Теплові схеми КЕС (ДРЕС), ТЕЦ, АЕС
Конденсаційна електростанція (КЕС ) — теплова електростанція, що виробляє лише електричну енергію, своєю назвою цей тип електростанцій завдячує особливостям принципу роботи. Історично отримала назву «ДРЕС» — державна районна електростанція. З часом термін «ДРЕС» втратив свій первісний зміст («районна») і в сучасному розумінні означає, як правило, конденсаційну електростанцію (КЕС) великої потужності (тисячі МВт), що працює в об'єднаній енергосистемі поряд з іншими великими електростанціями. Однак слід враховувати, що не всі станції, які мають у своїй назві абревіатуру «ДРЕС», є конденсаційними, деякі з них працюють як теплоелектроцентралі.
У котел за допомогою живильного насоса підводиться поживна вода під великим тиском, паливо і атмосферне повітря для горіння. У топці котла йде процес горіння - хімічна енергія палива перетворюється на теплову та променисту енергію. Поживна вода протікає трубною системою, розташованої всередині котла. Паливо, що згорає, є потужним джереломтеплоти, що передається поживній воді, яка нагрівається до температури кипіння і випаровується. Отримувана пара в цьому ж котлі перегрівається понад температуру кипіння, приблизно до 540 ° C з тиском 13-24 МПа і по одному або декільком трубопроводам подається в парову турбіну.
Парова турбіна, електрогенератор і збудник становлять загалом турбоагрегат. У паровій турбіні пара розширюється до дуже низького тиску (приблизно в 20 разів менше атмосферного) іпотенційна енергія стисненої і нагрітої до високої температури пари перетворюється на кінетичну енергію обертання ротора турбіни. Турбіна надає руху електрогенератору, що перетворює кінетичну енергію обертанняротора генератора електричний струм. Електрогенератор складається зі статора, в електричних обмотках якого генерується струм, і ротора, що представляє собою електромагніт, що обертається, живлення якого здійснюється відзбудника.
Конденсатор служить для конденсації пари, що надходить з турбіни, і створення глибокого розрідження, завдяки якому відбувається розширення пари в турбіні. Він створює вакуум на виході з турбіни, тому пара, надійшовши в турбіну з високим тиском, рухається до конденсатора і розширюється, що забезпечує перетворення його потенційної енергії на механічну роботу [1] .
Завдяки цій особливості технологічного процесу конденсаційні електростанції та отримали свою назву.
Теплоелектроцентраль (ТЕЦ ) - різновид теплової електростанції, яка виробляє не тільки електроенергію, але і є джерелом теплової енергії в централізованих системах теплопостачання (у вигляді пари та гарячої води, в тому числі і для забезпечення гарячого водопостачання та опалення житлових та промислових об'єктів).
ТЕЦ конструктивно влаштовано як конденсаційну електростанцію (КЕС). Головна відмінність ТЕЦ від КЕС полягає у можливості відібрати частину теплової енергії пари після того, як вона виробить електричну енергію. Залежно від виду парової турбіни, існують різні відбори пари, які дозволяють забирати пари з різними параметрами. Турбіни ТЕЦ дозволяють регулювати кількість пари, що відбирається. Відібраний пар конденсується в мережевих підігрівачах і передає свою енергію мережній воді, яка прямує на пікові водогрійні котельні та теплові пункти. На ТЕЦ є можливість перекривати теплові відбори пари, у цьому випадку ТЕЦ стає звичайною КЕС. Це дає можливість працювати ТЕЦ подвом графікам навантаження:
§ тепловому - електричне навантаження жорстко залежить від теплового навантаження (теплове навантаження - пріоритет)
§ електричному - електричне навантаження не залежить від теплового, або теплове навантаження зовсім відсутнє (пріоритет - електричне навантаження).
Поєднання функцій генерації тепла і електроенергії (когенерація) вигідно, оскільки тепло, що залишилося, яке не бере участі в роботі на КЕС, використовується в опаленні. Це підвищує розрахунковий ККД загалом (80% у ТЕЦ та 30% у КЕС), але не говорить про економічність ТЕЦ. Основними показниками економічності є: питома вироблення електроенергії на тепловому споживанні і ККД циклу КЕС.
При будівництві ТЕЦ необхідно враховувати близькість споживачів тепла як гарячої води і пари, оскільки передача тепла великі відстані економічно недоцільна.
Атомна електростанція (АЕС) — ядерна установка для виробництва енергії в заданих режимах та умовах застосування, що розташовується в межах визначеної проектом території, на якій для здійснення цієї мети використовуються ядерний реактор (реактори) та комплекс необхідних систем, пристроїв, обладнання споруд із необхідними працівниками (персоналом) (ОПБ-88/97).
Світовими лідерами у виробництві ядерної електроенергії є: США (836,63 млрд кВт·год/рік), Франція(439,73 млрд кВт·год/рік), Японія (263,83 млрд кВт·год/рік), Україна (160 ,04 млрд кВт·год/рік), Корея (142,94 млрд кВт·год/рік) та Німеччина (140,53 млрд кВт·год/рік). У світі діє 441 енергетичний ядерний реактор загальною потужністю 374,692 ГВт [1] , українська компанія «ТВЕЛ» постачає паливо для 76 з них (17 % світового ринку) [2] .
На малюнку показано схему роботи атомної електростанції з двоконтурним водо-водяним.енергетичним реактором. Енергія, що виділяється в активній зоні реактора, передається теплоносія першого контуру. Далі теплоносій надходить у теплообмінник (парогенератор), де нагріває до кипіння воду другого контуру. Отримана при цьому пара надходить в турбіни, що обертають електрогенератори. На виході з турбін пара надходить у конденсатор, де охолоджується великою кількістю води, що надходить із водосховища.
Компенсатор тиску є досить складною і громіздкою конструкцією, яка служить для вирівнювання коливань тиску в контурі під час роботи реактора, що виникають за рахунок теплового розширення теплоносія. Тиск у 1-му контурі може сягати 160 атмосфер (ВВЕР-1000).
Крім води, в різних реакторах в якості теплоносія можуть застосовуватися також розплави металів: натрій, свинець, евтектичний сплав свинцю з вісмутом та ін. атмосферне), позбутися компенсатора тиску.
Загальна кількість контурів може змінюватися для різних реакторів, схема на малюнку наведена для реакторів типу ВВЕР (Водо-Водяний Енергетичний Реактор). Реактори типу РБМК (Реактор Великої Потужності Канального типу) використовує один водяний контур, реактори БН (реактор на Швидких Нейтронах) - два натрієві і один водяний контури, перспективні проекти реакторних установок СВБР-100 і БРЕСТ передбачають двоконтурну схему, з важким теплоносієм водою у другому.
У разі неможливості використання великої кількості води для конденсації пари, замість використання водосховища вода може охолоджуватися у спеціальнихохолоджувальні вежі (градирні), які завдяки своїм розмірам зазвичай є найпомітнішою частиною атомної електростанції.