Stazioni di riscaldamento. Centrali termoelettriche combinate (CHP)

L'energia elettrica fa parte da tempo delle nostre vite. Anche il filosofo greco Talete scoprì nel VII secolo aC che l'ambra, indossata sulla lana, inizia ad attrarre oggetti. Ma per molto tempo nessuno ha prestato attenzione a questo fatto. Solo nel 1600 apparve per la prima volta il termine "Elettricità" e nel 1650 Otto von Guericke creò una macchina elettrostatica a forma di palla di zolfo montata su un'asta di metallo, che permetteva di osservare non solo l'effetto di attrazione, ma anche il effetto repulsivo. È stata la prima semplice macchina elettrostatica.

Sono passati molti anni da allora, ma ancora oggi, in un mondo pieno di terabyte di informazioni, quando puoi scoprire tutto ciò che ti interessa, per molti resta un mistero come si produce l'elettricità, come viene consegnata a casa nostra, in ufficio , impresa...

Diamo un'occhiata a questi processi in alcune parti.

Parte I. Generazione di energia elettrica.

Da dove viene l'energia elettrica? Questa energia appare da altri tipi di energia: termica, meccanica, nucleare, chimica e molti altri. Su scala industriale, l'energia elettrica è ottenuta nelle centrali elettriche. Considera solo i tipi più comuni di centrali elettriche.

1) Centrali termoelettriche. Oggi possono essere combinati da un termine: GRES (centrale elettrica distrettuale statale). Certo, oggi questo termine ha perso il suo significato originario, ma non è andato nell'eternità, ma è rimasto con noi.

Le centrali termoelettriche sono suddivise in diversi sottotipi:

MA) Una centrale a condensazione (CPP) è una centrale termica che produce solo energia elettrica; questo tipo di centrale deve il suo nome alle peculiarità del principio di funzionamento.

Principio di funzionamento: Aria e combustibile (gassoso, liquido o solido) sono alimentati alla caldaia tramite pompe. Si scopre una miscela aria-carburante che brucia nel forno della caldaia, rilasciando un'enorme quantità di calore. In questo caso, l'acqua passa attraverso il sistema di tubazioni, che si trova all'interno della caldaia. Il calore rilasciato viene trasferito a quest'acqua, mentre la sua temperatura aumenta e viene portata ad ebollizione. Il vapore che è stato ricevuto nella caldaia va nuovamente alla caldaia per surriscaldarlo al di sopra del punto di ebollizione dell'acqua (ad una determinata pressione), quindi entra nella turbina a vapore attraverso le tubazioni del vapore, in cui il vapore funziona. Man mano che si espande, la sua temperatura e pressione diminuiscono. Pertanto, l'energia potenziale del vapore viene trasferita alla turbina, il che significa che viene convertita in energia cinetica. La turbina, a sua volta, aziona il rotore di un alternatore trifase, che si trova sullo stesso albero della turbina e produce energia.

Diamo un'occhiata più da vicino ad alcuni elementi dell'IES.

Turbina a vapore.

Il flusso di vapore acqueo entra attraverso le palette di guida delle pale curvilinee fissate attorno alla circonferenza del rotore e, agendo su di esse, fa ruotare il rotore. Tra le file di scapole, come puoi vedere, ci sono degli spazi vuoti. Sono lì perché questo rotore viene rimosso dall'alloggiamento. Anche le file di lame sono integrate nel corpo, ma sono fisse e servono a creare l'angolo di incidenza desiderato del vapore sulle lame mobili.

Le turbine a vapore a condensazione vengono utilizzate per convertire la massima parte possibile del calore del vapore in lavoro meccanico. Funzionano con il rilascio (scarico) del vapore di scarico nel condensatore, che viene mantenuto sotto vuoto.

Una turbina e un generatore che si trovano sullo stesso albero sono chiamati turbogeneratore. Alternatore trifase (macchina sincrona).

Consiste in:

Che aumenta la tensione a un valore standard (35-110-220-330-500-750 kV). In questo caso, la corrente diminuisce in modo significativo (ad esempio, con un aumento della tensione di 2 volte, la corrente diminuisce di 4 volte), il che consente di trasmettere potenza su lunghe distanze. Va notato che quando si parla di classe di tensione, si intende la tensione lineare (fase-fase).

La potenza attiva prodotta dal generatore viene regolata modificando la quantità di vettore di energia, mentre cambia la corrente nell'avvolgimento del rotore. Per aumentare la potenza attiva in uscita, è necessario aumentare la fornitura di vapore alla turbina, mentre aumenterà la corrente nell'avvolgimento del rotore. Non va dimenticato che il generatore è sincrono, il che significa che la sua frequenza è sempre uguale alla frequenza della corrente nel sistema di alimentazione e la modifica dei parametri del vettore energetico non influirà sulla frequenza della sua rotazione.

Inoltre, il generatore genera anche potenza reattiva. Può essere utilizzato per regolare la tensione di uscita entro piccoli limiti (cioè non è il principale mezzo di regolazione della tensione nel sistema di alimentazione). Funziona in questo modo. Quando l'avvolgimento del rotore è sovraeccitato, ad es. quando la tensione sul rotore sale al di sopra del valore nominale, il "surplus" di potenza reattiva viene fornito al sistema di alimentazione e quando l'avvolgimento del rotore è sottoeccitato, la potenza reattiva viene consumata dal generatore.

Quindi, in corrente alternata, si parla di potenza totale (misurata in volt-ampere - VA), che è uguale alla radice quadrata della somma di attiva (misurata in watt - W) e reattiva (misurata in volt-ampere reattivi - VAR) potenza.

L'acqua nel serbatoio serve a rimuovere il calore dal condensatore. Tuttavia, le piscine spray vengono spesso utilizzate per questo scopo.

o torri di raffreddamento. Le torri di raffreddamento sono torri Fig. 8

o ventola Fig.9

Le torri di raffreddamento sono disposte quasi allo stesso modo con l'unica differenza che l'acqua scorre lungo i radiatori, trasferisce loro calore e sono già raffreddati dall'aria forzata. In questo caso, parte dell'acqua evapora e viene portata nell'atmosfera.
L'efficienza di una tale centrale elettrica non supera il 30%.

B) Centrale elettrica a turbina a gas.

In una centrale a turbina a gas, il turbogeneratore non è azionato dal vapore, ma direttamente dai gas prodotti dalla combustione del carburante. In questo caso può essere utilizzato solo gas naturale, altrimenti la turbina si fermerà rapidamente a causa del suo inquinamento con i prodotti della combustione. Rendimento al carico massimo 25-33%

Un'efficienza molto più elevata (fino al 60%) può essere ottenuta combinando cicli a vapore e gas. Tali impianti sono detti impianti a ciclo combinato. Invece di una caldaia convenzionale, hanno una caldaia per il calore di scarto che non ha i propri bruciatori. Riceve il calore dalla turbina a gas di scarico. Al momento, i CCGT vengono introdotti attivamente nelle nostre vite, ma finora non ce ne sono molti in Russia.

IN) Centrali termoelettriche combinate (divenute per molto tempo parte integrante delle grandi città). Fig.11

Il CHPP è strutturalmente organizzato come una centrale a condensazione (CPP). La particolarità di questo tipo di centrale è che può generare contemporaneamente sia energia termica che elettrica. A seconda del tipo di turbina a vapore, esistono vari metodi di estrazione del vapore, che consentono di prelevare vapore da essa con diversi parametri. In questo caso, parte del vapore o tutto il vapore (a seconda del tipo di turbina) entra nel riscaldatore di rete, gli cede calore e lì condensa. Le turbine di cogenerazione consentono di regolare la quantità di vapore per esigenze termiche o industriali, il che consente alla cogenerazione di funzionare in diverse modalità di carico:

termica - la generazione di energia elettrica è completamente dipendente dalla generazione di vapore per esigenze industriali o di riscaldamento.

elettrico - il carico elettrico è indipendente da quello termico. Inoltre, i cogeneratori possono funzionare in modalità a condensazione completa. Ciò può essere necessario, ad esempio, in caso di forte carenza di potenza attiva in estate. Un tale regime è sfavorevole per i CHPP, perché l'efficienza diminuisce notevolmente.

La produzione simultanea di elettricità e calore (cogenerazione) è un processo redditizio in cui l'efficienza della stazione viene notevolmente aumentata. Quindi, ad esempio, l'efficienza calcolata di un CPP è al massimo del 30% e per un CHP è di circa l'80%. Inoltre, la cogenerazione consente di ridurre le emissioni termiche inattive, che si ripercuotono positivamente sull'ecologia dell'area in cui si trova il cogeneratore (rispetto a se esistesse un cogeneratore di pari capacità).

Diamo un'occhiata più da vicino alla turbina a vapore.

Le turbine a vapore di cogenerazione comprendono le turbine con:

contropressione;

Estrazione vapore regolabile;

Selezione e contropressione.

Le turbine con contropressione funzionano con lo scarico del vapore non nel condensatore, come in IES, ma nel riscaldatore di rete, ovvero tutto il vapore che è passato attraverso la turbina va al fabbisogno di riscaldamento. La progettazione di tali turbine presenta uno svantaggio significativo: il programma di carico elettrico è completamente dipendente dal programma di carico termico, ovvero tali dispositivi non possono partecipare alla regolazione operativa della frequenza di corrente nel sistema elettrico.

Nelle turbine ad estrazione controllata di vapore, esso viene estratto nella quantità richiesta negli stadi intermedi, scegliendo tali stadi per l'estrazione del vapore, che in questo caso sono adatti. Questo tipo di turbina è indipendente dal carico termico e la regolazione della potenza attiva in uscita può essere regolata in misura maggiore rispetto a un impianto di cogenerazione in contropressione.

Le turbine di estrazione e contropressione combinano le funzioni dei primi due tipi di turbine.

Le turbine di cogenerazione dei cogeneratori non sono sempre in grado di modificare il carico termico in un breve periodo di tempo. Per coprire i picchi di carico e, talvolta, per aumentare la potenza elettrica trasferendo le turbine in modalità a condensazione, presso il cogeneratore vengono installate caldaie per l'acqua calda di punta.

2) Centrali nucleari.

Attualmente ci sono 3 tipi di impianti di reattori in Russia. Il principio generale del loro funzionamento è approssimativamente simile al funzionamento di IES (ai vecchi tempi le centrali nucleari erano chiamate GRES). La differenza fondamentale è solo che l'energia termica non si ottiene nelle caldaie a combustibili fossili, ma nei reattori nucleari.

Considera i due tipi più comuni di reattori in Russia.

1) Reattore RBMK.

Una caratteristica distintiva di questo reattore è che il vapore per la rotazione della turbina viene prodotto direttamente nel nocciolo del reattore.

Nucleo RBMK. Fig.13

è costituito da colonne verticali di grafite in cui sono presenti fori longitudinali, con inseriti tubi in lega di zirconio e acciaio inossidabile. La grafite funge da moderatore di neutroni. Tutti i canali sono suddivisi in canali carburante e CPS (sistema di controllo e protezione). Hanno diversi circuiti di raffreddamento. Una cassetta (FA - fuel assembly) con aste (TVEL - fuel element) è inserita nei canali del carburante, all'interno dei quali sono presenti palline di uranio in un guscio sigillato. È chiaro che è da loro che ricevono energia termica, che viene trasferita a un vettore di calore che circola continuamente dal basso verso l'alto ad alta pressione: ordinaria, ma molto ben purificata dalle impurità, l'acqua.

L'acqua, passando attraverso i canali del carburante, evapora parzialmente, la miscela vapore-acqua scorre da tutti i singoli canali del carburante a 2 tamburi separatori, dove avviene la separazione (separazione) del vapore dall'acqua. L'acqua entra di nuovo nel reattore con l'aiuto di pompe di circolazione (su 4 in totale per circuito) e il vapore passa attraverso le tubazioni del vapore a 2 turbine. Quindi il vapore condensa nel condensatore, si trasforma in acqua, che torna al reattore.

La potenza termica del reattore è controllata solo da barre assorbitori di neutroni di boro che si muovono nei canali del CPS. L'acqua di raffreddamento di questi canali va dall'alto verso il basso.

Come puoi vedere, non ho mai menzionato la nave del reattore. Il fatto è che in effetti l'RBMK non ha uno scafo. La zona attiva, di cui ti ho appena parlato, è posta in un pozzo di cemento, in cima è chiusa con un coperchio del peso di 2000 tonnellate.

La figura mostra la protezione biologica superiore del reattore. Ma non dovresti aspettarti che sollevando uno dei blocchi, puoi vedere lo sfiato giallo-verde della zona attiva, n. La copertura stessa si trova molto più in basso e sopra di essa, nello spazio fino alla protezione biologica superiore, c'è uno spazio vuoto per i canali di comunicazione e le aste di assorbimento completamente rimosse.

Viene lasciato spazio tra le colonne di grafite per l'espansione termica della grafite. In questo spazio circola una miscela di gas di azoto ed elio. In base alla sua composizione, viene valutata la tenuta dei canali del carburante. Il nucleo RBMK è progettato per non rompere più di 5 canali, se più viene depressurizzato, il coperchio del reattore si staccherà e i canali rimanenti si apriranno. Un tale sviluppo di eventi causerà una ripetizione della tragedia di Chernobyl (qui non intendo il disastro causato dall'uomo in sé, ma le sue conseguenze).

Considera i vantaggi di RBMK:

— Grazie alla regolazione canale per canale della potenza termica, è possibile cambiare gruppi di combustibile senza fermare il reattore. Ogni giorno, di solito, cambiano più assiemi.

—Bassa pressione nell'MPC (circuito a circolazione forzata multipla), che contribuisce a un decorso più mite degli incidenti associati alla sua depressurizzazione.

— Assenza di un reattore a pressione di difficile fabbricazione.

Considera i contro di RBMK:

— Durante il funzionamento, sono stati riscontrati numerosi errori di calcolo nella geometria del nucleo, che non possono essere completamente eliminati nelle unità di potenza operative della 1a e 2a generazione (Leningrado, Kursk, Chernobyl, Smolensk). Le unità di potenza RBMK della 3a generazione (è l'unica - nella 3a unità di potenza della centrale nucleare di Smolensk) sono prive di queste carenze.

— Reattore a circuito singolo. Cioè, le turbine vengono fatte ruotare dal vapore ottenuto direttamente nel reattore. Ciò significa che contiene componenti radioattivi. Se la turbina viene depressurizzata (e questo è accaduto alla centrale nucleare di Chernobyl nel 1993), la sua riparazione sarà molto complicata, e forse addirittura impossibile.

— La vita utile del reattore è determinata dalla vita utile della grafite (30-40 anni). Poi arriva il suo degrado, manifestato nel suo rigonfiamento. Questo processo sta già causando serie preoccupazioni per la più antica unità di potenza RBMK Leningrad-1, costruita nel 1973 (ha già 39 anni). La via d'uscita più probabile dalla situazione è attutire l'ennesimo numero di canali per ridurre l'espansione termica della grafite.

— Il moderatore di grafite è un materiale combustibile.

— A causa dell'enorme numero di valvole di intercettazione, il reattore è difficile da gestire.

- Sulla 1a e 2a generazione, c'è instabilità quando si opera a basse potenze.

In generale, possiamo dire che l'RBMK è un buon reattore per l'epoca. Allo stato attuale, è stata presa la decisione di non costruire unità di potenza con questo tipo di reattori.

2) Reattore VVER.

RBMK è attualmente sostituito da VVER. Presenta vantaggi significativi rispetto a RBMK.

Il nucleo è completamente collocato in un involucro molto robusto, che viene prodotto nello stabilimento e portato su rotaia, quindi su strada al gruppo propulsore in costruzione in una forma completamente finita. Il moderatore è acqua pulita sotto pressione. Il reattore è costituito da 2 circuiti: l'acqua del circuito primario ad alta pressione raffredda i gruppi combustibili, trasferendo calore al 2° circuito tramite un generatore di vapore (funge da scambiatore di calore tra 2 circuiti isolati). In esso, l'acqua del secondo circuito bolle, si trasforma in vapore e va alla turbina. Nel circuito primario l'acqua non bolle, in quanto è ad altissima pressione. Il vapore di scarico condensa nel condensatore e ritorna al generatore di vapore. Lo schema a due circuiti presenta notevoli vantaggi rispetto a quello a circuito singolo:

Il vapore che va alla turbina non è radioattivo.

La potenza del reattore può essere controllata non solo da barre di assorbimento, ma anche da una soluzione di acido borico, che rende il reattore più stabile.

Gli elementi del circuito primario sono posti molto vicini tra loro, quindi possono essere collocati in un contenimento comune. In caso di interruzione del circuito primario, gli elementi radioattivi entreranno nel contenimento e non verranno rilasciati nell'ambiente. Inoltre, il contenimento protegge il reattore da influenze esterne (ad esempio, dalla caduta di un piccolo aereo o da un'esplosione fuori dal perimetro della stazione).

Il reattore non è difficile da gestire.

Ci sono anche degli svantaggi:

—A differenza dell'RBMK, il carburante non può essere cambiato mentre il reattore è in funzione, perché si trova in un edificio comune e non in canali separati, come nell'RBMK. Il tempo di rifornimento del carburante solitamente coincide con il tempo di manutenzione, il che riduce l'impatto di questo fattore sull'ICF (fattore di potenza installato).

— Il circuito primario è ad alta pressione, il che potrebbe potenzialmente causare un incidente di depressurizzazione maggiore rispetto all'RBMK.

— Il trasporto del reattore dall'impianto di produzione al cantiere della centrale nucleare è molto difficile.

Bene, abbiamo considerato il lavoro delle centrali termiche, ora considereremo il lavoro

Il principio di funzionamento di una centrale idroelettrica è abbastanza semplice. Una catena di strutture idrauliche fornisce la pressione necessaria dell'acqua che scorre alle pale di una turbina idraulica, che aziona i generatori che generano elettricità.

La pressione dell'acqua necessaria si forma attraverso la costruzione di una diga e, come risultato della concentrazione del fiume in un determinato luogo, o per derivazione, il flusso naturale dell'acqua. In alcuni casi si utilizzano insieme sia una diga che una derivazione per ottenere la necessaria pressione dell'acqua. Gli HPP hanno un'elevata flessibilità di potenza generata, nonché un basso costo dell'elettricità generata. Questa caratteristica della centrale idroelettrica ha portato alla creazione di un altro tipo di centrale elettrica: la centrale ad accumulo di pompaggio. Tali stazioni sono in grado di accumulare l'elettricità generata e di metterla in uso nei momenti di picco dei carichi. Il principio di funzionamento di tali centrali è il seguente: in determinati periodi (normalmente di notte), le unità idroelettriche HPP funzionano come pompe, consumando energia elettrica dalla rete elettrica e pompano acqua in vasche superiori appositamente attrezzate. Quando c'è una richiesta (durante i picchi di carico), l'acqua da loro entra nella condotta in pressione e aziona le turbine. I PSPP svolgono una funzione estremamente importante nel sistema elettrico (controllo della frequenza), ma non sono ampiamente utilizzati nel nostro paese, perché. Di conseguenza, consumano più energia di quella che emettono. Cioè, una stazione di questo tipo non è redditizia per il proprietario. Ad esempio, alla Zagorskaya PSP, la potenza dei generatori idroelettrici in modalità generatore è di 1200 MW e in modalità pompa - 1320 MW. Tuttavia, questo tipo di stazioni è più adatto per un rapido aumento o diminuzione della potenza generata, quindi è vantaggioso costruirle vicino, ad esempio, a una centrale nucleare, poiché quest'ultima funziona in modalità base.

Abbiamo esaminato come viene prodotta l'energia elettrica. È ora di porsi una domanda seria: "E quale tipo di stazioni soddisfa al meglio tutti i moderni requisiti di affidabilità, rispetto dell'ambiente e, oltre a questo, si distinguerà anche per un basso costo dell'energia?" Ognuno risponderà a questa domanda in modo diverso. Ecco la mia lista del "meglio del meglio".

1) CHPP su gas naturale. L'efficienza di tali impianti è molto elevata, ed è elevato anche il costo del combustibile, ma il gas naturale è uno dei combustibili più "puliti", e questo è molto importante per l'ecologia della città, entro i cui confini il calore di solito si trovano centrali elettriche.

2) HPP e PSP. I vantaggi rispetto agli impianti termici sono evidenti, in quanto questo tipo di impianti non inquina l'atmosfera e produce l'energia più “economica”, che peraltro è una risorsa rinnovabile.

3) CCGT sul gas naturale. La più alta efficienza tra le centrali termiche, così come una piccola quantità di combustibile consumato, risolverà in parte il problema dell'inquinamento termico della biosfera e delle limitate riserve di combustibili fossili.

4) Centrale nucleare. Durante il normale funzionamento, una centrale nucleare emette nell'ambiente 3-5 volte meno sostanze radioattive rispetto a una centrale termica della stessa capacità, quindi la sostituzione parziale delle centrali termiche con centrali nucleari è pienamente giustificata.

5) GRES. Attualmente, tali stazioni utilizzano il gas naturale come carburante. Questo è assolutamente privo di significato, poiché con lo stesso successo è possibile utilizzare il gas di petrolio associato (APG) nelle fornaci del GRES o bruciare carbone, le cui riserve sono enormi rispetto alle riserve di gas naturale.

Questo conclude la prima parte dell'articolo.

Materiale preparato:
studente del gruppo ES-11b SWGU Agibalov Sergey.

centrale termoelettrica combinata (CHP)

Gli impianti di cogenerazione erano più ampiamente utilizzati in URSS. I primi gasdotti furono posati da centrali elettriche a Leningrado e Mosca (1924, 1928). Dagli anni '30. la progettazione e realizzazione di una centrale termica con una capacità di 100-200 MW Alla fine del 1940, la capacità di tutte le centrali termoelettriche in esercizio raggiunse 2 gwt, fornitura di calore annuale - 10 8 gj, e la lunghezza delle reti termiche (vedi rete termica) - 650 km. A metà degli anni '70. la potenza elettrica totale del cogeneratore è di circa 60 gwt(con la capacità totale delle centrali Centrale termoelettrica 220 e centrali termoelettriche Centrale termoelettrica 180 gwt). La produzione annuale di elettricità presso il CHPP raggiunge i 330 miliardi di kWh. kWh, rilascio di calore - 4․10 9 GJ; capacità dei singoli nuovi CHPP - 1.5-1.6 gwt con rilascio di calore orario fino a (1,6-2,0)․10 4 GJ; produzione specifica di energia elettrica durante la fornitura 1 GJ calore - 150-160 kWh. Consumo specifico di carburante di riferimento per la produzione 1 kWh l'elettricità è in media 290 G(mentre al GRES - 370 G); il consumo specifico medio annuo più basso di carburante standard a cogenerazione circa 200 g/kW․h(nelle migliori centrali elettriche del distretto statale - circa 300 g/kW․h). Un consumo specifico di carburante così ridotto (rispetto al GRES) si spiega con la produzione combinata di due tipi di energia sfruttando il calore del vapore di scarico. In URSS, le centrali termoelettriche risparmiano fino a 25 milioni T combustibile di riferimento all'anno (centrale termica ed elettrica 11% di tutto il combustibile utilizzato per la produzione di energia elettrica).

La cogenerazione è il principale anello di produzione del sistema di teleriscaldamento. La costruzione di una centrale termica è una delle direzioni principali nello sviluppo dell'economia energetica nell'URSS e in altri paesi socialisti. Nei paesi capitalisti le centrali termiche sono a distribuzione limitata (principalmente centrali termiche industriali).

Illuminato.: Sokolov E. Ya., Fornitura di calore e reti di calore, M., 1975; Ryzhkin V. Ya., Centrali termiche, M., 1976.

V. Ya. Ryzhkin.

Grande enciclopedia sovietica. - M.: Enciclopedia sovietica. 1969-1978 .

Guarda cos'è "centrale termica e elettrica" ​​in altri dizionari:

- (CHP), una centrale termoelettrica a turbina a vapore che produce e fornisce ai consumatori contemporaneamente 2 tipi di energia: elettrica e termica (sotto forma di acqua calda, vapore). In Russia, la capacità dei singoli CHPP raggiunge 1,5 1,6 GW con una vacanza oraria ... ... Enciclopedia moderna

- (Centrale di cogenerazione CHP), una centrale termica che produce non solo energia elettrica, ma anche calore fornito ai consumatori sotto forma di vapore e acqua calda ... Grande dizionario enciclopedico

CENTRO TERMICO, e, per le donne. Centrale termoelettrica che genera elettricità e calore (acqua calda, vapore) (CHP). Dizionario esplicativo di Ozhegov. SI Ozhegov, N.Yu. Shvedova. 1949 1992 ... Dizionario esplicativo di Ozhegov Grande enciclopedia politecnica

CHPP 26 (CHPP meridionale) a Mosca ... Wikipedia

INTRODUZIONE 4

1 CENTRALI DI CHP.. 5

1.1 Caratteristiche generali. cinque

1.2 Diagramma schematico di CHP.. 10

1.3 Il principio di funzionamento della cogenerazione. undici

1.4 Consumo di calore ed efficienza del cogeneratore……………………………………………………..15

2 CONFRONTO TRA CHPPS RUSSI E STRANIERI .. 17

2.1 Cina. 17

2.2 Giappone. diciotto

2.3 India. 19

2.4 Regno Unito. venti

CONCLUSIONE. 22

RIFERIMENTI.. 23

INTRODUZIONE

La cogenerazione è il principale anello di produzione del sistema di teleriscaldamento. La costruzione di una centrale termica è una delle direzioni principali nello sviluppo dell'economia energetica nell'URSS e in altri paesi socialisti. Nei paesi capitalisti le centrali termiche sono a distribuzione limitata (principalmente centrali termiche industriali).

Le centrali elettriche combinate (CHP) sono centrali elettriche con generazione combinata di elettricità e calore. Si caratterizzano per il fatto che il calore di ogni chilogrammo di vapore prelevato dalla turbina viene utilizzato in parte per generare energia elettrica, e quindi per consumare vapore e acqua calda.

La cogenerazione è progettata per la fornitura centralizzata di calore ed elettricità alle imprese industriali e alle città.

Una pianificazione della produzione tecnicamente ed economicamente giustificata presso i CHPP consente di ottenere le massime prestazioni operative al minor costo di tutti i tipi di risorse di produzione, poiché nei CHPP il calore del vapore "speso" nelle turbine viene utilizzato per le esigenze di produzione, riscaldamento e riscaldamento fornitura d'acqua.

CENTRALI DI CHP

Centrale termoelettrica combinata - una centrale elettrica che genera energia elettrica convertendo l'energia chimica del combustibile in energia meccanica di rotazione dell'albero di un generatore elettrico.

caratteristiche generali

Centrale termoelettrica combinata - centrale termica , generando non solo energia elettrica, ma anche calore fornito ai consumatori sotto forma di vapore e acqua calda. L'utilizzo a fini pratici del calore di scarto dei motori che fanno ruotare i generatori elettrici è una caratteristica distintiva della cogenerazione ed è chiamato Cogenerazione. La produzione combinata di due tipi di energia contribuisce a un uso più economico del combustibile rispetto alla generazione separata di energia elettrica nelle centrali a condensazione e di energia termica nelle centrali termiche locali. La sostituzione delle caldaie locali che utilizzano il carburante in modo irrazionale e inquinano l'atmosfera di città e paesi con un sistema di riscaldamento centralizzato contribuisce non solo a un notevole risparmio di carburante, ma anche ad un aumento della purezza del bacino d'aria , miglioramento delle condizioni igienico-sanitarie dei centri abitati.

La fonte di energia iniziale dei CHPP è il combustibile organico (presso i CHPP con turbina a vapore e turbina a gas) o il combustibile nucleare (presso i CHPP nucleari pianificati). Gli impianti di cogenerazione a turbina a vapore alimentati a combustibili fossili (1976) sono prevalentemente distribuiti ( Riso. uno), che, insieme alle centrali a condensazione, sono la tipologia principale di centrali termoelettriche a turbina a vapore (TPES). Esistono impianti di cogenerazione di tipo industriale - per la fornitura di calore alle imprese industriali e di tipo riscaldamento - per il riscaldamento di edifici residenziali e pubblici, nonché per la fornitura di acqua calda. Il calore degli impianti di cogenerazione industriali viene trasferito su una distanza fino a diversi km(principalmente sotto forma di calore a vapore), dal riscaldamento - a una distanza fino a 20-30 km(sotto forma di acqua calda).

L'attrezzatura principale dei cogeneratori a turbina a vapore sono le unità a turbina che convertono l'energia della sostanza in lavorazione (vapore) in energia elettrica e le caldaie , generazione di vapore per turbine. Il gruppo turbina è composto da una turbina a vapore e un generatore sincrono. Le turbine a vapore utilizzate negli impianti di cogenerazione sono chiamate turbine combinate di calore e potenza (CT). Tra questi si distingue TT: con una contropressione, solitamente pari a 0,7-1,5 uomo/m 2 (installato in impianti di cogenerazione che forniscono vapore alle imprese industriali); con condensazione ed estrazione del vapore sotto pressione 0,7-1,5 uomo/m 2 (per i consumatori industriali) e 0,05-0,25 Mn/m 2 (per i consumatori domestici); con condensazione ed estrazione del vapore (riscaldamento) sotto pressione 0,05-0,25 uomo/m 2 .

Il calore di scarto dei TA di contropressione può essere completamente utilizzato. Tuttavia, la potenza elettrica sviluppata da tali turbine dipende direttamente dall'entità del carico termico e, in assenza di quest'ultimo (come, ad esempio, accade in estate per il riscaldamento degli impianti di cogenerazione), non producono energia elettrica. Pertanto, HP con contropressione viene utilizzato solo se è previsto un carico termico sufficientemente uniforme per l'intera durata del funzionamento del cogeneratore (cioè principalmente nei cogeneratori industriali).

Per le pompe di calore con condensazione ed estrazione di vapore, per fornire calore ai consumatori viene utilizzato solo il vapore di estrazione e il calore del flusso di vapore di condensazione viene ceduto nel condensatore all'acqua di raffreddamento e viene perso. Per ridurre le dispersioni di calore, tali TA dovrebbero funzionare per la maggior parte del tempo secondo il programma “termico”, cioè con un passaggio minimo di “ventilazione” di vapore nel condensatore. In URSS sono stati sviluppati e costruiti HP con condensazione ed estrazione di vapore, nei quali è previsto l'utilizzo del calore di condensazione: tali HP, in condizioni di sufficiente carico termico, possono funzionare come HP con contropressione. I TA con condensazione ed estrazione del vapore sono utilizzati prevalentemente nei cogeneratori come universali in termini di possibili modalità operative. Il loro utilizzo permette di regolare i carichi termici ed elettrici in maniera quasi indipendente; in un caso particolare, con carichi termici ridotti o in loro assenza, l'impianto di cogenerazione può funzionare secondo il programma “elettrico”, con la potenza elettrica richiesta, piena o quasi completa.

La potenza elettrica delle turbine di riscaldamento (a differenza delle unità motocondensanti) viene preferibilmente scelta non secondo una determinata scala di potenza, ma in base alla quantità di vapore fresco da esse consumata. Pertanto, in URSS, le grandi turbine di cogenerazione vengono unificate proprio secondo questo parametro. Pertanto, le unità turbina R-100 con contropressione, PT-135 con estrazioni industriali e di riscaldamento e T-175 con estrazioni di riscaldamento hanno la stessa portata di vapore vivo (circa 750 T/h), ma diversa potenza elettrica (rispettivamente 100, 135 e 175 MW). Le caldaie che generano vapore per tali turbine hanno la stessa capacità (circa 800 T/h). Tale unificazione consente di utilizzare turbine di vario tipo con la stessa attrezzatura termica di caldaie e turbine in un cogeneratore. In URSS, anche le caldaie utilizzate per lavorare presso i TPP per vari scopi sono state unificate. Quindi, caldaie con una capacità di vapore di 1000 T/h utilizzato per fornire vapore come turbine a condensazione per 300 MW, e i più grandi TT del mondo a 250 MW.

Il carico termico degli impianti di cogenerazione è irregolare durante tutto l'anno. Al fine di ridurre il costo dell'apparecchiatura di alimentazione principale, parte del calore (40-50%) durante i periodi di maggiore carico viene fornito ai consumatori dalle caldaie di picco dell'acqua calda. La quota di calore rilasciata dall'apparecchiatura di alimentazione principale al carico massimo determina il valore del coefficiente di fornitura di calore CHP (solitamente pari a 0,5-0,6). Allo stesso modo è possibile coprire i picchi del carico industriale termico (a vapore) (circa il 10-20% del massimo) con caldaie a vapore di picco a bassa pressione. Il rilascio di calore può essere effettuato secondo due schemi ( Riso. 2). Con un circuito aperto, il vapore delle turbine viene inviato direttamente ai consumatori. Con un circuito chiuso, il calore viene fornito al liquido di raffreddamento (vapore, acqua) trasportato alle utenze attraverso scambiatori di calore (vapore e vapore-acqua). La scelta del regime è determinata in larga misura dal regime idrico del CHPP.

Le centrali termoelettriche utilizzano combustibili solidi, liquidi o gassosi. A causa della maggiore vicinanza delle centrali termoelettriche alle aree abitate, queste utilizzano più combustibili pregiati, meno inquinando l'atmosfera con emissioni solide - olio combustibile e gas - più ampiamente (rispetto alla centrale distrettuale statale). Per proteggere il bacino d'aria dall'inquinamento con particelle solide, vengono utilizzati collettori di cenere (come nella centrale elettrica del distretto statale). , per la dispersione in atmosfera di particelle solide, ossidi di zolfo e di azoto si realizzano camini fino a 200-250 m. Gli impianti di cogenerazione costruiti vicino ai consumatori di calore sono generalmente separati dalle fonti di approvvigionamento idrico a notevole distanza. Pertanto, la maggior parte delle centrali termiche utilizza un sistema di approvvigionamento idrico a circolazione con raffreddatori artificiali - torri di raffreddamento. L'approvvigionamento idrico a flusso diretto negli impianti di cogenerazione è raro.

Negli impianti di cogenerazione con turbina a gas, le turbine a gas vengono utilizzate per azionare i generatori elettrici. La fornitura di calore alle utenze avviene grazie al calore sottratto al raffreddamento dell'aria compressa dai compressori dell'impianto a turbina a gas, e al calore dei gas scaricati nella turbina. Anche le centrali elettriche a ciclo combinato (dotate di turbine a vapore e turbine a gas) e le centrali nucleari possono funzionare come centrali di cogenerazione.

Riso. 1. Vista generale della centrale termoelettrica combinata.

Riso. Fig. 2. Gli schemi più semplici di centrali termiche ed elettriche combinate con varie turbine e vari schemi di rilascio di vapore: a - una turbina con contropressione ed estrazione di vapore, rilascio di calore - secondo uno schema aperto; b - turbina a condensazione con estrazione di vapore, fornitura di calore - secondo schemi aperti e chiusi; PC - caldaia a vapore; PP - surriscaldatore; PT - turbina a vapore; G - generatore elettrico; K - condensatore; P - estrazione del vapore di produzione regolata per le esigenze tecnologiche dell'industria; T - estrazione del calore regolabile per riscaldamento; TP - consumatore di calore; DA - carico di riscaldamento; KN e PN - pompe di condensa e alimentazione; LDPE e HDPE - riscaldatori ad alta e bassa pressione; D - disaeratore; PB - serbatoio dell'acqua di alimentazione; SP - riscaldatore di rete; CH - pompa di rete.

Diagramma schematico della cogenerazione

Riso. 3. Diagramma schematico della cogenerazione.

A differenza di CPP, CHP produce e distribuisce ai consumatori non solo energia elettrica, ma anche termica sotto forma di acqua calda e vapore.

Per fornire acqua calda vengono utilizzati riscaldatori di rete (caldaie), in cui l'acqua viene riscaldata dal vapore dall'estrazione del calore della turbina alla temperatura richiesta. L'acqua nei riscaldatori di rete è chiamata rete. Dopo il raffreddamento presso le utenze, l'acqua di rete viene nuovamente pompata ai riscaldatori di rete. La condensa della caldaia viene pompata al disaeratore.

Il vapore fornito alla produzione viene utilizzato dai consumatori delle piante per vari scopi. La natura di tale utilizzo dipende dalla possibilità di restituire la condensa di produzione al KA CHPP. La condensa restituita dalla produzione, se di qualità rispondente agli standard produttivi, viene inviata al disaeratore da una pompa posta a valle della vasca di raccolta. In caso contrario, viene inviato alla WLU per l'opportuna lavorazione (desalinizzazione, rammollimento, deferrizzazione, ecc.).

La cogenerazione è solitamente dotata di un veicolo spaziale a tamburo. Da questi veicoli spaziali, una piccola parte dell'acqua della caldaia viene scaricata soffiando nell'espansore di spurgo continuo e quindi attraverso lo scambiatore di calore viene scaricata nello scarico. L'acqua scaricata è chiamata acqua di spurgo. Il vapore ottenuto nell'espansore viene solitamente inviato al disaeratore.

Il principio di funzionamento del cogeneratore

Consideriamo lo schema tecnologico di base del CHPP (Fig. 4), che caratterizza la composizione delle sue parti, la sequenza generale dei processi tecnologici.

Riso. 4. Schema schematico dell'impianto di cogenerazione.

La struttura del CHPP prevede un risparmio di carburante (TF) e dispositivi per la sua preparazione prima della combustione (PT). Il risparmio di carburante comprende dispositivi di ricezione e scarico, meccanismi di trasporto, depositi di carburante, dispositivi per la preparazione preliminare del carburante (impianti di frantumazione).

I prodotti della combustione del combustibile - i fumi vengono aspirati da aspiratori di fumo (DS) e scaricati nell'atmosfera attraverso camini (DTR). La parte non combustibile dei combustibili solidi cade nel forno sotto forma di scorie (Sh) e una parte significativa sotto forma di piccole particelle viene portata via dai gas di combustione. Per proteggere l'atmosfera dal rilascio di ceneri volanti, i collettori di cenere (AS) sono installati davanti agli aspiratori di fumo. Le scorie e la cenere vengono solitamente rimosse nelle discariche di cenere. L'aria necessaria per la combustione viene fornita alla camera di combustione da ventilatori. Aspiratori di fumo, un camino, ventilatori di scoppio costituiscono l'installazione del tiraggio della stazione (TDU).

Le sezioni sopra elencate formano uno dei principali percorsi tecnologici: il percorso carburante-gas-aria.

Il secondo percorso tecnologico più importante di una centrale a turbina a vapore è quello vapore-acqua, comprendente la parte vapore-acqua del generatore di vapore, un motore termico (TD), principalmente una turbina a vapore, un'unità motocondensante, compreso un condensatore ( K) e una pompa della condensa (KN), un sistema di alimentazione dell'acqua tecnica (TV) con pompe dell'acqua di raffreddamento (NOV), un impianto di trattamento e alimentazione dell'acqua, compreso il trattamento dell'acqua (VO), riscaldatori ad alta e bassa pressione (HPV e HDPE), pompe di alimentazione (PN), nonché tubazioni del vapore e dell'acqua.

Nel sistema del percorso combustibile-gas-aria, l'energia chimicamente legata del combustibile durante la combustione nella camera di combustione viene rilasciata sotto forma di energia termica trasmessa per irraggiamento e convezione attraverso le pareti metalliche del sistema di tubazioni del generatore di vapore all'acqua e il vapore formato dall'acqua. L'energia termica del vapore viene convertita nella turbina nell'energia cinetica del flusso trasferito al rotore della turbina. L'energia meccanica di rotazione del rotore di una turbina collegata al rotore di un generatore elettrico (EG) viene convertita nell'energia di una corrente elettrica, che viene sottratta, meno il proprio consumo, ad un'utenza elettrica.

Il calore del fluido di lavoro che ha lavorato nelle turbine può essere utilizzato per le esigenze dei consumatori di calore esterni (TP).

Il consumo di calore si verifica nelle seguenti aree:

1. Consumi per fini tecnologici;

2. Consumi per riscaldamento e ventilazione di edifici residenziali, pubblici e industriali;

3. Consumi per altri bisogni domestici.

Il programma del consumo di calore tecnologico dipende dalle caratteristiche della produzione, dalla modalità di funzionamento, ecc. La stagionalità del consumo in questo caso si verifica solo in casi relativamente rari. Nella maggior parte delle imprese industriali, la differenza tra il consumo di calore invernale ed estivo per scopi tecnologici è insignificante. Una piccola differenza si ottiene solo nel caso di utilizzo di parte del vapore di processo per il riscaldamento, oltre che per un aumento della dispersione termica in inverno.

Per i consumatori di calore, sulla base di numerosi dati operativi, vengono impostati indicatori energetici, ad es. norme sulla quantità di calore consumata dai vari tipi di produzione per unità di produzione.

Il secondo gruppo di utenze, fornito di calore per riscaldamento e ventilazione, è caratterizzato da una notevole uniformità dei consumi di calore nell'arco della giornata e da una forte disuniformità dei consumi di calore durante tutto l'anno: da zero in estate a un massimo in inverno.

La potenza termica del riscaldamento dipende direttamente dalla temperatura esterna, ad es. da fattori climatici e meteorologici.

Quando il calore viene rilasciato dall'impianto, il vapore e l'acqua calda riscaldati nei riscaldatori di rete dal vapore proveniente dalle estrazioni delle turbine possono fungere da vettori di calore. La questione della scelta dell'uno o dell'altro liquido di raffreddamento e dei suoi parametri viene decisa in base ai requisiti della tecnologia di produzione. In alcuni casi, il vapore a bassa pressione utilizzato nella produzione (ad esempio dopo i martelli a vapore) viene utilizzato per il riscaldamento e la ventilazione. A volte il vapore viene utilizzato per riscaldare gli edifici industriali al fine di evitare l'installazione di un sistema di riscaldamento dell'acqua calda separato.

Il rilascio di vapore laterale per il riscaldamento è chiaramente inappropriato, poiché le esigenze di riscaldamento possono essere facilmente soddisfatte con acqua calda, lasciando tutto il vapore di riscaldamento condensato nella stazione.

Il rilascio di acqua calda per scopi tecnologici è relativamente raro. I consumatori di acqua calda sono solo le industrie che la utilizzano per il lavaggio a caldo e altri processi simili e l'acqua inquinata non viene più restituita alla stazione.

L'acqua calda fornita per il riscaldamento e la ventilazione viene riscaldata alla stazione in riscaldatori di rete con vapore da una pressione di estrazione regolata di 1,17-2,45 bar. A questa pressione, l'acqua viene riscaldata a una temperatura di 100-120.

Tuttavia, a basse temperature esterne, il rilascio di grandi quantità di calore a tale temperatura dell'acqua diventa impraticabile, poiché la quantità di acqua circolante nella rete e, di conseguenza, il consumo energetico per il suo pompaggio aumenta notevolmente. Pertanto, oltre ai riscaldatori principali alimentati con vapore da estrazione controllata, sono installati riscaldatori di punta, ai quali viene fornito vapore riscaldante con una pressione di 5,85-7,85 bar da un'estrazione a pressione maggiore o direttamente dalle caldaie tramite un gruppo di riduzione-raffreddamento .

Maggiore è la temperatura iniziale dell'acqua, minore è il consumo di energia per l'azionamento delle pompe di rete, nonché il diametro dei tubi di calore. Attualmente, nei riscaldatori di punta, l'acqua viene spesso riscaldata a una temperatura di 150 °C dal consumatore; con un carico puramente termico, di solito ha una temperatura di circa 70 °C.

1.4. Consumo di calore ed efficienza della cogenerazione

Le centrali termiche e elettriche combinate rilasciano elettricità e calore ai consumatori con il vapore che è stato esaurito nella turbina. In Unione Sovietica è consuetudine distribuire i costi del calore e del combustibile tra questi due tipi di energia:

2) per la produzione e cessione di calore:

	,	(3.3)
	,	(3.3a)

dove - consumo di calore per un'utenza esterna; - fornitura di calore al consumatore; h t è l'efficienza della fornitura di calore da parte di un impianto a turbina, tenendo conto delle perdite di calore durante il suo rilascio (nei riscaldatori di rete, nelle tubazioni del vapore, ecc.); h t = 0,98¸0,99.

Consumo totale di calore per l'impianto a turbina Q tu è costituito dall'equivalente termico della potenza interna della turbina 3600 N io, consumo di calore per un'utenza esterna Q te perdita di calore nel condensatore della turbina Q j. L'equazione generale per il bilancio termico di un impianto a turbina di cogenerazione ha la forma

Per la cogenerazione nel suo insieme, tenendo conto dell'efficienza della caldaia a vapore h p.k ed efficienza del trasporto di calore h tr otteniamo:

	;	(3.6)
	.	(3.6 bis)

Il valore è fondamentalmente determinato dal valore valore-valore.

La generazione di elettricità utilizzando il calore di scarto aumenta significativamente l'efficienza della produzione di elettricità nei CHPP rispetto ai CPP e porta a un notevole risparmio di carburante nel paese.

Conclusione parte prima

Pertanto, la centrale termoelettrica combinata non è una fonte di inquinamento su larga scala dell'area di ubicazione. Una pianificazione della produzione tecnicamente ed economicamente giustificata presso i CHPP consente di ottenere le massime prestazioni operative al minor costo di tutti i tipi di risorse di produzione, poiché nei CHPP, il calore del vapore "speso" nelle turbine viene utilizzato per le esigenze di produzione, riscaldamento e fornitura di acqua calda

CONFRONTO TRA CHPPS RUSSI E STRANIERI

I maggiori paesi produttori di elettricità del mondo sono gli Stati Uniti, la Cina, che producono il 20% della produzione mondiale, e il Giappone, la Russia e l'India, che sono 4 volte inferiori a loro.

Cina

Il consumo energetico della Cina entro il 2030, secondo le previsioni di ExxonMobil, sarà più che raddoppiato. In generale, la quota della Cina a questo punto rappresenterà circa 1/3 dell'aumento globale della domanda di elettricità. Questa dinamica, secondo ExxonMobil, è fondamentalmente diversa dalla situazione negli Stati Uniti, dove la previsione di crescita della domanda è molto moderata.

Attualmente, la struttura delle capacità di produzione della Cina è la seguente. Circa l'80% dell'elettricità generata in Cina è fornita da centrali termoelettriche a carbone, che è associata alla presenza di grandi giacimenti di carbone nel Paese. Il 15% è fornito da centrali idroelettriche, il 2% da centrali nucleari e l'1% ciascuna da centrali termoelettriche a olio combustibile, centrali termoelettriche a gas e altre centrali (eolico, ecc.). Quanto alle previsioni, nel prossimo futuro (2020) il ruolo del carbone nel settore energetico cinese rimarrà dominante, ma la quota dell'energia nucleare (fino al 13%) e la quota del gas naturale (fino al 7%) 1 un aumento significativo, il cui utilizzo migliorerà significativamente la situazione ambientale nelle città cinesi in rapido sviluppo.

Giappone

La capacità totale installata delle centrali elettriche in Giappone raggiunge i 241,5 milioni di kW. Di questi, il 60% sono centrali termoelettriche (comprese centrali termoelettriche funzionanti a gas - 25%, olio combustibile - 19%, carbone - 16%). Le centrali nucleari rappresentano il 20%, le centrali idroelettriche il 19% della capacità totale di produzione di energia. In Giappone sono presenti 55 centrali termoelettriche con una capacità installata di oltre 1 milione di kW. I più grandi sono gas: Kawagoe(Chubu Electric) - 4,8 milioni di kW, higashi(Tohoku Electric) - 4,6 milioni di kW, Kashima a petrolio (Tokyo Electric) - 4,4 milioni di kW e Hekinan a carbone (Chubu Electric) - 4,1 milioni di kW.

Tabella 1 - Produzione di elettricità nelle centrali termoelettriche secondo l'IEEJ-Institute of Energy Economics, Japan (Institute of Energy Economics, Japan)

India

Circa il 70% dell'elettricità consumata in India è generata da centrali termoelettriche. Il programma di elettrificazione adottato dalle autorità del Paese ha trasformato l'India in uno dei mercati più attraenti per gli investimenti e la promozione dei servizi di ingegneria. Negli ultimi anni, la repubblica ha adottato misure coerenti per creare un'industria dell'energia elettrica a tutti gli effetti e affidabile. L'esperienza dell'India è degna di nota per il fatto che in un Paese che soffre di carenza di materie prime di idrocarburi, si persegue attivamente lo sviluppo di fonti energetiche alternative. Una caratteristica del consumo di elettricità in India, rilevata dagli economisti della Banca Mondiale, è che la crescita dei consumi delle famiglie è fortemente limitata dalla mancanza di accesso all'elettricità per quasi il 40% dei residenti (secondo altre fonti, l'accesso all'elettricità è limitato a 43 % dei residenti urbani e 55% dei residenti rurali). Un'altra malattia dell'industria energetica locale è l'inaffidabilità delle forniture. Le interruzioni di corrente sono una situazione comune anche nelle grandi annate e nei centri industriali del paese.

Secondo l'Agenzia internazionale per l'energia, date le attuali realtà economiche, l'India è uno dei pochi paesi in cui è previsto un costante aumento del consumo di elettricità nel prossimo futuro. L'economia di questo paese, secondo al mondo in termini di popolazione, è una delle più in rapida crescita. Negli ultimi due decenni, la crescita media annua del PIL è stata del 5,5%. Nell'anno finanziario 2007/08, secondo la Central Statistical Organization of India, il PIL ha raggiunto i 1.059,9 miliardi di dollari, rendendo il paese la dodicesima economia più grande del mondo. Nella struttura del PIL dominano i servizi (55,9%), seguiti dall'industria (26,6%) e dall'agricoltura (17,5%). Allo stesso tempo, secondo dati non ufficiali, nel luglio di quest'anno è stato stabilito nel paese una sorta di record quinquennale: la domanda di elettricità ha superato l'offerta del 13,8%.

Più del 50% dell'elettricità indiana è generata da centrali termoelettriche a carbone. L'India è sia il terzo produttore mondiale di carbone che il terzo consumatore mondiale di questa risorsa, pur rimanendo un esportatore netto di carbone. Questo tipo di carburante rimane il più importante e il più economico per l'industria energetica indiana, dove fino a un quarto della popolazione vive al di sotto della soglia di povertà.

Gran Bretagna

Oggi nel Regno Unito, le centrali elettriche a carbone producono circa un terzo dell'elettricità di cui il paese ha bisogno. Tali centrali elettriche emettono milioni di tonnellate di gas serra e particelle tossiche di particolato nell'atmosfera, quindi gli ambientalisti esortano costantemente il governo a chiudere immediatamente queste centrali elettriche. Ma il problema è che non c'è nulla per reintegrare quella parte di energia elettrica generata dalle centrali termiche.

Conclusione per la seconda parte

Pertanto, la Russia è inferiore ai maggiori paesi produttori di elettricità del mondo, Stati Uniti e Cina, che generano ciascuno il 20% della produzione mondiale, ed è alla pari con Giappone e India.

CONCLUSIONE

Questo saggio descrive i tipi di centrali termoelettriche combinate. Vengono presi in considerazione il diagramma schematico, lo scopo degli elementi della struttura e la descrizione del loro lavoro. È stata determinata l'efficienza principale della stazione.

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Fornire alla popolazione calore ed elettricità è uno dei compiti principali dello stato. Inoltre, senza la generazione di elettricità, è impossibile immaginare un'industria manifatturiera e di trasformazione sviluppata, senza la quale l'economia del paese non può esistere in linea di principio.

Uno dei modi per risolvere il problema della carenza di energia è la costruzione di una centrale termica. La decodifica di questo termine è abbastanza semplice: si tratta della cosiddetta centrale termoelettrica combinata, che è una delle tipologie più diffuse di centrali termiche. Nel nostro Paese sono molto diffusi, in quanto alimentati da combustibili fossili organici (carbone), le cui caratteristiche sono soggette a fabbisogni molto modesti.

Peculiarità

Ecco cos'è la cogenerazione. Decifrare il concetto ti è già familiare. Ma quali sono le caratteristiche di questo tipo di centrale? Del resto, non è un caso che vengano individuati in una categoria a parte!?

Il fatto è che producono non solo elettricità, ma anche calore, che viene fornito ai consumatori sotto forma di acqua calda e vapore. Va notato che l'elettricità è un sottoprodotto, poiché il vapore che viene fornito agli impianti di riscaldamento fa ruotare prima le turbine dei generatori. La combinazione di due imprese (caldaia e centrale elettrica) è buona perché è possibile ridurre significativamente il consumo di carburante.

Tuttavia, questo porta anche a una "area di distribuzione" piuttosto insignificante della cogenerazione. La decodifica è semplice: poiché dalla stazione viene fornita non solo l'elettricità, che può essere trasportata per migliaia di chilometri con perdite minime, ma anche un liquido di raffreddamento riscaldato, non possono essere posizionati a una distanza considerevole dall'insediamento. Non sorprende che quasi tutte le centrali termoelettriche siano costruite nelle immediate vicinanze delle città, i cui abitanti riscaldano e illuminano.

Significato ecologico

A causa del fatto che durante la costruzione di una tale centrale elettrica è possibile sbarazzarsi di molte vecchie caldaie della città, che svolgono un ruolo estremamente negativo nello stato ecologico dell'area (un'enorme quantità di fuliggine), la purezza dell'aria in città a volte può essere aumentata di un ordine di grandezza. Inoltre, le nuove centrali termoelettriche consentono di eliminare i cumuli di rifiuti nelle discariche cittadine.

Le più recenti apparecchiature di pulizia consentono di pulire efficacemente l'emissione e l'efficienza energetica di tale soluzione risulta estremamente elevata. Pertanto, il rilascio di energia dalla combustione di una tonnellata di petrolio è identico al suo volume, che viene rilasciato quando si riciclano due tonnellate di plastica. E questo "bene" basterà per i decenni a venire!

Molto spesso, la costruzione di un cogeneratore prevede l'uso di combustibili fossili, come abbiamo già discusso in precedenza. Tuttavia, negli ultimi anni, si prevede di creare che sarà montato nelle condizioni delle regioni difficili da raggiungere dell'estremo nord. Poiché la fornitura di carburante è estremamente difficile, l'energia nucleare è l'unica fonte di energia affidabile e permanente.

Come sono?

Ci sono centrali termiche (le cui foto sono nell'articolo) industriali e "domestiche", riscaldamento. Come si può intuire dal nome, le centrali elettriche industriali forniscono elettricità e calore alle grandi imprese manifatturiere.

Spesso vengono realizzati in fase di realizzazione dell'impianto, costituendo con esso un'unica infrastruttura. Di conseguenza, le varietà "domestiche" vengono costruite vicino ai quartieri dormienti della città. Nell'industria viene trasmesso sotto forma di vapore caldo (non più di 4-5 km), in caso di riscaldamento - con acqua calda (20-30 km).

Informazioni sull'attrezzatura della stazione

Le apparecchiature principali di queste imprese sono le turbine che convertono l'energia meccanica in elettricità e le caldaie responsabili della generazione di vapore, che fa ruotare i volani dei generatori. L'unità turbina comprende sia la turbina stessa che il generatore sincrono. I tubi con una contropressione di 0,7–1,5 MN/m2 sono installati negli impianti di cogenerazione che forniscono calore ed energia agli impianti industriali. I modelli con una pressione di 0,05-0,25 MN/m2 servono a fornire i consumatori domestici.

Problemi di efficienza

In linea di principio, tutto il calore generato può essere completamente utilizzato. Questa è solo la quantità di elettricità che viene generata nel cogeneratore (la decodifica di questo termine che già conosci) dipende direttamente dal carico termico. In poche parole, in primavera e in estate, la sua produzione diminuisce quasi a zero. Pertanto, gli impianti di contropressione vengono utilizzati solo per alimentare capacità industriali, in cui il valore del consumo è più o meno uniforme durante l'intero periodo.

Unità condensanti

In questo caso, per fornire calore ai consumatori viene utilizzato solo il cosiddetto “vapore di rimozione” e tutto il resto del calore spesso viene semplicemente disperso, disperdendosi nell'ambiente. Al fine di ridurre le perdite di energia, tali impianti di cogenerazione devono funzionare con una resa termica minima all'unità motocondensante.

Tuttavia, sin dai tempi dell'URSS, tali impianti sono stati costruiti in cui è strutturalmente prevista la modalità ibrida: possono funzionare come centrali convenzionali di cogenerazione a condensazione, ma il loro generatore a turbina consente pienamente il funzionamento in modalità di contropressione.

Varietà universali

Non sorprende che siano proprio gli impianti con condensazione di vapore ad aver ricevuto la massima distribuzione grazie alla loro versatilità. Quindi, solo loro consentono di regolare quasi indipendentemente il carico elettrico e termico. Anche se non è previsto alcun carico di calore (in caso di un'estate particolarmente calda), la popolazione sarà rifornita di elettricità secondo il programma precedente (Western CHPP a San Pietroburgo).

Tipi "termici" di cogenerazione

Come puoi già capire, la produzione di calore in tali centrali elettriche è estremamente irregolare durante tutto l'anno. Idealmente, circa il 50% dell'acqua calda o del vapore viene utilizzato per riscaldare i consumatori e il resto del liquido di raffreddamento viene utilizzato per generare elettricità. È così che funziona il cogeneratore Yugo-Zapadnaya nella capitale settentrionale.

Il rilascio di calore nella maggior parte dei casi viene effettuato secondo due schemi. Se viene utilizzata una versione aperta, il vapore caldo delle turbine va direttamente ai consumatori. Se è stato scelto uno schema di funzionamento chiuso, il liquido di raffreddamento viene fornito dopo il passaggio attraverso gli scambiatori di calore. La scelta dello schema è determinata in base a molti fattori. Innanzitutto si tiene conto della distanza dall'oggetto fornito di calore ed elettricità, della popolazione e della stagione. Pertanto, il CHPP Yugo-Zapadnaya a San Pietroburgo opera secondo uno schema chiuso, poiché offre una maggiore efficienza.

Caratteristiche del carburante utilizzato

Può essere utilizzato solido, liquido e Poiché le centrali termiche sono spesso costruite in prossimità di grandi insediamenti e città, è spesso necessario utilizzarne tipi piuttosto pregiati, gas e olio combustibile. L'uso del carbone e dei rifiuti in quanto tali nel nostro paese è piuttosto limitato, poiché non tutte le stazioni dispongono di moderne ed efficienti apparecchiature di depurazione dell'aria.

Speciali trappole per il particolato vengono utilizzate per pulire lo scarico degli impianti. Per disperdere le particelle solide in strati sufficientemente alti dell'atmosfera, costruiscono tubi alti 200-250 metri. Di norma, tutte le centrali elettriche combinate (CHP) si trovano a una distanza sufficientemente ampia dalle fonti di approvvigionamento idrico (fiumi e bacini idrici). Pertanto, vengono utilizzati sistemi artificiali, che includono torri di raffreddamento. L'approvvigionamento idrico a flusso diretto è estremamente raro, in condizioni molto specifiche.

Caratteristiche delle stazioni di servizio

Si distinguono le centrali termoelettriche a gas. La fornitura di calore ai consumatori avviene non solo grazie all'energia generata durante la combustione, ma anche dall'utilizzo del calore dei gas che si formano in questo caso. L'efficienza di tali installazioni è estremamente elevata. In alcuni casi, le centrali nucleari possono essere utilizzate anche come cogeneratori. Questo è particolarmente comune in alcuni paesi arabi.

Lì queste stazioni svolgono due ruoli contemporaneamente: forniscono alla popolazione elettricità e acqua tecnica, poiché svolgono contemporaneamente le funzioni.Osserviamo ora le principali centrali termoelettriche del nostro paese e dei paesi limitrofi.

Yugo-Zapadnaya, San Pietroburgo

Nel nostro paese è famosa la Zapadnaya CHPP, che si trova a San Pietroburgo. Registrato come OAO Yugo-Zapadnaya CHPP. La costruzione di questa moderna struttura ha svolto diverse funzioni contemporaneamente:

• Compensazione per la grave carenza di energia termica, che ha impedito l'intensificazione del programma di costruzione di alloggi.
• Migliorare l'affidabilità e l'efficienza energetica del sistema cittadino nel suo insieme, poiché San Pietroburgo ha avuto problemi con questo aspetto. La cogenerazione ha permesso di risolvere parzialmente questo problema.

Ma questa stazione è anche nota per essere una delle prime in Russia a soddisfare i più severi requisiti ambientali. Il governo della città ha assegnato un'area di oltre 20 ettari per la nuova impresa. Il fatto è che un'area di riserva rimasta dal distretto di Kirovsky è stata assegnata per la costruzione. Da quelle parti c'era un vecchio raccoglitore di cenere del CHPP-14, e quindi l'area non era adatta alla costruzione di alloggi, ma era estremamente ben posizionata.

Il lancio è avvenuto alla fine del 2010 e alla cerimonia era presente quasi l'intera dirigenza della città. Sono stati messi in funzione due nuovissimi impianti di caldaie automatiche.

Murmansk

La città di Murmansk è conosciuta come la base della nostra flotta sul Mar Baltico. Ma si caratterizza anche per l'estrema severità delle condizioni climatiche, che impone determinati requisiti al suo sistema energetico. Non sorprende che il CHPP di Murmansk sia per molti versi una struttura tecnica assolutamente unica, anche su scala nazionale.

È stato messo in funzione nel 1934 e da allora continua a fornire regolarmente calore ed elettricità ai residenti della città. Tuttavia, nei primi cinque anni, la Murmanskaya CHPP era una normale centrale elettrica. I primi 1150 metri della conduttura del riscaldamento furono posati solo nel 1939. Il punto è l'avvio della centrale idroelettrica Nizhne-Tulomskaya, che ha coperto quasi completamente il fabbisogno di elettricità della città, e quindi è diventato possibile liberare parte della produzione di calore per il riscaldamento delle case di città.

La stazione si caratterizza per il fatto di operare in modo equilibrato tutto l'anno, poiché le sue potenze termiche ed "energetiche" sono approssimativamente uguali. Tuttavia, nelle condizioni della notte polare, la centrale termica in alcuni momenti di punta inizia a utilizzare la maggior parte del combustibile specificamente per la generazione di elettricità.

Stazione di Novopolotsk, Bielorussia

La progettazione e la costruzione di questa struttura iniziò nell'agosto del 1957. Il nuovo Novopolotsk CHPP avrebbe dovuto risolvere il problema non solo di fornire calore alla città, ma anche di fornire elettricità a una raffineria di petrolio in costruzione nella stessa area. Nel marzo 1958 il progetto fu finalmente firmato, approvato e approvato.

La prima fase è stata avviata nel 1966. Il secondo è stato lanciato nel 1977. Allo stesso tempo, il CHPP di Novopolotsk è stato modernizzato per la prima volta, la sua capacità massima è stata aumentata a 505 MW e, poco dopo, è stata posata la terza fase di costruzione, completata nel 1982. Nel 1994 la stazione è stata commutata al gas naturale liquefatto.

Ad oggi sono già stati investiti circa 50 milioni di dollari per la modernizzazione dell'impresa. Grazie a un'iniezione di denaro così impressionante, l'impresa non solo è stata completamente convertita al gas, ma ha anche ricevuto un'enorme quantità di apparecchiature completamente nuove, che consentiranno alla stazione di funzionare per i decenni a venire.

conclusioni

Stranamente, ma oggi sono i CHPP obsoleti che sono stazioni veramente universali e promettenti. Utilizzando moderni neutralizzatori e filtri, è possibile riscaldare l'acqua bruciando quasi tutta la spazzatura prodotta dall'insediamento. In questo modo si ottiene un triplo vantaggio:

• Le discariche vengono scaricate e sgomberate.
• La città riceve elettricità a basso costo.
• Il problema con il riscaldamento è risolto.

Inoltre, nelle zone costiere è del tutto possibile costruire centrali termiche, che saranno contemporaneamente impianti di desalinizzazione dell'acqua di mare. Un tale liquido è abbastanza adatto per l'irrigazione, per complessi zootecnici e imprese industriali. In una parola, la vera tecnologia del futuro!

Il mondo moderno richiede un'enorme quantità di energia (elettrica e termica), che viene prodotta in centrali elettriche di vario tipo.

L'uomo ha imparato come estrarre energia da diverse fonti (combustibili da idrocarburi, risorse nucleari, caduta d'acqua, vento, ecc.) Tuttavia, fino ad oggi, le centrali termiche e nucleari rimangono le più popolari ed efficienti, di cui si parlerà.

Cos'è una centrale nucleare?

Una centrale nucleare (NPP) è una struttura che utilizza la reazione di decadimento del combustibile nucleare per produrre energia.

I tentativi di utilizzare una reazione nucleare controllata (cioè controllata, prevedibile) per generare elettricità sono stati fatti contemporaneamente da scienziati sovietici e americani - negli anni '40 del secolo scorso. Negli anni '50 l'"atomo pacifico" divenne realtà e in molti paesi del mondo iniziarono a costruire centrali nucleari.

Il nodo centrale di qualsiasi centrale nucleare è un impianto nucleare in cui avviene la reazione. Durante il decadimento delle sostanze radioattive viene rilasciata un'enorme quantità di calore. L'energia termica rilasciata viene utilizzata per riscaldare il liquido di raffreddamento (solitamente acqua), che a sua volta riscalda l'acqua del circuito secondario fino a trasformarla in vapore. Il vapore caldo fa girare le turbine, che generano elettricità.

Le controversie sull'opportunità di utilizzare l'energia nucleare per generare elettricità non si placano nel mondo. I sostenitori delle centrali nucleari parlano della loro elevata produttività, della sicurezza dell'ultima generazione di reattori e del fatto che tali centrali non inquinano l'ambiente. Gli oppositori sostengono che le centrali nucleari sono potenzialmente estremamente pericolose e il loro funzionamento e, soprattutto, lo smaltimento del combustibile esaurito sono associati a costi enormi.

Cos'è TES?

Le centrali termoelettriche sono la tipologia di centrali elettriche più tradizionali e diffuse al mondo. Le centrali termiche (come sta per questa abbreviazione) generano elettricità bruciando combustibili idrocarburici: gas, carbone, olio combustibile.


Lo schema di funzionamento di una centrale termica è il seguente: quando il combustibile viene bruciato, viene generata una grande quantità di energia termica, con l'aiuto della quale viene riscaldata l'acqua. L'acqua si trasforma in vapore surriscaldato, che viene immesso nel turbogeneratore. Ruotando, le turbine mettono in moto le parti del generatore elettrico, si genera energia elettrica.

In alcuni impianti di cogenerazione non vi è alcuna fase di trasferimento del calore al liquido di raffreddamento (acqua). Utilizzano impianti a turbina a gas, in cui la turbina viene fatta ruotare da gas ottenuti direttamente dalla combustione del combustibile.

Un vantaggio significativo dei TPP è la disponibilità e la relativa economicità del carburante. Tuttavia, anche le centrali termoelettriche presentano degli svantaggi. Questa è, prima di tutto, una minaccia ecologica per l'ambiente. Quando il carburante viene bruciato, una grande quantità di sostanze nocive viene rilasciata nell'atmosfera. Per rendere più sicure le centrali termoelettriche, vengono utilizzati diversi metodi, tra cui: arricchimento del combustibile, installazione di filtri speciali che intrappolano i composti nocivi, utilizzo del ricircolo dei fumi, ecc.

Cos'è una cogenerazione?

Il nome stesso di questa struttura ricorda il precedente, infatti i cogeneratori, come le centrali termoelettriche, convertono l'energia termica del combustibile bruciato. Ma oltre all'elettricità, le centrali termiche (come sta per CHP) forniscono calore ai consumatori. Gli impianti di cogenerazione sono particolarmente rilevanti nelle zone climatiche fredde, dove è necessario fornire calore agli edifici residenziali e agli edifici industriali. Ecco perché ci sono così tante centrali termiche in Russia, dove viene tradizionalmente utilizzato il riscaldamento centralizzato e l'approvvigionamento idrico delle città.

Secondo il principio di funzionamento, le centrali termoelettriche sono classificate come centrali a condensazione, ma a differenza di esse, nelle centrali termoelettriche combinate, parte dell'energia termica generata viene utilizzata per produrre elettricità e l'altra parte viene utilizzata per riscaldare il liquido di raffreddamento, che viene fornito al consumatore.


Gli impianti di cogenerazione sono più efficienti degli impianti termoelettrici convenzionali perché consentono il massimo utilizzo dell'energia ricevuta. Dopotutto, dopo la rotazione del generatore elettrico, il vapore rimane caldo e questa energia può essere utilizzata per il riscaldamento.

Oltre al termico, ci sono centrali termonucleari, che in futuro dovrebbero svolgere un ruolo di primo piano nella fornitura di energia elettrica e termica delle città del nord.