Тепловые электростанции

Примерно 70% мировой электроэнергии вырабатывают на ТЭС. Они делятся на конденсационные тепловые электростанции (КЭС), вырабатывающие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), которые производят электроэнергию и теплоту.

В России около 75% энергии производится на тепловых электростанциях. ТЭС строят в районах добычи топлива или в районах потребления энергии.

В 1882 году великий учёный Томас Эдисон запустил первую в мире тепловую электростанцию (ТЭС), работающую на паровом двигателе.

Топливо и окислитель, которым обычно служит подогретый воздух, непрерывно поступают в топку котла. В качестве топлива используется уголь, торф, газ, горючие сланцы или мазут. За счёт тепла, образующегося в результате сжигания топлива, вода в паровом котле нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар поступает по паропроводу в паровую турбину, назначение которой превращать тепловую энергию пара в механическую энергию. Все движущиеся части турбины жёстко связаны с валом и вращаются вместе с ним. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору следующим образом. Пар высокого давления и температуры, имеющий большую внутреннюю энергию, из котла поступает в каналы турбины. Струя пара с высокой скоростью непрерывно вытекает из каналов и поступает на рабочие лопатки турбины, укрепленные на диске, жёстко связанном с валом. При этом механическая энергия потока пара превращается в механическую энергию ротора турбогенератора, так как валы турбины и электрического генератора соединены между собой. В электрическом генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Таким образом, тепловые электростанции (ТЭС) тепловую энергию, образующуюся при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, сланцы и т.д.), использует для вращения турбин, приводящих в движение электрогенератор. Возможность одновременного производства тепла и электроэнергии привела к распространению в ряде стран централизованного теплоснабжения на ТЭЦ.

Гидроэлектростанции — это специальные сооружения, построенные на местах падения реки, тем самым используя её энергию для вращения электрогенератора. Пожалуй самый безвредный способ получения электроэнергии, поскольку не происходит сжигание топлива и не оставляет после себя вредных отходов. Бежит себе вода и даёт нам электричество.

Принцип работы ГЭС достаточно прост. Гидротехнические сооружения ГЭС обеспечивают необходимый поток воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит во вращение генератор, вырабатывающий электроэнергию.

ГЭС выгодно строить на полноводных горных реках. Поэтому наиболее крупные ГЭС построены на сибирских реках. Енисее, Ангаре. Но также построены каскады ГЭС и на равнинных реках: Волге, Каме.

Назначение гидроаккумулирующих электростанций заключается в выравнивании суточного графика нагрузки электрической системы и повышении экономичности ТЭС и АЭС. В часы минимальной нагрузки системы агрегаты ГАЭС работают в насосном режиме, перекачивая воду из нижнего водохранилища в верхнее и увеличивая тем самым нагрузку ТЭС и АЭС; в часы максимальной нагрузки системы они работают в турбинном режиме, отрабатывая воду из верхнего водохранилища и разгружая тем самым ТЭС и АЭС от кратковременной пиковой нагрузки. Экономичность работы системы в целом при этом повышается. ГАЭС сооружают в системах, где отсутствуют ГЭС или их мощность недостаточна для покрытия нагрузки в часы максимальной нагрузки.

Атомные электростанции — в принципе очень похожи на тепловые, разница лишь в том, что в ТЭЦ используют горючее топливо для нагрева воды и получения пара, а в АЭС источником нагрева служит тепло, выделяемое при ядерной реакции. То есть в реакторе находится радиоактивное вещество, как правило, уран, который при своём распаде выделяет большое количество теплоты, и тем самым нагревая котёл с водой, с последующим выделением пара, для вращения турбины и электрогенератора. Атомные электростанции очень выгодные, поскольку при своём малом количестве вещества, способны выдавать много энергии.

В атомном реакторе внутриядерная энергия преобразовывается и относится теплоносителем по трубопроводам первого контура в парогенератор, где тепло передается рабочему телу. Охлажденный теплоноситель с помощью главного циркуляционного насоса вновь направляется в реактор и контур замыкается. Рабочим телом служит обычная вода, генерируемая в пар. Пар по трубопроводу рабочего контура направляется в турбогенератор, в котором тепловая энергия превращается в механическую, а механическая в электрическую. Отработанный пар конденсируется в конденсаторе и прокачивается насосами через регенеративную систему низкого давления. Далее с помощью насосов через регенеративную систему высокого давления вода вновь поступает в парогенератор.

Хоть АЭС и предусматривает высокую степень безопасности, но случаются аварии. Да и после отработки ядерного топлива, отходы нужно куда-то девать.

АЭС построены в районах, где потребляется много энергии, а других энергоресурсов не хватает (в западной части страны).

Также существует большое множество и гораздо менее используемых источников электроэнергии в отличие от основных. Это к примеру ветряные электрогенераторы, которые обычную силу ветра превращают непосредственно в электрический ток.

В последнее время набирают весьма большею популярность солнечные батареи, которые в отличии то электрогенератора используют иной принцип работы.

Экономические характеристики производства электроэнергии зависят от типа электростанции, степени ее загрузки и режима работы, вида топлива. При прочих равных условиях в наибольшей степени востребуется электроэнергия тех станций, которые генерируют ее в нужное время и в нужном объеме с наименьшими издержками.

С учетом всех этих особенностей принято объединять устройства, производящие энергию (генераторы), в единую энергетическую систему, что обеспечивает сокращение суммарных издержек производства и уменьшает потребность в резервировании производственных мощностей. Система нуждается в операторе, который выполняет координирующие функции. Он регулирует график и объем как производства, так и потребления электроэнергии. Системный оператор принимает решения на основании рыночных сигналов от производителей (о возможностях и стоимости производства электроэнергии) и от потребителей (о спросе на нее в определенные временные интервалы). В конечном счете системный оператор должен обеспечить надежную и безопасную работу энергосистемы, эффективное удовлетворение спроса на электроэнергию. Его деятельность отражается на производственных и финансовых результатах всех участников рынка электроэнергии, а также на их инвестиционных решениях.