов и автоматики. Основными системами КЭС являются:
система золо- и шлакоудаления, очистки дымовых газов;
техническое водоснабжение (для отвода избыточного тепла);
система химической очистки и подготовки воды.
При проектировании и строительстве КЭС ее системы размещаются в зданиях и сооружениях комплекса, в первую очередь в главном корпусе. При эксплуатации КЭС персонал, управляющий системами, как правило, объединяется в цеха (котлотурбинный, электрический, топливоподачи, химводоподготовки, тепловой автоматики и т. п.).
Котельная установка располагается в котельном отделении главного корпуса. В южных районах Российской Федерации котельная установка может быть открытой, то есть не иметь стен и крыши. Установка состоит из паровых котлов (парогенераторов) и паропроводов. Пар от котлов передается турбинам по паропроводам «острого» пара.
Паропроводы различных котлов, как правило, не соединяются поперечными связями. Такая схема называется «блочной».
Паротурбинная установка располагается в машинном зале и в деаэраторном (бункерно-деаэраторном) отделении главного корпуса. В нее входят:
паровые турбины с электрическим генератором на одном валу;
конденсатор, в котором пар, прошедший турбину, конденсируется с образованием воды (конденсата);
конденсатные и питательные насосы, обеспечивающие возврат конденсата (питательной воды) к паровым котлам;
рекуперативные подогреватели низкого и высокого давления (ПНД и ПВД) — теплообменники, в которых питательная вода подогревается отборами пара от турбины;
деаэратор (служащий также ПНД), в котором вода очищается от газообразных примесей;
трубопроводы и вспомогательные системы.
Топливное хозяйство имеет различный состав в зависимости от основного топлива, на которое рассчитана КЭС. Для угольных КЭС в топливное хозяйство входят:
размораживающее устройство (т. н. «тепляк», или «сарай») для оттаивания угля в открытых полувагонах;
разгрузочное устройство (как правило, вагоноопрокидыватель);
угольный склад, обслуживаемый краном-грейфером или специальной перегрузочной машиной;
дробильная установка для предварительного измельчения угля;
конвейеры для перемещения угля;
системы аспирации, блокировки и другие вспомогательные системы;
система пылеприготовления, включая шаровые, валковые, или молотковые углеразмольные мельницы.
Система пылеприготовления, а также бункера угля располагаются в бункерно-деаэраторном отделении главного корпуса, остальные устройства топливоподачи — вне главного корпуса. Изредка устраивается центральный пылезавод. Угольный склад рассчитывается на 7-30 дней непрерывной работы КЭС. Часть устройств топливоподачи резервируется.
Топливное хозяйство КЭС на Природном газе наиболее просто: в него входит газораспределительный пункт и газопроводы. Однако на таких электростанциях в качестве резервного или сезонного источника используется мазут, поэтому устраивается и мазутное хозяйство. Мазутное хозяйство сооружается и на угольных электростанциях, где мазут применяется для растопки котлов. В мазутное хозяйство входят:
мазутохранилище со стальными или железобетонными резервуарами;
мазутная насосная станция с подогревателями и фильтрами мазута;
трубопроводы с запорно-регулирующей арматурой;
противопожарная и другие вспомогательные системы.
Система золошлакоудаления устраивается только на угольных электростанциях. И зола, и шлак — негорючие остатки угля, но шлак образуется непосредственно в топке котла и удаляется через лётку (отверстие в шлаковой шахте), а зола уносится с дымовыми газами и улавливается уже на выходе из котла. Частицы золы имеют значительно меньшие размеры (порядка 0,1 мм), чем куски шлака (до 60 мм). Системы золошлакоудаления могут быть гидравлические, пневматические или механические. Наиболее распространённая система оборотного гидравлического золошлакоудаления состоит из смывных аппаратов, каналов, багерных насосов, пульпопроводов, золошлакоотвалов, насосных и водоводов осветлённой воды.
Выброс дымовых газов в атмосферу является наиболее опасным воздействием тепловой электростанции на окружающую природу. Для улавливания золы из дымовых газов после дутьевых вентиляторов устанавливают фильтры различных типов (циклоны, скрубберы, электрофильтры, рукавные тканевые фильтры), задерживающие 90—99 % твердых частиц. Однако для очистки дыма от вредных газов они непригодны. За рубежом, а в последнее время и на отечественных электростанциях (в том числе газо-мазутных), устанавливают системы десульфуризации газов известью или известняком (т. н. deSOx) и каталитического восстановления оксидов азота аммиаком (deNOx). Очищенный дымовой газ выбрасывается дымососом в дымовую трубу, высота которой определяется из условий рассеивания оставшихся вредных примесей в атмосфере.
Электрическая часть КЭС предназначена для производства электрической энергии и её распределения потребителям. В генераторах КЭС создается трехфазный электрический ток напряжением обычно 6—24 кВ.
Так как с повышением напряжения потери энергии в сетях существенно уменьшаются, то сразу после генераторов устанавливаются трансформаторы, повышающие напряжение до 35, 110, 220, 500 и более кВ. Трансформаторы устанавливаются на открытом воздухе. Часть электрической энергии расходуется на собственные нужды электростанции. Подключение и отключение отходящих к подстанциям и потребителям линий электропередачи производится на открытых или закрытых распределительных устройствах (ОРУ, ЗРУ), оснащенных выключателями, способными соединять и разрывать электрическую цепь высокого напряжения без образования электрической дуги.
Система технического водоснабжения обеспечивает подачу большого количества холодной воды для охлаждения конденсаторов турбин. Системы разделяются на прямоточные, оборотные и смешанные. В прямоточных системах вода забирается насосами из естественного источника (обычно из реки) и после прохождения конденсатора сбрасывается обратно.
При этом вода нагревается примерно на 8—12 °C, что в ряде случаев изменяет биологическое состояние водоёмов. В оборотных системах вода циркулирует под воздействием циркуляционных насосов и охлаждается воздухом. Охлаждение может производиться на поверхности водохранилищ-охладителей или в искусственных сооружениях: брызгальных бассейнах или градирнях.
В маловодных районах вместо системы технического водоснабжения применяются воздушно-конденсационные системы (сухие градирни), представляющие собой воздушный радиатор с естественной или искусственной тягой. Это решение обычно вынужденное, так как они дороже и менее эффективны с точки зрения охлаждения.
Система химводоподготовки обеспечивает химическую очистку и глубокое обессоливание воды, поступающей в паровые котлы и паровые турбины, во избежание отложений на внутренних поверхностях оборудования. Обычно фильтры, ёмкости и реагентное хозяйство водоподготовки размещается во вспомогательном корпусе КЭС. Кроме того, на тепловых электростанциях создаются многоступенчатые системы очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, маслами, водами обмывки и промывки оборудования, ливневыми и талыми стоками.
Влияние на окружающую среду
Воздействие на атмосферу. При горении топлива потребляется большое количество кислорода, а также происходит выброс значительного количества продуктов сгорания таких как: летучая зола, газообразные окислы серы азота, часть которых имеет большую химическую активность.
Воздействие на гидросферу. Прежде всего сброс воды из конденсаторов турбин, а также промышленные стоки.
Воздействие на литосферу. Для захоронения больших масс золы требуется много места. Данные загрязнения снижаются использованием золы и шлаков в качестве строительных материалов.
Современное состояние
В настоящее время в Российской Федерации работают типовые ГРЭС мощностью 1000—1200, 2400, 3600 МВт и несколько уникальных, используются агрегаты по 150, 200, 300, 500, 800 и 1200 МВт. Среди них следующие ГРЭС (входящие в состав ОГК):
Верхнетагильская ГРЭС — 1500 МВт;
Ириклинская ГРЭС — 2430 МВт;
Каширская ГРЭС — 1910 МВт;
Нижневартовская ГРЭС — 1600 МВт;
Пермская ГРЭС — 2400 МВт;
Уренгойская ГРЭС — 24 МВт.
Псковская ГРЭС — 645 МВт;
Серовская ГРЭС — 600 МВт;
Ставропольская ГРЭС — 2400 МВт;
Сургутская ГРЭС-1 — 3280 МВт;
Троицкая ГРЭС — 2060 МВт.
Гусиноозёрская ГРЭС — 1100 МВт;
Костромская ГРЭС — 3600 МВт;
Печорская ГРЭС — 1060 МВт;
Харанорская ГРЭС — 430 МВт;
Черепетская ГРЭС — 1285 МВт;
Южноуральская ГРЭС — 882 МВт.
Берёзовская ГРЭС — 1500 МВт;
Смоленская ГРЭС — 630 МВт;
Сургутская ГРЭС-2 — 4800 МВт;
Шатурская ГРЭС — 1100 МВт;
Яйвинская ГРЭС — 600 МВт.
Конаковская ГРЭС — 2400 МВт;
Невинномысская ГРЭС — 1270 МВт;
Рефтинская ГРЭС — 3800 МВт;
Среднеуральская ГРЭС — 1180 МВт.
Киришская ГРЭС — 2100 МВт;
Красноярская ГРЭС-2 — 1250 МВт;
Новочеркасская ГРЭС — 2400 МВт;
Рязанская ГРЭС (блоки № 1-6 — 2650 МВт и блок № 7 (вошедшая в состав Рязанской ГРЭС бывшая ГРЭС-24 — 310 МВт) — 2960 МВт;
Череповецкая ГРЭС — 630 МВт.
Верхнетагильская ГРЭС
Верхнетаги́льская ГРЭС — тепловая электростанция в Верхнем Тагиле (Свердловская область), работающая в составе «ОГК-1». В эксплуатации с 29 мая 1956 года.
Станция включает 11 энергоблоков электрической мощностью 1497 МВт и тепловой — 500 Гкал/ч. Топливо станции: Природный газ (77 %), уголь (23 %). Численность персонала — 1119 человек.
Строительство станции проектной мощностью 1600 МВт началось в 1951 году. Целью строительства было обеспечение тепловой и электрической энергией Новоуральского электрохимического комбината. В 1964 году электростанция достигла проектной мощности.
С целью улучшения теплоснабжения городов Верхний Тагил и Новоуральск была произведена модернизация станции:
Четыре конденсационных турбоагрегата К-100-90(ВК-100-5)ЛМЗ были заменены на теплофикационные турбины Т-88/100-90/2,5.
На ТГ-2,3,4 установлены сетевые подогреватели типа ПСГ-2300-8-11 для нагрева сетевой воды в схеме теплоснабжения Новоуральска.
На ТГ-1,4 установлены сетевые подогреватели для теплоснабжения Верхнего Тагила и промплощадки.
Все работы выполнялись по проекту ХФ ЦКБ.
В ночь с 3 на 4 января 2008 года на Сургутской ГРЭС-2 произошла авария: частичное обрушение кровли над шестым энергоблоком мощностью 800 МВт привело к остановке двух энергоблоков. Ситуацию осложняло то, что ещё один энергоблок (№ 5) был на ремонте: В итоге были остановлены энергоблоки № 4, 5, 6. Эту аварию удалось локализовать к 8 января. Весь этот период времени ГРЭС работала в особенно напряжённом режиме.
В срок соответственно до 2010 года и 2013 года планируется строительство двух новых энергоблоков (топливо — Природный газ).
На ГРЭС существует проблема выбросов в окружающую среду. «ОГК-1» подписала контракт с «Инженерным центром энергетики Урала» на 3,068 млн рублей, который предусматривает разработку проекта реконструкции котла Верхнетагильской ГРЭС, который приведёт к снижению выбросов для соблюдения нормативов ПДВ.
Каширская ГРЭС
Каши́рская ГРЭС имени Г. М. Кржижановского в городе Кашира Московской области, на берегу Оки.
Историческая станция, построена под личным контролем В. И. Ленина по плану ГОЭЛРО. На момент ввода в строй станция мощностью 12 МВт была второй по мощности электростанцией в Европе.
Станция была построена по плану ГОЭЛРО, строительство велось под личным контролем В. И. Ленина. Строилась в 1919—1922 годах, для строительства на месте села Терново возведён рабочий посёлок Новокаширск. Пущена 4 июня 1922 года, стала одной из первых советских районных ТЭС.
Псковская ГРЭС
Псковская ГРЭС — государственная районная электростанция, расположена в 4,5 километрах от поселка городского типа Дедовичи — районного центра Псковской области, на левом берегу реки Шелонь. С 2006 года является филиалом ОАО «ОГК-2».
Высоковольтные ЛЭП связывают Псковскую ГРЭС с Белоруссией, Латвией и Литвой. Материнская организация считает это преимуществом: существует канал экспортирования энергоресурсов, который активно используется.
Установленная мощность ГРЭС 430 МВт, она включает в себя два высоко маневренных энергоблока по 215 МВт. Эти энергоблоки построены и введены в эксплуатацию в 1993 и 1996 годах. Первоначальпреимуществомрвой очереди включал в себя строительство трёх энергоблоков.
Основной вид топлива — Природный газ, он поступает на станцию через ответвление магистрального экспортного газопровода. Энергоблоки были изначально созданы для работы на фрезерном торфе; они были реконструированы по проекту ВТИ для сжигания Природного газа.
Издержка электричества на собственные нужды составляет 6,1 %.
Ставропольская ГРЭС
Ставропольская ГРЭС — тепловая электростанция Российской Федерации. Находится в городе Солнечнодольск Ставропольского края.
Загрузка электростанции позволяет осуществлять экспортные поставки электричества за рубеж: в Грузию и в Азербайджан. При этом гарантируется поддержание перетоков в системообразующей электрической сети Объединенной энергосистемы Юга на допустимых уровнях.
Входит в состав Оптовой генерирующей организации № 2 (ОАО «ОГК-2»).
Издержка электричества на собственные нужды станции составляет 3,47 %.
Основным топливом станции является Природный газ, но в качестве резервного и аварийного топлива станцией может использоваться мазут. Топливный баланс по состоянию на 2008 год: газ — 97 %, мазут — 3 %.
Смоленская ГРЭС
Смоленская ГРЭС — тепловая электростанция Российской Федерации. Входит в состав Оптовой генерирующей фирмы № 4 (ОАО «ОГК-4») с 2006.
12 января 1978 был введён в эксплуатацию первый блок ГРЭС, проектирование которой началось в 1965, а строительство — в 1970. Станция расположена в посёлке Озёрный Духовщинского района Смоленской области. Первоначально предполагалось использовать в качестве топлива торф, но по причине отставания строительства торфодобывающих предприятий использовались другие виды топлива (подмосковный уголь, интинский уголь, сланец, хакасский уголь). Всего сменилось 14 видов топлива. С 1985 окончательно установлено, что энергию будут получать из Природного газа и угля.
Сегодняшняя установленная мощность ГРЭС составляет 630 МВт.
Источники
Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. Под ред. В. Я. Гиршфельда. Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 328 с.
Энциклопедия инвестора . 2013 .
Полезное
Смотреть что такое «Теплоэлектростанция» в других словарях:
теплоэлектростанция — теплоэлектростанция … Орфографический словарь-справочник
теплоэлектростанция — сущ., кол во синонимов: 1 • электростанция (9) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
теплоэлектростанция — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN heat and power station Power station which produces both electricity and hot water for the local population. A CHP (Combined Heat and Power Station) plant may operate on almost … Справочник технического переводчика
теплоэлектростанция — šiluminė elektrinė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat power plant; steam power plant vok. Wärmekraftwerk, n rus. тепловая электростанция, f; теплоэлектростанция, f pranc. centrale électrothermique, f; centrale thermique, f; usine… … Fizikos terminų žodynas
теплоэлектростанция обычного типа — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN conventional power stationconventional thermal power station … Справочник технического переводчика
теплоэлектростанция, работающая на отходах — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN waste fed heating and power plant Heating and power production plant where fuel is provided from refuse. (Source: PHCa) [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en… … Справочник технического переводчика
теплоэлектростанция, работающая на угле — — [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] EN coal fired power plant Power plant which is fuelled by coal. (Source: CAMB) [http://www.eionet.europa.eu/gemet/alphabetic?langcode=en] Тематики охрана окружающей среды EN coal… … Справочник технического переводчика
теплоэлектростанция — теплоэлектростанция, теплоэлектростанции, теплоэлектростанции, теплоэлектростанций, теплоэлектростанции, теплоэлектростанциям, теплоэлектростанцию, теплоэлектростанции, теплоэлектростанцией, теплоэлектростанциею, теплоэлектростанциями,… … Формы слов
Теплоэлектростанция — … Википедия
теплоэлектростанция — теплоэлектрост анция, и … Русский орфографический словарь
Источник: investments.academic.ru