Электростанции служат для снабжения электричеством стационарных и подвижных объектов. Они являются совокупностью установок, аппаратуры и оборудования, которое используется для производства электроэнергии, вместе с необходимыми для этого зданиями и сооружениями, расположенными на определенной территории. Современные электростанции могут запускаться за короткое время, защищены от атмосферных осадков и механического воздействия. Самой крупной проектируемой является Эвенкийская гидроэлектростанция.
Зачем нужны электростанции?
Электростанцию можно смело назвать одной из важнейших конструкций, необходимых для обеспечения жизнедеятельности населения. Без электроэнергии сегодня не может существовать ни один населенный пункт или предприятие. Современные электростанции строятся вдали от густонаселенных территорий, состоят из комплекса зданий и установок, делятся на различные типы и виды, объединенные общим принципом. Он заключается в том, что все они работают от системы генераторов, производящих энергии посредством вращения вала.
Виды электростанций
По способу получения энергии электростанции делятся на:
- атомные. Энергия производится ядерными реакторами и рядом специализированных установок и систем;
- тепловые. Основным является внешнее топливо, которое при горении создает энергию для оборачивания вала генератора;
- гидроэлектростанции. В качестве главной «силы» выступает естественная энергия рек, на которых устанавливаются плотины;
- ветроэлектростанции. Зависят от воздушных масс;
- геотермальные. Их питают подводные тепловые источники;
- солнечные. Поглощают и преобразуют солнечную энергию.
По назначению электростанции делятся на следующие виды:
- силовые. Необходимы для электроснабжения крупных потребителей, таких как города и заводы;
- зарядные. Используются для заряда различных аккумуляторов и батарей, оснащаются зарядными устройствами, а также в составе электростанции обязательно имеется электропривод постоянного тока ;
- осветительные. Оснащаются комплектном прожекторов и светильников, предназначены для освещения хозяйственных объектов и строительных площадок;
- специальные. Используются при проведении сварочных и иных типов работ.
Также электростанции подразделяются:
- на переменные и постоянные (по роду тока);
- на дизельные и бензиновые (по типу двигателя);
- на больше-, средне- и маломощные (по мощности);
- на низкого и высокого напряжения (по напряжению).
Еще сто лет назад обыкновенный человек не мог себе и представить, какое количество различных приборов будут его окружать. И вся нынешняя электроника, бытовая техника и промышленное оборудование использует в своей работе электричество – начиная от банальной осветительной лампы и заканчивая многофункциональными обрабатывающими центрами на крупных производствах.
Обеспечение электроэнергией – одна из наиболее важных задач для дома, офиса или производства. Вполне понятно, что используется для этого специализированное оборудование, обеспечивающее потребности в каждом конкретном случае – электростанции различного назначения и мощности.
Электростанция – что это такое?
Согласно принятому в технической литературе определению, электростанция – это комплекс оборудования, установок, а также контрольной аппаратуры, который обеспечивает производство электрической энергии. Кроме того, электростанции – это все здания и сооружения, задействованные в процессе вырабатывания электричества, которые принадлежат одному предприятию и находятся на определенной территории.
Практически все электрические станции используют в своей работе энергию вращения вала основного элемента – генератора, который собственно и вырабатывает электричество. Основные различия между всеми видами такого вырабатывающего оборудования состоит в размерах, форм-факторе, виде источника энергии, который собственно и вращает вал.
Кроме собственно генератора, выступающего главной деталью всех электростанций вне зависимости от их габаритов, в состав полного комплекта входят и другие элементы: линии электропередач и соединительные электролинии, котлы и резервуары, турбины и трансформаторы, выключатели и средства автоматики. Все эти части, объединяемые в единую систему, образуют электростанции необходимой мощности и назначения.
Немного истории и статистики
Началом развития электростанций можно назвать открытие первой из них. Произошло историческое событие в сентябре 1882 в Нью-Йорке, где компания Томаса Эдисона открыла первую тепловую станцию, питавшую целый район города. Также в 1882 году появилась и первая гидроэлектростанция, обеспечивавшая электричеством две бумажных фабрики и частный дом хозяина компании, реализовавшей этот проект.
Для России эпоха электрификации началась с 1886 года – именно в этом году успешно запущена тепловая электростанция, гарантировавшая освещение сначала только Зимнего дворца, а затем всех подсобных помещений и Дворцовой площади. Работала станция на каменном угле и успешно показала возможность обеспечения большого количества потребителей недорогой и качественной энергией. Именно этот год следует считать началом успешной, хотя и достаточно медленной, электрификации страны. С приходом Советской власти темпы создания единой мощной энергосистемы значительно увеличились – достаточно вспомнить знаменитый план Гоэлро, который успешно обеспечил «лампочками Ильича» даже удаленные населенные пункты Советского Союза.
Развитие технологий не обошло своим вниманием и энергетику. Кроме того, человечество уже достаточно давно озабочено постепенным истощение природных ресурсов, что также обусловило изменение источников энергии и на смену привычным углю, газу, нефти постепенно приходят возобновляемые ресурсы – энергия ветра, солнца, прилива, атомная энергетика. Естественно, новые виды энергии требуют и новых технологических решений, обеспечивающих не только правильное использование, но и полную безопасность любой электростанции.
Учитывая специфику собственных природных ресурсов, традиционная энергетика в разных странах и континентах получила различные основные направления развития: тепловая, атомная, гидроэнергетика вырабатывают на данный момент подавляющее число всей электроэнергии в мире. Более 90% всех электростанций мира работают с применением жидкого, твердого и газообразного топлива – нефтепродуктов, угля, газа. Их использование преобладает в энергосистемах не только нашей страны, но и других стран – Китая, Мексики, Австралии.
Гидроэлектростанции позволяют успешно применять в качестве движителя для турбин направленную и сконцентрированную водную струю, оказывая лишь минимальное воздействие на окружающую среду. В Бразилии и Норвегии практически вся вырабатываемое электричество производится на ГЭС – этому способствует наличие большого количества водных ресурсов.
Ярким примером стран, где преобладает атомная энергетика, являются Франция и Япония. Не имея собственных запасов угля или газа, эти страны с открытием возможности использования управляемой ядерной реакции практически полностью перешли на электроэнергию, вырабатываемую атомными станциями.
Домашняя электростанция – это не мечта
Естественным направлением в энергетике является и развитие компактных источников энергии. Даже небольшая дизельная электростанция – это возможность обеспечить офисное здание, рабочий поселок или несколько домов бесперебойным поступлением электроэнергии. Зачастую такие варианты являются единственным возможным способом дать возможность работать удаленным месторождениям, особенно в условиях вечной мерзлоты либо полярной станции. На смену привычным источникам питания для генераторов электростанций в местах, где невозможно провести обычные линии электропередач, постепенно приходят альтернативные варианты – ветрогенераторы, солнечные батареи, электростанции, работающие от энергии прилива или прибоя.
Благодаря своей компактности, альтернативные методы получения электроэнергии набирают большую популярность у частных лиц. Один сравнительно небольшой ветряк может спокойно давать электричество для частного домовладения, а если подойти к процессу комплексно, то дополнив систему гелиостанцией и аккумуляторными батареями, вполне можно получить отличный автономный дом. Кроме всего прочего, нестандартные варианты получения электроэнергии позволяют значительно снизить ее стоимость, что в современных условиях является немаловажным фактором. Именно альтернативные методы энергоснабжения позволяют смело утверждать, что уже в ближайшее время будет так, что компактная домашняя электростанция – это не роскошь, а вполне доступный и безопасный источник электричества для каждой семьи.
Электростанция
электрическая станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (См. Тепловая электростанция), гидроэлектрические станции (См. Гидроэлектрическая станция), гидроаккумулирующие электростанции (См. Гидроаккумулирующая электростанция), атомные электростанции (См. Атомная электростанция),
а также приливные электростанции (См. Приливная электростанция), ветроэлектростанции (См. Ветроэлектрическая станция), геотермические электростанции (См. Геотермическая электростанция) и Э. с магнитогидродинамическим генератором (См. Магнитогидродинамический генератор).
Тепловые Э. (ТЭС) являются основой электроэнергетики (См. Электроэнергетика);
они вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива.
По виду энергетического оборудования ТЭС подразделяют на паротурбинные, газотурбинные и дизельные Э. Основное энергетическое оборудование современных тепловых паротурбинных Э. составляют Котлоагрегат ы, паровые турбины (См. Паровая турбина), Турбогенератор ы,
а также пароперегреватели, питательные, конденсатные и циркуляционные насосы, Конденсатор ы,
воздухоподогреватели, электрические распределительные устройства (См. Распределительное устройство). Паротурбинные Э. подразделяются на конденсационные электростанции (См. Конденсационная электростанция) и теплоэлектроцентрали (См. Теплоэлектроцентраль) (теплофикационные Э.). На конденсационных Э. (КЭС) тепло, полученное при сжигании топлива, передаётся в парогенераторе водяному пару, который поступает в конденсационную турбину (См. Конденсационная турбина),
внутренняя энергия пара преобразуется в турбине в механическую энергию и затем электрическим генератором в Электрический ток . Отработанный пар отводится в конденсатор, откуда конденсат пара перекачивается насосами обратно в парогенератор. КЭС, работающие в энергосистемах СССР, называются также ГРЭС .
В отличие от КЭС на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) перегретый пар не полностью используется в турбинах, а частично отбирается для нужд теплофикации. Комбинированное использование тепла значительно повышает экономичность тепловых Э. и существенно снижает стоимость 1 квт
·ч
вырабатываемой ими электроэнергии. В 50-70-х гг. в электроэнергетике появились электроэнергетические установки с газовыми турбинами (См. Газовая турбина). Газотурбинные установки в 25-100 Мвт
используются в качестве резервных источников энергии для покрытия нагрузок в часы «пик» или в случае возникновения в энергосистемах аварийных ситуаций. Перспективно применение комбинированных парогазовых установок (ПГУ), в которых продукты сгорания и нагретый воздух поступают в газовую турбину, а тепло отработанных газов используется для подогрева воды или выработки пара для паровой турбины низкого давления. Дизельной Э. называется энергетическая установка, оборудованная одним или несколькими электрическими генераторами с приводом от дизелей (См. Дизель). На стационарных дизельных Э. устанавливаются 4-тактныс дизель-агрегаты мощностью от 110 до 750 Мвт;
стационарные дизельные Э. и Энергопоезд а (по эксплуатационным характеристикам они относятся к стационарным Э.) оснащаются несколькими дизельагрегатами и имеют мощность до 10 Мвт.
Передвижные дизельные Э. мощностью 25-150 квт
размещаются обычно в кузове автомобиля (полуприцепа) или на отдельных шасси либо на ж.-д. платформе, в вагоне. Дизельные Э. используются в сельском хозяйстве, в лесной промышленности, в поисковых партиях и т. п. в качестве основного, резервного или аварийного источника электропитания силовых и осветительных сетей. На транспорте дизельные Э. применяются как основные энергетические установки (дизель-электровозы, дизель-электроходы). Гидроэлектрическая станция (ГЭС) вырабатывает электроэнергию в результате преобразования энергии потока воды. В состав ГЭС входят гидротехнические сооружения (Плотина , водоводы, водозаборы и пр.), обеспечивающие необходимую концентрацию потока воды и создание Напор а,
и энергетическое оборудование (гидротурбины (См. Гидротурбина), Гидрогенератор ы,
распределительные устройства и т. п.). Сконцентрированный, направленный поток воды вращает гидротурбину и соединённый с ней электрический генератор. По схеме использования водных ресурсов и концентрации напоров ГЭС обычно подразделяют на русловые, приплотинные, деривационные, гидроаккумулирующие и приливные. Русловые и приплотинные ГЭС сооружают как на равнинных многоводных реках, так и на горных реках, в узких долинах. Напор воды создаётся плотиной, перегораживающей реку и поднимающей уровень воды верхнего бьефа. В русловых ГЭС здание Э. с размещенными в нём гидроагрегатами является частью плотины. В деривационных ГЭС вода реки отводится из речного русла по водоводу (деривации (См. Деривация)),
имеющему уклон, меньший, чем средний уклон реки на используемом участке; деривация подводится к зданию ГЭС, где вода поступает на гидротурбины. Отработавшая вода либо возвращается в реку, либо подводится к следующей деривационной ГЭС. Деривационные ГЭС сооружают главным образом на реках с большим уклоном русла и, как правило, по совмещенной схеме концентрации потока (плотина и деривация совместно). Гидроаккумулирующая Э. (ГАЭС) работает в двух режимах: аккумулирования (энергия, получаемая от других Э., главным образом в ночные часы, используется для перекачки воды из нижнего водоёма в верхний) и генерирования (вода из верхнего водоёма по трубопроводу направляется к гидроагрегатам; вырабатываемая электроэнергия отдаётся в энергосистему). Наиболее экономичны мощные ГАЭС, сооружаемые вблизи крупных центров потребления электроэнергии; их основное назначение - покрывать пики нагрузки, когда мощности энергосистемы использованы полностью, и потреблять излишки электроэнергии в то время суток, когда другие Э. оказываются недогруженными. Приливные Э. (ПЭС) вырабатывают электроэнергию в результате преобразования энергии морских приливов. Электроэнергия ПЭС из-за периодического характера приливов и отливов может быть использована лишь совместно с энергией др. Э. энергосистемы, которые восполняют дефицит мощности ПЭС в пределах суток и месяца. Источником энергии на атомной Э. (АЭС) служит Ядерный реактор ,
где энергия выделяется (в виде тепла) вследствие цепной реакции деления ядер тяжёлых элементов. Выделившееся в ядерном реакторе тепло переносится теплоносителем, который поступает в теплообменник (парогенератор); образующийся пар используется так же, как на обычных паротурбинных Э. Существующие способы и методы дозиметрического контроля полностью исключают опасность радиоактивного облучения персонала АЭС. Ветроэлектростанция вырабатывает электроэнергию в результате преобразования энергии ветра. Основное оборудование станции - ветродвигатель и электрический генератор. Ветровые Э. сооружают преимущественно в районах с устойчивым ветровым режимом. Геотермическая Э. - паротурбинная Э., использующая глубинное тепло Земли. В вулканических районах термальные глубинные воды нагреваются до температуры свыше 100°С на сравнительно небольшой глубине, откуда они по трещинам в земной коре выходят на поверхность. На геотермических Э. пароводяная смесь выводится по буровым скважинам и направляется в сепаратор, где пар отделяется от воды; пар поступает в турбины, а горячая вода после химической очистки используется для нужд теплофикации. Отсутствие на геотермических Э. котлоагрегатов, топливоподачи, золоуловителей и т. п. снижает затраты на строительство такой Э. и упрощает её эксплуатацию. Э. с магнитогидродинамическим генератором (МГД-генератор) - установка для выработки электроэнергии прямым преобразованием внутренней энергии электропроводящей среды (жидкости или газа). В. А. Прокудин.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Синонимы :Смотреть что такое "Электростанция" в других словарях:
Электростанция … Орфографический словарь-справочник
электростанция - Энергоустановка или группа энергоустановок для производства электрической энергии или электрической энергии и тепла. [ГОСТ 19431 84] электростанция Энергоустановка, предназначенная для производства электрической энергии, содержащая строительную… … Справочник технического переводчика
Энергопоезд Словарь русских синонимов. электростанция сущ., кол во синонимов: 9 атомка (1) … Словарь синонимов
- (электрическая станция) предприятие, производящее электрическую, а в отдельных случаях и тепловую (теплоэнергоцентраль) энергию. В зависимости от источника энергии различают тепловые электростанции (паротурбинные, газотурбинные и др.),… … Большой Энциклопедический словарь
3.4. РАННИЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ
Электростанции, под которыми понимают фабрики по производству электрической энергии, подлежащей распределению между различными производителями, появились не сразу. В 70-х и начале 80-х годов XIX в. место производства электроэнергии не было отделено от места потребления.
Электрические станции, обеспечивавшие электроэнергией ограниченное количество потребителей, назывались блок-станциями (не путать с современным понятием блок-станций, под которым некоторые авторы понимают фабрично-заводские теплоэлектроцентрали). Такие станции иногда называли «домовыми».
Развитие первых электростанций было сопряжено с преодолением трудностей не только научно-технического характера. Так, городские власти запрещали сооружение воздушных линий, не желая портить внешний вид города. Конкурирующие газовые компании всячески подчеркивали действительные и мнимые недостатки нового вида освещения.
На блок-станциях в качестве первичных двигателей применялись в основном поршневые паровые машины и в отдельных случаях двигатели внутреннего сгорания (в то время являвшиеся новинкой), широко использовались локомобили. От первичного двигателя к электрическому генератору делалась ременная передача. Обычно один паровой двигатель приводил в действие один-три генератора; поэтому на крупных блок-станциях устанавливались несколько паровых машин или локомобилей. Для регулировки натяжения ремней электрические генераторы монтировались на салазках. На рис. 3.7 показан вид электростанции для освещения одного дома.
Впервые блок-станции были построены в Париже для освещения улицы Оперы. В России первой установкой такого рода явилась станция для освещения Литейного моста в Петербурге, созданная в 1879 г. при участии П.Н. Яблочкова.
Рис. 3.7. Блок-станция - электростанция с двумя генераторами (внизу справа) и локомобилем (слева) для освещения одного дома
Однако идея централизованного производства электроэнергии была настолько экономически оправданной и настолько соответствовала тенденции концентрации промышленного производства, что первые центральные электростанции возникли уже в середине 80-х годов XIX в. и быстро вытеснили блок-станции. В связи с тем что в начале 80-х годов массовыми потребителями электроэнергии могли стать только источники света, первые центральные электростанции проектировались, как правило, для питания осветительной нагрузки и вырабатывали постоянный ток.
В 1881 г. несколько предприимчивых американских финансистов под впечатлением успеха, которым сопровождалась демонстрация ламп накаливания, заключили соглашение с Т.А. Эдисоном и приступили к сооружению первой в мире центральной электростанции (на Пирльстрит в Нью-Йорке). В сентябре 1882 г. эта электростанция была сдана в эксплуатацию. В машинном зале станции было установлено шесть генераторов Т.А. Эдисона, мощность каждого составляла около 90 кВт, а общая мощность электростанции превышала 500 кВт. Здание станции и ее оборудование были спроектированы весьма целесообразно, так что в дальнейшем при строительстве новых электростанций развивались многие из тех принципов, которые были предложены Т.А. Эдисоном. Так, генераторы станций имели искусственное охлаждение и соединялись непосредственно с двигателем. Напряжение регулировалось автоматически. На станции осуществлялись механическая подача топлива в котельную и автоматическое удаление золы и шлака. Защита оборудования от токов короткого замыкания осуществлялась плавкими предохранителями, а магистральные линии были кабельными. Станция снабжала электроэнергией обширный по тому времени район площадью 2,5 км.
Вскоре в Нью-Йорке было построено еще несколько станций. В 1887 г. работали уже 57 центральных электростанций системы Т.А. Эдисона.
Исходное напряжение первых электростанций, от которого впоследствии были произведены другие, образующие известную шкалу напряжений, сложилось исторически. Дело в том, что в период исключительного распространения дугового электрического освещения эмпирически было установлено, что наиболее подходящим для горения дуги является напряжение 45 В. Чтобы уменьшить токи короткого замыкания, которые возникали в момент зажигания ламп (при соприкосновении углей), и для более устойчивого горения дуги включали последовательно с дуговой лампой балластный резистор.
Также эмпирически было найдено, что сопротивление балластного резистора должно быть таким, чтобы падение напряжения на нем при нормальной работе составляло примерно 20 В. Таким образом, общее напряжение в установках постоянного тока сначала составляло 65 В, и это напряжение применялось долгое время. Однако часто в одну цепь включали две другие лампы, для работы которых требовалось 2x45 = 90 В, а если к этому напряжению прибавить еще 20 В, приходящиеся на сопротивление балластного резистора, то получится напряжение 110 В. Это напряжение почти повсеместно было принято в качестве стандартного.
Уже при проектировании первых центральных электростанций столкнулись с трудностями, которые в достаточной степени не были преодолены в течение всего периода господства техники постоянного тока. Радиус электроснабжения определяется допустимыми потерями напряжения в электрической сети, которые для данной сети тем меньше, чем выше напряжение. Именно это обстоятельство заставило строить электростанции в центральных районах города, что существенно затрудняло не только обеспечение водой и топливом, но и удорожало стоимость земельных участков для строительства электростанций, так как земля в центре города была чрезвычайно дорога. Этим, в частности, и объясняется необычный вид нью-йоркских электростанций, на которых оборудование располагалось на многих этажах. Положение осложнялось еще тем, что на первых электростанциях приходилось размещать большое количество котлов, паропроизводительность которых не соответствовала новым требованиям, предъявленным электроэнергетикой.
Не менее удивился бы наш современник, увидев первые петербургские электростанции, которые обслуживали район Невского проспекта. В начале 80-х годов XIX в. они размещались на баржах, закрепленных у причалов на реках Мойке и Фонтанке (рис. 3.8). Строители исходили из соображений дешевого водоснабжения, кроме того, при таком решении не нужно было покупать земельные участки, близкие к потребителю.
В 1886 г. в Петербурге было учреждено акционерное «Общество электрического освещения 1886 г.»: (сокращенно называлось «Общество 1886 г.»), которое приобрело электростанции на реках Мойке и Фонтанке и построило еще две: у Казанского собора и на Инженерной площади. Мощность каждой из этих электростанций едва превышала 200 кВт.
Рис. 3.8. Электростанция на р. Фонтанке в Петербурге
В Москве первая центральная электростанция (Георгиевская) была построена в 1886 г. тоже в центре города, на углу Большой Дмитровки и Георгиевского переулка. Ее энергия использовалась для освещения прилегающего района. Мощность электростанции составляла 400 кВт.
Ограниченные возможности расширения радиуса электроснабжения привели к тому, что удовлетворить спрос на электроэнергию со временем становилось все труднее. Так, в Петербурге и Москве к середине 90-х годов возможности присоединения новой нагрузки к существующим электростанциям были исчерпаны и встал вопрос об изменении схем сети или даже об изменении рода тока.
Рост потребностей в электроэнергии эффективно стимулировал повышение производительности и экономичности тепловой части электрических станций. Прежде всего следует отметить решительный поворот от поршневых паровых машин к паровым турбинам. Первая турбина на электростанциях России была установлена в 1891 г. в Петербурге (станция на р. Фонтанке). За год до этого испытание турбины было проведено на станции, расположенной на р. Мойке. Выше уже отмечался наиболее существенный недостаток электроснабжения постоянным током - слишком малая площадь района, которая может обслуживаться центральной электростанцией. Удаленность нагрузки не превышала нескольких сотен метров. Электростанции стремились расширить круг потребителей своего товара - электроэнергии. Этим объясняются настойчивые поиски путей увеличения площади электроснабжения при условии сохранения уже построенных станций постоянного тока. Было предложено несколько идей, как увеличить радиус распределения энергии.
Первая идея, не получившая заметного распространения, касалась понижения напряжения электрических ламп, подключавшихся в конце линии. Однако расчеты показали, что при протяженности сети более 1,5 км экономически выгоднее было построить новую электростанцию.
Другое решение, которое могло во многих случаях удовлетворить потребность, состояло в изменении схемы сети: переходе от двухпроводных сетей к многопроводным, т.е. фактически к повышению напряжения
Трехпроводная система распределения электроэнергии была предложена в 1882 г. Дж. Гопкинсоном и независимо от него Т. Эдисоном. При этой системе генераторы на электростанции соединялись последовательно и от общей точки шел нейтральный, или компенсационный провод. При этом обычные лампы сохранялись. Они включались, как правило, между рабочими и нейтральным проводами, а двигатели для сохранения симметрии нагрузки можно было включать на повышенное напряжение (220 В).
Практическими результатами введения трехпроводной системы явилось, во-первых, увеличение радиуса электроснабжения примерно до 1200 м, во-вторых, относительная экономия меди (при всех прочих одинаковых условиях расход меди при трехпроводной системе был практически вдвое меньше, чем при двухпроводной).
Для регулирования напряжения в ветвях трехпроводной сети применялись различные устройства: регулировочные дополнительные генераторы, делители напряжения, в частности получившие значительное распространение делители напряжения Михаила Осиповича Доливо-Добровольского, аккумуляторные батареи. Трехпроводная система широко применялась как в России, так и за рубежом. Она сохранилась вплоть до 20-х годов XX в., а в отдельных случаях применялась и позднее.
Максимальный вариант многопроводных систем пятипроводная сеть постоянного тока, в которой применялись четыре последовательно включенных генератора и напряжение, увеличивалось вчетверо. Радиус электроснабжения возрастал всего до 1500 м. Однако эта система не получила широкого применения.
Третий путь увеличения радиуса электроснабжения предполагал сооружение аккумуляторных подстанций. Аккумуляторные батареи были в то время обязательным дополнением каждой электростанции. Они покрывали пики нагрузок. Заряжаясь в дневные и поздние ночные часы, они служили резервом.
Сети с аккумуляторными подстанциями получили некоторое распространение. В Москве, например, в 1892 г. была построена аккумуляторная подстанция в Верхних торговых рядах (ныне ГУМ), находившаяся на расстоянии 1385 м от Георгиевской центральной станции. На этой подстанции были установлены аккумуляторы, питавшие около 2000 ламп накаливания.
В последние два десятилетия XIX в. было построено много электростанций постоянного тока, и они долгое время давали значительную долю общей выработки электроэнергии. Мощность таких электростанций редко превышала 500 кВт, агрегаты обычно имели мощность до 100 кВт.
Все возможности увеличения радиуса электроснабжения при постоянном токе довольно быстро были исчерпаны, особенно в крупных городах.
В 80-х годах XIX в. начинают сооружаться электростанции переменного тока, выгодность которых для увеличения радиуса электроснабжения была бесспорной. Если не считать блок-станций переменного тока, построенных в Англии в 1882–1883 гг., то, по-видимому, первой постоянно действовавшей электростанцией переменного тока можно считать электростанцию Гровнерской галереи (Лондон). На этой станции, пущенной в эксплуатацию в 1884 г., были установлены два генератора переменного тока В. Сименса, которые через последовательно включенные трансформаторы Дж.Д. Голяра и Л. Гиббса работали на освещение галереи. Недостатки последовательного включения трансформаторов и, в частности, трудности поддержания постоянства тока были выявлены довольно быстро, и в 1886 г. эта станция была реконструирована по проекту С.Ц. Ферранти. Генераторы В. Сименса были заменены машинами конструкции С.Ц. Ферранти мощностью 1000 кВт каждая с напряжением на зажимах 2,5 кВ. Трансформаторы, изготовленные по проекту С.Ц. Ферранти, включались в цепь параллельно и служили для снижения напряжения в непосредственной близости от потребителей.
В 1889–1890 гг. С.Ц. Ферранти вновь вернулся к проблеме электроснабжения Лондона с целью обеспечения электроэнергией района лондонского Сити. В связи с высокой стоимостью земельного участка в центре города было решено построить электростанцию в одном из предместий Лондона, в Дептфорде, находящемся в 12 км от Сити. Очевидно, на таком большом расстоянии от места потребления электроэнергии электростанция должна была вырабатывать переменный ток. При сооружении этой установки были применены мощные по тому времени генераторы высокого напряжения (10 кВ) мощностью по 1000 л.с. Общая мощность Дептфордской электростанции составляла около 3000 кВт. На четырех городских подстанциях, питавшихся по четырем магистральным кабельным линиям, напряжение понижалось до 2400 В, а затем уже у потребителей (в домах) - до 100 В.
Примером крупной гидростанции, питавшей осветительную нагрузку в однофазной цепи, может служить станция, построенная в 1889 г. на водопаде вблизи г. Портленда (США). На этой станции гидравлические двигатели приводили в действие восемь однофазных генераторов общей мощностью 720 кВт. Кроме того, на электростанции были установлены 11 генераторов, предназначенных специально для питания дуговых ламп (по 100 ламп на каждый генератор). Энергия этой станции передавалась на расстояние 14 миль в г. Портленд.
Характерная особенность первых электростанций переменного тока - изолированная работа отдельных машин. Синхронизация генераторов еще не производилась, и от каждой машины шла отдельная цепь к потребителям. Легко понять, насколько неэкономичными при таких условиях оказались электрические сети, на сооружение которых расходовались колоссальные количества меди и изоляторов.
В России крупнейшие станции переменного тока были сооружены в конце 80-х и начале 90-х годов XIX в. Первая центральная электростанция построена венгерской фирмой «Ганц и К?» в г. Одессе в 1887 г. Основным потребителем энергии была однофазная система электрического освещения нового театра. Эта электростанция представляла собой для своего времени прогрессивное сооружение. Она имела четыре водотрубных котла общей производительностью 5 т пара в час, а также два синхронных генератора общей мощностью 160 кВт при напряжении на зажимах 2 кВ и частоте 50 Гц. От распределительного щита энергия поступала в линию длиной 2,5 км, ведущую к трансформаторной подстанции театра, где напряжение понижалось до 65 В (на которое были рассчитаны лампы накаливания). Оборудование электростанции было столь совершенным для своего времени, что, несмотря на то что топливом служил привозной английский уголь, стоимость электроэнергии была ниже, чем на более поздних петербургских и московских электростанциях. Расход топлива составлял 3,4 кг/(кВт?ч) [на петербургских электростанциях 3,9–5,4 кг/(кВт?ч)].
В том же году началась эксплуатация электростанции постоянного тока в Царском Селе (ныне г. Пушкин). Протяженность воздушной сети в Царском Селе уже в 1887 г. была около 64 км, тогда как два года спустя суммарная кабельная сеть «Общества 1886 г.» в Москве и Петербурге, составляла только 115 км. В 1890 г. Царскосельская электростанция и сеть были реконструированы и переведены на однофазную систему переменного тока напряжением 2 кВ. По свидетельству современников, Царское Село было первым городом в Европе, который был освещен исключительно электричеством.
Крупнейшей в России электростанцией для снабжения однофазной системы переменного тока была станция на Васильевском острове в Петербурге, построенная в 1894 г. инженером Н.В. Смирновым. Мощность ее составляла 800 кВт и превосходила мощность любой существовавшей в то время станции постоянного тока. В качестве первичных двигателей использовались четыре вертикальные паровые машины мощностью 250 л.с. каждая. Применение переменного напряжения 2000 В позволило упростить и удешевить электрическую сеть и увеличить радиус электроснабжения (более 2 км при потере до 3% напряжения в магистральных проводах вместо 17–20% в сетях постоянного тока). Таким образом, опыт эксплуатации центральных станций и однофазных сетей показал преимущества переменного тока, но вместе с тем, как уже отмечалось, выявил ограниченность его применения. Однофазная система тормозила развитие электропривода, усложняла его. Так, например, при подключении силовой нагрузки к сети Дептфордской станции приходилось дополнительно помещать на валу каждого синхронного однофазного двигателя еще разгонный коллекторный двигатель переменного тока. Легко понять, что такое усложнение электропривода делало весьма сомнительной возможность его широкого применения.
Электрическая станция - совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.
В зависимости от источника энергии различают:
- тепловые электростанции
(ТЭС), использующие природное топливо;
- гидроэлектростанции
(ГЭС), использующие энергию падающей воды запруженных рек;
- атомные электростанции
(АЭС), использующие ядерную энергию;
- иные электростанции
, использующие ветровую, солнечную, геотермальную и другие виды энергий.
В нашей стране производится и потребляется огромное количество электроэнергии. Она почти полностью вырабатывается тремя основными типами электростанций: тепловыми, атомными и гидроэлектростанциями.
В России около 75% энергии производится на тепловых электростанциях. ТЭС строят в районах добычи топлива или в районах потребления энергии. 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.
АЭС построены в районах, где потребляется много энергии, а других энергоресурсов не хватает (в западной части страны).
Основным типом электростанций в России являютсятепловые(ТЭС). Эти установки вырабатывают примерно 67% электроэнергии России.
На их размещение влияют топливный и потребительский факторы. Наиболее мощные электростанции располагаются в местах добычи топлива. ТЭС, использующие калорийное, транспортабельное топливо, ориентированы на потребителей.
Принципиальная схема тепловой электростанции представлена на рис.1. Стоит иметь в виду, что в ее конструкции может быть предусмотрено несколько контуров - теплоноситель от тепловыделяющего реактора может не идти сразу на турбину, а отдать свое тепло в теплообменнике теплоносителю следующего контура, который уже может поступать на турбину, а может дальше передавать свою энергию следующему контуру. Также в любой электростанции предусмотрена система охлаждения отработавшего теплоносителя, чтобы довести температуру теплоносителя до необходимого для повторного цикла значения. Если поблизости от электростанции есть населенный пункт, то это достигается путем использования тепла отработавшего теплоносителя для нагрева воды для отопления домов или горячего водоснабжения, а если нет, то излишнее тепло отработавшего теплоносителя просто сбрасывается в атмосферу в градирнях (их можно видеть на рисунке обложки: из себя они представляют широкие конусообразные трубы). Конденсатором отработавшего пара на неатомных электростанциях чаще всего служат именно градирни.
ТЭС, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Среди ТЭС преобладают тепловые паротурбинные (ТПЭС), на которых тепловая энергия используется в парогенераторе для получения водяного пара высокого давления, приводящего во вращение ротор паровой турбины, соединённый с ротором электрического генератора (обычно синхронного генератора). В качестве топлива на таких ТЭС используют уголь (преимущественно), мазут, природный газ, лигнит, торф, сланцы.
ТПЭС, имеющие в качестве привода электрогенераторов конденсационные турбины и не использующие тепло отработавшего пара для снабжения тепловой энергией внешних потребителей, называются конденсационными электростанциями. На ГРЭС вырабатывается около электроэнергии, производимой на ТЭС. ТПЭС, оснащенные теплофикационными турбинами и отдающие тепло отработавшего пара промышленным или коммунально-бытовым потребителям, называемым теплоэлектроцентралями (ТЭЦ); ими вырабатывается около электроэнергии, производимой на ТЭС.
ТЭС с приводом электрогенератора от газовой турбины называются газотурбинными электростанциями (ГТЭС). В камере сгорания ГТЭС сжигают газ или жидкое топливо; продукты сгорания с температурой 750-900 С поступают в газовую турбину, вращающую электрогенератор. Кпд таких ТЭС обычно составляет 26-28%, мощность - до нескольких сотен Мвт. ГТЭС обычно применяются для покрытия пиков электрической нагрузки.
ТЭС с парогазотурбинной установкой, состоящей из паротурбинного и газотурбинного агрегатов, называется парогазовой электростанцией (ПГЭС). кпд которой может достигать 42 - 43%. ГТЭС и ПГЭС также могут отпускать тепло внешним потребителям, то есть работать как ТЭЦ.
Тепловые электростанции используют широко распространенные топливные ресурсы, относительно свободно размещаются и способны вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний. Их строительство ведется быстро и связано с меньшими затратами труда и материальных средств. Но у ТЭС есть существенные недостатки. Они используют невозобновимые ресурсы, обладают низким КПД (30-35%), оказывают крайне негативное влияние на экологическую обстановку. ТЭС всего мира ежегодно выбрасывают в атмосферу 200-250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида, а также поглощают огромное количество кислорода. Установлено, что уголь в микродозах почти всегда содержит U 238 , Th 232 и радиоактивный изотоп углерода. Большинство ТЭС России не оснащены эффективными системами очистки уходящих газов от оксидов серы и азота. Хотя установки, работающие на природном газе экологически существенно чище угольных, сланцевых и мазутных, вред природе наносит прокладка газопроводов (особенно в северных районах).
Первостепенную роль среди тепловых установок играют конденсационные электростанции (КЭС) . Они тяготеют и к источникам топлива, и к потребителям, и поэтому очень широко распространены.
Чем крупнее КЭС, тем дальше она может передавать электроэнергию, т.е. по мере увеличения мощности возрастает влияние топливно-энергетического фактора. Ориентация на топливные базы происходит при наличии ресурсов дешевого и нетранспортабельного топлива (бурые угли Канско-Ачинского бассейна) или в случае использования электростанциями торфа, сланцев и мазута (такие КЭС обычно связаны с центрами нефтепереработки).
ТЭЦ (теплоэлектроцентрали) представляют собой установки по комбинированному производству электроэнергии и теплоты. Их КПД доходит до 70% против 30-35% на КЭС. ТЭЦ привязаны к потребителям, т.к. радиус передачи теплоты (пара, горячей воды) составляет 15-20 км. Максимальная мощность ТЭЦ меньше, чем КЭС.
В последнее время появились принципиально новые установки:
· газотурбинные (ГТ) установки, в которых вместо паровых применяются газовые турбины, что снимает проблему водоснабжения (на Краснодарской и Шатурской ГРЭС);
· парогазотурбинные (ПГУ), где тепло отработавших газов используется для подогрева воды и получения пара низкого давления (на Невинномысской и Кармановской ГРЭС);
· магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), которые преобразуют тепло непосредственно в электрическую энергию (на ТЭЦ-21 Мосэнерго и Рязанской ГРЭС).
В России мощные (2 млн. кВт и более) построены в Центральном районе, в Поволжье, на Урале и в Восточной Сибири.
На базе Канско-Ачинского бассейна создается мощный топливно-энергетический комплекс (КАТЭК). В проекте предусмотрено строительство восьми ГРЭС мощностью по 6,4 млн. кВт. В 1989 г. был введен в строй первый агрегат Березовской ГРЭС-1 (0,8 млн. кВт).
Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор (см. Ядерный реактор). Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основном 233U, 235U. 239Pu). При делении 1 г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 квт ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать всё увеличивающийся объём потребления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органического топлива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция к относит увеличению его стоимости. Это создаёт наиболее тяжёлые условия для стран, имеющих ограниченные запасы топлива органического происхождения. Очевидна необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.
Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева).
Принципиальная схема АЭС с ядерным реактором, имеющим водяное охлаждение, приведена на рис. 2. Тепло, выделяющееся в активной зоне реактора 1, отбирается водой (теплоносителем) 1-го контура, которая прокачивается через реактор циркуляционным насосом 2. Нагретая вода из реактора поступает в теплообменник (парогенератор) 3, где передаёт тепло, полученное в реакторе, воде 2-го контура. Вода 2-го контура испаряется в парогенераторе, и образующийся пар поступает в турбину 4.