184111 (Электроэнергетика), страница 2

Существует несколько принципов классификации ТЭС:

1. ТЭС делятся на конденсационные (КЭС) и ТЭЦ.

2. По виду используемой энергии выделяют установки:

А) работающие на традиционном органическом

топливе (уголь, торф, сланцы, мазут, природный газ);

Б) геотермические (ГТЭС).

1. По характеру обслуживания потребителей различают:

А) районные ТЭС, начиная с плана ГОЭЛРО,

государственные районные электрические

станции (ГРЭС);

Б) центральные, расположенные вблизи центра

энергетических нагрузок.

4. По принципу взаимодействия все электростанции

делятся на системные и изолированные (работающие вне

энергосистем).

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 ангидрида⁶, а также поглощают огромное количество кислорода. Установлено, что уголь в микродозах почти всегда содержит U²³⁸, Th²³² 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).

В результате экономического кризиса 90-х производство электроэнергии на ТЭС значительно снизилось, что ощутимо повлияло на общероссийские показатели.

Геотермические электростанции (ГТЭС), в основе работы которых лежит освоение глубинной теплоты земных недр, напоминают ТЭЦ, но связаны с источником энергии. В России подобные электростанции сооружены на Камчатке: Паужетская (11 тыс. кВт)

Атомные электростанции (АЭС) в качестве топлива используют уран. Он легко транспортабелен, что исключает зависимость АЭС от топливно-энергетического фактора. Установки ориентированы на потребителей и расположены в районах с ограниченными энергетическими ресурсами или напряженным топливно-энергетическим балансом. Количество теплоты, полученное при расходе 1 кг урана (U²³⁵), равно получаемому при сжигании 2,5 т лучшего угля.

В 1954 году вступила в строй опытная Обнинская АЭС. Затем АЭС сооружались в наиболее густонаселенных и часто уязвимых с экологической точки зрения местах, что вызывало недовольство общественности.

Из-за аварии в Чернобыле в 1986 году программа развития атомной энергетики была сокращена.

После значительного увеличения производства электроэнергии в 80-е годы темпы роста замедлились, а в 1992-1993 гг. начался спад.

При правильной эксплуатации, АЭС – наиболее экологически чистый источник энергии. Их функционирование не приводит к возникновению «парникового» эффекта, выбросам в атмосферу в условиях безаварийной работы, и они не поглощают кислород.

Атомные электростанции большой мощности экономичнее КЭС (себестоимость электроэнергии примерно в 2 раза меньше), но на мощность АЭС введены ограничения.

К недостаткам АЭС можно отнести трудности, связанные с захоронением ядерных отходов, катастрофические последствия аварий и тепловое загрязнение используемых водоемов.

В 1990 году на атомных электростанциях было произведено около 10% всей электроэнергии России. В 1995 году доля АЭС в производстве электроэнергии составила примерно 11,6%.

В нашей стране мощные АЭС расположены: в Центральном и Центрально-Черноземном районах, на Севере, на Северо-Западе, на Урале, в Поволжье и на Северном Кавказе.

Новым в атомной энергетике является создание АТЭЦ и АСТ. На АТЭЦ, как и на обычной ТЭЦ, производится тепловая и электрическая энергия, а на АСТ – только тепловая. АТЭЦ действует в поселке Билибино на Чукотке, строятся АСТ.

Гидроэлектростанции являются весьма эффективными источниками энергии. Они используют возобновимые ресурсы - механическую энергию падающей воды. Необходимый для этого подпор воды создается плотинами, которые воздвигают на реках и каналах. Гидравлические установки позволяют сокращать перевозки и экономить минеральное топливо (на 1 кВт-ч расходуется примерно 0,4 т угля). Они достаточно просты в управлении и обладают очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Себестоимость этого типа установок в 5-6 раз ниже, чем ТЭС, и они требуют намного меньше обслуживающего персонала.

Гидравлические установки представлены гидроэлектростанциями (ГЭС), гидроаккумулирующими электростанциями (ГАЭС) и приливными электростанциями (ПЭС). Их размещение во многом зависит от природных условий, например, характера и режима реки. В горных районах обычно возводятся высоконапорные ГЭС, на равнинных реках действуют установки с меньшим напором, но большим расходом воды. Гидростроительство в условиях равнин сложнее из-за преобладания мягких оснований под плотинами и необходимости иметь крупные водохранилища для регуляции стока. Сооружение ГЭС на равнинах вызывает затопление прилегающих территорий, что приносит значительный материальный ущерб.

В целом по России в настоящее время использована 1/5 часть экономически обоснованного потенциала гидроэнергоресурсов. Аналогичны показатели по Сибири, но в европейской части страны ресурсы использованы на 2/5, причем максимальные значения характерны для Урала и Поволжья.

В данной таблице представлено использование экономического потенциала гидроэнергетических ресурсов по регионам России.⁷

Экономический потенциал районов европейской части России в значительной мере использован, в то время как в восточных районах, обладающих огромными гидроэнергетическими ресурсами, его использование невелико (за исключением Восточной Сибири). Гидростроительство в Сибири и на Дальнем Востоке затруднено.

Можно предположить, что в ближайшие годы не произойдет резкого усиления эксплуатации гидроресурсов Западной Сибири и Дальнего Востока, а экономический потенциал европейской части России будет продолжать использоваться, так как потребность в электроэнергии растет.

Самые мощные ГЭС сооружены на Волге, Каме, Ангаре, Енисее, Оби и Иртыше.

Гидроузлы – соединения нескольких сооружений по использованию вод реки для производства электроэнергии, судоходства, водоснабжения и орошения земель – также широко распространены. Каскад гидроузлов сооружен на Волге.

Каскад гидроэлектростанций представляет собой группу ГЭС, расположенных ступенями по течению водного потока с целью полного последовательного использования его энергии. Установки в каскаде обычно связаны общностью режима, при котором водохранилища верхних ступеней регулирующе влияют на водохранилища нижних ступеней.

В составе каскада, созданного на Волге, действуют такие гидроэлектростанции, как: Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Городецкая, Чебоксарская, Волжская (вблизи Самары), Саратовская (1,4 млн. кВт), Волжская (вблизи Волгограда).

Каскады гидроэлектростанций на реках европейской части страны находятся в районах с огромным промышленным потенциалом, а их значение состоит в том, чтобы свести к минимуму дефицит электроэнергии. Но массовое строительство ГЭС на равнинных реках повлекло за собой негативные последствия, связанные с возникновением крупных водохранилищ и затоплением ценных сельскохозяйственных земель, нарушением экологического равновесия, переносом населенных пунктов.

На основе ГЭС восточных районов формируются промышленные комплексы, специализирующиеся на энергоемких производствах.

В Сибири сосредоточены наиболее эффективные по технико-экономическим показателям ресурсы. Одним из примеров этого может служить Ангаро-Енисейский каскад, в состав которого входят самые крупные гидроэлектростанции страны: Саяно-Шушенская (6,4 млн. кВт), Красноярская (6 млн. кВт), Братская (4,6 млн. кВт), Усть-Илимская (4,3 млн. кВт). Строится Богучановская ГЭС (4 млн. кВт). Общая мощность каскада в настоящее время – более 20 млн. кВт.

При высокой неравномерности суточного потребления электроэнергии важную роль играет строительство ГАЭС – гидроаккумулирующих электростанций. Их действие основано на цикличном перемещении одного и того же объема воды между верхним и нижним бассейнами. Эти установки способны успешно решать проблему «пиковых нагрузок», поглощая излишки электроэнергии или вырабатывая ее днем, когда нагрузки резко возрастают. ГАЭС мало зависят от естественных колебаний речного стока и, в отличие от ГЭС, их строительство вызывает меньшее затопление земель. В России построена Загорская ГАЭС (1,2 млн. кВт) и строится Центральная ГАЭС (3,6 млн. кВт).

Приливные электростанции (ПЭС). Они используют энергию напора, который создается между морем и отсеченным от него заливом во время прилива (и в обратном направлении при отливе). При работе ПЭС отсутствует затопление территории, а энергия является экологически чистой. Такие установки построены на Кольском полуострове – Кисловодская и Мезенская (1,3 млн. кВт) ПЭС.

Функционирование тепловых, атомных и гидравлических электростанции негативно влияет на состояние окружающей среды. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется изучению возможностей использования нетрадиционных, альтернативных источников энергии. Практическое применение уже получили энергия приливов и отливов и внутреннее тепло Земли. Ветровые энергоустановки имеются в жилых поселках Крайнего Севера. Ведутся работы по изучению возможности использования биомассы в качестве источника энергии. В будущем, возможно, огромную роль будет играть гелиоэнергетика. В США и Франции построены установки, которые работают на энергии Солнца.

Глава 4. Характеристика структуры энергетики

ведущих регионов.