В каждом развитом государстве существует собственная энергетика. Данная область включает в себя разные виды электростанций. Они могут использовать традиционные и нетрадиционные источники энергии. В первом случае – это природные ресурсы в виде угля, газа, продуктов переработки нефти, ядерное топливо и т.д. Второй вариант предполагает использование энергии природных явлений – солнца, ветра, приливов-отливов, подземных источников тепла. Независимо от формы использования, каждая электростанция требует много дополнительного оборудования для передачи потребителям полученной энергии.
Что такое электростанция
Любая электростанция представляет собой целый энергетический комплекс, включающий в себя различные установки, аппаратуру и оборудование, необходимые для получения, преобразования и транспортировки электроэнергии. Все эти компоненты размещаются в специальных зданиях и сооружениях, расположенных компактно на общей территории. Независимо от типа, они входят в состав Единой энергосистемы, созданной с целью эффективно использовать мощность электростанции, обеспечивая бесперебойное энергоснабжение потребителей.
Принцип работы электростанций и их сопутствующих объектов основан на вращении вала генератора, который является основным элементом системы. Его основные функции заключаются в следующем:
- Обеспечение стабильной продолжительной работы параллельно с другими энергетическими системами, снабжение энергией собственных автономных нагрузок.
- Возможность мгновенного реагирование на наличие или отсутствие нагрузки, соответствующей его номиналу.
- Выполняет запуск двигателя, обеспечивающего работу всей станции.
- Вместе со специальными устройствами осуществляет функцию защиты.
Отличительными чертами каждого генератора являются формы и размеры, а также источник энергии, используемый для вращения вала. Кроме генератора, электростанция состоит из турбин и котлов, трансформаторов и распределительных устройств, средств коммутации, автоматики и релейной защиты.
В настоящее время получило развитие направления в области компактных установок. Они позволяют обеспечить энергией не только отдельные объекты, но и целые поселки, находящиеся на значительном удалении от стационарных линий электропередачи. В основном, это полярные станции и предприятия по добыче полезных ископаемых. Теперь рассмотрим какие типы установок используются в российской энергетике.
Основные типы электростанций
Все электрические станции таблица ниже классифицирует в первую очередь по источникам используемой энергии.
Среди них можно выделить следующие:
- Тепловые (ТЭС). Работают на природном топливе, а основные типы электростанций могут быть конденсационными (КЭС) и теплофикационными (ТЭЦ). Первые вырабатывают только электричество, а вторые – электроэнергию и теплоту.
- Гидравлические – ГЭС и гидроаккумулирующие – ГАЭС, функционирующие за счет энергии воды, падающей высоты.
- Атомные – АЭС, работающие на ядерном топливе.
- Дизельные – ДЭС. Бывают стационарными или мобильными. Существуют мини-электростанции малой мощности, используемые в частном секторе.
- Солнечные, ветровые, приливные и геотермальные электростанции известны как альтернативные источники электроэнергии, работающим с естественными силами природы. Они имеют ряд недостатков, связанных с климатическими условиями и другими факторами.
Каждая перечисленная электростанция представляет собой традиционные или альтернативные виды энергетики. В первом случае электричество вырабатывается на тепловых, гидро- и атомных установках. На ТЭС вырабатывается примерно 70-75% всей электроэнергии, поэтому они размещаются в местах с высоким энергопотреблением и большим количеством природных ресурсов.
ГЭС привязаны к полноводным рекам, протекающим в равнинной или горной местности. АЭС строятся в местах с большим потреблением электроэнергии, при недостатке других видов энергоресурсов. Для того чтобы понять их роль и место в общей энергетической системе, следует рассмотреть более подробно типы электростанций, используемых в России.
Тепловые электрические станции – ТЭС
На тепловых электростанциях России производится примерно 70% всей электрической энергии. Они работают на мазуте, газе, угле, а в определенных местностях используется торф и сланцы.
Все ТЭС можно условно разделить на два основных вида. Первый вариант является так называемым паротурбинным, где первичным двигателем служит паровая турбина. Эти устройства могут быть конденсационными (КЭС), вырабатывающими только электроэнергию, и теплоэлектроцентралями (ТЭЦ), производящими не только электричество, но и тепло. Коэффициент полезного действия ТЭЦ составляет 60-70%, а у КЭС этот показатель равен 30-40%. Основным недостатком тепловых станций считается их обязательная привязка к потребителям тепла.
Положительных качеств у тепловых электростанций значительно больше. Они свободно размещаются на всех территориях, где имеются природные ресурсы и не подвержены сезонным колебаниям погодных условий. Однако, используемое топливо является не возобновляемым, а сами установки негативно влияют на экологическую обстановку. Российские ТЭС не имеют достаточно эффективных систем очистки выходящих газов от вредных и токсичных веществ. Более экологичными считаются газовые установки, но трубопроводы, проложенные к ним, наносят непоправимый вред природе.
Электростанции, расположенные в европейской части Российской Федерации, работают в основном на мазуте и природном газе, а в восточных районах они располагаются возле месторождений угля, добываемого открытым способом. Большинство установок относится к государственным районным электростанциям – ГРЭС, входящим в Единую энергосистему страны.
Преимущества и недостатки гидроэлектростанций
По своей значимости, ГЭС находятся на втором месте после тепловых электростанций. В своей работе они используют энергию воды, преобразующейся в электрический ток, и относящейся к возобновляемым ресурсам. Простое управление такими станциями не требует большого количества персонала. Коэффициент полезного действия доходит до 85%.
Электричество, производимое на ГЭС считается самым дешевым, его цена примерно в 5-6 раз меньше, чем на тепловых электроустановках. Гидроэлектростанции отличаются высокой маневренностью и могут быть запущены в работу в течение 3-5 минут, тогда как на ТЭС для этого требуется несколько часов. Это качество особенно важно при перекрытии пиковых нагрузок в суточном графике электроснабжения.
Основными недостатками подобных сооружений являются:
- Значительные капиталовложения на их возведение.
- Привязка к определенной территории или местности с гидроресурсами.
- В процессе строительства затапливаются огромные территории, большие сельскохозяйственные площади выводятся из пользования, наносится ущерб рыбному хозяйству, нарушается экологическое равновесие.
- Полная мощность электростанции реализуется лишь в определенное время года, в период максимального подъема воды.
На российских реках сооружаются целые каскады гидроэлектростанций. Наиболее крупными считаются Ангаро-Енисейский каскад, включающий Братскую, Красноярскую, Саяно-Шушенскую, Усть-Илимскую ГЭС, а также Волжский каскад с Рыбинской, Угличской, Иваньковской, Саратовской, Волжской и другими ГЭС.
Достаточно перспективным направлением считается гидроаккумулирующая электростанция – ГАЭС. В основе их работы заложен принцип действия, связанный с цикличным перемещением одинакового объема воды между верхним и нижним бассейнами. Ночью за счет излишков электроэнергии вода подается снизу-вверх, а в дневное время при резком росте энергопотребления она сбрасывается вниз и вращает турбины, производя электричество. Эти станции совершенно не зависят от естественных колебаний речного стока, а под водохранилища требуется гораздо меньше затапливаемых площадей.
Атомные электростанции
На третьем месте по количеству производимой электроэнергии находятся атомные электростанции. В России их доля в энергетике составляет чуть выше 10%. В США этот показатель равен 20%, в Германии – более 30%, во Франции – свыше 75%. Сокращение программ в области атомной энергетики произошло вследствие аварии на Чернобыльской АЭС.
Рассматривая виды электростанций в России, следует отметить, что наиболее известными АЭС считаются Ленинградская, Курская, Смоленская, Нововоронежская, Белоярская и другие. Новым направлением является создание АТЭЦ – атомных теплоэлектроцентралей, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию. Подобный объект построен на Чукотке в поселке Билибино. Еще одно направление – строительство АСТ – атомных станций теплоснабжения, предназначенных для производства тепла. Такие установки успешно функционируют в Нижнем Новгороде и Воронеже.
Основные плюсы АЭС заключаются в следующем:
- Возможность строительства в любых районах, без привязки к энергетическим ресурсам. Транспортировка атомного топлива не отнимает много средств, поскольку 1 кг урана эквивалентен 2500 т угля.
- При отсутствии нарушений эксплуатации, АЭС являются самыми экологичными установками. Выбросы в атмосферу минимальны, кислород не поглощается, отсутствует парниковый эффект.
Рассматривая вопрос как работает АЭС, нужно в первую очередь остановиться на тяжелых последствиях в случае аварий. Кроме того, серьезные проблемы возникают с радиоактивными отходами в процессе их захоронения. Водоемы, используемые для технических целей АЭС, подвержены тепловому загрязнению.
Дизельные электростанции
Для работы дизельных электростанций, которые называют ДЭС, используются различные виды жидкого топлива. Основой системы является дизель-генератор, включающий в себя дизельный двигатель, электрический генератор, системы смазки и охлаждения, пульт управления.
Данные установки применяются как альтернативные в отдаленных районах, где являются основными источниками электроэнергии. Как правило, подведение стационарных ЛЭП в такие места экономически не выгодно. Кроме того, дизельные электростанции служат аварийными или резервными источниками питания, когда потребители не должны отключаться от электроснабжения.
Виды дизельных электростанций могут быть стационарными (4-5 тысяч кВт) и мобильными (12-1000 кВт). Благодаря небольшим размерам, они могут размещаться в небольших зданиях и помещениях. Эти станции постоянно готовы к пуску, а сам процесс запуска не занимает много времени. Большинство функций установок автоматизировано, а остальные легко переводятся в автоматический режим. Основным недостатком дизельных станций является привозное горючее и все мероприятия, связанные с его доставкой и хранением.
Нетрадиционные источники электроэнергии
Нетрадиционные источники представлены геотермальными электростанциями (рис. 1), работающими на тепловой энергии, поступающей из земных недр. Чем глубже от поверхности земли, тем выше температура данного слоя. В России такие установки построены на Камчатке и на Курильских островах.
Существуют конструкции приливных электростанций (рис. 2), которые функционируют от энергии, создаваемой приливами и отливами в самом узком месте искусственного залива, отсеченного от моря. В качестве примера можно привести опытную Кислогубскую ПЭС, возведенную на Кольском полуострове.
Классификация электростанций включает в себя солнечные и ветровые альтернативные установки (рис. 3). Все виды таких систем обеспечивают электроэнергией небольшие предприятия и производства, используются в частном секторе для удовлетворения бытовых потребностей. В основном, это районы и места, где отсутствует централизованное электроснабжение и нет возможности подключиться к обычным ЛЭП.
