Prima centrală electrică centrală, Pearl Street, a fost pusă în funcțiune pe 4 septembrie 1882 în New York City. Stația a fost construită cu sprijinul Edison Illuminating Company, care a fost condusă de Thomas Edison. Pe el au fost instalate mai multe generatoare Edison cu o capacitate totală de peste 500 kW. Stația a furnizat energie electrică unei întregi zone din New York cu o suprafață de aproximativ 2,5 kilometri pătrați. Stația a ars până la pământ în 1890; doar un dinam a supraviețuit, care se află acum în Greenfield Village Museum, Michigan.
La 30 septembrie 1882 a început să funcționeze prima centrală hidroelectrică, strada Vulcan din Wisconsin. Autorul proiectului a fost G.D. Rogers, șeful Appleton Paper & Pulp Company. La stație a fost instalat un generator cu o putere de aproximativ 12,5 kW. Era suficientă electricitate pentru a alimenta casa lui Rogers și cele două fabrici de hârtie ale lui.
Centrala electrică din Gloucester Road. Brighton a fost unul dintre primele orașe din Marea Britanie care a avut o sursă de energie neîntreruptă. În 1882, Robert Hammond a fondat Hammond Electric Light Company, iar la 27 februarie 1882 a deschis centrala electrică Gloucester Road. Stația a constat dintr-un dinam cu perii, care a fost folosit pentru a acționa șaisprezece lămpi cu arc. În 1885, Gloucester Power Station a fost achiziționată de Brighton Electric Light Company. Ulterior, pe acest teritoriu a fost construită o nouă stație, formată din trei dinamo de perii cu 40 de lămpi.
Centrala Electrică a Palatului de Iarnă
În 1886, într-una dintre curțile Noului Schit, care de atunci se numește Elektrodvor, a fost construită o centrală electrică după proiectul tehnicianului în conducerea palatului, Vasily Leontievich Pashkov. Această centrală a fost cea mai mare din toată Europa timp de 15 ani.
Camera turbinelor centralei electrice din Palatul de Iarnă. 1901
Inițial, pentru iluminarea Palatului de Iarnă au fost folosite lumânări, iar din 1861 au început să fie folosite lămpi cu gaz. Cu toate acestea, avantajele evidente ale lămpilor electrice i-au determinat pe specialiști să caute posibilități de înlocuire a iluminatului cu gaz în clădirile Palatului de Iarnă și clădirile adiacente Ermitaj.
Inginerul Vasily Leontievich Pashkov a propus, ca experiment, folosirea energiei electrice pentru a ilumina sălile palatului în timpul Crăciunului și Sărbătorile de Anul Nou 1885.
La 9 noiembrie 1885, proiectul de construire a unei „fabricii de energie electrică” a fost aprobat de împărat. Alexandru al III-lea. Proiectul prevedea electrificarea Palatului de Iarnă, a clădirilor Schitului, a curții și a împrejurimilor pe parcursul a trei ani până în 1888.
Lucrarea a fost încredințată lui Vasily Pashkov. Pentru a elimina posibilitatea vibrațiilor clădirii din funcționarea motoarelor cu abur, centrala electrică a fost amplasată într-un pavilion separat din sticlă și metal. Era situat în a doua curte a Schitului, numită de atunci „Electric”.
Clădirea gării a ocupat o suprafață de 630 m² și a fost compusă dintr-o sală de mașini cu 6 cazane, 4 mașini cu abur și 2 locomotive și o cameră cu 36 dinamo electrice. Puterea totală a ajuns la 445 CP. Primele care au iluminat o parte din sălile de ceremonie au fost sălile Anticameră, Petrovsky, Mareșalul Mareșal, Armorial și Sf. Gheorghe, iar iluminarea exterioară a fost amenajată. Au fost propuse trei moduri de iluminare: full (de vacanță) să fie aprins de cinci ori pe an (4888 de lămpi cu incandescență și 10 lumânări Yablochkov); de lucru – 230 lămpi cu incandescență; taxă (noapte) - 304 lămpi cu incandescență. Stația consuma aproximativ 30 de mii de puds (520 de tone) de cărbune pe an.
Principalul furnizor de echipamente electrice a fost Siemens și Halske, cea mai mare companie electrică din acea vreme.
Rețeaua centralelor electrice se extindea în mod constant și până în 1893 se ridica deja la 30 de mii de lămpi cu incandescență și 40 de lămpi cu arc. Nu doar clădirile complexului palatului au fost iluminate, ci și Piața Palatului și clădirile situate pe acesta.
Crearea centralei electrice Palatul de Iarnă a devenit un exemplu clar al posibilității de a crea o sursă puternică și economică de energie electrică care să poată alimenta un număr mare de consumatori.
Sistemul de iluminat electric al clădirilor Palatului de Iarnă și Hermitage a fost trecut la rețeaua electrică a orașului după 1918. Iar clădirea centralei Palatului de Iarnă a existat până în 1945, după care a fost demontată.
La 16 iulie 1886, Societatea de iluminat electric industrial și comercial a fost înregistrată la Sankt Petersburg. Această dată este în general considerată a fi data înființării primului sistem energetic rus. Printre fondatori s-au numărat Siemens și Halske, Deutsche Bank și bancherii ruși. Din 1900, compania a fost numită Electric Lighting Society din 1886. Scopul companiei a fost desemnat în funcție de interesele principalului fondator, Karl Fedorovich Siemens: „Pentru iluminarea străzilor, fabricilor, fabricilor, magazinelor și a tot felul de alte locuri și spații cu energie electrică” [Carta..., 1886, p. . 3]. Compania a avut mai multe sucursale în diferite orașe ale țării și a avut o contribuție foarte mare la dezvoltarea sectorului electric al economiei ruse.
Majoritatea populației Rusiei și a altor țări din fosta URSS știe că electrificarea pe scară largă a țării este asociată cu punerea în aplicare a planului de electrificare de stat a Rusiei (GoElRo) adoptat în 1920.
În mod corect, trebuie menționat că dezvoltarea acestui plan datează din perioada anterioară Primului Război Mondial, care, de fapt, a împiedicat apoi adoptarea lui.
Electricitatea a contribuit la dezvoltarea progresului; ea servește ca un factor cheie în funcționarea oricărui domeniu al economiei naționale. Astăzi este folosit peste tot, a devenit un fenomen natural și familiar pentru fiecare persoană, cu toate acestea, nu a fost întotdeauna cazul. Când a apărut prima centrală electrică în Rusia?, adică „o fabrică care produce energie electrică”?
Începutul dezvoltării industriei energiei electrice
Există o părere falsă despre apariția energiei electrice în țară abia după sosirea bolșevicilor, semnat prin decretul lui Lenin „Despre electrificare”. Dar au fost construite primele centrale electrice din Rusia cu mult înainte de apariţia URSS. În 1879, în timpul împăratului Alexandru al II-lea (bunicul lui Nicolae al II-lea) Capitala Nordului a fost . Era o instalație mică, scopul ei era iluminarea Podului Liteiny, proiectul a fost implementat sub conducerea inginerului P. Yablochkov. Un timp mai târziu, la Moscova a fost construită o centrală electrică similară, care a furnizat iluminat pentru Pasajul Lubyansky. După 5 ani, astfel de stații erau amplasate în multe orașe mari ale Imperiului Rus, funcționau cu combustibil solid și erau capabile să producă energie electrică pentru iluminat.
Centrale hidroelectrice - dezvoltarea progresului
În același timp, au început să proiecteze instalații capabile să genereze energie electrică folosind elemente naturale. Unde a fost construită prima centrală electrică în Rusia?, transformând energia mișcării apei în electricitate? Prima stație a fost construită tot în , era situată pe râul Okhta și avea putere redusă la standardele moderne, doar 350 de cai putere. O centrală hidroelectrică mai puternică a fost construită în 1903 pe râul Podkumka lângă Essentuki. Puterea sa a fost suficientă pentru a consacra orașele din apropiere: Pyatigorsk, Zheleznovodsk, Kislovodsk.
Construcția unei centrale electrice în Rusia - scopul principal
Începutul secolului al XX-lea a adus schimbări serioase în lume; industrializarea și ingineria mecanică au necesitat cantități mari de energie electrică consumată. Construcția de centrale electrice a devenit o componentă importantă a dezvoltării progresului tehnologic, inclusiv în următoarele industrii:
- Inginerie mecanică;
- Metalurgie feroasă și neferoasă;
- tehnologii IT;
- Infrastructura de transport.
În general, fără electricitate și stațiile care o generează, lumea noastră nu ar fi așa cum suntem obișnuiți să o vedem.
Construcția de centrale nucleare în Federația Rusă
Astăzi rămâne cea mai ieftină și mai accesibilă formă de electricitate. Utilizarea unei reacții nucleare în lanț face posibilă generarea de cantități enorme de energie termică, care este transformată în electricitate. Este cunoscut cu încredere când a apărut prima centrală electrică pe teritoriul Rusiei moderne, alimentat de energie nucleară. În 1954, oamenii de știință sovietici conduși de academicianul Kurchatov au implementat un proiect pentru a crea un „atom pașnic”; construcția centralei nucleare Obninsk a avut loc într-un record. timp scurt.
Puterea primului reactor a fost nesemnificativă, doar 5 MW, spre comparație, cea mai puternică dintre centralele moderne, Kashiwazaki-Kariwa, produce 8122 MW.
Pe teritoriul Rusiei se desfășoară un ciclu complet, de la extracția și prelucrarea uraniului, până la construcția și exploatarea ulterioară a centralelor nucleare și eliminarea deșeurilor de producție.
Perspective suplimentare pentru dezvoltarea industriei
Cererea de energie electrică crește în fiecare an și, în consecință, odată cu creșterea consumului, volumul producției de energie electrică ar trebui să crească proporțional. În aceste scopuri se construiesc noi centrale electrice și se modernizează cele existente.
Pe lângă stațiile existente, încep să apară noi proiecte prietenoase cu mediul, care asigură populației energia necesară.
Stațiile au un potențial mare, precum și utilizarea energiei mareelor. În fiecare an apar noi invenții în lume, oferind noi surse de energie electrică, care contribuie în consecință la dezvoltarea în continuare a progresului.
Rolul Rusiei în dezvoltarea globală și construcția de centrale electrice
Țara a fost în fruntea dezvoltării acestei industrii, adesea cu câțiva ani înaintea celor mai apropiați concurenți din acest domeniu, și anume Statele Unite. Așadar, prima centrală nucleară străină a apărut abia în 1958, adică la 4 ani de la implementarea cu succes a proiectului de către oamenii de știință și ingineri sovietici. Astăzi, Rusia este unul dintre principalii producători de energie electrică din lume și, de asemenea, implementează cu succes proiecte pentru construcția de reactoare nucleare în multe țări din întreaga lume. Fezabilitatea construirii unei astfel de stații este relevantă numai dacă există un potențial industrial mare; implementarea proiectului necesită costuri semnificative, amortizarea durează uneori câteva decenii, ținând cont de funcționarea neîntreruptă. Centralele termice necesită surse constante de combustibil, iar centralele hidroelectrice necesită prezența unei artere mari de apă.
Definirea centralelor termice, tipurile si caracteristicile centralelor termice. clasificarea centralelor termice
Definirea centralelor termice, tipurile si caracteristicile centralelor termice. clasificarea centralelor termice, proiectarea centralelor termice
Definiție
turn de racire
Caracteristici
Clasificare
Centrală combinată termică și electrică
Dispozitiv mini-CHP
Scopul mini-CHP
Utilizarea căldurii de la mini-CHP
Combustibil pentru mini-CHP
Mini-CHP și ecologie
Motor cu turbină cu gaz
Centrală cu ciclu combinat
Principiul de funcționare
Avantaje
Răspândirea
Centrală electrică în condensare
Poveste
Principiul de funcționare
Sisteme de bază
Impact asupra mediului
Starea curenta
Verkhnetagilskaya GRES
Kashirskaya GRES
Pskovskaya GRES
Centrala electrică a districtului de stat Stavropol
Smolenskaya GRES
Centrala termica este(sau centrală termică) - o centrală electrică care generează energie electrică prin transformarea energiei chimice a combustibilului în energia mecanică de rotație a arborelui generatorului electric.
Principalele componente ale centralei termice sunt:
Motoare - unități de putere ale centralelor termice
Generatoare electrice
Schimbătoare de căldură ale centralelor termice
Turnuri de răcire.
turn de racire
Un turn de răcire (germană gradieren - pentru a îngroșa o soluție de saramură; inițial turnurile de răcire erau folosite pentru extragerea sării prin evaporare) este un dispozitiv pentru răcirea unei cantități mari de apă cu un flux direcționat de aer atmosferic. Uneori, turnurile de răcire sunt numite și turnuri de răcire.
În prezent, turnurile de răcire sunt utilizate în principal în sistemele de alimentare cu apă în circulație pentru răcirea schimbătoarelor de căldură (de obicei la centrale termice, centrale CHP). În inginerie civilă, turnurile de răcire sunt folosite în aer condiționat, de exemplu, pentru răcirea condensatoarelor unităților frigorifice, pentru răcirea generatoarelor de energie de urgență. În industrie, turnurile de răcire sunt folosite pentru a răci mașinile frigorifice, mașinile de turnat plastic și purificarea chimică a substanțelor.
Procesul de răcire are loc datorită evaporării unei părți din apă atunci când curge într-o peliculă subțire sau cade de-a lungul unui stropitor special, de-a lungul căruia este furnizat un flux de aer în direcția opusă mișcării apei. Când 1% din apă se evaporă, temperatura apei rămase scade cu 5,48 °C.
De regulă, turnurile de răcire sunt folosite acolo unde nu este posibilă utilizarea unor corpuri mari de apă (lacuri, mări) pentru răcire. În plus, această metodă de răcire este mai ecologică.
O alternativă simplă și ieftină la turnurile de răcire sunt iazurile de pulverizare, unde apa este răcită prin pulverizare simplă.
Caracteristici
Parametrul principal al turnului de răcire este valoarea densității de irigare - valoarea specifică a consumului de apă pe 1 m² de suprafață de irigare.
Principalii parametri de proiectare ai turnurilor de răcire sunt determinați prin calcule tehnice și economice în funcție de volumul și temperatura apei răcite și de parametrii atmosferici (temperatură, umiditate etc.) la locul de instalare.
Folosirea turnurilor de răcire iarna, în special în climă aspră, poate fi periculoasă din cauza posibilității înghețului turnului de răcire. Acest lucru se întâmplă cel mai adesea în locul în care aerul înghețat intră în contact cu o cantitate mică de apă caldă. Pentru a preveni înghețarea turnului de răcire și, în consecință, defectarea acestuia, este necesar să se asigure distribuția uniformă a apei răcite pe suprafața aspersoarei și să se monitorizeze aceeași densitate de irigare în zonele individuale ale turnului de răcire. Ventilatoarele sunt adesea susceptibile la înghețare din cauza utilizării necorespunzătoare a turnului de răcire.
Clasificare
În funcție de tipul de sprinkler, turnurile de răcire sunt:
film;
picatură;
stropi;
Prin metoda de alimentare cu aer:
ventilator (împingerea este creată de un ventilator);
turn (împingerea este creată folosind un turn de evacuare înalt);
deschis (atmosferic), folosind puterea vântului și convecția naturală pe măsură ce aerul se deplasează prin stropitor.
Turnurile de răcire cu ventilatoare sunt cele mai eficiente din punct de vedere tehnic, deoarece asigură o răcire cu apă mai profundă și de calitate superioară și pot rezista la sarcini specifice mari de căldură (cu toate acestea, necesită energie electrică pentru a antrena ventilatoarele).
Tipuri
Centrale termice cu turbină
Centrale electrice în condensare (GRES)
Centrale combinate de energie termică și electrică (centrale de cogenerare, centrale de energie termică combinată)
Centrale electrice cu turbine cu gaz
Centrale electrice bazate pe centrale pe gaz cu ciclu combinat
Centrale electrice bazate pe motoare cu piston
Aprindere prin compresie (diesel)
Scânteia s-a aprins
Ciclu combinat
Centrală combinată termică și electrică
O centrală combinată de căldură și energie (CHP) este un tip de centrală termică care produce nu numai energie electrică, ci este și o sursă de energie termică în sistemele centralizate de alimentare cu căldură (sub formă de abur și apă caldă, inclusiv pentru furnizarea de apă caldă). furnizarea și încălzirea instalațiilor rezidențiale și industriale). De regulă, o centrală termică trebuie să funcționeze după un program de încălzire, adică producția de energie electrică depinde de producerea de energie termică.
La amplasarea unei centrale termice se ține cont de apropierea consumatorilor de căldură sub formă de apă caldă și abur.
Mini-CHP
Mini-CHP - centrală combinată mică de căldură și energie electrică.
Dispozitiv mini-CHP
Mini-CHP-urile sunt centrale termice utilizate pentru producerea în comun a energiei electrice și termice în unități cu o capacitate unitară de până la 25 MW, indiferent de tipul echipamentului. În prezent, următoarele instalații sunt utilizate pe scară largă în termoenergetica străină și autohtonă: turbine cu abur cu contrapresiune, turbine cu abur în condensare cu extracție aburului, centrale cu turbine cu gaz cu recuperare a apei sau aburului energiei termice, piston cu gaz, unități gaz-diesel și diesel. cu recuperarea energiei termice a diferitelor sisteme ale acestor unitati. Termenul centrale de cogenerare este folosit ca sinonim pentru termenii mini-CHP și CHP, dar are un sens mai larg, deoarece implică producția în comun (co-comun, generare - producție) a diverselor produse, care pot fi atât electrice, cât și termice. energie, și și alte produse, de exemplu, energie termică și dioxid de carbon, energie electrică și frig etc. De fapt, termenul de trigenerare, care implică producerea de energie electrică, energie termică și frig, este, de asemenea, un caz special de cogenerare. O caracteristică distinctivă a mini-CHP este utilizarea mai economică a combustibilului pentru tipurile de energie produse în comparație cu metodele convenționale separate de producere a acestora. Acest lucru se datorează faptului că electricitatea în toată țara este produsă în principal în ciclurile de condensare ale termocentralelor și centralelor nucleare, care au un randament electric de 30-35% în absența unui consumator de căldură. De fapt, această stare de fapt este determinată de raportul existent între sarcinile electrice și termice în zonele populate, natura diferită a schimbărilor pe parcursul anului, precum și incapacitatea de a transmite energie termală pe distanțe lungi, spre deosebire de energia electrică.
Modulul mini-CHP include un piston cu gaz, turbină cu gaz sau motor diesel, un generator de electricitate și un schimbător de căldură pentru recuperarea căldurii din apă în timp ce răcește motorul, uleiul și gazele de eșapament. Un cazan de apă caldă este de obicei adăugat la un mini-CHP pentru a compensa încărcătura termică la orele de vârf.
Scopul mini-CHP
Scopul principal al mini-CHP este de a genera energie electrică și termică din tipuri variate combustibil.
Conceptul de a construi mini-CHP-uri în imediata apropiere a consumatorului are o serie de avantaje (comparativ cu CHPP-urile mari):
vă permite să evitați costurile de construire a liniilor electrice de înaltă tensiune costisitoare și periculoase;
pierderile în timpul transportului de energie sunt eliminate;
nu este nevoie de costuri financiare pentru a îndeplini condițiile tehnice de conectare la rețele
alimentare centralizată cu energie electrică;
furnizarea neîntreruptă de energie electrică a consumatorului;
alimentare cu energie electrică de înaltă calitate, respectarea valorilor specificate de tensiune și frecvență;
poate face profit.
În lumea modernă, construcția mini-CHP câștigă amploare, avantajele sunt evidente.
Utilizarea căldurii de la mini-CHP
O parte semnificativă a energiei de ardere a combustibilului în timpul producerii de energie electrică este energia termică.
Există opțiuni pentru utilizarea căldurii:
utilizarea directă a energiei termice de către consumatorii finali (cogenerare);
alimentare cu apă caldă (ACM), încălzire, nevoi tehnologice (abur);
conversia parțială a energiei termice în energie rece (trigenerare);
frigul este generat de o mașină frigorifică cu absorbție care nu consumă energie electrică, ci termică, ceea ce face posibilă utilizarea căldurii destul de eficient vara pentru aer condiționat sau pentru nevoi tehnologice;
Combustibil pentru mini-CHP
Tipuri de combustibil folosit
gaz: gaz natural principal, gaz natural lichefiat și alte gaze inflamabile;
combustibil lichid: ulei, păcură, motorină, biodiesel și alte lichide inflamabile;
combustibil solid: cărbune, lemn, turbă și alte tipuri de biocombustibil.
Cel mai eficient și mai ieftin combustibil din Rusia este gazul natural principal, precum și gazul asociat.
Mini-CHP și ecologie
Utilizarea căldurii reziduale de la motoarele centralelor electrice în scopuri practice este o trăsătură distinctivă a mini-CHP și se numește cogenerare (cogenerare).
Producția combinată a două tipuri de energie la mini-CHP contribuie la o utilizare mult mai ecologică a combustibilului în comparație cu generarea separată de electricitate și energie termică la centralele de cazane.
Înlocuind cazanele care folosesc irațional combustibil și poluează atmosfera orașelor și orașelor, mini-CHP-urile contribuie nu numai la economii semnificative de combustibil, ci și la creșterea curățeniei bazinului de aer și la îmbunătățirea condiției generale de mediu.
Sursa de energie pentru mini-CHP cu piston și turbine cu gaz este de obicei gazul natural. Gaz natural sau asociat, combustibil organic care nu poluează atmosfera cu emisii solide
Motor cu turbină cu gaz
Motorul cu turbină cu gaz (GTE, TRD) este un motor termic în care gazul este comprimat și încălzit, iar apoi energia gazului comprimat și încălzit este convertită în lucru mecanic pe arborele turbinei cu gaz. Spre deosebire de un motor cu piston, într-un motor cu turbină cu gaz procesele au loc într-un flux de gaz în mișcare.
Aerul atmosferic comprimat de la compresor intră în camera de ardere și acolo este furnizat combustibil, care, atunci când este ars, formează o cantitate mare de produse de ardere la presiune ridicată. Apoi, într-o turbină cu gaz, energia produselor de combustie gazoasă este transformată în lucru mecanic datorită rotației paletelor de către jetul de gaz, din care o parte este cheltuită pentru comprimarea aerului din compresor. Restul lucrării este transferat la unitatea condusă. Munca consumată de această unitate este munca utilă a motorului cu turbină cu gaz. Motoarele cu turbină cu gaz au cea mai mare densitate de putere dintre motoarele cu ardere internă, până la 6 kW/kg.
Cel mai simplu motor cu turbină cu gaz are o singură turbină, care antrenează compresorul și, în același timp, este o sursă de putere utilă. Acest lucru impune restricții asupra modurilor de funcționare a motorului.
Uneori, motorul este cu mai mulți arbori. În acest caz, există mai multe turbine în serie, fiecare dintre acestea antrenând propriul arbore. Turbină presiune ridicata(prima după camera de ardere) antrenează întotdeauna compresorul motorului, iar cele ulterioare pot conduce atât o sarcină externă (elice de elicopter sau nave, generatoare electrice puternice etc.), cât și compresoare suplimentare ale motorului în sine, situate în fața cel principal.
Avantajul unui motor cu mai mulți arbori este că fiecare turbină funcționează la viteza și sarcina optime. Cu o sarcină antrenată de la arborele unui motor cu un singur arbore, accelerația motorului, adică capacitatea de a se învârti rapid, ar fi foarte slabă, deoarece turbina trebuie să furnizeze putere atât pentru a furniza motorului o cantitate mare de aer (puterea este limitată de cantitatea de aer) și să accelereze sarcina. Cu doi arbori model ușor rotorul de înaltă presiune intră rapid în funcțiune, furnizând motorului aer și turbina presiune scăzută o cantitate mare de gaze pentru accelerare. De asemenea, este posibil să utilizați un demaror mai puțin puternic pentru accelerare atunci când porniți doar rotorul de înaltă presiune.
Centrală cu ciclu combinat
O centrală cu ciclu combinat este o stație de generare a energiei electrice utilizată pentru a produce căldură și electricitate. Se deosebește de centralele cu abur și turbinele cu gaz prin eficiența crescută.
Principiul de funcționare
O instalație cu ciclu combinat constă din două unități separate: putere cu abur și turbină cu gaz. Într-o unitate cu turbină cu gaz, turbina este rotită de produșii gazoși ai arderii combustibilului. Combustibilul poate fi fie gaze naturale, fie produse din industria petrolului (pacură, motorină). Primul generator este situat pe același arbore cu turbina, care generează curent electric datorită rotației rotorului. Trecând prin turbina cu gaz, produsele de ardere îi conferă doar o parte din energia lor și au încă o temperatură ridicată la ieșirea din turbina cu gaz. De la ieșirea din turbina cu gaz, produsele de ardere intră în centrala electrică cu abur, cazanul de căldură reziduală, unde sunt încălzite apa și vaporii de apă rezultați. Temperatura produselor de ardere este suficientă pentru a aduce aburul în starea necesară pentru utilizare într-o turbină cu abur (temperatura gazelor de ardere de aproximativ 500 de grade Celsius permite obținerea de abur supraîncălzit la o presiune de aproximativ 100 de atmosfere). Turbina cu abur antrenează un al doilea generator electric.
Avantaje
Centralele cu ciclu combinat au o eficiență electrică de aproximativ 51-58%, în timp ce pentru centralele cu abur sau turbine cu gaz care funcționează separat fluctuează în jurul a 35-38%. Acest lucru nu numai că reduce consumul de combustibil, dar și emisiile de gaze cu efect de seră.
Deoarece o instalație cu ciclu combinat extrage căldura din produsele de ardere mai eficient, combustibilul poate fi ars la temperaturi mai ridicate, rezultând niveluri mai scăzute de emisii de oxizi de azot decât alte tipuri de instalații.
Cost de producție relativ scăzut.
Răspândirea
În ciuda faptului că avantajele ciclului abur-gaz au fost dovedite pentru prima dată în anii 1950 de către academicianul sovietic Khristianovici, acest tip de centrale electrice nu a fost utilizat pe scară largă în Rusia. Mai multe unități experimentale CCGT au fost construite în URSS. Un exemplu sunt unitățile de putere cu o capacitate de 170 MW la GRES Nevinnomysskaya și 250 MW la GRES Moldavskaya. În ultimii ani, în Rusia au fost puse în funcțiune o serie de unități puternice de alimentare cu ciclu combinat. Printre ei:
2 unități de putere cu o capacitate de 450 MW fiecare la Centrala Termoelectrică de Nord-Vest din Sankt Petersburg;
1 unitate de putere cu o capacitate de 450 MW la CHPP-2 Kaliningrad;
1 unitate CCGT cu o capacitate de 220 MW la CET Tyumen-1;
2 unități CCGT cu o capacitate de 450 MW la CHPP-27 și 1 CCPP la CHPP-21 la Moscova;
1 unitate CCGT cu o capacitate de 325 MW la Ivanovskaya GRES;
2 unități de putere cu o capacitate de 39 MW fiecare la TPP Soci
Din septembrie 2008, în Rusia, în diverse etape Există mai multe unități CCGT în proiect sau în construcție.
În Europa și SUA, la majoritatea centralelor termice funcționează instalații similare.
Centrală electrică în condensare
O centrală electrică în condensare (CPP) este o centrală termică care produce numai energie electrică. Din punct de vedere istoric, a primit denumirea de „GRES” - centrală electrică districtuală de stat. De-a lungul timpului, termenul „GRES” și-a pierdut sensul inițial („raion”) și în sensul modern înseamnă, de regulă, o centrală electrică în condensare (CPP) de mare capacitate (mii de MW), care funcționează în energia unificată. sistem împreună cu alte centrale electrice mari. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că nu toate stațiile cu abrevierea „GRES” în numele lor sunt stații de condensare; unele dintre ele funcționează ca centrale termice și electrice combinate.
Poveste
Primul GRES Elektroperedacha, GRES-3 de astăzi, a fost construit lângă Moscova în Elektrogorsk în 1912-1914. la iniţiativa inginerului R. E. Klasson. Combustibilul principal este turba, puterea este de 15 MW. În anii 1920, planul GOELRO prevedea construirea mai multor centrale termice, dintre care centrala electrică din districtul de stat Kashirskaya este cea mai faimoasă.
Principiul de funcționare
Apa încălzită într-un cazan cu abur la starea de abur supraîncălzit (520-565 grade Celsius) rotește o turbină cu abur care antrenează un turbogenerator.
Excesul de căldură este eliberat în atmosferă (corpurile de apă din apropiere) prin intermediul unităților de condensare, spre deosebire de centralele de cogenerare, care eliberează excesul de căldură pentru nevoile obiectelor din apropiere (de exemplu, încălzirea caselor).
O centrală electrică în condensare funcționează de obicei conform ciclului Rankine.
Sisteme de bază
IES este un complex energetic complex format din clădiri, structuri, energie și alte echipamente, conducte, fitinguri, instrumente și automatizări. Principalele sisteme IES sunt:
centrala de cazane;
instalație de turbine cu abur;
economie de combustibil;
sistem de îndepărtare a cenușii și zgurii, epurare gaze arse;
partea electrica;
alimentare tehnică cu apă (pentru a elimina excesul de căldură);
sistem de curatare chimica si tratare a apei.
La proiectarea și construirea unui CES, sistemele sale sunt amplasate în clădirile și structurile complexului, în principal în clădirea principală. La exploatarea IES, personalul care gestionează sistemele, de regulă, este unit în ateliere (cazan-turbină, electrice, alimentare cu combustibil, tratare chimică a apei, automatizări termice etc.).
Centrala de cazane este situată în camera de cazane a clădirii principale. În regiunile de sud ale Rusiei, o instalație de cazane poate fi deschisă, adică fără pereți și acoperiș. Instalația este formată din cazane de abur (generatoare de abur) și conducte de abur. Aburul de la cazane este transferat la turbine prin liniile de abur viu. Liniile de abur ale diferitelor cazane, de regulă, nu sunt conectate prin conexiuni încrucișate. Acest tip de schemă se numește schemă „bloc”.
Unitatea turbinei cu abur este situată în camera mașinilor și în compartimentul dezaerator (buncăr-dezaerator) al clădirii principale. Include:
turbine cu abur cu un generator electric pe același arbore;
un condensator în care aburul care a trecut prin turbină este condensat pentru a forma apă (condens);
pompe de condens și alimentare care asigură returul condensului (apa de alimentare) la cazanele de abur;
încălzitoare cu recuperare de joasă și înaltă presiune (LHP și PHH) - schimbătoare de căldură în care apa de alimentare este încălzită prin extracția aburului din turbină;
dezaerator (utilizat și ca HDPE), în care apa este purificată de impuritățile gazoase;
conducte și sisteme auxiliare.
Industria combustibililor are compoziție diferităîn funcţie de combustibilul principal pentru care este proiectat IES. Pentru CPP-urile pe cărbune, economia de combustibil include:
dispozitiv de dezghețare (așa-numita „căldură” sau „magazin”) pentru dezghețarea cărbunelui în telegondole deschise;
dispozitiv de descărcare (de obicei un autobasculant);
un depozit de cărbune deservit de o macara sau o mașină specială de reîncărcare;
instalație de zdrobire pentru măcinarea preliminară a cărbunelui;
transportoare pentru mutarea cărbunelui;
sisteme de aspirație, blocare și alte sisteme auxiliare;
sistem de pregătire a prafului, inclusiv mori de măcinat cărbune cu bile, role sau ciocan.
Sistemul de preparare a prafului, precum și buncărele de cărbune, sunt amplasate în compartimentul buncăr-deaerator al clădirii principale, dispozitivele de alimentare cu combustibil rămase sunt amplasate în exteriorul clădirii principale. Ocazional, se instalează o instalație centrală de praf. Depozitul de cărbune este proiectat pentru 7-30 de zile de funcționare continuă a IES. Unele dispozitive de alimentare cu combustibil sunt redundante.
Economia de combustibil a IES care utilizează gaze naturale este cea mai simplă: include un punct de distribuție a gazelor și conducte de gaz. Cu toate acestea, la astfel de centrale electrice, păcură este folosită ca sursă de rezervă sau sezonieră, astfel încât este înființată și o instalație de păcură. Instalațiile de păcură sunt construite și la centralele pe cărbune, unde păcură este folosită pentru aprinderea cazanelor. Industria de păcură include:
dispozitiv de primire și drenare;
depozit de păcură cu rezervoare din oțel sau beton armat;
stație de pompare păcură cu încălzitoare și filtre de păcură;
conducte cu supape de închidere și control;
incendiu și alte sisteme auxiliare.
Sistemul de îndepărtare a cenușii și zgurii este instalat numai la centralele pe cărbune. Atât cenușa, cât și zgura sunt reziduuri de cărbune incombustibil, dar zgura se formează direct în cuptorul cazanului și este îndepărtată printr-un orificiu de robinet (o gaură în axul de zgură), iar cenușa este transportată cu gazele de ardere și este captată. la iesirea din cazan. Particulele de cenușă sunt semnificativ mai mici ca dimensiune (aproximativ 0,1 mm) decât bucățile de zgură (până la 60 mm). Sistemele de îndepărtare a cenușii pot fi hidraulice, pneumatice sau mecanice. Cel mai comun sistem de recirculare a cenușii hidraulice și a îndepărtarii zgurii constă în dispozitive de spălare, canale, pompe de rezervor, conducte de nămol, haldări de cenușă și zgură, stații de pompare și conducte de apă limpezită.
Eliberarea gazelor arse în atmosferă este cel mai periculos impact al unei centrale termice asupra mediului. Pentru a colecta cenușa din gazele de ardere, după suflante sunt instalate filtre de diferite tipuri (cicloane, scrubere, precipitatoare electrice, filtre cu sac), care rețin 90-99% din particulele solide. Cu toate acestea, nu sunt potrivite pentru curățarea fumului de gaze nocive. În străinătate, și recent la centralele interne (inclusiv centralele pe motorină), se instalează sisteme de desulfurare a gazelor cu var sau calcar (așa-numitul deSOx) și reducerea catalitică a oxizilor de azot cu amoniac (deNOx). Gazele de ardere purificate sunt emise de un aspirator de fum într-un coș, a cărui înălțime este determinată din condițiile de dispersie a impurităților dăunătoare rămase în atmosferă.
Partea electrică a IES este destinată producerii de energie electrică și distribuției acesteia către consumatori. Generatoarele IES creează un curent electric trifazat cu o tensiune de obicei de 6-24 kV. Deoarece pierderile de energie în rețele scad semnificativ odată cu creșterea tensiunii, transformatoarele sunt instalate imediat după generatoare, crescând tensiunea la 35, 110, 220, 500 kV și mai mult. Transformatoarele sunt instalate în aer liber. O parte din energia electrică este cheltuită pentru nevoile proprii ale centralei electrice. Conectarea și deconectarea liniilor de transmisie a energiei electrice care se extind către stații și consumatori se efectuează pe aparate de distribuție deschise sau închise (ORU, ZRU), echipate cu întrerupătoare capabile să conecteze și să întrerupă un circuit electric de înaltă tensiune fără formarea unui arc electric.
Sistemul tehnic de alimentare cu apă oferă o cantitate mare de apă rece pentru răcirea condensatoarelor turbinelor. Sistemele sunt împărțite în flux direct, circulante și mixte. În sistemele cu trecere o dată, apa este pompată dintr-o sursă naturală (de obicei un râu) și descărcată înapoi după ce trece printr-un condensator. În același timp, apa se încălzește cu aproximativ 8-12 °C, ceea ce în unele cazuri modifică starea biologică a rezervoarelor. În sistemele cu recirculare, apa circulă sub influența pompelor de circulație și este răcită cu aer. Răcirea poate fi efectuată pe suprafața rezervoarelor de răcire sau în structuri artificiale: bazine de pulverizare sau turnuri de răcire.
În zonele cu apă scăzută, în locul unui sistem tehnic de alimentare cu apă, se folosesc sisteme de aer-condens (turnuri de răcire uscată), care sunt un radiator de aer cu tiraj natural sau artificial. Această decizie este de obicei forțată, deoarece sunt mai scumpe și mai puțin eficiente în ceea ce privește răcirea.
Sistemul de tratare chimică a apei asigură purificarea chimică și desalinizarea în adâncime a apei care intră în cazanele cu abur și turbinele cu abur pentru a evita depunerile pe suprafețele interne ale echipamentelor. De obicei, filtrele, rezervoarele și instalațiile de reactivi pentru tratarea apei sunt amplasate în clădirea auxiliară a IES. În plus, la centralele termice sunt create sisteme în mai multe etape pentru tratarea apelor uzate contaminate cu produse petroliere, uleiuri, apă de spălare și clătire a echipamentelor, scurgeri de furtună și topire.
Impact asupra mediului
Impact asupra atmosferei. La arderea combustibilului, se consumă o cantitate mare de oxigen și se eliberează, de asemenea, o cantitate semnificativă de produse de ardere, cum ar fi cenușa zburătoare, oxizi gazoși de sulf de azot, dintre care unii au activitate chimică ridicată.
Impactul asupra hidrosferei. În primul rând, evacuarea apei din condensatoarele turbinelor, precum și a apelor uzate industriale.
Impactul asupra litosferei. Eliminarea maselor mari de cenușă necesită mult spațiu. Aceste poluări sunt reduse prin utilizarea cenușii și zgurii ca materiale de construcții.
Starea curenta
În prezent, în Rusia există centrale electrice standard cu o capacitate de 1000-1200, 2400, 3600 MW și mai multe unice; sunt utilizate unități de 150, 200, 300, 500, 800 și 1200 MW. Printre acestea se numără următoarele centrale electrice districtuale de stat (parte a OGK):
Verkhnetagilskaya GRES - 1500 MW;
Iriklinskaya GRES - 2430 MW;
Kashirskaya GRES - 1910 MW;
Nizhnevartovskaya GRES - 1600 MW;
Permskaya GRES - 2400 MW;
Urengoyskaya GRES - 24 MW.
Pskovskaya GRES - 645 MW;
Serovskaya GRES - 600 MW;
Centrala Raionului de Stat Stavropol - 2400 MW;
Surgutskaya GRES-1 - 3280 MW;
Troitskaya GRES - 2060 MW.
Centrala electrică din districtul de stat Gusinoozerskaya - 1100 MW;
Centrala Electrică a Districtului de Stat Kostroma - 3600 MW;
Centrală electrică din raionul de stat Pechora - 1060 MW;
Kharanorskaya GRES - 430 MW;
Cherepetskaya GRES - 1285 MW;
Yuzhnouralskaya GRES - 882 MW.
Berezovskaya GRES - 1500 MW;
Smolenskaya GRES - 630 MW;
Surgutskaya GRES-2 - 4800 MW;
Shaturskaya GRES - 1100 MW;
Yaivinskaya GRES - 600 MW.
Konakovskaya GRES - 2400 MW;
Nevinnomysskaya GRES - 1270 MW;
Reftinskaya GRES - 3800 MW;
Sredneuralskaya GRES - 1180 MW.
Kirishskaya GRES - 2100 MW;
Centrala electrică din districtul de stat Krasnoyarsk-2 - 1250 MW;
Novocherkasskaya GRES - 2400 MW;
Ryazanskaya GRES (unitățile nr. 1-6 - 2650 MW și blocul nr. 7 (fostul GRES-24, care a fost inclus în Ryazanskaya GRES - 310 MW) - 2960 MW;
Cherepovetskaya GRES - 630 MW.
Verkhnetagilskaya GRES
Verkhnetagilskaya GRES - centrală termică din Verkhny Tagil ( Regiunea Sverdlovsk), lucrând ca parte a OGK-1. În serviciu din 29 mai 1956.
Stația include 11 unități de putere cu o capacitate electrică de 1.497 MW și o putere termică de 500 Gcal/h. Combustibil de stație: gaze naturale (77%), cărbune (23%). Numărul de personal este de 1119 persoane.
Construcția stației cu o capacitate proiectată de 1600 MW a început în 1951. Scopul construcției a fost de a furniza energie termică și electrică Uzinei Electrochimice Novouralsk. În 1964, centrala și-a atins capacitatea de proiectare.
Pentru a îmbunătăți furnizarea de căldură a orașelor Verkhny Tagil și Novouralsk, stația a fost modernizată:
Patru turbine de condensare K-100-90 (VK-100-5) LMZ au fost înlocuite cu turbine de încălzire T-88/100-90/2.5.
Pe TG-2,3,4 sunt instalate încălzitoare de rețea de tip PSG-2300-8-11 pentru a încălzi apa din rețea în circuitul de alimentare cu căldură Novouralsk.
Încălzitoarele de rețea sunt instalate pe TG-1.4 pentru alimentarea cu căldură către Verkhny Tagil și amplasamentul industrial.
Toate lucrările au fost realizate conform proiectului Spitalului Clinic Central.
În noaptea de 3-4 ianuarie 2008, a avut loc un accident la Surgutskaya GRES-2: o prăbușire parțială a acoperișului deasupra celei de-a șasea unități de putere cu o capacitate de 800 MW a dus la oprirea a două unități de putere. Situația s-a complicat de faptul că o altă unitate electrică (nr. 5) era în reparație: Ca urmare au fost oprite unitățile de putere nr. 4, 5, 6. Acest accident a fost localizat până la 8 ianuarie. În toată această perioadă, centrala a funcționat în condiții deosebit de intense.
Este planificată construirea a două noi unități de energie (combustibil - gaz natural) până în 2010, respectiv 2013.
Există o problemă de emisii în mediu la GRES. OGK-1 a semnat un contract cu Centrul de Inginerie Energetică din Urali pentru 3,068 milioane de ruble, care prevede dezvoltarea unui proiect de reconstrucție a cazanului la Centrala Electrică a Districtului de Stat Verkhnetagilskaya, care va duce la o reducere a emisiilor la respectă standardele ELV.
Kashirskaya GRES
Centrala electrică a districtului de stat Kashirskaya, numită după G. M. Krzhizhanovsky, în orașul Kashira, regiunea Moscovei, pe malul râului Oka.
O statie istorica, construita sub supravegherea personala a lui V.I.Lenin dupa planul GOELRO. La momentul punerii în funcțiune, centrala de 12 MW era a doua cea mai mare centrală electrică din Europa.
Stația a fost construită conform planului GOELRO, construcția s-a realizat sub supravegherea personală a lui V.I.Lenin. A fost construit în 1919-1922; pentru construcție, așezarea muncitorilor Novokashirsk a fost construită pe locul satului Ternovo. Lansată la 4 iunie 1922, a devenit una dintre primele centrale termice regionale sovietice.
Pskovskaya GRES
Centrala electrică a districtului de stat Pskov este o centrală regională deținută de stat, situată la 4,5 kilometri de așezarea de tip urban Dedovici, centrul regional al regiunii Pskov, pe malul stâng al râului Shelon. Din 2006, este o filială a OJSC OGK-2.
Liniile electrice de înaltă tensiune leagă centrala electrică din districtul de stat Pskov cu Belarus, Letonia și Lituania. Compania-mamă consideră acest lucru un avantaj: există un canal de export de energie care este utilizat activ.
Capacitatea instalată a GRES este de 430 MW, acesta include două unități de putere foarte manevrabile de 215 MW fiecare. Aceste unități de putere au fost construite și puse în funcțiune în 1993 și 1996. Proiectul inițial al primei etape a inclus construcția a trei unități de putere.
Principalul tip de combustibil este gazul natural, acesta intră în stație printr-o ramură a gazoductului principal de export. Unitățile de putere au fost proiectate inițial pentru a funcționa pe turbă măcinată; au fost reconstruite conform proiectului VTI pentru arderea gazelor naturale.
Consumul de energie electrică pentru nevoi proprii este de 6,1%.
Centrala electrică a districtului de stat Stavropol
Centrala electrică a districtului de stat Stavropol este o centrală termică din Rusia. Situat în orașul Solnechnodolsk, teritoriul Stavropol.
Încărcarea centralei permite exportul de energie electrică în străinătate: în Georgia și Azerbaidjan. În același timp, se garantează că fluxurile din rețeaua electrică principală a Sistemului Energetic Unit al Sudului vor fi menținute la niveluri acceptabile.
Parte a companiei de generare cu ridicata nr. 2 (JSC OGK-2).
Consumul de energie electrică pentru nevoile proprii ale stației este de 3,47%.
Principalul combustibil al stației este gazul natural, dar stația poate folosi păcură ca combustibil de rezervă și de urgență. Bilanțul combustibilului din 2008: gaz - 97%, păcură - 3%.
Smolenskaya GRES
Centrala electrică din districtul de stat Smolensk este o centrală termică din Rusia. Din 2006, parte a companiei de generare cu ridicata nr. 4 (JSC OGK-4).
La 12 ianuarie 1978, a fost pusă în funcțiune prima unitate a centralei electrice districtuale de stat, proiectarea căreia a început în 1965 și construcția în 1970. Stația este situată în satul Ozerny, districtul Dukhovshchinsky, regiunea Smolensk. Inițial, s-a intenționat să se utilizeze turba drept combustibil, dar din cauza întârzierii construcției întreprinderilor miniere de turbă, au fost folosite și alte tipuri de combustibil (cărbune de Moscova, cărbune Inta, șist, cărbune Khakass). Au fost schimbate în total 14 tipuri de combustibil. Din 1985 s-a stabilit în cele din urmă că energia va fi obținută din gaze naturale și cărbune.
8.16. Smolenskaya GRES
Surse
Ryzhkin V. Ya. Centrale termice. Ed. V. Ya. Girshfeld. Manual pentru universități. Ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare - M.: Energoatomizdat, 1987. - 328 p.
Centrala termica (centrala termica) este o centrala electrica care genereaza energie electrica prin transformarea energiei chimice a combustibilului in energie mecanica de rotatie a arborelui generatorului electric.
Centralele termice transformă energia termică degajată în timpul arderii combustibililor organici (cărbune, turbă, șist, petrol, gaze) în energie mecanică și apoi în energie electrică. Aici, energia chimică conținută în combustibil suferă o transformare complexă de la o formă la alta pentru a produce energie electrică.
Transformarea energiei conținute de combustibil la o centrală termică poate fi împărțită în următoarele etape principale: conversia energiei chimice în energie termică, energia termică în energie mecanică și energia mecanică în energie electrică.
Primele centrale termice (TPP) au apărut în sfârşitul XIX-lea V. În 1882 a fost construită o centrală termică la New York, în 1883 la Sankt Petersburg și în 1884 la Berlin.
Dintre centralele termice, majoritatea sunt centrale termice cu turbine cu abur. Pe ele, energia termică este utilizată într-o unitate de cazan (generator de abur).
Dispunerea centralei termice: 1 – generator electric; 2 – turbină cu abur; 3 – panou de control; 4 – dezaerator; 5 și 6 – buncăre; 7 – separator; 8 – ciclon; 9 – cazan; 10 – suprafata de incalzire (schimbator de caldura); 11 – coș de fum; 12 – camera de zdrobire; 13 – depozit de combustibil de rezervă; 14 – transport; 15 – dispozitiv de descărcare; 16 – transportor; 17 – evacuator de fum; 18 – canal; 19 – colector de cenușă; 20 – ventilator; 21 – focar; 22 – moara; 23 – statie de pompare; 24 – sursă de apă; 25 – pompa de circulatie; 26 – încălzitor regenerativ de înaltă presiune; 27 – pompa de alimentare; 28 – condensator; 29 – statie de tratare chimica a apei; 30 – transformator step-up; 31 – încălzitor regenerativ de joasă presiune; 32 – pompa de condens
Unul dintre cele mai importante elemente ale unui cazan este focarul. În acesta, energia chimică a combustibilului este convertită în energie termică în timpul reacției chimice a elementelor combustibile ale combustibilului cu oxigenul din aer. În acest caz, se formează produse de combustie gazoasă, care absorb cea mai mare parte a căldurii eliberate în timpul arderii combustibilului.
În timpul încălzirii combustibilului în cuptor, se formează cocs și substanțe gazoase, volatile. La temperaturi de 600–750 °C, substanțele volatile se aprind și încep să ardă, ceea ce duce la creșterea temperaturii în focar. În același timp, începe arderea cocsului. Ca rezultat, se formează gaze de ardere, lăsând cuptorul la o temperatură de 1000–1200 °C. Aceste gaze sunt folosite pentru a încălzi apa și a produce abur.
La începutul secolului al XIX-lea. Pentru producerea aburului s-au folosit unități simple în care încălzirea și evaporarea apei nu erau diferențiate. Un reprezentant tipic al celui mai simplu tip de cazan cu abur a fost un cazan cilindric.
Industria energiei electrice în curs de dezvoltare avea nevoie de cazane care produceau abur la temperatură înaltă și la presiune înaltă, deoarece în această stare producea cea mai mare cantitate de energie. Au fost create astfel de cazane și au fost numite cazane cu tuburi de apă.
În cazanele cu tuburi de apă, gazele de ardere curg în jurul țevilor prin care circulă apa; căldura de la gazele de ardere este transferată prin pereții țevilor în apă, care se transformă în abur.
Compoziția principalului echipament al unei centrale termice și interconectarea sistemelor acesteia: economie de combustibil; prepararea combustibilului; cazan; supraîncălzitor intermediar; parte de înaltă presiune a unei turbine cu abur (HPC sau HPC); partea de joasă presiune a unei turbine cu abur (LPT sau LPC); generator electric; transformator auxiliar; transformator de comunicații; aparatul de comutare principal; condensator; pompa de condens; pompă de circulație; sursa de alimentare cu apă (de exemplu, râu); încălzitor de joasă presiune (LPH); stație de tratare a apei (WPU); consumator de energie termica; pompa de retur condens; dezaerator; pompe de alimentare; încălzitor de înaltă presiune (HPH); îndepărtarea zgurii; haldă de cenușă; evacuator de fum (DS); șemineu; ventilator (DV); colector de cenușă
Un cazan modern cu abur funcționează după cum urmează.
Combustibilul arde într-un focar, care are țevi verticale de-a lungul pereților. Sub influența căldurii degajate în timpul arderii combustibilului, apa din aceste conducte fierbe. Aburul rezultat se ridică în tamburul cazanului. Cazanul este un cilindru orizontal din oțel cu pereți groși, umplut până la jumătate cu apă. Aburul se adună în partea superioară a tamburului și îl iese într-un grup de serpentine - un supraîncălzitor. În supraîncălzitor, aburul este încălzit suplimentar de gazele de ardere care ies din cuptor. Are o temperatură mai mare decât cea la care apa fierbe la o anumită presiune. Un astfel de abur se numește supraîncălzit. După părăsirea supraîncălzitorului, aburul merge către consumator. În coșurile cazanului situate după supraîncălzitor, gazele de ardere trec printr-un alt grup de serpentine - un economizor de apă. În ea, apa este încălzită de căldura gazelor de ardere înainte de a intra în tamburul cazanului. Conductele încălzitorului de aer sunt de obicei situate în spatele economizorului de-a lungul gazelor de ardere. Aerul din el este încălzit înainte de a fi introdus în focar. După încălzitorul de aer, gazele de ardere la o temperatură de 120–160 °C ies în coș.
Toate procesele de lucru ale unității cazanului sunt complet mecanizate și automatizate. Este deservit de numeroase mecanisme auxiliare antrenate de motoare electrice, a căror putere poate ajunge la câteva mii de kilowați.
Cazanele centralelor puternice produc abur de înaltă presiune – 140–250 atmosfere și temperatură ridicată – 550–580 °C. În cuptoarele acestor cazane se arde în principal combustibil solid, zdrobit în stare de pulbere, păcură sau gaz natural.
Transformarea cărbunelui în stare de pulbere se realizează în instalațiile de preparare a prafului.
Principiul de funcționare al unei astfel de instalații cu o moară cu tambur cu bile este următorul.
Combustibilul intră în camera cazanelor prin benzi transportoare și este descărcat într-un buncăr, din care, după cântărire automată, este alimentat de un alimentator în moara de măcinat cărbune. Măcinarea combustibilului are loc în interiorul unui tambur orizontal care se rotește la o viteză de aproximativ 20 rpm. Contine bile de otel. Aerul cald încălzit la o temperatură de 300–400 °C este furnizat morii printr-o conductă. Oferind o parte din căldură pentru a usca combustibilul, aerul se răcește la o temperatură de aproximativ 130 °C și, părăsind tamburul, transportă praful de cărbune format în moară în separatorul de praf (separator). Eliberat de particule mari Amestecul de praf-aer părăsește separatorul de sus și este direcționat către separatorul de praf (ciclon). În ciclon, praful de cărbune este separat de aer, iar prin supapă intră în buncărul de praf de cărbune. În separator, particulele mari de praf cad și sunt returnate la moară pentru măcinare ulterioară. Un amestec de praf de cărbune și aer este furnizat arzătoarelor cazanului.
Arzătoarele de cărbune pulverizat sunt dispozitive pentru alimentarea combustibilului pulverizat și a aerului necesar arderii acestuia în camera de ardere. Acestea trebuie să asigure arderea completă a combustibilului prin crearea unui amestec omogen de aer și combustibil.
Focarul cazanelor moderne pe cărbune pulverizat este o cameră înaltă, ai cărei pereți sunt acoperiți cu țevi, așa-numitele ecrane abur-apă. Ele protejează pereții camerei de ardere împotriva lipirii de ei a zgurii formate în timpul arderii combustibilului și, de asemenea, protejează căptușeala de uzura rapidă din cauza acțiunii chimice a zgurii și a temperaturii ridicate care se dezvoltă în timpul arderii combustibilului în cuptor.
Ecranele percep de 10 ori mai multă căldură pe metru pătrat de suprafață decât celelalte suprafețe tubulare de încălzire ale cazanului, care percep căldura gazelor de ardere în principal datorită contactului direct cu acestea. În camera de ardere, praful de cărbune se aprinde și arde în fluxul de gaz care îl poartă.
Cuptoarele cazanelor în care se ard combustibili gazoși sau lichizi sunt, de asemenea, camere acoperite cu ecrane. Un amestec de combustibil și aer le este furnizat prin arzătoare cu gaz sau duze de ulei.
Proiectarea unei unități moderne de cazan cu tambur de mare capacitate care funcționează pe praf de cărbune este după cum urmează.
Combustibilul sub formă de praf este suflat în cuptor prin arzătoare împreună cu o parte din aerul necesar arderii. Restul aerului este furnizat focarului preîncălzit la o temperatură de 300–400 °C. În focar, particulele de cărbune ard din mers, formând o torță cu o temperatură de 1500–1600 °C. Impuritățile necombustibile ale cărbunelui sunt transformate în cenușă, cea mai mare parte (80-90%) fiind îndepărtată din cuptor de gazele de ardere generate ca urmare a arderii combustibilului. Restul cenușii, constând din particule lipicioase de zgură care s-au acumulat pe țevile ecranelor de ardere și apoi s-au desprins de ele, cade pe fundul cuptorului. După aceasta, este colectat într-un ax special situat sub focar. Un curent de apă rece răcește zgura din ea, iar apoi este scoasă din unitatea cazanului prin dispozitive speciale ale sistemului hidraulic de îndepărtare a cenușii.
Pereții focarului sunt acoperiți cu un ecran - conducte în care circulă apa. Sub influența căldurii emise de torța care arde, aceasta se transformă parțial în abur. Aceste conducte sunt conectate la tamburul cazanului, în care este furnizată și apă încălzită în economizor.
Pe măsură ce gazele de ardere se mișcă, o parte din căldura lor este radiată pe tuburile ecranului și temperatura gazelor scade treptat. La ieșirea din cuptor este de 1000–1200 °C. Odată cu mișcarea ulterioară, gazele de ardere de la ieșirea din cuptor intră în contact cu tuburile de ecran, răcindu-se la o temperatură de 900–950 °C. Cosul cazanului contine tuburi serpentine prin care trece aburul format in conductele sita si separat de apa din tamburul cazanului. În serpentine, aburul primește căldură suplimentară de la gazele de ardere și este supraîncălzit, adică temperatura sa devine mai mare decât temperatura apei care fierbe la aceeași presiune. Această parte a cazanului se numește supraîncălzitor.
După ce au trecut între țevile de supraîncălzire, gazele de ardere cu o temperatură de 500-600 °C intră în partea cazanului în care se află încălzitorul de apă sau tuburile economizorului de apă. Apa de alimentare cu o temperatură de 210–240 °C este furnizată de o pompă. O astfel de temperatură ridicată a apei se realizează în încălzitoarele speciale care fac parte din instalația turbinei. Într-un economizor de apă, apa este încălzită până la punctul de fierbere și intră în tamburul cazanului. Gazele de ardere care trec între conductele economizorului de apă continuă să se răcească și apoi trec în interiorul conductelor încălzitorului de aer, în care aerul este încălzit datorită căldurii emanate de gaze, a cărei temperatură este redusă la 120-160 °C.
Aerul necesar arderii combustibilului este furnizat încălzitorului de aer printr-un ventilator și este încălzit acolo la 300–400 °C, după care intră în cuptor pentru arderea combustibilului. Fumul sau gazele de evacuare care părăsesc încălzitorul de aer trec printr-un dispozitiv special - un colector de cenușă - pentru a îndepărta cenușa. Gazele de ardere purificate sunt eliberate în atmosferă de un evacuator de fum printr-un coș de până la 200 m înălțime.
Tamburul este esențial în cazanele de acest tip. Prin numeroase conducte îi este furnizat un amestec de abur-apă de la ecranele de ardere. În tambur, aburul este separat din acest amestec, iar apa rămasă este amestecată cu apa de alimentare care intră în acest tambur din economizor. Din tambur, apa trece prin țevile situate în exteriorul focarului în colectoarele colectoare și din acestea în țevile ecranului situate în focar. În acest fel, calea circulară (circulația) a apei în cazanele cu tambur este închisă. Mișcarea apei și a amestecului de abur-apă în funcție de schema tambur - țevi exterioare - țevi de sită - tambur are loc datorită faptului că greutatea totală a coloanei de amestec de abur-apă care umple țevile de sită este mai mică decât greutatea coloana de apă în conductele exterioare. Acest lucru creează o presiune de circulație naturală, asigurând mișcarea circulară a apei.
Cazanele cu abur sunt controlate automat de numeroase regulatoare, a căror funcționare este monitorizată de un operator.
Dispozitivele reglează alimentarea cu combustibil, apă și aer la cazan, mențin constant nivelul apei din tamburul cazanului, temperatura aburului supraîncălzit etc. Dispozitivele care controlează funcționarea unității cazanului și toate mecanismele sale auxiliare sunt concentrat pe un panou de control special. Conține, de asemenea, dispozitive care permit efectuarea de la distanță a operațiunilor automate de pe acest panou: deschiderea și închiderea tuturor supapelor de închidere de pe conducte, pornirea și oprirea mecanismelor auxiliare individuale, precum și pornirea și oprirea întregii unități de cazan în ansamblu.
Cazanele cu tuburi de apă de tipul descris au un dezavantaj foarte semnificativ: prezența unui tambur voluminos, greu și scump. Pentru a scăpa de el, au fost create cazane de abur fără tobe. Ele constau dintr-un sistem de tuburi curbate, într-un capăt al cărora este furnizată apă de alimentare, iar din celălalt iese abur supraîncălzit cu presiunea și temperatura necesară, adică apa trece prin toate suprafețele de încălzire o dată fără circulație înainte de a o transforma în aburi. Astfel de cazane de abur sunt numite cazane cu flux direct.
Schema de funcționare a unui astfel de cazan este următoarea.
Apa de alimentare trece prin economizor, apoi intră în partea inferioară a serpentinelor situate în formă elicoidală pe pereții cuptorului. Amestecul abur-apă format în aceste serpentine pătrunde într-un serpentin situat în coșul cazanului, unde se încheie conversia apei în abur. Această parte a cazanului cu trecere o dată se numește zonă de tranziție. Apoi aburul intră în supraîncălzitor. După părăsirea supraîncălzitorului, aburul este direcționat către consumator. Aerul necesar arderii este încălzit într-un încălzitor de aer.
Cazanele cu o singură trecere fac posibilă producerea de abur la o presiune de peste 200 de atmosfere, ceea ce este imposibil în cazanele cu tambur.
Aburul supraîncălzit rezultat, care are presiune ridicată (100–140 atmosfere) și temperatură ridicată (500–580 °C), este capabil să se extindă și să lucreze. Acest abur este transmis prin conductele principale de abur către camera turbinelor, în care sunt instalate turbine cu abur.
În turbinele cu abur, energia potențială a aburului este convertită în energie mecanică de rotație a rotorului turbinei cu abur. La rândul său, rotorul este conectat la rotorul generatorului electric.
Principiul de funcționare și structura unei turbine cu abur sunt discutate în articolul „Turbină electrică”, așa că nu ne vom opri asupra lor în detaliu.
Turbina cu abur va fi cu atât mai economică, adică cu cât va consuma mai puțină căldură pentru fiecare kilowatt-oră pe care îl generează, cu atât presiunea aburului care iese din turbină este mai mică.
În acest scop, aburul care iese din turbină este direcționat nu în atmosferă, ci într-un dispozitiv special numit condensator, în care se menține o presiune foarte scăzută, doar 0,03–0,04 atmosfere. Acest lucru se realizează prin scăderea temperaturii aburului prin răcirea acestuia cu apă. Temperatura aburului la această presiune este de 24–29 °C. În condensator, aburul își renunță căldura apei de răcire și în același timp se condensează, adică se transformă în apă - condens. Temperatura aburului din condensator depinde de temperatura apei de răcire și de cantitatea din această apă consumată per kilogram de abur condensat. Apa folosită pentru condensarea aburului intră în condensator la o temperatură de 10–15 °C și îl părăsește la o temperatură de aproximativ 20–25 °C. Consumul de apă de răcire ajunge la 50-100 kg la 1 kg de abur.
Condensatorul este un tambur cilindric cu două capace la capete. La ambele capete ale tamburului sunt scânduri metalice în care număr mare tuburi de alama. Apa de răcire trece prin aceste tuburi. Aburul de la turbină trece printre tuburi, curgând în jurul lor de sus în jos. Condensul format în timpul condensării aburului este îndepărtat de dedesubt.
Când aburul se condensează mare importanță are transfer de căldură de la abur către peretele tuburilor prin care trece apa de răcire. Dacă există chiar și o cantitate mică de aer în abur, atunci transferul de căldură de la abur către peretele tubului se deteriorează brusc; Cantitatea de presiune care va trebui menținută în condensator va depinde de aceasta. Aerul care intră inevitabil în condensator cu abur și prin scurgeri trebuie îndepărtat continuu. Acest lucru este realizat de un dispozitiv special - un ejector cu jet de abur.
Pentru a răci aburul evacuat în turbina din condensator, se folosește apa dintr-un râu, lac, iaz sau mare. Consumul de apă de răcire la centralele puternice este foarte mare și, de exemplu, pentru o centrală cu o capacitate de 1 milion kW, este de aproximativ 40 m3/sec. Dacă apa pentru răcirea aburului din condensatoare este preluată din râu și apoi, încălzită în condensator, este returnată în râu, atunci un astfel de sistem de alimentare cu apă se numește flux direct.
Dacă nu este suficientă apă în râu, atunci se construiește un baraj și se formează un iaz, de la un capăt al căruia se ia apă pentru a răci condensatorul, iar apa încălzită este evacuată la celălalt capăt. Uneori, pentru a răci apa încălzită în condensator, se folosesc răcitoare artificiale - turnuri de răcire, care sunt turnuri înalte de aproximativ 50 m.
Apa încălzită în condensatoarele turbinei este furnizată tăvilor situate în acest turn la o înălțime de 6–9 m. Curgând în fluxuri prin deschiderile tăvilor și stropind sub formă de picături sau peliculă subțire, apa curge în jos, parțial evaporarea și răcirea. Apa răcită este colectată într-o piscină, de unde este pompată către condensatoare. Un astfel de sistem de alimentare cu apă se numește închis.
Am examinat principalele dispozitive utilizate pentru a converti energia chimică a combustibilului în energie electrică într-o centrală termică cu turbină cu abur.
Funcționarea unei centrale electrice pe cărbune are loc după cum urmează.
Cărbunele este furnizat de trenuri cu ecartament larg către un dispozitiv de descărcare, unde, cu ajutorul unor mecanisme speciale de descărcare - basculante auto - este descărcat din vagoane pe benzi transportoare.
Alimentarea cu combustibil în camera cazanelor este creată în containere speciale de depozitare - buncăre. Din buncăre, cărbunele intră în moară, unde este uscat și măcinat până la o stare de pulbere. Un amestec de praf de cărbune și aer este alimentat în focarul cazanului. Când arde praful de cărbune, se formează gaze de ardere. După răcire, gazele trec prin colectorul de cenușă și, după ce au fost curățate de cenușă zburătoare din acesta, sunt evacuate în coș.
Zgura și cenușa zburătoare care cad din camera de ardere de la colectoarele de cenușă sunt transportate prin canale prin apă și apoi pompate la halul de cenușă cu ajutorul pompelor. Aerul pentru arderea combustibilului este furnizat de un ventilator la încălzitorul de aer al cazanului. Aburul supraîncălzit de înaltă presiune și temperatură ridicată produs în cazan este alimentat prin conducte de abur la o turbină cu abur, unde se extinde la o presiune foarte scăzută și intră în condensator. Condensul format în condensator este preluat de pompa de condens și furnizat prin încălzitor către dezaerator. Dezaeratorul elimină aerul și gazele din condens. Dezaeratorul primește și apă brută care a trecut prin dispozitivul de tratare a apei pentru a reumple pierderea de abur și condens. Din rezervorul de alimentare a dezaeratorului, apa de alimentare este furnizată de o pompă către economizorul de apă al cazanului de abur. Apa pentru răcirea aburului evacuat este preluată din râu și trimisă la condensatorul turbinei printr-o pompă de circulație. Energia electrică generată de un generator conectat la o turbină este descărcată către consumator prin transformatoare electrice superioare de-a lungul liniilor de înaltă tensiune.
Puterea centralelor termice moderne poate ajunge la 6000 de megawați sau mai mult cu o eficiență de până la 40%.
Centralele termice pot folosi și turbine cu gaz care funcționează cu gaz natural sau combustibil lichid. Centralele electrice cu turbine cu gaz (GTPP) sunt folosite pentru a acoperi vârfurile de sarcină electrică.
Există și centrale electrice cu ciclu combinat, în care centrala este formată dintr-o turbină cu abur și o unitate cu turbină cu gaz. Eficiența lor ajunge la 43%.
Avantajul termocentralelor fata de centralele hidroelectrice este ca pot fi construite oriunde, aducand-le mai aproape de consumator. Acestea funcționează cu aproape toate tipurile de combustibili fosili, astfel încât pot fi adaptate tipului care este disponibil într-o anumită zonă.
La mijlocul anilor '70 ai secolului XX. ponderea energiei electrice generate la centralele termice a fost de aproximativ 75% din totalul producției. În URSS și SUA a fost chiar mai mare – 80%.
Principalul dezavantaj al centralelor termice este gradul ridicat de poluare mediu inconjurator dioxid de carbon, precum și suprafața mare ocupată de haldele de cenușă.
Citeste si scrie util
Viața modernă nu poate fi imaginată fără electricitate și căldură. Confortul material care ne înconjoară astăzi, cum ar fi dezvoltare ulterioară gândirea umană este strâns legată de inventarea electricității și utilizarea energiei.
Din cele mai vechi timpuri, oamenii au nevoie de forță, sau mai degrabă de motoare care să le dea o putere umană mai mare, pentru a construi case, a se angaja în agricultură și a dezvolta noi teritorii.
Primele baterii piramidale
În piramidele Egiptului Antic, oamenii de știință au găsit vase care seamănă cu bateriile. În 1937, în timpul săpăturilor de lângă Bagdad, arheologul german Wilhelm Koenig a descoperit ulcioare de lut care conțineau cilindri de cupru. Acești cilindri au fost fixați pe fundul vaselor de lut cu un strat de rășină.
Pentru prima dată, fenomenele care se numesc electrice astăzi au fost observate în China antică, India și mai târziu în Grecia antică. Filosoful grec antic Thales din Milet în secolul al VI-lea î.Hr. a remarcat capacitatea chihlimbarului, frecat cu blană sau lână, de a atrage resturi de hârtie, puf și alte corpuri ușoare. De la numele grecesc pentru chihlimbar - „electron” - acest fenomen a început să fie numit electrificare.
Astăzi nu ne va fi greu să dezvăluim „secretul” chihlimbarului frecat cu lână. De fapt, de ce chihlimbarul devine electrificat? Se pare că atunci când lâna se freacă de chihlimbar, pe suprafața sa apare un exces de electroni și apare o sarcină electrică negativă. Noi, parcă, „selectăm” electroni din atomii de lână și îi transferăm pe suprafața chihlimbarului. Câmp electric Energia creată de acești electroni atrage hârtia. Dacă luați sticlă în loc de chihlimbar, atunci se observă o imagine diferită. Frecând sticla cu mătase, „eliminăm” electronii de pe suprafața ei. Ca urmare, sticla devine deficitară în electroni și devine încărcată pozitiv. Ulterior, pentru a distinge aceste taxe, acestea au început să fie desemnate convențional prin semnele care au supraviețuit până în prezent, minus și plus.
După ce au descris proprietățile uimitoare ale chihlimbarului în legendele poetice, grecii antici nu au continuat să-l studieze. Omenirea a trebuit să aștepte multe secole pentru următoarea descoperire în cucerirea energiei libere. Dar când a fost în sfârșit finalizat, lumea a fost literalmente transformată. Înapoi în mileniul III î.Hr. oamenii foloseau pânze pentru bărci, dar abia în secolul al VII-lea. ANUNȚ a inventat o moară de vânt cu aripi. A început istoria turbinelor eoliene. Roțile de apă au fost folosite pe Nil, Ephrata și Yangtze pentru a ridica apa; acestea au fost rotite de sclavi. Roțile de apă și morile de vânt au fost principalele tipuri de motoare până în secolul al XVII-lea.
Epoca descoperirii
Istoria încercărilor de utilizare a aburului înregistrează numele multor oameni de știință și inventatori. Așa că Leonardo da Vinci a lăsat 5.000 de pagini cu descrieri științifice și tehnice, desene și schițe ale diferitelor dispozitive.
Gianbattista della Porta a investigat formarea aburului din apă, care a fost importantă pentru utilizarea ulterioară a aburului în motoare cu aburi, a investigat proprietățile unui magnet.
În 1600, medicul de curte al reginei Elisabeta a Angliei, William Gilbert, a studiat tot ceea ce știa popoarele antice despre proprietățile chihlimbarului și el însuși a efectuat experimente cu chihlimbar și magneți.
Cine a inventat electricitatea?
Termenul „electricitate” a fost introdus de naturalistul și medicul englez reginei Elisabeta, William Gilbert. El a folosit pentru prima dată acest cuvânt în tratatul său „Despre magnet, corpuri magnetice și marele magnet - Pământul” în 1600. Omul de știință a explicat acțiunea unei busole magnetice și a oferit, de asemenea, descrieri ale unor experimente cu corpuri electrificate.
În general, nu s-au acumulat prea multe cunoștințe practice despre electricitate în secolele XVI-XVII, dar toate descoperirile au fost prevestitoare ale unor schimbări cu adevărat mari. Acesta a fost o perioadă în care experimentele cu electricitatea au fost efectuate nu numai de oameni de știință, ci și de farmaciști, medici și chiar monarhi.
Unul dintre experimentele fizicianului și inventatorului francez Denis Papin a fost crearea unui vid într-un cilindru închis. La mijlocul anilor 1670, la Paris, a lucrat cu fizicianul olandez Christian Huygens la o mașină care să forțeze aerul dintr-un cilindru explodând praful de pușcă în el.
În 1680, Denis Papin a venit în Anglia și a creat o versiune a aceluiași cilindru, în care a obținut un vid mai complet folosind apă clocotită care s-a condensat în cilindru. Astfel, a putut ridica o greutate atașată de piston printr-o frânghie aruncată peste un scripete.
Sistemul a funcționat ca model demonstrativ, dar pentru a repeta procesul, întregul aparat a trebuit să fie demontat și reasamblat. Papin și-a dat seama repede că pentru a automatiza ciclul, aburul trebuia produs separat în cazan. Un om de știință francez a inventat un cazan de abur cu o supapă de siguranță cu pârghie.
În 1774, Watt James, ca urmare a unei serii de experimente, a creat un motor unic cu abur. Pentru a asigura funcționarea motorului, a folosit un regulator centrifugal conectat la un amortizor de pe linia de evacuare a aburului. Watt a studiat în detaliu activitatea aburului într-un cilindru, construind pentru prima dată un indicator în acest scop.
În 1782, Watt a primit un brevet englez pentru un motor cu abur de expansiune. De asemenea, a introdus prima unitate de putere - cai putere (mai târziu o altă unitate de putere a fost numită după el - watul). Motorul cu abur al lui Watt, datorită eficienței sale, s-a răspândit și a jucat un rol uriaș în tranziția către producția de mașini.
Anatomistul italian Luigi Galvani și-a publicat Tratatul despre forțele electricității în mișcarea musculară în 1791.
Această descoperire, 121 de ani mai târziu, a dat impuls cercetării asupra corpului uman folosind curenți bioelectrici. Organele bolnave au fost descoperite prin studierea semnalelor lor electrice. Munca oricărui organ (inima, creierul) este însoțită de semnale electrice biologice, care au propria lor formă pentru fiecare organ. Dacă un organ nu este în ordine, semnalele își schimbă forma, iar comparând semnalele „sănătoase” și „bolnave” se descoperă cauzele bolii.
Experimentele lui Galvani au determinat inventarea unei noi surse de electricitate de către profesorul de la Universitatea Tessin Alessandro Volta. El a dat experimentelor lui Galvani cu o broasca si metale diferite o explicatie diferita, a demonstrat ca fenomenele electrice pe care le-a observat Galvani pot fi explicate doar prin faptul ca o anumita pereche de metale diferite, separate de un strat de lichid special conductiv electric, serveste ca o sursă curent electric curgând prin conductoarele închise ale circuitului extern. Această teorie, dezvoltată de Volta în 1794, a făcut posibilă crearea primei surse de curent electric din lume, care a fost numită Coloana Voltaică.
Era un set de plăci din două metale, cupru și zinc, separate prin tampoane de pâslă înmuiate în ser fiziologic sau alcali. Volta a creat un dispozitiv capabil să electrizeze corpurile folosind energie chimică și, prin urmare, să mențină mișcarea sarcinilor într-un conductor, adică un curent electric. Modestosul Volta și-a numit invenția în onoarea lui Galvani „element galvanic”, iar curentul electric rezultat din acest element - „curent galvanic”.
Primele legi ale ingineriei electrice
La începutul secolului al XIX-lea, experimentele cu curentul electric au atras atenția oamenilor de știință din diferite țări. În 1802, omul de știință italian Romagnosi a descoperit devierea acului magnetic al unei busole sub influența unui curent electric care trece printr-un conductor din apropiere. În 1820, acest fenomen a fost descris în detaliu în raportul său de către fizicianul danez Hans Christian Oersted. Cartea mică a lui Oersted, lungă de doar cinci pagini, a fost publicată la Copenhaga în șase limbi în același an și a făcut o impresie uriașă asupra colegilor lui Oersted din diferite țări.
Cu toate acestea, omul de știință francez Andre Marie Ampere a fost primul care a explicat corect cauza fenomenului pe care l-a descris Oersted. S-a dovedit că curentul contribuie la apariția unui câmp magnetic în conductor. Una dintre cele mai importante realizări ale lui Ampere a fost că el a fost primul care a combinat două fenomene separate anterior - electricitatea și magnetismul - cu o singură teorie a electromagnetismului și a propus să le considere rezultatul unui singur proces natural.
Inspirat de descoperirile lui Oersted și Ampere, un alt om de știință, englezul Michael Faraday, a sugerat că nu numai un câmp magnetic poate afecta un magnet, ci și invers - un magnet în mișcare va afecta un conductor. O serie de experimente au confirmat această presupunere genială - Faraday s-a asigurat că un câmp magnetic în mișcare a creat un curent electric într-un conductor.
Mai târziu, această descoperire a servit drept bază pentru crearea a trei dispozitive principale de inginerie electrică - un generator electric, un transformator electric și un motor electric.
Perioada inițială de utilizare a energiei electrice
Vasily Vladimirovich Petrov, profesor la Academia de Medicină și Chirurgie din Sankt Petersburg, a stat la originile iluminatului folosind electricitate. În timp ce explora fenomenele luminoase cauzate de curentul electric, în 1802 a făcut faimoasa sa descoperire - un arc electric, însoțit de apariția unei străluciri strălucitoare și a unei temperaturi ridicate.
Sacrificii pentru știință
Omul de știință rus Vasily Petrov, care a fost primul din lume care a descris fenomenul arcului electric în 1802, nu s-a cruțat atunci când a efectuat experimente. Pe atunci nu existau instrumente precum un ampermetru sau un voltmetru, iar Petrov verifica calitatea bateriilor prin senzația de curent electric din degete. Pentru a simți curenții slabi, omul de știință și-a tăiat stratul superior al pielii de la vârful degetelor.
Observațiile și analiza lui Petrov asupra proprietăților arcului electric au stat la baza creării lămpilor cu arc electric, lămpilor cu incandescență și multe altele.
În 1875, Pavel Nikolaevich Yablochkov creează o lumânare electrică constând din două tije de carbon situate vertical și paralel una cu cealaltă, între care se așează izolația cu caolin (argilă). Pentru ca arderea să fie mai lungă, pe un sfeșnic au fost așezate patru lumânări, care ardea secvenţial.
La rândul său, Alexander Nikolaevich Lodygin din 1872 a propus utilizarea unui filament incandescent în locul electrozilor de carbon, care străluceau puternic atunci când curgea un curent electric. În 1874, Lodygin a primit un brevet pentru invenția unei lămpi incandescente cu tijă de carbon și premiul anual Lomonosov al Academiei de Științe. Dispozitivul a fost brevetat și în Belgia, Franța, Marea Britanie și Austro-Ungaria.
În 1876, Pavel Yablochkov a finalizat dezvoltarea designului unei lumânări electrice, începută în 1875, iar la 23 martie a primit un brevet francez care conținea scurta descriere lumânări în formele lor originale și imaginea acestor forme. „Lumânarea lui Yablochkov” s-a dovedit a fi mai simplă, mai convenabilă și mai ieftină de utilizat decât lampa lui A. N. Lodygin. Sub numele de „lumină rusească”, lumânările lui Yablochkov au fost folosite ulterior pentru iluminatul stradal în multe orașe din întreaga lume. Yablochkov a propus și primele transformatoare de curent alternativ utilizate practic cu un sistem magnetic deschis.
În același timp, în 1876, prima centrală electrică a fost construită în Rusia la Uzina de Construcții de Mașini Sormovo; strămoșul său a fost construit în 1873 sub conducerea inventatorului belgiano-francez Z.T. Gram pentru alimentarea sistemului de iluminat al plantei, așa-numita stație de bloc.
În 1879, inginerii electrici ruși Yablochkov, Lodygin și Cikolev, împreună cu o serie de alți ingineri electrici și fizicieni, au organizat un departament special de inginerie electrică în cadrul Societății Tehnice Ruse. Sarcina departamentului a fost de a promova dezvoltarea ingineriei electrice.
Deja în aprilie 1879, pentru prima dată în Rusia, un pod a fost iluminat cu lumini electrice - Podul Alexandru al II-lea (acum Podul Liteiny) din Sankt Petersburg. Cu asistența Departamentului, prima instalație de iluminat electric extern din Rusia a fost introdusă pe Podul Liteiny (cu lămpi cu arc Yablochkov în lămpi realizate conform designului arhitectului Kavos), care a pus bazele pentru crearea sistemelor locale de iluminat. cu lămpi cu arc pentru unele clădiri publice din Sankt Petersburg, Moscova și alte orașe mari. Iluminatul electric al podului amenajat de V.N. Cikolev, unde au ars 12 lumânări Yablochkov în loc de 112 jeturi de gaz, a funcționat doar 227 de zile.
tramvaiul Pirotsky
Tramvaiul electric a fost inventat de Fiodor Apollonovich Pirotsky în 1880. Primele linii de tramvai din Sankt Petersburg au fost așezate abia în iarna anului 1885 pe gheața Nevei în zona terasamentului Mytninskaya, deoarece dreptul de a folosi străzile pentru transportul de pasageri la ele aveau acces doar proprietarii de cai trasi de cai – transport feroviar care se deplasa cu ajutorul cailor.
În anii 80 au apărut primele stații centrale, care erau mai convenabile și mai economice decât stațiile de bloc, deoarece alimentau multe întreprinderi deodată cu energie electrică.
La acea vreme, consumatorii în masă de energie electrică erau surse de lumină - lămpi cu arc și lămpi cu incandescență. Primele centrale electrice din Sankt Petersburg au fost amplasate inițial pe șlepuri la digurile râurilor Moika și Fontanka. Puterea fiecărei stații a fost de aproximativ 200 kW.
Prima statie centrala din lume a fost pusa in functiune in 1882 la New York, avea o putere de 500 kW.
Iluminatul electric a apărut pentru prima dată la Moscova în 1881; deja în 1883, lămpile electrice au iluminat Kremlinul. Special pentru acest scop a fost construită o centrală mobilă, care era deservită de 18 locomotive și 40 de dinamo. Prima centrală electrică staționară a orașului a apărut la Moscova în 1888.
Nu trebuie să uităm de sursele de energie netradiționale.
Predecesorul parcurilor eoliene moderne cu axă orizontală avea o capacitate de 100 kW și a fost construit în 1931 la Yalta. Avea un turn înalt de 30 de metri. Până în 1941, capacitatea unitară a centralelor eoliene a ajuns la 1,25 MW.
plan GOELRO
Centralele electrice au fost create în Rusia la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea, cu toate acestea, creșterea rapidă a energiei electrice și a energiei termice în anii 20 ai secolului al XX-lea după adoptarea la sugestia lui V.I. Planul lui Lenin GOELRO (Electrificarea statului a Rusiei).
La 22 decembrie 1920, al VIII-lea Congres al Sovietelor Panto-Rusiei a revizuit și aprobat Planul de Stat pentru Electrificarea Rusiei - GOELRO, elaborat de o comisie prezidată de G.M. Krzhizhanovsky.
Planul GOELRO urma să fie implementat în decurs de zece până la cincisprezece ani, iar rezultatul său urma să fie crearea unei „mari economii industriale a țării”. Această decizie a fost de mare importanță pentru dezvoltarea economică a țării. Nu degeaba inginerii rusi își sărbătoresc sărbătoarea profesională pe 22 decembrie.
Planul a acordat o mare atenție problemei utilizării resurselor energetice locale (turbă, apă de râu, cărbune local etc.) pentru producerea de energie electrică.
La 8 octombrie 1922 a avut loc lansarea oficială a stației Utkina Zavod, prima centrală de turbă din Petrograd.
Prima centrală termică din Rusia
Prima centrală termică, construită conform planului GOELRO în 1922, se numea „Utkina Zavod”. În ziua lansării, participanții la întâlnirea ceremonială l-au redenumit „Octombrie roșie”, iar sub acest nume a funcționat până în 2010. Astăzi este Pravoberezhnaya CHPP al PJSC TGC-1.
În 1925, a fost lansată centrala electrică de turbă Shaturskaya, iar în același an, centrala Kashirskaya a început să dezvolte o nouă tehnologie pentru arderea cărbunelui lângă Moscova sub formă de praf.
Ziua începerii încălzirii centralizate în Rusia poate fi considerată 25 noiembrie 1924 - atunci a intrat în funcțiune prima conductă termică de la GES-3, destinată uzului public în casa numărul nouăzeci și șase de pe terasamentul râului Fontanka. Centrala electrică nr. 3, care a fost transformată pentru generarea de energie electrică și termică combinată, este prima centrală termică și electrică combinată din Rusia, iar Leningrad este un pionier în termoficare. Aprovizionare centralizată apa fierbinte Clădirea rezidențială a funcționat fără eșec, iar un an mai târziu GES-3 a început să furnizeze apă caldă fostului spital Obukhov și băilor situate în Kazachy Lane. În noiembrie 1928, clădirea fostei cazărmi Pavlovsk, situată pe Câmpul lui Marte, a fost conectată la rețelele de încălzire a centralei de stat nr. 3.
În 1926, a fost pusă în funcțiune puternica centrală hidroelectrică Volkhov, a cărei energie a fost furnizată către Leningrad printr-o linie de transport de energie de 110 kV cu o lungime de 130 km.
Energia nucleară a secolului XX
Pe 20 decembrie 1951, un reactor nuclear a produs o cantitate utilizabilă de electricitate pentru prima dată în istorie - la ceea ce este acum Laboratorul Național INEEL al Departamentului Energiei al SUA. Reactorul a generat suficientă putere pentru a aprinde un șir simplu de patru becuri de 100 de wați. După al doilea experiment, desfășurat a doua zi, cei 16 oameni de știință și ingineri participanți și-au „imortalizat” realizarea istorică scriindu-și numele cu cretă pe peretele de beton al generatorului.
Oamenii de știință sovietici au început să dezvolte primele proiecte pentru utilizarea pașnică a energiei atomice încă din a doua jumătate a anilor 1940. Iar pe 27 iunie 1954 a fost lansată prima centrală nucleară în orașul Obnisk.
Lansarea primei centrale nucleare a marcat deschiderea unei noi direcții în energie, care a primit recunoaștere la Prima Conferință Științifică și Tehnică Internațională privind Utilizările Pașnice a Energiei Atomice (august 1955, Geneva). Până la sfârșitul secolului al XX-lea, în lume existau deja peste 400 de centrale nucleare.
Energia modernă. Sfârșitul secolului al XX-lea
Sfârșitul secolului al XX-lea a fost marcat de diverse evenimente legate atât de ritmul ridicat de construcție a noilor centrale electrice, de începutul dezvoltării surselor de energie regenerabilă, cât și de apariția primelor probleme din sistemul energetic global imens în curs de dezvoltare și încercări. pentru a le rezolva.
Pana de curent
Americanii numesc noaptea de 13 iulie 1977 „Noaptea fricii”. Apoi a avut loc un accident uriaș în dimensiunea și consecințele sale asupra rețelelor electrice din New York. Din cauza fulgerului care a lovit o linie electrică, furnizarea de energie electrică către New York a fost întreruptă timp de 25 de ore și 9 milioane de locuitori au rămas fără curent. Tragedia a fost însoțită de o criză financiară în care se afla metropola, de o vreme neobișnuit de caldă și de o crimă fulgerătoare fără precedent. După o pană de curent, bandele din cartiere sărace au atacat zonele la modă ale orașului. Se crede că, după acele evenimente teribile de la New York, conceptul de „panare” a început să fie utilizat pe scară largă în legătură cu accidentele din industria energetică.
Pe măsură ce comunitățile moderne devin din ce în ce mai dependente de electricitate, întreruperile de curent cauzează pierderi semnificative întreprinderilor, comunităților și guvernelor. În timpul unui accident, dispozitivele de iluminat sunt oprite, lifturile, semafoarele și metrourile nu funcționează. La instalațiile vitale (spitale, unități militare etc.), în sistemele de alimentare cu energie electrică pentru funcționarea vieții în situații de urgență se folosesc surse autonome de energie: baterii, generatoare. Statisticile arată o creștere semnificativă a accidentelor în anii 90. XX - începutul secolelor XXI.
În acei ani, dezvoltarea a continuat Energie alternativa. În septembrie 1985, a avut loc o conectare de probă a generatorului primei centrale solare din URSS la rețea. Proiectul primului SPP din Crimeea din URSS a fost creat la începutul anilor 80 în filiala Riga a Institutului Atomteploelectroproekt, cu participarea altor treisprezece organizații de proiectare ale Ministerului Energiei și Electrificării URSS. Stația a devenit complet operațională în 1986.
În 1992, a început construcția celei mai mari centrale hidroelectrice din lume, Centrala Hidroelectrică Three Gorges din China, pe râul Yangtze. Puterea stației este de 22,5 GW. Structurile de presiune ale centralei hidroelectrice formează un rezervor mare cu o suprafață de 1.045 km² și o capacitate utilă de 22 km³. La crearea lacului de acumulare, 27.820 de hectare de teren cultivat au fost inundate, iar aproximativ 1,2 milioane de persoane au fost strămutate. Orașele Wanxian și Wushan au intrat sub apă. Finalizarea completă a construcției și punerea în funcțiune oficială a avut loc pe 4 iulie 2012.
Dezvoltarea energiei este inseparabilă de problemele asociate cu poluarea mediului. La Kyoto (Japonia), în decembrie 1997, pe lângă Convenția-cadru a ONU privind schimbările climatice, a fost adoptat Protocolul de la Kyoto. El obligă tarile dezvoltate si tari cu economie de tranziție reducerea sau stabilizarea emisiilor de gaze cu efect de seră în 2008–2012 comparativ cu 1990. Perioada de semnare a protocolului s-a deschis la 16 martie 1998 și s-a încheiat la 15 martie 1999.
Începând cu 26 martie 2009, Protocolul a fost ratificat de 181 de țări (aceste țări reprezintă în mod colectiv peste 61% din emisiile globale). O excepție notabilă de la această listă este Statele Unite. Prima perioadă de implementare a protocolului a început la 1 ianuarie 2008 și va dura cinci ani până la 31 decembrie 2012, după care este de așteptat să fie înlocuit cu un nou acord.
Protocolul de la Kyoto a fost primul acord global privind protecția mediului bazat pe un mecanism de reglementare bazat pe piață - un mecanism pentru comercializarea internațională a cotelor de emisii de gaze cu efect de seră.
Secolul XXI, sau mai degrabă 2008, a devenit un an de referință pentru sistemul energetic rus; Compania rusă pe acțiuni deschise pentru energie și electrificare „UES of Russia” (OAO RAO „UES of Russia”), o companie energetică rusă care a existat în 1992-2008, a fost lichidată. Compania a unit aproape întregul sector energetic rus și a fost un monopolist pe piața de producție și transport de energie din Rusia. În locul său, au apărut companii de monopol natural de stat, precum și companii de producție și vânzări privatizate.
În secolul 21 în Rusia, construcția de centrale electrice atinge un nou nivel și începe epoca utilizării ciclului combinat al gazelor. Rusia promovează extinderea de noi capacități de generare. Pe 28 septembrie 2009 a început construcția Termocentralei Adler. Stația va fi creată pe baza a 2 unități de putere ale unei centrale pe gaz cu ciclu combinat cu o capacitate totală de 360 MW (putere termică - 227 Gcal/h) cu o eficiență de 52%.
Tehnologia modernă a ciclului abur-gaz oferă o eficiență ridicată, un consum redus de combustibil și o reducere a emisiilor nocive în atmosferă cu o medie de 30% în comparație cu centralele tradiționale cu abur. În viitor, termocentralele ar trebui să devină nu doar o sursă de căldură și electricitate pentru instalațiile de iarnă jocuri Olimpice 2014, dar și o contribuție semnificativă la echilibrul energetic al orașului Soci și al zonelor învecinate. Centrala termică este inclusă în Programul de construcție a instalațiilor olimpice și de dezvoltare a orașului Soci ca stațiune climatică montană, aprobat de Guvernul Federației Ruse.
Pe 24 iunie 2009, prima centrală hibridă solară-gaz a început să funcționeze în Israel. A fost construit din 30 de reflectoare solare și un turn „de floare”. Pentru a menține puterea sistemului 24 de ore pe zi, acesta poate trece la o turbină cu gaz în timpul întunericului. Instalația ocupă relativ puțin spațiu și poate funcționa în zone îndepărtate care nu sunt conectate la sistemele centrale de alimentare.
Noile tehnologii folosite în centralele hibride se răspândesc treptat în întreaga lume, așa că în Turcia este planificată construirea unei centrale hibride care să funcționeze simultan pe trei surse de energie regenerabilă - eoliană, gaze naturale și energie solară.
Centrala alternativă este concepută astfel încât toate componentele sale să se completeze reciproc, așa că experții americani au convenit că în viitor astfel de centrale au toate șansele să devină competitive și să furnizeze energie electrică la un preț rezonabil.
Se încarcă...