La toute première centrale électrique, Pearl Street, a été mise en service le 4 septembre 1882 à New York. La station a été construite avec le soutien de la Edison Illuminating Company, dirigée par Thomas Edison. Plusieurs générateurs Edison d'une capacité totale de plus de 500 kW y ont été installés. La station a fourni de l'électricité à toute une zone de New York d'une superficie d'environ 2,5 kilomètres carrés. La station a entièrement brûlé en 1890 ; une seule dynamo a survécu, qui se trouve maintenant au musée de Greenfield Village, dans le Michigan.
Le 30 septembre 1882, la première centrale hydroélectrique, celle de Vulcan Street dans le Wisconsin, entre en service. L'auteur du projet était G.D. Rogers, directeur de l'Appleton Paper & Pulp Company. Un générateur d'une puissance d'environ 12,5 kW a été installé à la station. Il y avait suffisamment d'électricité pour alimenter la maison de Rogers et ses deux usines de papier.
Centrale électrique de Gloucester Road. Brighton a été l’une des premières villes de Grande-Bretagne à disposer d’une alimentation électrique ininterrompue. En 1882, Robert Hammond fonde la Hammond Electric Light Company et, le 27 février 1882, il ouvre la centrale électrique de Gloucester Road. La station se composait d'une dynamo à brosse, utilisée pour alimenter seize lampes à arc. En 1885, la centrale électrique de Gloucester a été achetée par la Brighton Electric Light Company. Plus tard, une nouvelle station a été construite sur ce territoire, composée de trois dynamos à balais dotées de 40 lampes.
Centrale électrique du Palais d'Hiver
En 1886, dans l'une des cours du Nouvel Ermitage, aujourd'hui appelée Elektrodvor, une centrale électrique a été construite selon les plans du technicien de gestion du palais, Vasily Leontievich Pashkov. Cette centrale électrique fut pendant 15 ans la plus grande de toute l’Europe.
Salle des turbines de la centrale électrique du Palais d'Hiver. 1901
Initialement, des bougies étaient utilisées pour éclairer le Palais d'Hiver et, à partir de 1861, des lampes à gaz ont commencé à être utilisées. Cependant, les avantages évidents des lampes électriques ont incité les spécialistes à rechercher des possibilités de remplacement de l'éclairage au gaz dans les bâtiments du Palais d'Hiver et des bâtiments adjacents de l'Ermitage.
L'ingénieur Vasily Leontievich Pashkov a proposé, à titre expérimental, d'utiliser l'électricité pour éclairer les salles du palais à Noël et Les vacances du Nouvel An 1885.
Le 9 novembre 1885, le projet de construction d'une « usine électrique » est approuvé par l'empereur. Alexandre III. Le projet prévoyait l'électrification du Palais d'Hiver, des bâtiments de l'Ermitage, de la cour et de ses environs sur trois ans jusqu'en 1888.
Le travail a été confié à Vasily Pashkov. Pour éliminer la possibilité de vibrations du bâtiment dues au fonctionnement des machines à vapeur, la centrale électrique était située dans un pavillon séparé en verre et en métal. Il était situé dans la deuxième cour de l'Ermitage, appelée depuis « Électrique ».
Le bâtiment de la gare occupait une superficie de 630 m² et se composait d'une salle des machines avec 6 chaudières, 4 machines à vapeur et 2 locomotives et une salle avec 36 dynamos électriques. La puissance totale atteint 445 ch. Les premiers à éclairer une partie des salles de cérémonie furent l'Antichambre, la salle Petrovsky, la salle du Grand Maréchal, l'Armorial et la salle Saint-Georges, et un éclairage extérieur fut aménagé. Trois modes d'éclairage étaient proposés : complet (vacances) à allumer cinq fois par an (4888 lampes à incandescence et 10 bougies Yablochkov) ; en activité – 230 lampes à incandescence ; service (nuit) - 304 lampes à incandescence. La station consommait environ 30 000 pouds (520 tonnes) de charbon par an.
Le principal fournisseur d'équipements électriques était Siemens et Halske, la plus grande entreprise électrique de l'époque.
Le réseau de centrales électriques était en constante expansion et, en 1893, il comptait déjà 30 000 lampes à incandescence et 40 lampes à arc. Non seulement les bâtiments du complexe du palais ont été illuminés, mais aussi la place du Palais et les bâtiments qui s'y trouvent.
La création de la centrale électrique du Palais d'Hiver est devenue un exemple clair de la possibilité de créer une source d'électricité puissante et économique capable d'alimenter un grand nombre de consommateurs.
Le système d’éclairage électrique des bâtiments du Palais d’Hiver et de l’Ermitage a été raccordé au réseau électrique de la ville après 1918. Et le bâtiment de la centrale électrique du Palais d'Hiver a existé jusqu'en 1945, après quoi il a été démantelé.
Le 16 juillet 1886, la Société d'éclairage électrique industrielle et commerciale est enregistrée à Saint-Pétersbourg. Cette date est généralement considérée comme celle de la fondation du premier système énergétique russe. Parmi les fondateurs figuraient Siemens et Halske, la Deutsche Bank et des banquiers russes. Depuis 1900, l'entreprise s'appelle Electric Lighting Society of 1886. Le but de l'entreprise a été désigné en fonction des intérêts du fondateur principal, Karl Fedorovich Siemens : « Pour éclairer les rues, les usines, les usines, les magasins et toutes sortes d'autres lieux et locaux avec de l'électricité » [Charte..., 1886, p. . 3]. L'entreprise possédait plusieurs succursales dans différentes villes du pays et apportait une très grande contribution au développement du secteur électrique de l'économie russe.
La majorité de la population de la Russie et des autres pays de l'ex-URSS sait que l'électrification à grande échelle du pays est associée à la mise en œuvre du plan d'électrification de l'État de la Russie (GoElRo), adopté en 1920.
En toute honnêteté, il convient de noter que l’élaboration de ce plan remonte à avant la Première Guerre mondiale, ce qui a en fait empêché son adoption.
L'électricité a contribué au développement du progrès, elle constitue un facteur clé dans le fonctionnement de n'importe quel domaine de l'économie nationale. Aujourd'hui, il est utilisé partout, il est devenu un phénomène naturel et familier à chaque personne, mais cela n'a pas toujours été le cas. Quand la première centrale électrique est-elle apparue en Russie ?, c’est-à-dire « une usine qui produit de l’énergie électrique » ?
Le début du développement de l'industrie de l'énergie électrique
Il existe une fausse opinion sur l’apparition de l’énergie électrique dans le pays seulement après l’arrivée des bolcheviks, signés par le décret de Lénine « Sur l’électrification ». Mais les premières centrales électriques de Russie ont été construites bien avant l’émergence de l’URSS. En 1879, sous le règne de l'empereur Alexandre II (grand-père de Nicolas II) Capitale du Nordétait . Il s'agissait d'une petite installation dont le but était d'éclairer le pont Liteiny, le projet a été mis en œuvre sous la direction de l'ingénieur P. Yablochkov. Quelque temps plus tard, une centrale électrique similaire a été construite à Moscou ; elle a assuré l'éclairage du passage Loubianski. Après 5 ans, de telles stations étaient situées dans de nombreuses grandes villes de l'Empire russe, elles fonctionnaient au combustible solide et étaient capables de produire de l'électricité pour l'éclairage.
Centrales hydroélectriques - évolution du progrès
Parallèlement, ils commencent à concevoir des installations capables de produire de l’électricité à partir d’éléments naturels. Où a été construite la première centrale électrique en Russie ?, convertir l'énergie du mouvement de l'eau en électricité ? La première station a également été construite en , elle était située sur la rivière Okhta et avait une faible puissance par rapport aux normes modernes, seulement 350 chevaux. Une centrale hydroélectrique plus puissante a été construite en 1903 sur la rivière Podkumka, près d'Essentuki. Sa puissance était suffisante pour consacrer les villes voisines : Piatigorsk, Jeleznovodsk, Kislovodsk.
Construction d'une centrale électrique en Russie - objectif principal
Le début du XXe siècle a apporté de sérieux changements dans le monde : l'industrialisation et la construction mécanique ont nécessité de grandes quantités d'électricité consommées. Construction de centrales électriques est devenu un élément important du développement du progrès technologique, notamment dans les industries suivantes :
- Génie mécanique;
- Métallurgie ferreuse et non ferreuse ;
- Technologies informatiques ;
- Infrastructure de transport.
En général, sans l’électricité et les centrales qui la produisent, notre monde ne serait pas tel que nous sommes habitués à le voir.
Construction de centrales nucléaires en Fédération de Russie
Aujourd’hui, la forme d’électricité la moins chère et la plus accessible demeure. Le recours à une réaction nucléaire en chaîne permet de générer d’énormes quantités d’énergie thermique, qui est transformée en électricité. On sait de manière fiable quand est apparue la première centrale électrique sur le territoire de la Russie moderne, alimentée par l'énergie nucléaire. En 1954, les scientifiques soviétiques dirigés par l'académicien Kurchatov ont mis en œuvre un projet visant à créer un « atome pacifique » ; la construction de la centrale nucléaire d'Obninsk s'est déroulée en un temps record. court instant.
La puissance du premier réacteur était insignifiante, seulement 5 MW, à titre de comparaison, la plus puissante des centrales électriques modernes, Kashiwazaki-Kariwa, produit 8 122 MW.
Sur le territoire de la Russie, un cycle complet est réalisé, depuis l'extraction et le traitement de l'uranium jusqu'à la construction et l'exploitation ultérieure des centrales nucléaires et l'élimination des déchets de production.
D'autres perspectives de développement de l'industrie
La demande d'électricité augmente chaque année et, par conséquent, avec l'augmentation de la consommation, le volume de production d'électricité devrait augmenter proportionnellement. À ces fins, de nouvelles centrales électriques sont construites et celles existantes sont modernisées.
En plus des centrales existantes, de nouveaux projets respectueux de l'environnement commencent à apparaître, fournissant à la population l'énergie nécessaire.
Les stations ont un grand potentiel, ainsi que l'utilisation de l'énergie marémotrice. Chaque année, de nouvelles inventions apparaissent dans le monde, fournissant de nouvelles sources d'électricité, ce qui contribue ainsi au développement ultérieur du progrès.
Le rôle de la Russie dans le développement mondial et la construction de centrales électriques
Le pays était à l’avant-garde du développement de cette industrie, souvent plusieurs années avant ses plus proches concurrents dans ce domaine, à savoir les États-Unis. Ainsi, la première centrale nucléaire étrangère n'est apparue qu'en 1958, soit 4 ans après la mise en œuvre réussie du projet par des scientifiques et des ingénieurs soviétiques. Aujourd'hui, la Russie est l'un des principaux producteurs d'électricité au monde et met également en œuvre avec succès des projets de construction de réacteurs nucléaires dans de nombreux pays du monde. La faisabilité de la construction d'une telle gare n'est pertinente que s'il existe un potentiel industriel important : la mise en œuvre du projet nécessite des coûts importants, le retour sur investissement prend parfois plusieurs décennies, compte tenu d'un fonctionnement ininterrompu. Les centrales thermiques nécessitent des sources constantes de combustible et les centrales hydroélectriques nécessitent la présence d'une grande artère d'eau.
Définition des centrales thermiques, types et caractéristiques des centrales thermiques. classification des centrales thermiques
Définition des centrales thermiques, types et caractéristiques des centrales thermiques. classification des centrales thermiques, conception des centrales thermiques
Définition
tour de refroidissement
Caractéristiques
Classification
Centrale de production combinée de chaleur et d'électricité
Appareil mini-CHP
Objectif du mini-CHP
Utilisation de la chaleur de la mini-cogénération
Carburant pour mini-cogénération
Mini-cogénération et écologie
Moteur à turbine à gaz
Usine à cycle combiné
Principe de fonctionnement
Avantages
Diffusion
Centrale électrique à condensation
Histoire
Principe d'opération
Systèmes de base
Impact environnemental
État actuel
Verkhnetagilskaïa GRES
Kashirskaïa GRES
Pskovskaïa GRES
Centrale électrique du district d'État de Stavropol
Smolenskaïa GRES
La centrale thermique est(ou centrale thermique) - une centrale électrique qui génère de l'énergie électrique en convertissant l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique de rotation de l'arbre du générateur électrique.
Les principaux composants de la centrale thermique sont :
Moteurs - groupes motopropulseurs de centrales thermiques
Générateurs électriques
Échangeurs de chaleur des centrales thermiques
Tours de refroidissement.
tour de refroidissement
Une tour de refroidissement (en allemand gradieren - pour épaissir une solution de saumure ; à l'origine, les tours de refroidissement étaient utilisées pour extraire le sel par évaporation) est un dispositif permettant de refroidir une grande quantité d'eau avec un flux d'air atmosphérique dirigé. Parfois, les tours de refroidissement sont également appelées tours de refroidissement.
Actuellement, les tours de refroidissement sont principalement utilisées dans les systèmes d'alimentation en eau de circulation pour refroidir les échangeurs de chaleur (généralement dans les centrales thermiques, les centrales de cogénération). En génie civil, les tours de refroidissement sont utilisées en climatisation, par exemple pour refroidir les condenseurs des groupes frigorifiques, pour refroidir les groupes électrogènes de secours. Dans l'industrie, les tours de refroidissement sont utilisées pour refroidir les machines de réfrigération, les machines de moulage du plastique et pour la purification chimique des substances.
Le processus de refroidissement se produit en raison de l'évaporation d'une partie de l'eau lorsqu'elle s'écoule en un film mince ou tombe le long d'un arroseur spécial, le long duquel un flux d'air est fourni dans la direction opposée au mouvement de l'eau. Lorsque 1 % de l’eau s’évapore, la température de l’eau restante baisse de 5,48 °C.
En règle générale, les tours de refroidissement sont utilisées là où il n'est pas possible d'utiliser de grandes étendues d'eau (lacs, mers) pour le refroidissement. De plus, cette méthode de refroidissement est plus respectueuse de l’environnement.
Une alternative simple et bon marché aux tours de refroidissement sont les bassins de pulvérisation, où l'eau est refroidie par simple pulvérisation.
Caractéristiques
Le paramètre principal de la tour de refroidissement est la valeur de la densité d'irrigation - la valeur spécifique de la consommation d'eau pour 1 m² de surface d'irrigation.
Les principaux paramètres de conception des tours de refroidissement sont déterminés par des calculs techniques et économiques en fonction du volume et de la température de l'eau refroidie et des paramètres atmosphériques (température, humidité, etc.) du site d'installation.
L’utilisation de tours de refroidissement en hiver, en particulier dans les climats rigoureux, peut être dangereuse en raison du risque de gel de la tour de refroidissement. Cela se produit le plus souvent à l'endroit où l'air glacial entre en contact avec une petite quantité d'eau tiède. Pour éviter le gel de la tour de refroidissement et, par conséquent, sa défaillance, il est nécessaire d'assurer une répartition uniforme de l'eau refroidie sur la surface de l'arroseur et de surveiller la même densité d'irrigation dans certaines zones de la tour de refroidissement. Les ventilateurs soufflants sont également souvent sujets au givrage en raison d’une mauvaise utilisation de la tour de refroidissement.
Classification
Selon le type de sprinkler, les tours de refroidissement sont :
film;
goutte;
éclaboussure;
Par méthode d'alimentation en air :
ventilatoire (la poussée est créée par un ventilateur) ;
tour (la poussée est créée à l'aide d'une tour d'échappement haute);
ouvert (atmosphérique), utilisant la puissance du vent et la convection naturelle lorsque l'air circule à travers l'arroseur.
Les tours de refroidissement par ventilateur sont les plus efficaces d'un point de vue technique, car elles assurent un refroidissement par eau plus profond et de meilleure qualité et peuvent supporter des charges thermiques spécifiques importantes (cependant, elles nécessitent de l'énergie électrique pour faire fonctionner les ventilateurs).
Les types
Centrales électriques à chaudières et turbines
Centrales électriques à condensation (GRES)
Centrales de cogénération (centrales de cogénération, centrales de cogénération)
Centrales électriques à turbine à gaz
Centrales électriques basées sur des centrales à gaz à cycle combiné
Centrales électriques basées sur des moteurs à pistons
Allumage par compression (diesel)
L'étincelle s'est allumée
Cycle combiné
Centrale de production combinée de chaleur et d'électricité
Une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) est un type de centrale thermique qui produit non seulement de l'électricité, mais constitue également une source d'énergie thermique dans des systèmes d'approvisionnement en chaleur centralisés (sous forme de vapeur et d'eau chaude, y compris pour fournir de l'eau chaude). fourniture et chauffage d'installations résidentielles et industrielles). En règle générale, une centrale thermique doit fonctionner selon un programme de chauffage, c'est-à-dire que la production d'énergie électrique dépend de la production d'énergie thermique.
Lors de la mise en place d'une centrale thermique, la proximité des consommateurs de chaleur sous forme d'eau chaude et de vapeur est prise en compte.
Mini-CHP
Mini-CHP - petite centrale de production combinée de chaleur et d'électricité.
Appareil mini-CHP
Les mini-cogénérations sont des centrales thermiques utilisées pour la production conjointe d'énergie électrique et thermique dans des unités d'une capacité unitaire allant jusqu'à 25 MW, quel que soit le type d'équipement. Actuellement, les installations suivantes sont largement utilisées dans l'ingénierie thermique étrangère et nationale : turbines à vapeur à contre-pression, turbines à vapeur à condensation avec extraction de vapeur, installations à turbine à gaz avec récupération d'eau ou de vapeur d'énergie thermique, unités à piston à gaz, gaz-diesel et diesel. avec récupération de l'énergie thermique des différents systèmes de ces unités. Le terme centrales de cogénération est utilisé comme synonyme des termes mini-CHP et CHP, mais il a un sens plus large, car il implique une production conjointe (co-jointe, génération-production) de divers produits, qui peuvent être à la fois électriques et thermiques. l'énergie et d'autres produits, par exemple l'énergie thermique et le dioxyde de carbone, l'énergie électrique et le froid, etc. En fait, le terme trigénération, qui implique la production d'électricité, d'énergie thermique et de froid, est également un cas particulier de cogénération. Une caractéristique distinctive de la mini-cogénération est l'utilisation plus économique du combustible pour les types d'énergie produits par rapport aux méthodes séparées conventionnelles de leur production. Cela est dû au fait que l'électricité dans tout le pays est produite principalement dans les cycles de condensation des centrales thermiques et nucléaires, qui ont un rendement électrique de 30 à 35 % en l'absence de consommateur de chaleur. En fait, cet état de fait est déterminé par le rapport existant des charges électriques et thermiques dans les zones peuplées, leur nature différente d'évolution tout au long de l'année, ainsi que l'incapacité de transmettre l'énérgie thermique sur de longues distances, contrairement à l'énergie électrique.
Le module mini-CHP comprend un piston à gaz, une turbine à gaz ou un moteur diesel, un générateur d'électricité et un échangeur de chaleur permettant de récupérer la chaleur de l'eau tout en refroidissant le moteur, l'huile et les gaz d'échappement. Une chaudière à eau chaude est généralement ajoutée à une mini-cogénération pour compenser la charge thermique aux heures de pointe.
Objectif du mini-CHP
L'objectif principal de la mini-cogénération est de produire de l'énergie électrique et thermique à partir de divers types carburant.
Le concept de construction de mini-cogénérations à proximité immédiate du consommateur présente un certain nombre d'avantages (par rapport aux grandes cogénérations) :
vous permet d'éviter les coûts de construction de lignes électriques à haute tension coûteuses et dangereuses ;
les pertes lors du transport d'énergie sont éliminées ;
il n'est pas nécessaire de supporter des coûts financiers pour répondre aux conditions techniques de connexion aux réseaux
alimentation centralisée;
fourniture ininterrompue d'électricité au consommateur ;
alimentation électrique avec une électricité de haute qualité, respect des valeurs de tension et de fréquence spécifiées ;
peut-être faire du profit.
Dans le monde moderne, la construction de mini-cogénération prend de l'ampleur, les avantages sont évidents.
Utilisation de la chaleur de la mini-cogénération
Une part importante de l’énergie issue de la combustion des combustibles lors de la production d’électricité est de l’énergie thermique.
Il existe des options pour utiliser la chaleur :
utilisation directe de l'énergie thermique par les consommateurs finaux (cogénération) ;
alimentation en eau chaude (ECS), chauffage, besoins technologiques (vapeur) ;
conversion partielle de l'énergie thermique en énergie froide (trigénération) ;
le froid est généré par une machine frigorifique à absorption qui ne consomme pas d'énergie électrique, mais thermique, ce qui permet d'utiliser la chaleur de manière assez efficace en été pour la climatisation ou pour des besoins technologiques ;
Carburant pour mini-cogénération
Types de carburant utilisés
gaz : gaz naturel principal, gaz naturel liquéfié et autres gaz inflammables ;
carburant liquide : pétrole, fioul, carburant diesel, biodiesel et autres liquides inflammables ;
combustible solide : charbon, bois, tourbe et autres types de biocarburants.
Le combustible le plus efficace et le moins cher en Russie est le gaz naturel principal, ainsi que le gaz associé.
Mini-cogénération et écologie
L'utilisation de la chaleur résiduelle des moteurs des centrales électriques à des fins pratiques est une caractéristique distinctive de la mini-cogénération et est appelée cogénération (cogénération).
La production combinée de deux types d'énergie dans les mini-cogénérations contribue à une utilisation du combustible beaucoup plus respectueuse de l'environnement que la production séparée d'électricité et d'énergie thermique dans les chaufferies.
Remplaçant les chaufferies qui consomment irrationnellement du combustible et polluent l'atmosphère des villes et des villages, les mini-cogénérations contribuent non seulement à d'importantes économies de combustible, mais également à accroître la propreté du bassin atmosphérique et à améliorer l'état environnemental général.
La source d’énergie pour les mini-cogénérations à piston à gaz et à turbine à gaz est généralement le gaz naturel. Gaz naturel ou associé, combustible organique qui ne pollue pas l'atmosphère avec des émissions solides
Moteur à turbine à gaz
Le moteur à turbine à gaz (GTE, TRD) est un moteur thermique dans lequel le gaz est comprimé et chauffé, puis l'énergie du gaz comprimé et chauffé est convertie en travail mécanique sur l'arbre de la turbine à gaz. Contrairement à un moteur à pistons, dans un moteur à turbine à gaz, les processus se déroulent dans un flux de gaz en mouvement.
L'air atmosphérique comprimé du compresseur pénètre dans la chambre de combustion et du carburant y est fourni qui, lorsqu'il est brûlé, forme une grande quantité de produits de combustion sous haute pression. Ensuite, dans une turbine à gaz, l'énergie des produits de combustion gazeux est convertie en travail mécanique dû à la rotation des aubes par le jet de gaz, dont une partie est consacrée à la compression de l'air dans le compresseur. Le reste du travail est transféré à l'unité entraînée. Le travail consommé par cette unité est le travail utile du moteur à turbine à gaz. Les moteurs à turbine à gaz ont la densité de puissance la plus élevée parmi les moteurs à combustion interne, jusqu'à 6 kW/kg.
Le moteur à turbine à gaz le plus simple n'a qu'une seule turbine, qui entraîne le compresseur et constitue en même temps une source d'énergie utile. Cela impose des restrictions sur les modes de fonctionnement du moteur.
Parfois, le moteur est multi-arbres. Dans ce cas, il y a plusieurs turbines en série, chacune entraînant son propre arbre. Turbine haute pression(le premier après la chambre de combustion) entraîne toujours le compresseur du moteur, et les suivants peuvent entraîner à la fois une charge externe (hélices d'hélicoptère ou de navire, puissants générateurs électriques, etc.) et des compresseurs supplémentaires du moteur lui-même, situés devant le le principal.
L'avantage d'un moteur multi-arbres est que chaque turbine fonctionne à la vitesse et à la charge optimales. Avec une charge entraînée par l'arbre d'un moteur à arbre unique, l'accélération du moteur, c'est-à-dire sa capacité à tourner rapidement, serait très faible, car la turbine doit fournir de la puissance à la fois pour fournir au moteur une grande quantité de puissance. l'air (la puissance est limitée par la quantité d'air) et d'accélérer la charge. Avec deux arbres modèle facile le rotor haute pression entre rapidement en fonctionnement, alimentant en air le moteur et la turbine basse pression une grande quantité de gaz pour l'accélération. Il est également possible d'utiliser un démarreur moins puissant pour l'accélération lors du démarrage uniquement du rotor haute pression.
Usine à cycle combiné
Une centrale à cycle combiné est une centrale électrique utilisée pour produire de la chaleur et de l’électricité. Elle se distingue des centrales à vapeur et des centrales à turbine à gaz par son efficacité accrue.
Principe de fonctionnement
Une centrale à cycle combiné se compose de deux unités distinctes : une centrale à vapeur et une turbine à gaz. Dans une unité de turbine à gaz, la turbine est entraînée en rotation par les produits gazeux issus de la combustion du carburant. Le carburant peut être soit du gaz naturel, soit des produits de l'industrie pétrolière (fioul, gazole). Le premier générateur est situé sur le même arbre que la turbine, qui génère du courant électrique grâce à la rotation du rotor. En traversant la turbine à gaz, les produits de combustion ne lui cèdent qu'une partie de leur énergie et présentent encore une température élevée à la sortie de la turbine à gaz. Depuis la sortie de la turbine à gaz, les produits de combustion pénètrent dans la centrale à vapeur, la chaudière à chaleur résiduelle, où l'eau et la vapeur d'eau résultante sont chauffées. La température des produits de combustion est suffisante pour amener la vapeur à l'état nécessaire à son utilisation dans une turbine à vapeur (la température des fumées d'environ 500 degrés Celsius permet d'obtenir de la vapeur surchauffée à une pression d'environ 100 atmosphères). La turbine à vapeur entraîne un deuxième générateur électrique.
Avantages
Les centrales à cycle combiné ont un rendement électrique d'environ 51 à 58 %, tandis que pour les centrales à vapeur ou à turbine à gaz fonctionnant séparément, il oscille autour de 35 à 38 %. Cela réduit non seulement la consommation de carburant, mais également les émissions de gaz à effet de serre.
Étant donné qu’une centrale à cycle combiné extrait plus efficacement la chaleur des produits de combustion, le combustible peut être brûlé à des températures plus élevées, ce qui entraîne des niveaux d’émissions d’oxyde d’azote inférieurs à ceux des autres types de centrales.
Coût de production relativement faible.
Diffusion
Bien que les avantages du cycle vapeur-gaz aient été prouvés pour la première fois dans les années 1950 par l'académicien soviétique Khristianovich, ce type de centrales électriques n'a pas été largement utilisé en Russie. Plusieurs unités expérimentales de CCGT ont été construites en URSS. Un exemple est celui des centrales électriques d'une capacité de 170 MW au GRES de Nevinnomysskaya et de 250 MW au GRES de Moldavskaya. Ces dernières années, un certain nombre de puissantes centrales électriques à cycle combiné ont été mises en service en Russie. Parmi eux:
2 centrales électriques d'une capacité de 450 MW chacune à la centrale thermique du Nord-Ouest de Saint-Pétersbourg ;
1 centrale électrique d'une capacité de 450 MW au CHPP-2 de Kaliningrad ;
1 unité CCGT d'une capacité de 220 MW à Tioumen CHPP-1 ;
2 tranches CCGT d'une capacité de 450 MW au CHPP-27 et 1 CCPP au CHPP-21 à Moscou ;
1 tranche CCGT d'une capacité de 325 MW à Ivanovskaya GRES ;
2 unités de puissance d'une capacité de 39 MW chacune au TPP de Sotchi
Depuis septembre 2008 en Russie en différentes étapes Plusieurs unités CCGT sont en cours de conception ou de construction.
En Europe et aux États-Unis, des installations similaires fonctionnent dans la plupart des centrales thermiques.
Centrale électrique à condensation
Une centrale électrique à condensation (CPP) est une centrale thermique qui produit uniquement de l'énergie électrique. Historiquement, elle a reçu le nom de « GRES » – centrale électrique de district d'État. Au fil du temps, le terme « GRES » a perdu son sens originel (« quartier ») et, au sens moderne, désigne, en règle générale, une centrale électrique à condensation (CPP) de grande capacité (en milliers de MW), fonctionnant dans le domaine énergétique unifié. système avec d’autres grandes centrales électriques. Il convient toutefois de tenir compte du fait que toutes les stations portant l'abréviation « GRES » dans leur nom ne sont pas des stations à condensation ; certaines d'entre elles fonctionnent comme des centrales de production combinée de chaleur et d'électricité.
Histoire
Le premier GRES Elektroperedacha, l'actuel GRES-3, a été construit près de Moscou à Elektrogorsk en 1912-1914. à l'initiative de l'ingénieur R. E. Klasson. Le combustible principal est la tourbe, la puissance est de 15 MW. Dans les années 1920, le plan GOELRO prévoyait la construction de plusieurs centrales thermiques, parmi lesquelles la centrale électrique du district d'État de Kashirskaya est la plus célèbre.
Principe d'opération
L'eau chauffée dans une chaudière à vapeur jusqu'à l'état de vapeur surchauffée (520-565 degrés Celsius) fait tourner une turbine à vapeur qui entraîne un turbogénérateur.
L'excès de chaleur est libéré dans l'atmosphère (plans d'eau à proximité) via des unités de condensation, contrairement aux centrales de cogénération, qui libèrent un excès de chaleur pour les besoins des objets à proximité (par exemple, le chauffage des maisons).
Une centrale électrique à condensation fonctionne généralement selon le cycle de Rankine.
Systèmes de base
IES est un complexe énergétique complexe composé de bâtiments, de structures, d'équipements énergétiques et autres, de pipelines, de raccords, d'instruments et d'automatisation. Les principaux systèmes IES sont :
chaufferie;
centrale à turbine à vapeur ;
l'économie de carburant;
système d'élimination des cendres et des scories, purification des gaz de combustion ;
partie électrique;
approvisionnement en eau technique (pour éliminer l'excès de chaleur);
système de nettoyage chimique et de traitement de l’eau.
Lors de la conception et de la construction d'un CES, ses systèmes sont situés dans les bâtiments et structures du complexe, principalement dans le bâtiment principal. Lors de l'exploitation des IES, le personnel gérant les systèmes est généralement regroupé en ateliers (chaudière-turbine, électricité, alimentation en combustible, traitement chimique de l'eau, automatisation thermique, etc.).
La chaufferie est située dans la chaufferie du bâtiment principal. Dans les régions du sud de la Russie, une installation de chaudière peut être ouverte, c'est-à-dire sans murs ni toit. L'installation se compose de chaudières à vapeur (générateurs de vapeur) et de conduites de vapeur. La vapeur des chaudières est transférée aux turbines via des conduites de vapeur vive. En règle générale, les conduites de vapeur de diverses chaudières ne sont pas reliées par des connexions croisées. Ce type de schéma est appelé schéma « en bloc ».
L'unité turbine à vapeur est située dans la salle des machines et dans le compartiment dégazeur (bunker-dégazeur) du bâtiment principal. Il comprend:
turbines à vapeur avec générateur électrique sur le même arbre ;
un condenseur dans lequel la vapeur ayant traversé la turbine est condensée pour former de l'eau (condensat) ;
des pompes à condensats et d'alimentation qui assurent le retour des condensats (eau d'alimentation) vers les chaudières à vapeur ;
réchauffeurs récupérateurs basse et haute pression (LHP et PHH) - échangeurs de chaleur dans lesquels l'eau alimentaire est chauffée par extraction de vapeur de la turbine ;
dégazeur (également utilisé comme HDPE), dans lequel l'eau est purifiée des impuretés gazeuses ;
canalisations et systèmes auxiliaires.
L'industrie du carburant a composition différente en fonction du combustible principal pour lequel l'IES est conçu. Pour les centrales thermiques au charbon, l’économie de carburant comprend :
dispositif de dégivrage (appelé « chaufferie » ou « hangar ») pour décongeler le charbon dans les wagons-tombereaux ouverts ;
dispositif de déchargement (généralement un tombereau de voiture) ;
un entrepôt de charbon desservi par une grue à benne ou une machine spéciale de rechargement ;
installation de concassage pour le broyage préliminaire du charbon;
convoyeurs pour déplacer le charbon;
systèmes d'aspiration, blocage et autres systèmes auxiliaires ;
système de préparation de la poussière, y compris les broyeurs à charbon à boulets, à rouleaux ou à marteaux.
Le système de préparation des poussières, ainsi que les soutes à charbon, sont situés dans le compartiment dégazeur de soute du bâtiment principal, les autres dispositifs d'alimentation en combustible sont situés à l'extérieur du bâtiment principal. Occasionnellement, une centrale de dépoussiérage est mise en place. L'entrepôt de charbon est conçu pour 7 à 30 jours de fonctionnement continu de l'IES. Certains dispositifs d'alimentation en carburant sont redondants.
L'économie de carburant des IES utilisant le gaz naturel est la plus simple : elle comprend un point de distribution de gaz et des gazoducs. Cependant, dans ces centrales électriques, le fioul est utilisé comme source de secours ou comme source saisonnière, c'est pourquoi une installation de fioul est également mise en place. Des installations de fioul sont également construites dans les centrales électriques au charbon, où le fioul est utilisé pour alimenter les chaudières. L'industrie du fioul comprend :
dispositif de réception et de vidange ;
installation de stockage de fioul avec réservoirs en acier ou en béton armé ;
station de pompage de fioul avec réchauffeurs et filtres à fioul ;
canalisations avec vannes d'arrêt et de régulation ;
incendie et autres systèmes auxiliaires.
Le système d'élimination des cendres et des scories est installé uniquement dans les centrales électriques au charbon. Les cendres et les scories sont des résidus de charbon non combustibles, mais les scories se forment directement dans le four de la chaudière et sont évacuées par un trou de coulée (un trou dans le puits à scories), et les cendres sont emportées avec les gaz de combustion et sont capturées. à la sortie de la chaudière. Les particules de cendres sont nettement plus petites (environ 0,1 mm) que les morceaux de scories (jusqu'à 60 mm). Les systèmes de décendrage peuvent être hydrauliques, pneumatiques ou mécaniques. Le système le plus courant d'élimination hydraulique des cendres et des scories par recirculation comprend des dispositifs de rinçage, des canaux, des pompes à réservoir, des canalisations à lisier, des décharges de cendres et de scories, des stations de pompage et des conduites d'eau clarifiée.
Le rejet de gaz de combustion dans l’atmosphère constitue l’impact le plus dangereux d’une centrale thermique sur l’environnement. Pour collecter les cendres des fumées, des filtres de différents types sont installés après les ventilateurs soufflants (cyclones, épurateurs, précipitateurs électriques, filtres à manches en tissu), qui retiennent 90 à 99 % des particules solides. Cependant, ils ne conviennent pas pour nettoyer la fumée des gaz nocifs. À l'étranger et récemment dans les centrales électriques nationales (y compris les centrales électriques au gazole), des systèmes sont installés pour la désulfuration des gaz avec de la chaux ou du calcaire (appelée deSOx) et pour la réduction catalytique des oxydes d'azote avec de l'ammoniac (deNOx). Les fumées épurées sont émises par un extracteur de fumée dans une cheminée dont la hauteur est déterminée à partir des conditions de dispersion des impuretés nocives restantes dans l'atmosphère.
La partie électrique de l'IES est destinée à la production d'énergie électrique et à sa distribution aux consommateurs. Les générateurs IES créent un courant électrique triphasé avec une tension généralement de 6 à 24 kV. Étant donné que les pertes d'énergie dans les réseaux diminuent considérablement avec l'augmentation de la tension, des transformateurs sont installés immédiatement après les générateurs, augmentant la tension à 35, 110, 220, 500 kV et plus. Les transformateurs sont installés à l'extérieur. Une partie de l’énergie électrique est dépensée pour les besoins propres de la centrale. Le raccordement et la déconnexion des lignes de transport d'énergie allant jusqu'aux sous-stations et aux consommateurs s'effectuent sur des appareils de commutation ouverts ou fermés (ORU, ZRU), équipés d'interrupteurs capables de connecter et de couper un circuit électrique haute tension sans formation d'arc électrique.
Le système technique d'approvisionnement en eau fournit une grande quantité d'eau eau froide pour les condenseurs de turbines de refroidissement. Les systèmes sont divisés en flux direct, en circulation et mixtes. Dans les systèmes à passage unique, l'eau est pompée à partir d'une source naturelle (généralement une rivière) et rejetée après avoir traversé un condenseur. Dans le même temps, l’eau se réchauffe d’environ 8 à 12 °C, ce qui modifie dans certains cas l’état biologique des réservoirs. Dans les systèmes à recirculation, l'eau circule sous l'influence de pompes de circulation et est refroidie par l'air. Le refroidissement peut être réalisé à la surface de réservoirs de refroidissement ou dans des structures artificielles : bassins d'aspersion ou tours de refroidissement.
Dans les zones de basses eaux, au lieu d'un système technique d'approvisionnement en eau, on utilise des systèmes à condensation par air (tours de refroidissement à sec), qui sont des radiateurs à air à tirage naturel ou artificiel. Cette décision est généralement forcée, car ils sont plus chers et moins efficaces en termes de refroidissement.
Le système de traitement chimique de l'eau assure une purification chimique et un dessalage en profondeur de l'eau entrant dans les chaudières à vapeur et les turbines à vapeur afin d'éviter les dépôts sur les surfaces internes des équipements. En règle générale, les filtres, les réservoirs et les installations de réactifs pour le traitement de l'eau sont situés dans le bâtiment auxiliaire de l'IES. De plus, dans les centrales thermiques, des systèmes à plusieurs étages sont créés pour traiter les eaux usées contaminées par des produits pétroliers, des huiles, des eaux de lavage et de rinçage des équipements, des eaux pluviales et de fonte.
Impact environnemental
Impact sur l'atmosphère. Lors de la combustion du carburant, une grande quantité d'oxygène est consommée et une quantité importante de produits de combustion est également libérée, tels que des cendres volantes, des oxydes de soufre gazeux et de l'azote, dont certains ont une activité chimique élevée.
Impact sur l'hydrosphère. Principalement le rejet des eaux des condenseurs des turbines, ainsi que des eaux usées industrielles.
Impact sur la lithosphère. L’élimination de grandes quantités de cendres nécessite beaucoup d’espace. Ces pollutions sont réduites en utilisant des cendres et des scories comme matériaux de construction.
État actuel
Actuellement en Russie, il existe des centrales électriques standards d'une capacité de 1 000 à 1 200, 2 400, 3 600 MW et plusieurs centrales uniques ; des unités de 150, 200, 300, 500, 800 et 1 200 MW sont utilisées. Parmi elles se trouvent les centrales électriques de district d'État suivantes (qui font partie d'OGK) :
Verkhnetagilskaya GRES - 1 500 MW ;
Iriklinskaya GRES - 2430 MW ;
Kashirskaya GRES - 1910 MW ;
Nizhnevartovskaya GRES - 1600 MW ;
Permskaïa GRES - 2400 MW ;
Urengoyskaya GRES - 24 MW.
Pskovskaya GRES - 645 MW ;
Serovskaya GRES - 600 MW ;
Centrale électrique du district d'État de Stavropol - 2 400 MW ;
Surgutskaya GRES-1 - 3280 MW ;
Troitskaya GRES - 2060 MW.
Centrale électrique du district d'État de Gusinoozerskaya - 1 100 MW ;
Centrale électrique du district de l'État de Kostroma - 3 600 MW ;
Centrale électrique du district de l'État de Pechora - 1 060 MW ;
Kharanorskaya GRES - 430 MW ;
Cherepetskaya GRES - 1285 MW ;
Yuzhnouralskaya GRES - 882 MW.
Berezovskaya GRES - 1500 MW ;
Smolenskaïa GRES - 630 MW ;
Surgutskaïa GRES-2 - 4 800 MW ;
Shaturskaya GRES - 1 100 MW ;
Yaivinskaya GRES - 600 MW.
Konakovskaya GRES - 2400 MW ;
Nevinnomysskaya GRES - 1270 MW ;
Reftinskaya GRES - 3800 MW ;
Sredneuralskaya GRES - 1180 MW.
Kirishskaya GRES - 2 100 MW ;
Centrale électrique du district d'État de Krasnoïarsk-2 - 1 250 MW ;
Novotcherkasskaïa GRES - 2 400 MW ;
Ryazanskaya GRES (unités n° 1-6 - 2650 MW et bloc n° 7 (l'ancien GRES-24, qui était inclus dans le Ryazanskaya GRES - 310 MW) - 2960 MW ;
Cherepovetskaya GRES - 630 MW.
Verkhnetagilskaïa GRES
Verkhnetagilskaya GRES - centrale thermique à Verkhny Tagil ( région de Sverdlovsk), travaillant dans le cadre de l'OGK-1. En service depuis le 29 mai 1956.
La centrale comprend 11 unités de puissance d'une capacité électrique de 1 497 MW et d'une puissance thermique de 500 Gcal/h. Carburant de station : gaz naturel (77 %), charbon (23 %). L'effectif est de 1119 personnes.
La construction de la centrale, d'une capacité nominale de 1 600 MW, a commencé en 1951. Le but de la construction était de fournir de l'énergie thermique et électrique à l'usine électrochimique de Novouralsk. En 1964, la centrale électrique atteint sa capacité nominale.
Afin d'améliorer l'approvisionnement en chaleur des villes de Verkhny Tagil et Novouralsk, la station a été modernisée :
Quatre unités de turbine à condensation K-100-90 (VK-100-5) LMZ ont été remplacées par des turbines de chauffage T-88/100-90/2,5.
Sur le réseau TG-2,3,4, des radiateurs de type PSG-2300-8-11 sont installés pour chauffer l'eau du réseau dans le circuit d'alimentation en chaleur de Novouralsk.
Des réchauffeurs de réseau sont installés sur TG-1.4 pour l'approvisionnement en chaleur de Verkhny Tagil et du site industriel.
Tous les travaux ont été réalisés selon le projet de l'Hôpital Clinique Central.
Dans la nuit du 3 au 4 janvier 2008, un accident s'est produit à Surgutskaya GRES-2 : un effondrement partiel du toit de la sixième centrale d'une capacité de 800 MW a entraîné l'arrêt de deux centrales. La situation était compliquée par le fait qu'un autre groupe motopropulseur (n°5) était en réparation : en conséquence, les groupes motopropulseurs n°4, 5, 6 ont été arrêtés. Cet accident a été localisé le 8 janvier. Durant toute cette période, la centrale a fonctionné dans des conditions particulièrement intenses.
Il est prévu de construire deux nouvelles unités de production d'énergie (carburant - gaz naturel) respectivement d'ici 2010 et 2013.
Il y a un problème d’émissions dans l’environnement au GRES. OGK-1 a signé un contrat avec le Centre d'ingénierie énergétique de l'Oural pour 3,068 millions de roubles, qui prévoit le développement d'un projet de reconstruction de la chaudière de la centrale électrique du district d'État de Verkhnetagilskaya, ce qui entraînera une réduction des émissions de être conforme aux normes VHU.
Kashirskaïa GRES
Centrale électrique du district d'État de Kashirskaya, du nom de G. M. Krzhizhanovsky, dans la ville de Kashira, dans la région de Moscou, sur les rives de l'Oka.
Une gare historique, construite sous la direction personnelle de V.I. Lénine selon le plan GOELRO. Au moment de sa mise en service, la centrale de 12 MW était la deuxième plus grande centrale électrique d'Europe.
La gare a été construite selon le plan GOELRO, la construction a été réalisée sous la supervision personnelle de V.I. Lénine. Il a été construit en 1919-1922 et pour la construction, le village ouvrier de Novokashirsk a été construit sur le site du village de Ternovo. Lancée le 4 juin 1922, elle devient l'une des premières centrales thermiques régionales soviétiques.
Pskovskaïa GRES
La centrale électrique du district d'État de Pskov est une centrale électrique régionale appartenant à l'État, située à 4,5 kilomètres de l'agglomération de type urbain de Dedovichi, le centre régional de la région de Pskov, sur la rive gauche de la rivière Shelon. Depuis 2006, c'est une succursale d'OJSC OGK-2.
Des lignes électriques à haute tension relient la centrale électrique du district de Pskov à la Biélorussie, à la Lettonie et à la Lituanie. La société mère y voit un avantage : il existe un canal d'exportation d'énergie qui est activement utilisé.
La capacité installée du GRES est de 430 MW, elle comprend deux unités de puissance très maniables de 215 MW chacune. Ces groupes motopropulseurs ont été construits et mis en service en 1993 et 1996. Le projet initial de la première étape prévoyait la construction de trois unités de puissance.
Le principal type de carburant est le gaz naturel, il entre dans la station par une branche du principal gazoduc d'exportation. Les groupes motopropulseurs ont été initialement conçus pour fonctionner avec de la tourbe moulue ; ils ont été reconstruits selon le projet VTI de combustion du gaz naturel.
La consommation d'électricité pour les besoins propres est de 6,1 %.
Centrale électrique du district d'État de Stavropol
Stavropol State District Power Plant est une centrale thermique en Russie. Situé dans la ville de Solnechnodolsk, territoire de Stavropol.
Le chargement de la centrale électrique permet d'exporter de l'électricité à l'étranger : vers la Géorgie et l'Azerbaïdjan. Dans le même temps, il est garanti que les flux dans le réseau électrique de base du Système énergétique unifié du Sud seront maintenus à des niveaux acceptables.
Fait partie de la société de production en gros n° 2 (JSC OGK-2).
La consommation d'électricité pour les besoins propres de la station est de 3,47 %.
Le combustible principal de la station est le gaz naturel, mais la station peut utiliser du fioul comme carburant de réserve et de secours. Bilan énergétique en 2008 : gaz - 97 %, fioul - 3 %.
Smolenskaïa GRES
La centrale électrique du district de Smolensk est une centrale thermique en Russie. Fait partie de la société de production en gros n°4 (JSC OGK-4) depuis 2006.
Le 12 janvier 1978, la première unité de la centrale électrique du district d'État a été mise en service, dont la conception a commencé en 1965 et la construction en 1970. La centrale est située dans le village d'Ozerny, district de Dukhovshchinsky, région de Smolensk. Initialement, il était prévu d'utiliser la tourbe comme combustible, mais en raison du retard dans la construction d'entreprises d'extraction de tourbe, d'autres types de combustibles ont été utilisés (charbon de Moscou, charbon Inta, schiste, charbon Khakass). Au total, 14 types de carburant ont été modifiés. Depuis 1985, il a été définitivement établi que l'énergie proviendrait du gaz naturel et du charbon.
8.16. Smolenskaïa GRES
Sources
Ryzhkin V. Ya. Centrales thermiques. Éd. V. Ya. Girshfeld. Manuel pour les universités. 3e éd., révisée. et supplémentaire - M. : Energoatomizdat, 1987. - 328 p.
Une centrale thermique (centrale thermique) est une centrale électrique qui génère de l'énergie électrique en convertissant l'énergie chimique du carburant en énergie mécanique de rotation de l'arbre du générateur électrique.
Les centrales thermiques convertissent l'énergie thermique dégagée lors de la combustion de combustibles organiques (charbon, tourbe, schiste, pétrole, gaz) en énergie mécanique puis en énergie électrique. Ici, l’énergie chimique contenue dans le carburant subit une transformation complexe d’une forme à une autre pour produire de l’énergie électrique.
La transformation de l'énergie contenue dans le combustible d'une centrale thermique peut être divisée selon les principales étapes suivantes : la conversion de l'énergie chimique en énergie thermique, de l'énergie thermique en énergie mécanique et de l'énergie mécanique en énergie électrique.
Les premières centrales thermiques (TPP) sont apparues en fin XIX V. En 1882, une centrale thermique est construite à New York, en 1883 à Saint-Pétersbourg et en 1884 à Berlin.
Parmi les centrales thermiques, la majorité sont des centrales thermiques à turbine à vapeur. Sur eux, l'énergie thermique est utilisée dans une chaudière (générateur de vapeur).
Disposition de la centrale thermique : 1 – générateur électrique ; 2 – turbine à vapeur ; 3 – panneau de commande ; 4 – dégazeur ; 5 et 6 – bunkers ; 7 – séparateur ; 8 – cyclone ; 9 – chaudière ; 10 – surface chauffante (échangeur de chaleur) ; 11 – cheminée ; 12 – salle de concassage ; 13 – entrepôt de réserve de carburant ; 14 – chariot ; 15 – dispositif de déchargement ; 16 – convoyeur ; 17 – extracteur de fumée; 18 – canal ; 19 – cendrier ; 20 – ventilateur ; 21 – foyer ; 22 – moulin; 23 – station de pompage ; 24 – source d'eau; 25 – pompe de circulation ; 26 – réchauffeur régénératif haute pression ; 27 – pompe d'alimentation; 28 – condensateur ; 29 – usine de traitement chimique des eaux ; 30 – transformateur élévateur ; 31 – réchauffeur régénératif basse pression ; 32 – pompe à condensats
L'un des éléments les plus importants d'une chaudière est le foyer. Dans celui-ci, l'énergie chimique du carburant est convertie en énergie thermique lors de la réaction chimique des éléments combustibles du carburant avec l'oxygène de l'air. Dans ce cas, des produits de combustion gazeux se forment, qui absorbent la majeure partie de la chaleur dégagée lors de la combustion du carburant.
Lors du chauffage du combustible dans le four, du coke et des substances gazeuses volatiles se forment. À des températures de 600 à 750 °C, les substances volatiles s'enflamment et commencent à brûler, ce qui entraîne une augmentation de la température dans le foyer. Au même moment, la combustion du coke commence. En conséquence, des gaz de combustion se forment et quittent le four à une température de 1 000 à 1 200 °C. Ces gaz sont utilisés pour chauffer l’eau et produire de la vapeur.
Au début du 19ème siècle. Pour produire de la vapeur, on utilisait des unités simples dans lesquelles le chauffage et l'évaporation de l'eau n'étaient pas différenciés. Un représentant typique du type le plus simple de chaudière à vapeur était une chaudière cylindrique.
L’industrie de l’énergie électrique en développement avait besoin de chaudières produisant de la vapeur à haute température et haute pression, car c’était dans cet état qu’elle produisait la plus grande quantité d’énergie. De telles chaudières ont été créées et appelées chaudières à tubes d'eau.
Dans les chaudières à tubes d'eau, les gaz de combustion s'écoulent autour de tuyaux dans lesquels circule l'eau ; la chaleur des gaz de combustion est transférée à travers les parois des tuyaux à l'eau, qui se transforme en vapeur.
Composition des principaux équipements d'une centrale thermique et interconnexion de ses systèmes : économie de carburant ; préparation du carburant; Chaudière; surchauffeur intermédiaire ; partie haute pression d'une turbine à vapeur (HPC ou HPC) ; partie basse pression d'une turbine à vapeur (LPT ou LPC) ; générateur électrique; transformateur auxiliaire; transformateur de communication; appareillage principal ; condensateur; pompe à condensats ; pompe de circulation; source d'approvisionnement en eau (par exemple, rivière); réchauffeur basse pression (LPH); usine de traitement des eaux (WPU); consommateur d'énergie thermique; pompe de retour des condensats ; dégazeur; pompe d'alimentation; réchauffeur haute pression (HPH); élimination des scories; décharge de cendres; extracteur de fumée (DS); cheminée; ventilateur soufflant (DV); cendrier
Une chaudière à vapeur moderne fonctionne comme suit.
Le combustible brûle dans une chambre de combustion dotée de tuyaux verticaux le long des murs. Sous l'influence de la chaleur dégagée lors de la combustion du carburant, l'eau de ces canalisations bout. La vapeur qui en résulte monte dans le tambour de la chaudière. La chaudière est un cylindre horizontal en acier à paroi épaisse, rempli à moitié d’eau. La vapeur s'accumule dans la partie supérieure du tambour et sort dans un groupe de serpentins - un surchauffeur. Dans le surchauffeur, la vapeur est en outre chauffée par les gaz de combustion s'échappant du four. Sa température est supérieure à celle à laquelle l’eau bout à une pression donnée. Une telle vapeur est appelée surchauffée. Après avoir quitté le surchauffeur, la vapeur va au consommateur. Dans les conduits de chaudière situés après le surchauffeur, les gaz de combustion traversent un autre groupe de serpentins - un économiseur d'eau. Dans celui-ci, l'eau est chauffée par la chaleur des fumées avant d'entrer dans le tambour de la chaudière. Les tuyaux du réchauffeur d'air sont généralement situés derrière l'économiseur, le long des gaz de combustion. L'air qu'il contient est chauffé avant d'être introduit dans le foyer. Après l'aérotherme, les gaz de combustion à une température de 120 à 160 °C sortent dans la cheminée.
Tous les processus de travail de la chaudière sont entièrement mécanisés et automatisés. Il est desservi par de nombreux mécanismes auxiliaires entraînés par des moteurs électriques dont la puissance peut atteindre plusieurs milliers de kilowatts.
Les chaudières des centrales électriques puissantes produisent de la vapeur à haute pression – 140 à 250 atmosphères et à haute température – 550 à 580 °C. Dans les fours de ces chaudières, on brûle principalement du combustible solide, broyé à l'état de poudre, du fioul ou du gaz naturel.
La transformation du charbon en poudre s'effectue dans des usines de préparation de poussières.
Le principe de fonctionnement d'une telle installation avec broyeur à tambour à boulets est le suivant.
Le combustible pénètre dans la chaufferie via des tapis roulants et est déchargé dans une trémie d'où, après pesée automatique, il est acheminé par un alimentateur vers le broyeur à charbon. Le broyage du carburant s'effectue à l'intérieur d'un tambour horizontal tournant à une vitesse d'environ 20 tr/min. Il contient des billes d'acier. De l'air chaud chauffé à une température de 300 à 400 °C est acheminé vers le broyeur par une canalisation. En donnant une partie de sa chaleur pour sécher le combustible, l'air se refroidit jusqu'à une température d'environ 130 °C et, sortant du tambour, transporte la poussière de charbon formée dans le broyeur vers le séparateur de poussière (séparateur). Libéré de grosses particules Le mélange poussière-air quitte le séparateur par le haut et est dirigé vers le séparateur de poussière (cyclone). Dans le cyclone, la poussière de charbon est séparée de l'air et pénètre dans le bunker à poussière de charbon par la vanne. Dans le séparateur, les grosses particules de poussière tombent et sont renvoyées au broyeur pour un broyage ultérieur. Un mélange de poussière de charbon et d'air est fourni aux brûleurs de la chaudière.
Les brûleurs à charbon pulvérisé sont des dispositifs permettant d'alimenter la chambre de combustion en combustible pulvérisé et en air nécessaire à sa combustion. Ils doivent assurer une combustion complète du carburant en créant un mélange homogène d'air et de carburant.
Le foyer des chaudières à charbon pulvérisé modernes est une chambre haute dont les parois sont recouvertes de tuyaux, appelés écrans vapeur-eau. Ils protègent les parois de la chambre de combustion contre l'adhérence des scories formées lors de la combustion du carburant, et protègent également le revêtement de l'usure rapide due à l'action chimique des scories et à la température élevée qui se développe lors de la combustion du carburant dans le four.
Les écrans perçoivent 10 fois plus de chaleur par mètre carré de surface que les autres surfaces chauffantes tubulaires de la chaudière, qui perçoivent la chaleur des fumées principalement grâce à leur contact direct avec celles-ci. Dans la chambre de combustion, la poussière de charbon s'enflamme et brûle dans le flux gazeux qui la transporte.
Les fours des chaudières dans lesquels sont brûlés des combustibles gazeux ou liquides sont également des enceintes recouvertes de grilles. Un mélange de combustible et d'air leur est fourni via des brûleurs à gaz ou des buses à fioul.
La conception d'une chaudière à tambour moderne de grande capacité fonctionnant à la poussière de charbon est la suivante.
Le combustible sous forme de poussière est insufflé dans le four à travers les brûleurs avec une partie de l'air nécessaire à la combustion. Le reste de l'air est amené au foyer préchauffé à une température de 300 à 400 °C. Dans le foyer, les particules de charbon brûlent à la volée, formant une torche avec une température de 1 500 à 1 600 °C. Les impuretés non combustibles du charbon sont converties en cendres, dont la majeure partie (80 à 90 %) est éliminée du four par les gaz de combustion générés par la combustion du combustible. Le reste des cendres, constitué de particules collantes de scories qui se sont accumulées sur les tuyaux des grilles de combustion puis s'en sont détachées, tombe au fond du four. Après cela, il est collecté dans un puits spécial situé sous le foyer. Un courant d'eau froide refroidit les scories qui s'y trouvent, puis elles sont évacuées de la chaudière par des dispositifs spéciaux du système hydraulique de décendrage.
Les parois du foyer sont recouvertes d'un écran - des tuyaux dans lesquels circule l'eau. Sous l’influence de la chaleur émise par la torche allumée, elle se transforme partiellement en vapeur. Ces tuyaux sont reliés au tambour de la chaudière, dans lequel est également fournie l'eau chauffée dans l'économiseur.
Au fur et à mesure que les gaz de combustion se déplacent, une partie de leur chaleur est rayonnée sur les tubes grillagés et la température des gaz diminue progressivement. A la sortie du four, il fait 1000-1200 °C. Avec un mouvement ultérieur, les gaz de combustion à la sortie du four entrent en contact avec les tubes de tamis et refroidissent jusqu'à une température de 900 à 950 °C. Le conduit de fumée de la chaudière contient des tubes serpentins à travers lesquels passe la vapeur formée dans les tuyaux grillagés et séparée de l'eau dans le tambour de la chaudière. Dans les serpentins, la vapeur reçoit de la chaleur supplémentaire des gaz de combustion et est surchauffée, c'est-à-dire que sa température devient supérieure à la température de l'eau bouillante à la même pression. Cette partie de la chaudière s’appelle le surchauffeur.
Après avoir passé entre les tuyaux du surchauffeur, les gaz de combustion d'une température de 500 à 600 °C pénètrent dans la partie de la chaudière dans laquelle se trouvent les tubes du chauffe-eau ou de l'économiseur d'eau. L'eau d'alimentation à une température de 210 à 240 °C lui est fournie par une pompe. Une température d'eau aussi élevée est obtenue grâce à des radiateurs spéciaux faisant partie de l'installation de la turbine. Dans un économiseur d'eau, l'eau est chauffée jusqu'au point d'ébullition et pénètre dans le tambour de la chaudière. Les fumées passant entre les tuyaux de l'économiseur d'eau continuent de se refroidir puis passent à l'intérieur des tuyaux de l'aérotherme, dans lequel l'air est chauffé grâce à la chaleur dégagée par les gaz, dont la température est réduite à 120-160 °C.
L'air nécessaire à la combustion du combustible est amené au réchauffeur d'air par un ventilateur soufflant et y est chauffé à 300-400 °C, après quoi il entre dans le four pour la combustion du combustible. La fumée ou les gaz d'échappement quittant l'aérotherme traversent un dispositif spécial - un cendrier - pour éliminer les cendres. Les fumées épurées sont rejetées dans l'atmosphère par un extracteur de fumée à travers une cheminée pouvant atteindre 200 m de hauteur.
Le tambour est indispensable dans les chaudières de ce type. Par de nombreux tuyaux, un mélange vapeur-eau provenant des écrans de combustion lui est amené. Dans le tambour, la vapeur est séparée de ce mélange et l'eau restante est mélangée à l'eau d'alimentation entrant dans ce tambour depuis l'économiseur. Du tambour, l'eau passe à travers des tuyaux situés à l'extérieur de la chambre de combustion dans des collecteurs collecteurs, et d'eux dans des tuyaux de tamis situés dans la chambre de combustion. De cette manière, le chemin circulaire (circulation) de l'eau dans les chaudières à tambour est fermé. Le mouvement de l'eau et du mélange vapeur-eau selon le schéma tambour - tuyaux extérieurs - tuyaux de tamis - tambour est dû au fait que le poids total de la colonne de mélange vapeur-eau remplissant les tuyaux de tamis est inférieur au poids du mélange vapeur-eau. colonne d'eau dans les tuyaux extérieurs. Cela crée une pression de circulation naturelle, assurant un mouvement circulaire de l'eau.
Les chaudières à vapeur sont contrôlées automatiquement par de nombreux régulateurs dont le fonctionnement est surveillé par un opérateur.
Les dispositifs régulent l'alimentation en combustible, en eau et en air de la chaudière, maintiennent constants le niveau d'eau dans le tambour de la chaudière, la température de la vapeur surchauffée, etc. Les dispositifs qui contrôlent le fonctionnement de la chaudière et de tous ses mécanismes auxiliaires sont concentré sur un panneau de commande spécial. Il contient également des dispositifs qui permettent d'effectuer des opérations automatisées à distance depuis ce panneau : ouverture et fermeture de toutes les vannes d'arrêt des canalisations, démarrage et arrêt de mécanismes auxiliaires individuels, ainsi que démarrage et arrêt de l'ensemble de la chaudière dans son ensemble.
Les chaudières à tubes d'eau du type décrit présentent un inconvénient très important : la présence d'un fût encombrant, lourd et coûteux. Pour s'en débarrasser, des chaudières à vapeur sans tambour ont été créées. Ils consistent en un système de tubes incurvés, à une extrémité desquels de l'eau d'alimentation est fournie et de l'autre, de la vapeur surchauffée à la pression et à la température requises sort, c'est-à-dire que l'eau traverse toutes les surfaces chauffantes une fois sans circulation avant de la transformer en vapeur. De telles chaudières à vapeur sont appelées chaudières à flux direct.
Le schéma de fonctionnement d'une telle chaudière est le suivant.
L'eau d'alimentation traverse l'économiseur, puis pénètre dans la partie inférieure des serpentins situés en forme d'hélice sur les parois du four. Le mélange vapeur-eau formé dans ces serpentins entre dans un serpentin situé dans le conduit de fumée de la chaudière, où se termine la conversion de l'eau en vapeur. Cette partie de la chaudière à passage unique est appelée zone de transition. La vapeur entre ensuite dans le surchauffeur. Après avoir quitté le surchauffeur, la vapeur est dirigée vers le consommateur. L'air nécessaire à la combustion est chauffé dans un aérotherme.
Les chaudières à passage unique permettent de produire de la vapeur à une pression supérieure à 200 atmosphères, ce qui est impossible dans les chaudières à tambour.
La vapeur surchauffée qui en résulte, qui a une pression élevée (100 à 140 atmosphères) et une température élevée (500 à 580 °C), est capable de se dilater et d'effectuer un travail. Cette vapeur est transportée par les canalisations de vapeur principales jusqu'à la salle des turbines, dans laquelle sont installées les turbines à vapeur.
Dans les turbines à vapeur, l'énergie potentielle de la vapeur est convertie en énergie mécanique de rotation du rotor de la turbine à vapeur. À son tour, le rotor est connecté au rotor du générateur électrique.
Le principe de fonctionnement et la structure d'une turbine à vapeur sont abordés dans l'article « Turbine électrique », nous ne nous y attarderons donc pas en détail.
La turbine à vapeur sera la plus économique, c'est-à-dire que moins elle consommera de chaleur pour chaque kilowattheure généré, plus la pression de la vapeur sortant de la turbine sera faible.
À cette fin, la vapeur sortant de la turbine n'est pas dirigée vers l'atmosphère, mais vers un dispositif spécial appelé condenseur, dans lequel une très basse pression est maintenue, seulement 0,03 à 0,04 atmosphère. Ceci est réalisé en abaissant la température de la vapeur en la refroidissant avec de l'eau. La température de la vapeur à cette pression est de 24 à 29 °C. Dans le condenseur, la vapeur cède sa chaleur à l'eau de refroidissement et en même temps elle se condense, c'est-à-dire se transforme en eau - condensat. La température de la vapeur dans le condenseur dépend de la température de l'eau de refroidissement et de la quantité de cette eau consommée par kilogramme de vapeur condensée. L'eau utilisée pour condenser la vapeur entre dans le condenseur à une température de 10 à 15 °C et en sort à une température d'environ 20 à 25 °C. La consommation d'eau de refroidissement atteint 50 à 100 kg pour 1 kg de vapeur.
Le condenseur est un tambour cylindrique muni de deux couvercles aux extrémités. Aux deux extrémités du tambour se trouvent des planches métalliques dans lesquelles grand nombre tubes en laiton. L'eau de refroidissement passe à travers ces tubes. La vapeur de la turbine passe entre les tubes et circule autour d'eux de haut en bas. Le condensat formé lors de la condensation de la vapeur est évacué par le bas.
Quand la vapeur se condense grande importance a un transfert de chaleur de la vapeur vers la paroi des tubes à travers lesquels passe l'eau de refroidissement. S'il y a même une petite quantité d'air dans la vapeur, le transfert de chaleur de la vapeur vers la paroi du tube se détériore fortement ; La quantité de pression qui devra être maintenue dans le condenseur en dépendra. L'air qui pénètre inévitablement dans le condenseur avec la vapeur et par les fuites doit être continuellement éliminé. Ceci est réalisé par un dispositif spécial - un éjecteur à jet de vapeur.
Pour refroidir la vapeur rejetée par la turbine, on utilise dans le condenseur de l'eau provenant d'une rivière, d'un lac, d'un étang ou d'une mer. La consommation d'eau de refroidissement dans les centrales électriques puissantes est très élevée et, par exemple, pour une centrale électrique d'une capacité de 1 million de kW, elle est d'environ 40 m3/s. Si l'eau destinée au refroidissement de la vapeur dans les condenseurs est prélevée dans la rivière, puis chauffée dans le condenseur, elle est renvoyée dans la rivière, un tel système d'alimentation en eau est appelé débit direct.
S'il n'y a pas assez d'eau dans la rivière, un barrage est construit et un étang est formé, à partir d'une extrémité duquel de l'eau est prélevée pour refroidir le condenseur, et de l'eau chauffée est évacuée à l'autre extrémité. Parfois, pour refroidir l'eau chauffée dans le condenseur, on utilise des refroidisseurs artificiels - des tours de refroidissement, qui sont des tours d'environ 50 m de haut.
L'eau chauffée dans les condenseurs de la turbine est fournie aux plateaux situés dans cette tour à une hauteur de 6 à 9 m. S'écoulant en ruisseaux à travers les ouvertures des plateaux et éclaboussant sous forme de gouttes ou de film mince, l'eau s'écoule partiellement évaporation et refroidissement. L'eau refroidie est collectée dans une piscine, d'où elle est pompée vers les condenseurs. Un tel système d'approvisionnement en eau est dit fermé.
Nous avons examiné les principaux dispositifs utilisés pour convertir l'énergie chimique du combustible en énergie électrique dans une centrale thermique à turbine à vapeur.
Le fonctionnement d'une centrale électrique au charbon se déroule comme suit.
Le charbon est acheminé par des trains à voie large vers un dispositif de déchargement, où, à l'aide de mécanismes de déchargement spéciaux - des tombereaux de wagons - il est déchargé des wagons sur des convoyeurs à bande.
L'approvisionnement en combustible dans la chaufferie est créé dans des conteneurs de stockage spéciaux - des bunkers. Depuis les bunkers, le charbon entre dans le broyeur, où il est séché et broyé jusqu'à l'état de poudre. Un mélange de poussière de charbon et d'air est introduit dans le foyer de la chaudière. Lorsque la poussière de charbon brûle, des gaz de combustion se forment. Après refroidissement, les gaz traversent le collecteur de cendres et, après avoir été débarrassés des cendres volantes, sont évacués dans la cheminée.
Les scories et les cendres volantes qui tombent de la chambre de combustion des collecteurs de cendres sont transportées par des canaux par l'eau puis pompées vers la décharge de cendres par des pompes. L'air destiné à la combustion du combustible est fourni par un ventilateur à l'aérotherme de la chaudière. La vapeur surchauffée à haute pression et à haute température produite dans la chaudière est acheminée via des conduites de vapeur vers une turbine à vapeur, où elle se détend jusqu'à une très basse pression et entre dans le condenseur. Le condensat formé dans le condenseur est prélevé par la pompe à condensats et acheminé via le réchauffeur vers le dégazeur. Le dégazeur élimine l'air et les gaz du condensat. Le dégazeur reçoit également l'eau brute qui a traversé le dispositif de traitement de l'eau pour reconstituer la perte de vapeur et de condensat. Depuis le réservoir d'alimentation du dégazeur, l'eau d'alimentation est fournie par une pompe à l'économiseur d'eau de la chaudière à vapeur. L'eau destinée au refroidissement de la vapeur d'échappement est prélevée dans la rivière et envoyée au condenseur de la turbine par une pompe de circulation. L'énergie électrique générée par un générateur connecté à une turbine est déchargée via des transformateurs électriques élévateurs le long des lignes électriques à haute tension jusqu'au consommateur.
La puissance des centrales thermiques modernes peut atteindre 6 000 mégawatts ou plus avec un rendement allant jusqu'à 40 %.
Les centrales thermiques peuvent également utiliser des turbines à gaz fonctionnant au gaz naturel ou à un combustible liquide. Les centrales électriques à turbine à gaz (GTPP) sont utilisées pour couvrir les pointes de charge électrique.
Il existe également des centrales électriques à cycle combiné, dans lesquelles la centrale électrique se compose d'une turbine à vapeur et d'une turbine à gaz. Leur efficacité atteint 43%.
L’avantage des centrales thermiques par rapport aux centrales hydroélectriques est qu’elles peuvent être construites n’importe où, ce qui les rapproche du consommateur. Ils fonctionnent avec presque tous les types de combustibles fossiles, ils peuvent donc être adaptés au type disponible dans une zone donnée.
Au milieu des années 70 du XXe siècle. la part de l'électricité produite par les centrales thermiques représentait environ 75 % de la production totale. En URSS et aux États-Unis, ce chiffre était encore plus élevé – 80 %.
Le principal inconvénient des centrales thermiques est le degré élevé de pollution environnement dioxyde de carbone, ainsi que la vaste superficie occupée par les décharges de cendres.
Lire et écrire utile
La vie moderne ne peut être imaginée sans électricité et sans chauffage. Le confort matériel qui nous entoure aujourd'hui, comme la poursuite du développement la pensée humaine est étroitement liée à l’invention de l’électricité et à l’utilisation de l’énergie.
Depuis l’Antiquité, les hommes ont besoin de force, ou plutôt de moteurs qui leur donneraient une plus grande force humaine, pour construire des maisons, se lancer dans l’agriculture et développer de nouveaux territoires.
Les premières batteries pyramidales
Dans les pyramides de l’Égypte ancienne, les scientifiques ont découvert des récipients qui ressemblent à des batteries. En 1937, lors de fouilles près de Bagdad, l'archéologue allemand Wilhelm Koenig découvre des cruches en argile contenant des cylindres de cuivre. Ces cylindres étaient fixés au fond de récipients en argile avec une couche de résine.
Pour la première fois, des phénomènes appelés aujourd'hui électriques ont été observés dans la Chine ancienne, en Inde et plus tard dans la Grèce ancienne. L'ancien philosophe grec Thalès de Milet au 6ème siècle avant JC a noté la capacité de l'ambre, frotté avec de la fourrure ou de la laine, à attirer les morceaux de papier, les peluches et autres corps légers. Du nom grec de l'ambre - « électron » - ce phénomène a commencé à être appelé électrification.
Aujourd'hui, il ne nous sera pas difficile de percer le « secret » de l'ambre frotté avec de la laine. Au fait, pourquoi l’ambre s’électrifie-t-il ? Il s'avère que lorsque la laine frotte contre l'ambre, un excès d'électrons apparaît à sa surface et une charge électrique négative apparaît. Nous «sélectionnons» pour ainsi dire les électrons des atomes de laine et les transférons à la surface de l'ambre. Champ électrique L'énergie créée par ces électrons attire le papier. Si vous prenez du verre au lieu de l'ambre, une image différente est observée. En frottant le verre avec de la soie, nous « retirons » les électrons de sa surface. En conséquence, le verre devient déficient en électrons et se charge positivement. Par la suite, afin de distinguer ces charges, elles ont commencé à être classiquement désignées par les signes qui ont survécu jusqu'à ce jour, moins et plus.
Après avoir décrit les propriétés étonnantes de l'ambre dans des légendes poétiques, les Grecs de l'Antiquité n'ont pas continué à l'étudier. L'humanité a dû attendre plusieurs siècles avant de connaître une nouvelle avancée dans la conquête de l'énergie libre. Mais lorsqu’il fut finalement achevé, le monde fut littéralement transformé. Retour au 3ème millénaire avant JC. les gens utilisaient des voiles pour les bateaux, mais seulement au 7ème siècle. ANNONCE a inventé un moulin à vent avec des ailes. L'histoire des éoliennes a commencé. Des roues hydrauliques étaient utilisées sur le Nil, l'Ephrata et le Yangtsé pour faire monter l'eau ; elles étaient actionnées par des esclaves. Les roues hydrauliques et les moulins à vent étaient les principaux types de moteurs jusqu'au XVIIe siècle.
L'âge de la découverte
L’histoire des tentatives d’utilisation de la vapeur contient les noms de nombreux scientifiques et inventeurs. Léonard de Vinci a ainsi laissé 5 000 pages de descriptions scientifiques et techniques, de dessins et de croquis de divers appareils.
Gianbattista della Porta a étudié la formation de vapeur à partir de l'eau, ce qui était important pour l'utilisation ultérieure de la vapeur dans machines à vapeur, a étudié les propriétés d'un aimant.
En 1600, le médecin de la cour de la reine Elizabeth d'Angleterre, William Gilbert, étudia tout ce que les peuples anciens savaient sur les propriétés de l'ambre et mena lui-même des expériences avec l'ambre et les aimants.
Qui a inventé l’électricité ?
Le terme « électricité » a été introduit par le naturaliste et médecin anglais de la reine Elizabeth, William Gilbert. Il a utilisé ce mot pour la première fois dans son traité « Sur l'aimant, les corps magnétiques et le grand aimant - la Terre » en 1600. Le scientifique a expliqué l'action d'un compas magnétique et a également décrit certaines expériences avec des corps électrifiés.
En général, peu de connaissances pratiques sur l’électricité ont été accumulées au cours des XVIe et XVIIe siècles, mais toutes les découvertes étaient annonciatrices de changements vraiment importants. C’était une époque où les expériences avec l’électricité étaient menées non seulement par des scientifiques, mais aussi par des pharmaciens, des médecins et même des monarques.
L'une des expériences du physicien et inventeur français Denis Papin consistait à créer un vide dans un cylindre fermé. Au milieu des années 1670, à Paris, il travailla avec le physicien néerlandais Christian Huygens sur une machine capable de chasser l'air d'un cylindre en y faisant exploser de la poudre à canon.
En 1680, Denis Papin vient en Angleterre et crée une version du même cylindre, dans laquelle il obtient un vide plus complet en utilisant de l'eau bouillante qui se condense dans le cylindre. Ainsi, il put soulever un poids attaché au piston par une corde lancée sur une poulie.
Le système a fonctionné comme modèle de démonstration, mais pour répéter le processus, l'ensemble de l'appareil a dû être démonté et remonté. Papin se rend vite compte que pour automatiser le cycle, il faut produire la vapeur séparément dans la chaudière. Un scientifique français a inventé une chaudière à vapeur dotée d'une soupape de sécurité à levier.
En 1774, Watt James, à la suite d'une série d'expériences, créa une machine à vapeur unique. Pour assurer le fonctionnement du moteur, il a utilisé un régulateur centrifuge relié à un registre sur la conduite de vapeur d'échappement. Watt a étudié en détail le travail de la vapeur dans un cylindre, construisant pour la première fois un indicateur à cet effet.
En 1782, Watt reçut un brevet anglais pour une machine à vapeur à expansion. Il a également introduit la première unité de puissance - le cheval-vapeur (plus tard, une autre unité de puissance a été nommée en son honneur - le watt). La machine à vapeur de Watt, en raison de son efficacité, s'est répandue et a joué un rôle énorme dans la transition vers la production mécanique.
L'anatomiste italien Luigi Galvani a publié son Traité sur les forces électriques dans le mouvement musculaire en 1791.
Cette découverte, 121 ans plus tard, a donné une impulsion aux recherches sur le corps humain utilisant les courants bioélectriques. Les organes malades ont été découverts en étudiant leurs signaux électriques. Le travail de tout organe (cœur, cerveau) s'accompagne de signaux électriques biologiques, qui ont leur propre forme pour chaque organe. Si un organe ne va pas, les signaux changent de forme, et en comparant les signaux « sain » et « malade », on découvre les causes de la maladie.
Les expériences de Galvani ont incité le professeur Alessandro Volta, professeur à l'Université du Tessin, à inventer une nouvelle source d'électricité. Il a donné une explication différente aux expériences de Galvani avec une grenouille et des métaux différents, a prouvé que les phénomènes électriques observés par Galvani ne peuvent être expliqués que par le fait qu'une certaine paire de métaux différents, séparés par une couche d'un liquide électriquement conducteur spécial, sert de une source courant électrique circulant à travers des conducteurs fermés du circuit extérieur. Cette théorie, développée par Volta en 1794, a permis de créer la première source de courant électrique au monde, appelée colonne voltaïque.
Il s'agissait d'un ensemble de plaques de deux métaux, le cuivre et le zinc, séparées par des tampons de feutre imbibés de solution saline ou d'alcali. Volta a créé un dispositif capable d'électrifier les corps en utilisant de l'énergie chimique et, par conséquent, de maintenir le mouvement des charges dans un conducteur, c'est-à-dire un courant électrique. Le modeste Volta a nommé son invention en l'honneur de Galvani « élément galvanique », et le courant électrique résultant de cet élément - « courant galvanique ».
Les premières lois de l'électrotechnique
Au début du XIXe siècle, les expériences avec le courant électrique ont attiré l'attention des scientifiques de différents pays. En 1802, le scientifique italien Rognosi découvrit la déviation de l'aiguille magnétique d'une boussole sous l'influence d'un courant électrique circulant dans un conducteur proche. En 1820, ce phénomène fut décrit en détail dans son rapport du physicien danois Hans Christian Oersted. Le petit livre d’Oersted, de seulement cinq pages, a été publié à Copenhague en six langues la même année et a fait une énorme impression sur les collègues d’Oersted de différents pays.
Cependant, le scientifique français André Marie Ampère a été le premier à expliquer correctement la cause du phénomène décrit par Oersted. Il s'est avéré que le courant contribue à l'émergence d'un champ magnétique dans le conducteur. L’une des réalisations les plus importantes d’Ampère est qu’il a été le premier à combiner deux phénomènes auparavant séparés – l’électricité et le magnétisme – avec une seule théorie de l’électromagnétisme et à proposer de les considérer comme le résultat d’un seul processus naturel.
Inspiré par les découvertes d'Oersted et d'Ampère, un autre scientifique, l'Anglais Michael Faraday, a suggéré que non seulement un champ magnétique peut affecter un aimant, mais aussi vice versa : un aimant en mouvement affectera un conducteur. Une série d'expériences a confirmé cette hypothèse brillante : Faraday a réalisé qu'un champ magnétique en mouvement créait un courant électrique dans un conducteur.
Plus tard, cette découverte a servi de base à la création de trois principaux dispositifs d'ingénierie électrique : un générateur électrique, un transformateur électrique et un moteur électrique.
Période initiale de consommation d'électricité
Vassili Vladimirovitch Petrov, professeur à l'Académie de médecine et de chirurgie de Saint-Pétersbourg, est à l'origine de l'éclairage électrique. En explorant les phénomènes lumineux provoqués par le courant électrique, il fit en 1802 sa célèbre découverte : un arc électrique, accompagné de l'apparition d'une lueur brillante et d'une température élevée.
Des sacrifices pour la science
Le scientifique russe Vasily Petrov, qui fut le premier au monde à décrire le phénomène d'un arc électrique en 1802, ne s'est pas épargné lors de ses expériences. A cette époque, il n'existait pas d'instruments tels qu'un ampèremètre ou un voltmètre, et Petrov vérifiait la qualité des piles par la sensation du courant électrique dans ses doigts. Pour ressentir les courants faibles, le scientifique a coupé la couche supérieure de la peau du bout de ses doigts.
Les observations et l'analyse de Petrov des propriétés de l'arc électrique ont constitué la base de la création de lampes à arc électrique, de lampes à incandescence et bien plus encore.
En 1875, Pavel Nikolaevich Yablochkov a créé une bougie électrique composée de deux tiges de carbone situées verticalement et parallèlement l'une à l'autre, entre lesquelles une isolation en kaolin (argile) a été posée. Pour prolonger la combustion, quatre bougies ont été placées sur un chandelier, qui brûlait séquentiellement.
À son tour, Alexandre Nikolaïevitch Lodygin a proposé en 1872 d'utiliser un filament incandescent au lieu d'électrodes de carbone, qui brillaient vivement lorsqu'un courant électrique circulait. En 1874, Lodygin reçut un brevet pour l'invention d'une lampe à incandescence avec une tige de carbone et le prix annuel Lomonossov de l'Académie des sciences. L'appareil a également été breveté en Belgique, en France, en Grande-Bretagne et en Autriche-Hongrie.
En 1876, Pavel Yablochkov achève le développement de la conception d'une bougie électrique, commencée en 1875, et reçoit le 23 mars un brevet français contenant brève description des bougies dans leurs formes originales et l'image de ces formes. La "bougie de Yablochkov" s'est avérée plus simple, plus pratique et moins chère à utiliser que la lampe de A. N. Lodygin. Sous le nom de « Lumière russe », les bougies de Yablochkov furent ensuite utilisées pour l’éclairage public de nombreuses villes du monde. Yablochkov a également proposé les premiers transformateurs de courant alternatif pratiquement utilisés avec un système magnétique ouvert.
Au même moment, en 1876, la première centrale électrique est construite en Russie à l'usine de construction de machines de Sormovo ; son ancêtre a été construit en 1873 sous la direction de l'inventeur belgo-français Z.T. Gram pour alimenter le système d'éclairage de l'usine, ce qu'on appelle la station de bloc.
En 1879, les ingénieurs électriciens russes Yablochkov, Lodygin et Chikolev, ainsi qu'un certain nombre d'autres ingénieurs électriciens et physiciens, organisèrent un département spécial de génie électrique au sein de la Société technique russe. La tâche du département était de promouvoir le développement de l'électrotechnique.
Déjà en avril 1879, pour la première fois en Russie, un pont était éclairé par des lumières électriques : le pont Alexandre II (aujourd'hui pont Liteiny) à Saint-Pétersbourg. Avec l'aide du Département, la première installation d'éclairage électrique externe en Russie a été réalisée sur le pont Liteiny (avec des lampes à arc Yablochkov dans des lampes fabriquées selon le projet de l'architecte Kavos), ce qui a jeté les bases de la création de systèmes d'éclairage locaux. avec des lampes à arc pour certains bâtiments publics de Saint-Pétersbourg, de Moscou et d'autres grandes villes. Éclairage électrique du pont aménagé par V.N. Chikolev, où brûlaient 12 bougies Yablochkov au lieu de 112 becs de gaz, n'a fonctionné que 227 jours.
Tramway Pirotski
Le tramway électrique a été inventé par Fiodor Apollonovitch Pirotsky en 1880. Les premières lignes de tramway de Saint-Pétersbourg n'ont été posées qu'au cours de l'hiver 1885 sur la glace de la Neva dans la zone du quai Mytninskaya, depuis le droit d'utiliser les rues pour transport de passagers seuls les propriétaires de chevaux hippomobiles y avaient accès - des transports ferroviaires qui se déplaçaient à l'aide de chevaux.
Dans les années 80, les premières stations centrales sont apparues : elles étaient plus pratiques et plus économiques que les stations de bloc, car elles alimentaient simultanément de nombreuses entreprises en électricité.
À cette époque, les principaux consommateurs d'électricité étaient les sources lumineuses - les lampes à arc et les lampes à incandescence. Les premières centrales électriques de Saint-Pétersbourg étaient initialement situées sur des barges sur les quais des rivières Moïka et Fontanka. La puissance de chaque station était d'environ 200 kW.
La première station centrale au monde a été mise en service en 1882 à New York, elle avait une puissance de 500 kW.
L'éclairage électrique est apparu pour la première fois à Moscou en 1881 ; déjà en 1883, des lampes électriques éclairaient le Kremlin. Une centrale électrique mobile a été construite spécialement à cet effet, desservie par 18 locomotives et 40 dynamos. La première centrale électrique urbaine stationnaire est apparue à Moscou en 1888.
Nous ne devons pas oublier les sources d'énergie non traditionnelles.
Le prédécesseur des parcs éoliens modernes à axe horizontal avait une capacité de 100 kW et a été construit en 1931 à Yalta. Il y avait une tour de 30 mètres de haut. En 1941, la capacité unitaire des centrales éoliennes atteignait 1,25 MW.
Plan GOELRO
Les centrales électriques ont été créées en Russie à la fin du 19e et au début du 20e siècle, cependant, la croissance rapide de l'énergie électrique et de l'énergie thermique dans les années 20 du 20e siècle après l'adoption sur proposition de V.I. Le plan GOELRO (Électrification de l'État de la Russie) de Lénine.
Le 22 décembre 1920, le VIIIe Congrès panrusse des Soviets a examiné et approuvé le Plan d'État pour l'électrification de la Russie - GOELRO, préparé par une commission présidée par G.M. Krjijanovsky.
Le plan GOELRO devait être mis en œuvre d’ici dix à quinze ans et son résultat devait être la création d’une « grande économie industrielle du pays ». Cette décision était d'une grande importance pour le développement économique du pays. Ce n'est pas pour rien que les ingénieurs électriciens russes célèbrent leur fête professionnelle le 22 décembre.
Le plan a accordé une grande attention au problème de l'utilisation des ressources énergétiques locales (tourbe, eau de rivière, charbon local, etc.) pour la production d'énergie électrique.
Le 8 octobre 1922 a eu lieu le lancement officiel de la centrale d'Utkina Zavod, la première centrale électrique à tourbe de Petrograd.
Première centrale thermique de Russie
La toute première centrale thermique, construite selon le plan GOELRO en 1922, s'appelait « Utkina Zavod ». Le jour du lancement, les participants à la réunion cérémonielle l'ont rebaptisé « Octobre rouge », et sous ce nom il a fonctionné jusqu'en 2010. Aujourd'hui, il s'agit du CHPP Pravoberezhnaya de PJSC TGC-1.
En 1925, la centrale électrique à tourbe de Shaturskaya a été inaugurée et la même année, la centrale électrique de Kashirskaya a commencé à développer une nouvelle technologie pour brûler du charbon sous forme de poussière près de Moscou.
Le jour du début du chauffage urbain en Russie peut être considéré comme le 25 novembre 1924 - alors le premier caloduc de GES-3, destiné à un usage public dans la maison numéro quatre-vingt-seize sur la digue de la rivière Fontanka, est entré en service. La centrale électrique n° 3, transformée pour la production combinée de chaleur et d'électricité, est la première centrale thermique et électrique de Russie, et Leningrad est un pionnier dans le domaine du chauffage urbain. Approvisionnement centralisé eau chaude Le bâtiment résidentiel a fonctionné sans échec et, un an plus tard, GES-3 a commencé à fournir de l'eau chaude à l'ancien hôpital et aux bains d'Obukhov situés à Kazachy Lane. En novembre 1928, le bâtiment de l'ancienne caserne de Pavlovsk, situé sur le Champ de Mars, est raccordé aux réseaux de chaleur de la centrale électrique de l'État n°3.
En 1926, la puissante centrale hydroélectrique de Volkhov a été mise en service, dont l'énergie était fournie à Léningrad via une ligne de transport d'électricité de 110 kV d'une longueur de 130 km.
L'énergie nucléaire du 20e siècle
Le 20 décembre 1951, pour la première fois de l'histoire, un réacteur nucléaire a produit une quantité d'électricité utilisable dans ce qui est aujourd'hui le laboratoire national INEEL du ministère américain de l'Énergie. Le réacteur générait suffisamment d’énergie pour allumer une simple chaîne de quatre ampoules de 100 watts. Après la deuxième expérience, menée le lendemain, les 16 scientifiques et ingénieurs participants ont « immortalisé » leur exploit historique en écrivant leurs noms à la craie sur le mur de béton du générateur.
Les scientifiques soviétiques ont commencé à développer les premiers projets d’utilisation pacifique de l’énergie atomique dès la seconde moitié des années 40. Et le 27 juin 1954, la première centrale nucléaire est lancée dans la ville d'Obnisk.
Le lancement de la première centrale nucléaire a marqué l'ouverture d'une nouvelle direction énergétique, reconnue lors de la 1ère Conférence scientifique et technique internationale sur les utilisations pacifiques de l'énergie atomique (août 1955, Genève). À la fin du XXe siècle, il existait déjà plus de 400 centrales nucléaires dans le monde.
L'énergie moderne. Fin du 20e siècle
La fin du XXe siècle a été marquée par divers événements liés à la fois au rythme élevé de construction de nouvelles centrales électriques, au début du développement des sources d'énergie renouvelables et à l'émergence des premiers problèmes liés à l'émergence d'un vaste système énergétique mondial et aux tentatives pour les résoudre.
coupure électrique
Les Américains appellent la nuit du 13 juillet 1977 « la nuit de la peur ». Puis il y a eu un énorme accident par son ampleur et ses conséquences sur les réseaux électriques à New York. En raison de la foudre qui a frappé une ligne électrique, l'approvisionnement en électricité de New York a été interrompu pendant 25 heures et 9 millions d'habitants se sont retrouvés sans électricité. La tragédie s'est accompagnée d'une crise financière dans laquelle se trouvait la métropole, d'un temps inhabituellement chaud et d'une criminalité endémique sans précédent. Après une panne de courant, des gangs issus des quartiers pauvres ont attaqué les quartiers à la mode de la ville. On pense que c'est après les terribles événements de New York que le concept de « black-out » a commencé à être largement utilisé en relation avec les accidents survenus dans l'industrie électrique.
Alors que les communautés modernes deviennent de plus en plus dépendantes de l’électricité, les pannes de courant entraînent des pertes importantes pour les entreprises, les communautés et les gouvernements. Lors d'un accident, les appareils d'éclairage sont éteints, les ascenseurs, les feux de circulation et les métros ne fonctionnent pas. Dans les installations vitales (hôpitaux, installations militaires, etc.), des sources d'énergie autonomes sont utilisées dans les systèmes électriques pour le fonctionnement de la vie en cas d'urgence : batteries, générateurs. Les statistiques montrent une augmentation significative des accidents dans les années 90. XX - début XXI siècles.
Au cours de ces années, le développement s'est poursuivi énergie alternative. En septembre 1985, un essai de connexion du générateur de la première centrale solaire de l'URSS au réseau a eu lieu. Le projet du premier SPP de Crimée en URSS a été créé au début des années 80 dans la branche de Riga de l'Institut Atomteploelectroproekt avec la participation de treize autres organismes de conception du ministère de l'Énergie et de l'Électrification de l'URSS. La station est devenue pleinement opérationnelle en 1986.
En 1992, la construction de la plus grande centrale hydroélectrique du monde, la centrale hydroélectrique des Trois Gorges en Chine, sur le fleuve Yangtze, a commencé. La puissance de la station est de 22,5 GW. Les ouvrages sous pression de la centrale hydroélectrique forment un grand réservoir d'une superficie de 1 045 km² et d'une capacité utile de 22 km³. Lors de la création du réservoir, 27 820 hectares de terres cultivées ont été inondés et environ 1,2 million de personnes ont été réinstallées. Les villes de Wanxian et Wushan furent submergées. L'achèvement complet de la construction et la mise en service officielle ont eu lieu le 4 juillet 2012.
Le développement énergétique est indissociable des problèmes liés à la pollution de l’environnement. À Kyoto (Japon), en décembre 1997, outre la Convention-cadre des Nations Unies sur les changements climatiques, le Protocole de Kyoto a été adopté. Il oblige les pays développés et les pays avec économie en transition réduire ou stabiliser les émissions de gaz à effet de serre entre 2008 et 2012 par rapport à 1990. La période de signature du protocole s'est ouverte le 16 mars 1998 et s'est terminée le 15 mars 1999.
Au 26 mars 2009, le Protocole avait été ratifié par 181 pays (ces pays représentent collectivement plus de 61 % des émissions mondiales). Les États-Unis constituent une exception notable à cette liste. La première période de mise en œuvre du protocole a débuté le 1er janvier 2008 et durera cinq ans jusqu'au 31 décembre 2012, après quoi il devrait être remplacé par un nouvel accord.
Le Protocole de Kyoto a été le premier accord mondial sur la protection de l'environnement basé sur un mécanisme de régulation basé sur le marché – un mécanisme d'échange international de quotas d'émission de gaz à effet de serre.
Le 21e siècle, ou plutôt 2008, est devenu une année charnière pour le système énergétique russe ; la Société par actions russe ouverte pour l'énergie et l'électrification « UES de Russie » (OAO RAO « UES de Russie »), une société énergétique russe qui existait en 1992-2008, a été liquidée. L'entreprise regroupait presque tout le secteur énergétique russe et était un monopole sur le marché russe de la production et du transport d'énergie. À sa place, des sociétés d’État à monopole naturel ont émergé, ainsi que des sociétés privatisées de production et de vente.
Au 21e siècle en Russie, la construction de centrales électriques atteint un nouveau niveau et l'ère de l'utilisation du cycle combiné du gaz commence. La Russie encourage l'expansion de nouvelles capacités de production. Le 28 septembre 2009, la construction de la centrale thermique d'Adler a commencé. La centrale sera créée sur la base de 2 unités de puissance d'une centrale à gaz à cycle combiné d'une capacité totale de 360 MW (puissance thermique - 227 Gcal/h) avec un rendement de 52%.
La technologie moderne du cycle vapeur-gaz offre un rendement élevé, une faible consommation de carburant et une réduction des émissions nocives dans l'atmosphère de 30 % en moyenne par rapport aux centrales électriques à vapeur traditionnelles. À l'avenir, les centrales thermiques ne devraient pas seulement devenir une source de chaleur et d'électricité pour les installations hivernales. jeux olympiques 2014, mais aussi une contribution significative au bilan énergétique de Sotchi et de ses environs. La centrale thermique fait partie du programme de construction d'installations olympiques et de développement de Sotchi en tant que station climatique de montagne, approuvé par le gouvernement de la Fédération de Russie.
Le 24 juin 2009, la première centrale électrique hybride solaire-gaz a été mise en service en Israël. Il a été construit à partir de 30 réflecteurs solaires et d’une tour « fleurie ». Pour maintenir la puissance du système 24 heures sur 24, celui-ci peut passer à une turbine à gaz pendant l'obscurité. L'installation prend relativement peu de place et peut fonctionner dans des zones reculées qui ne sont pas connectées aux systèmes électriques centraux.
Les nouvelles technologies utilisées dans les centrales électriques hybrides se répandent progressivement dans le monde entier, c'est pourquoi il est prévu de construire en Turquie une centrale électrique hybride qui fonctionnera simultanément avec trois sources d'énergie renouvelables : l'énergie éolienne, le gaz naturel et l'énergie solaire.
La centrale électrique alternative est conçue de manière à ce que tous ses composants se complètent, c'est pourquoi les experts américains ont convenu qu'à l'avenir, ces centrales ont toutes les chances de devenir compétitives et de fournir de l'électricité à un prix raisonnable.
Chargement...