I.1.1. Тепловые электростанции

В общем балансе электроэнергетики России выработка электроэнергии на тепловых станциях составляет около 68 %. Применяются два типа тепловых станций: конденсационные и теплофикационные, последние называются также теплоцентралями (ТЭЦ).

Конденсационные электростанции, являясь основным видом мощных электростанций, представляют в основном паротурбинные электростанции, вырабатывающие только электрическую энергии.

Теплоэлектроцентрали вырабатывают и отпускают потребителю одновременно тепловую и электрическую энергию.

Основными частями тепловой электростанции является паротурбинная, газотурбинная или комбинированная парогазотурбинная установка и электромашинный генератор тока. Установка преобразует энергию, получаемую при сжигании топлива, в механическую энергию вращения ротора турбины установки. Генератор тока использует эту энергию для получения электрической энергии.

В качестве основных узлов силовых установок служат паровые, газовые или комбинированные парогазовые турбины, вращение ротора которых происходит под действием струи водяного пара или газа, образующегося при сгорании топлива.

При сжигании топлива образуется факел и нагретый дымовой газ, используемый для подогрева воды и получения пара. Современные паровые котлы обладают высоким коэффициентом полезного действия (до 95 %), паропроизводительностью до 4000 тонн в час и вырабатывают пар с давлением до 30 МПа и температурой до 650^οС.

Паротурбинные установки используют более 90 % действующих в России электростанций, коэффициент полезного действия которых достигает 40 %.

В комбинированных парогазотурбинных установках одновременно работают паровые и газовые турбины. В этом случае отработанный в газовой турбине газ используется для подогрева воды или получения пара низкого давления в котле паровой турбины. Коэффициент полезного действия таких установок – от 55 до 60 %, газотурбинных установок – 35 %.

Для повышения экономичности энергоемких турбин используют также многоступенчатые турбины. В таких многоступенчатых станциях преобразование тепловой и механической энергии рабочего тела (пара, газа) в энергию вращения ротора турбины осуществляется не в одной, а в ряде последовательно расположенных ступеней: отработанный в первой ступени пар или газ направляется во вторую ступень, затем в третью и т.д.

Отработанный теплофикационными турбинами ТЭЦ пар или газ нагревает воду теплофикационных сетей, которая при помощи насосных станций обеспечивает теплом промышленные, коммунальные и другие объекты.

Для устранения перегрева установленного оборудования (трансформаторов, турбин, компрессоров, насосов) используют воду, уносящую тепло. Снижение температуры воды систем охлаждения осуществляется в градирнях за счет интенсивного испарения воды в атмосферу воздуха при стекании ее по оросителю градирни.

Суммарная мощность тепловых электростанций в России работающих на природном газе (≈ 60 %), угле (≈ 30 %), и мазуте (≈ 10 %) достигает 4 ГВт.

I.1.2. Гидроэлектростанции

В балансе электроэнергии России электроэнергия гидроэлектростанций (ГЭС) составляет 17 %.

Данные электростанции являются мобильными энергетическими сооружениями, выгодно отличающимися от тепловых электростанций в отношении регулирования частоты тока, покрытия пиковых нагрузок и обеспечения аварийного резерва энергосистемы. В ГЭС для получения электрической энергии используется кинетическая энергия падающего потока воды, который вращает ротор (рабочее колесо) гидравлической турбины, а он в свою очередь – ротор электромашинного генератора тока. Для создания мощного турбулентного падающего потока воды ее уровень повышают и направляют на лопасти или направляющий аппарат гидравлической турбины. Повышение уровня воды осуществляется плотиной или деривационной схемой станции. Деривационная система включает в себя:

- плотину;

- водоподъемник;

- отстойник;

- деривационный канал;

- бассейн суточного регулирования;

- напорный бассейн;

- турбинный водовод;

- распределительное устройство;

- здание ГЭС;

- водосброс;

- подъемные пути.

Гидравлические турбины по принципу действия подразделяются на активные (свободноструйные) и реактивные турбины (напороструйные), по конструкции – на вертикальные и горизонтальные. В активной турбине вращение осуществляется напором струи воды, поступающей на лопасти турбины через сопло ротора. В реактивной турбине вращение ротора происходит за счет реактивной силы, действующей на ротор при вытекании из него струи воды, поступающей из направляющего аппарата.

Из активных турбин наиболее распространены ковшевые.

Реактивные турбины делятся по направлению потока на осевые и радиально-осевые. К реактивным турбинам одинарного регулирования относятся турбины, имеющие направляющий аппарат (либо рабочее колесо) с поворотными лопастями (лопатками), у гидравлических турбин двойного регулирования направляющий аппарат и рабочее колесо имеют поворотные лопасти. Диаметр ротора турбин достигает 10 м, мощность – 800 МВт.

По напору воды ГЭС делятся на высоконапорные (более 60 м), средненапорные (от 60 до 25 м) и низконапорные (до 25 м). На высоконапорных ГЭС устанавливают ковшевые или радиально-осевые турбины с металлическими спиральными камерами; на средненапорных – поворотно-лопастные и радиально-осевые турбины с железобетонными или металлическими спиральными камерами; в низконапорных – поворотно-лопастные турбины в бетонных или железобетонных спиральных камерах. Используются горизонтальные турбины в капсулах или в открытых камерах.

В России действует 99 ГЭС общей мощностью свыше 44 млн. кВт. Наиболее крупные гидростанции: Волжские (2300 и 2530 МВт), Усть-Илимская (6400 МВт). В 2003 году в Амурской области начала работать Бурейская ГЭС с проектной мощностью 2000 МВт, на которую она вышла в 2009 г.

Перспективно строительство и малых ГЭС с напором от 5 до 20 м для автономных потребителей в гористой местности. Мощность таких ГЭС – 10 - 200 кВт.