Электростанции – виды, характеристики электростанций

Зачем нужны электростанции?

Электростанцию можно смело назвать одной из важнейших конструкций, необходимых для обеспечения жизнедеятельности населения. Без электроэнергии сегодня не может существовать ни один населенный пункт или предприятие. Современные электростанции строятся вдали от густонаселенных территорий, состоят из комплекса зданий и установок, делятся на различные типы и виды, объединенные общим принципом. Он заключается в том, что все они работают от системы генераторов, производящих энергии посредством вращения вала.

Виды электростанций

По способу получения энергии электростанции делятся на:

• атомные. Энергия производится ядерными реакторами и рядом специализированных установок и систем;
• тепловые. Основным является внешнее топливо, которое при горении создает энергию для оборачивания вала генератора;
• гидроэлектростанции. В качестве главной «силы» выступает естественная энергия рек, на которых устанавливаются плотины;
• ветроэлектростанции. Зависят от воздушных масс;
• геотермальные. Их питают подводные тепловые источники;
• солнечные. Поглощают и преобразуют солнечную энергию.

По назначению электростанции делятся на следующие виды:

• силовые. Необходимы для электроснабжения крупных потребителей, таких как города и заводы;
• зарядные. Используются для заряда различных аккумуляторов и батарей, оснащаются зарядными устройствами, а также в составе электростанции обязательно имеется электропривод постоянного тока;
• осветительные. Оснащаются комплектном прожекторов и светильников, предназначены для освещения хозяйственных объектов и строительных площадок;
• специальные. Используются при проведении сварочных и иных типов работ.

Также электростанции подразделяются:

• на переменные и постоянные (по роду тока);
• на дизельные и бензиновые (по типу двигателя);
• на больше-, средне- и маломощные (по мощности);
• на низкого и высокого напряжения (по напряжению).

Типы электростанций

Электростанции бывают различных типов, наиболее распространенными из которых являются:

• Тепловые
• Гидравлические
• Атомные

Тепловые станции, осуществляющие выработку энергии, отличаются быстротой возведения и дешевизной, по сравнению с иными разновидностями. Данный тип электростанции способен функционировать надлежащим образом без сезонных колебаний. Несмотря на неоспоримые достоинства, различные типы электростанций имеют несколько собственных недостатков. К примеру, ТЭС работают на невозобновимых ресурсах, создают отходы и режим их работы изменяется медленно, поскольку для разогрева котельной установки требуется несколько суток.

Гидравлические электростанции более экономичны и просты в управлении. Для обслуживания данных станций не требуется многочисленного персонала. Помимо всего прочего, ГЭС обладают продолжительным сроком полезного использования, превышающим 100 лет, а также маневренностью при изменении нагрузки. Невысокая себестоимость производимой энергии является одной из причин большого распространения гидравлических станций на сегодняшний день. Проблема гидроэлектростанций состоит в том, что на их возведение уходит от 15 до 20 лет и процесс строительства осложняется затопление больших площадей плодородных земель. В отдельных случаях могут возникнуть дополнительные проблемы с выбором места для возведения объекта.

Атомные станции функционируют на ядерном топливе и чаще всего размещаются в тех местах, где требуется электрическая энергия, но отсутствуют прочие источники сырья. Около 25 тонн топлива позволяют станции работать на протяжении нескольких лет. Действие АЭС не становится причиной увеличения парникового эффекта, а процесс выработки энергии осуществляется без загрязнения окружающей среды.

Основы функционирования электростанций

Вне зависимости от того, какие бывают электростанции, они по большей части используют энергию вращения вала генератора. Назначение генератора заключается в том, что он:

1. Должен обеспечивать продолжительную стабильную параллельную работу с энергосистемами различной мощности, а также функционирование на автономную нагрузку
2. Претерпевает моментальный сброс и наброс нагрузки, сопоставимой с его номинальной мощностью
3. Выполняет защитную функцию благодаря наличию специальных устройств
4. Запускает двигатель, обеспечивающий функционирование станции

Электростанции являются наиболее оптимальным способом выработки энергии по ряду факторов. На сегодняшний день не существует аналогичных методов, которые смогут обеспечить производство электроэнергии в настолько больших масштабах.

Характеристика промышленных электростанций

Промышленными называются энергоустановки, включенные в состав производственных предприятий. Их основное предназначение заключается в энергоснабжении соответствующих предприятий и прилегающих территорий. К принципиальным особенностям промышленных станций относятся:

По виду производимой энергии промышленные станции подразделяются на следующие группы:

• Вырабатывающие только электрическую энергию
• Снабжающие потребителей электро- и тепловой энергией
• Дополнительно снабжающие потребителей сжатым воздухом

В зависимости от типа установленного двигателя, выделяют электростанции с паровыми или газовыми турбинами, двигателями внутреннего сгорания, локомобилями.

Помимо мощности и типа станции, существует ряд других параметров и характеристик. От фазности станции зависит возможность подключения отдельных приборов-потребителей. Существуют однофазные и трехфазные автономные энергоустановки. В трехфазной установке мощность распределяется равномерно между всеми фазами.

Не менее важной характеристикой является частота вырабатываемого установкой тока. В соответствии со стандартами этот показатель составляет 50 Гц в России. В других странах, включая Японию, Канаду и Соединенные Штаты, данный параметр может достигать 60 Гц. Максимальная сила вырабатываемого тока энергетических установок определяется в амперах. Не допускается подключать к энергоустановке нагрузку, ампераж потребления которой превышает предельную возможность передачи тока агрегатом.

Учитывая все характеристики электростанций, удастся обеспечить их максимальную производительность и стабильную работу на протяжении долгого времени. В зависимости от наличия или отсутствия конкретных технических характеристик необходимо регулировать нагрузку на станцию.

Дизельные электростанции

Дизельные электростанции представляют собой весьма практичное и эффективное решение проблемы автономного энергоснабжения объектов разного рода.

Основные достоинства:

• низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии;
• быстрая окупаемость;
• большой моторесурс и долговечность.

Несмотря на то, что стоимость дизельной электростанции значительно выше, нежели бензиновой, в эксплуатации она гораздо дешевле, что компенсирует разницу в цене. Также, дизельные электростанции за счет большего моторесурса, могут работать гораздо дольше, чем электростанции бензиновые. В силу этих обстоятельств дизельные электростанции, нашли своё применение как источники постоянного или аварийного электроснабжения на беспрерывном производстве. Нельзя не отметить и высокую надежность и долговечность дизельных электростанций.

Дизельные электростанции могут эксплуатироваться в самых жестких погодных условиях — при температуре воздуха от -50 до +50 *С. Однако следует помнить, что дизельный двигатель несколько капризен в зимних условиях, и в разное время года применяется различное топливо.

Дизельные электростанции восприимчивы и к температурным перепадам (например, резким заморозкам). Дело здесь вот в чем. Летнее дизельное топливо, которое без проблем используется в теплое время года, не подходит для работы зимой.

От холода в самом топливе происходит выпадение парафина, который забивает топливопроводы. Поэтому зимнее дизельное топливо обрабатывают дополнительно, удаляют парафин. Естественно, оно становится дороже, чем летнее.

Однако, при всем этом, надо указать на очевидное преимущество дизельной электростанции — дизельное топливо не обладает летучестью, как пары бензина или газ. Это обеспечивает дизелю своеобразную защиту от взрыва, что для дизельных электростанций, часто используемых как вспомогательные агрегаты при ликвидации различных катастроф и аварий, особенно ценно. Даже значительная утечка дизельного топлива не создает опасности окружающим и работникам.

Бензиновые электростанции

Бензиновые электростанции имеют свои достоинства:

• относительно низкая стоимость оборудования по сравнению с другими типами;
• компактность;
• легкий пуск в условиях низких температур;
• невысокий уровень шума электростанции;
• простота эксплуатации.

Основное назначение бензиновых электростанций — как источник электропитания на непродолжительное время (до 7-8 часов). На сегодняшний день производители бензиновых электрогенераторов выпускают электростанции двух типов — с двухтактными и четырехтактными двигателями. Двигатели первого типа устанавливаются на бензиновые генераторы малой мощности и передвижные электростанции.

Такие установки отличаются высокой мобильностью и могут применяться практически в любых условиях, поэтому их можно назвать универсальными. Более мощные стационарные бензогенераторы комплектуются четырехтактными двигателями, обеспечивающими более высокую мощность и длительный ресурс.

Газовые электростанции

Основные достоинства газовых электростанций:

• моторесурс газовых электростанций на 25% выше чем у бензиновых и дизельных аналогов;
• газовый генератор прост в обслуживании и установке, обладает высокой надежностью;
• более дешевый по расходным материалам;
• чистый, бездымный и менее вредный для здоровья выхлоп;
• приемлемый уровень шума.

Основное назначение: использование газовой электростанции, как источник резервного или основного электропитания на неопределенный временной интервал (в случае подключения к газопроводу).

Главным же достоинством газового генератора является то, что можно одновременно вырабатывать электроэнергию и использовать тепло, которое получается в результате работы газовой электростанции. Такое тепло можно использовать, например, для обогрева зданий и прочих нужд.

Генераторы на газу подразделяются, в зависимости от устройства силовых агрегатов, приводящих в движение генератор. Это могут быть газопоршневые двигатели, или газовые турбины.

Перед приобретением электростанции рекомендуется четко оценить запланированную нагрузку на устройство — таковой будут являться все приборы, работающие с использованием электрического тока (расчет мощности). Важны их номинальную мощность и фазность подключения. Это два основных фактора, которые будут влиять на первичный подбор нужного Вам генератора.

Выбор электростанции зависит от нескольких факторов. В первую очередь, это конечно определение типа ее двигателя, непосредственно генератора и фазности, а затем последующий подбор модели по определенным характеристикам и показателям.

Энергоресурсы, потребляемые электростанциями

Выработка электричества требует затрат энергоресурсов, таких как уголь, газ, мазут и т.д.

Процентное соотношение использования энергоресурсов в России электростанциями

Топливо друг от друга отличается по своим характеристикам и для простоты сравнения потребления энергоресурсов различными станциями придуман термин условного топлива. Разрабатываемые в России запасы угля составляют около 157 миллиардов тонн условного топлива.

Преимущества АЭС перед ТЭС

Преимущества и недостатки АЭС зависят от того, с каким видом получения электроэнергии мы сравниваем ядерную энергетику. Поскольку основные конкуренты атомных станций – ТЭС и ГЭС, сравним достоинства и недостатки АЭС по отношению к этим видам получения энергии.

ТЭС, то есть теплоэлектростанции бывают двух видов:

1. Конденсационные или коротко КЭС служат только для производства электроэнергии. Кстати, другое их название пришло из советского прошлого, КЭС также называют ГРЭСами – сокращенно от «государственная районная электростанция».
   2. Теплоэлектроцентрали или ТЭЦ позволяют только производить не только электрическую, но и тепловую энергию. Взяв, к примеру, жилой дом, понятно, что КЭС только даст в квартиры электричество, а ТЭЦ еще и отопление вдобавок.

Как правило, ТЭС работают на дешевом органическом топливе – угле или угольной пыли и мазуте. Самые востребованные энергетические ресурсы сегодня – это уголь, нефть и газ. По оценкам экспертов мировых запасов угля хватит еще на 270 лет, нефти – на 50 лет, газа – на 70. Даже школьник понимает, что 50летних запасов очень мало и их надо беречь, а не ежедневно сжигать в печах.

АЭС решают проблему нехватки органического топлива. Преимущество АЭС – это отказ от органического топлива, тем самым, сохранение исчезающих газа, угля и нефти. Вместо них на АЭС используется уран. Мировые запасы урана оцениваются в 6 306 300 тонн. Насколько лет его хватит, никто не считает, т.к. запасов много, потребление урана достаточно небольшое, и об его исчезновении думать пока не приходится. В крайнем случае, если запасы урана вдруг унесут инопланетяне или они испарятся сами собой, в качестве ядерного топлива может применяться плутоний и торий. Преобразовать их в ядерное топливо пока дорого и сложно, но можно.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это и сокращение количества вредных выбросов в атмосферу.

Что выделяется в атмосферу при работе КЭС и ТЭЦ и насколько это опасно:

1. Диоксид серы или сернистый ангидрид – опасный газ, губительный для растений. При попадании в организм человека в больших количествах вызывает кашель и удушье. Соединяясь с водой, диоксид серы превращается в сернистую кислоту. Именно благодаря выбросам диоксида серы возникает риск кислотных дождей, опасных для природы и человека.
   2. Оксиды азота – опасны для дыхательной системы человека и животных, раздражают дыхательные пути.
   3. Бенапирен – опасен тем, что имеет свойство скапливаться в организме человека. В результате длительного воздействия может вызывать злокачественные опухоли.

Суммарные годовые выбросы ТЭС на 1000 МВт установленной мощности – это 13 тысяч тонн в год на газовых и 165 тысяч тонн на пылеугольных тепловых станциях. ТЭС мощностью в 1000 МВт в год потребляет 8 миллионов тонн кислорода для окисления топлива, преимущества АЭС в том, что в атомной энергетике кислород не потребляется в принципе.

Вышеперечисленные выбросы для АЭС также не характерны. Преимущество АЭС — выбросы вредных веществ в атмосферу на атомных станциях ничтожно малы и по сравнению с выбросами ТЭС, безвредны.

Преимущества АЭС перед ТЭС – это низкие затраты на перевозку топлива. Уголь и газ чрезвычайно дорого доставлять на производства, в то время как необходимый для ядерных реакций уран можно поместить в одну небольшую грузовую машину.

Недостатки АЭС перед ТЭС

1. Недостатки АЭС перед ТЭС это в первую очередь наличие радиоактивных отходов. Радиоактивные отходы на атомных станциях стараются по максимуму переработать, но утилизировать совсем их не получается. Конечные отходы на современных АЭС перерабатывают в стекло и хранят в специальных хранилищах. Удастся ли их когда-нибудь использовать – пока неизвестно.
   2. Недостатки АЭС – это и небольшой КПД относительно ТЭС. Так как процессы в ТЭС протекают при более высоких температурах, они являются более производительными. В АЭС этого добиться пока сложно, т.к. циркониевые сплавы, которые косвенно участвуют в ядерных реакциях, не могут выдерживать запредельно высоких температур.
   3. Особняком стоит общая проблема тепло и атомных электростанций. Недостаток АЭС и ТЭС – это тепловое загрязнение атмосферы. Что это значит? При получении ядерной энергии выделяется большое количество тепловой энергии, которая выбрасывается в окружающую среду. Тепловое загрязнение атмосферы – проблема сегодняшнего дня, оно влечет за собой множество проблем вроде создания тепловых островов, изменения микроклимата и, в конечном счете, глобального потепления.

Современные АЭС уже решают проблему теплового загрязнения и используют для охлаждения воды собственные искусственные бассейны или градирни (специальные охладительные башни для охлаждения больших объемов горячей воды).

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС

Преимущества и недостатки АЭС перед ГЭС связаны в основном с зависимостью ГЭС от природных ресурсов. Об этом подробнее…

1. Преимущество АЭС перед гидроэлектростанциями – это теоретическая возможность строительства новых атомных станций, в то время как большинство рек и водоемов, способных работать на благо гидроэлектростанций, уже заняты. То есть открытие новых ГЭС затруднено из-за нехватки нужных мест.
   2. Следующие преимущества АЭС перед ГЭС – это непрямая зависимость от природных ресурсов. ГЭС напрямую зависят от природного водоема, АЭС же только косвенно – от добычи урана, все остальное обеспечивают сами люди и их изобретения.

Недостатки АЭС перед водными станциями незначительны — ресурсы, которые использует АЭС для ядерной реакции, а конкретно урановое топливо, является не возобновляемым. В то время как количество воды – основного возобновляемого ресурса ГЭС, от работы гидроэлектростанции никак не изменится, а уран сам по себе восстановиться в природе не может.

Нетрадиционные источники электроэнергии

Нетрадиционные источники представлены геотермальными электростанциями (рис. 1), работающими на тепловой энергии, поступающей из земных недр. Чем глубже от поверхности земли, тем выше температура данного слоя. В России такие установки построены на Камчатке и на Курильских островах.

Существуют конструкции приливных электростанций (рис. 2), которые функционируют от энергии, создаваемой приливами и отливами в самом узком месте искусственного залива, отсеченного от моря. В качестве примера можно привести опытную Кислогубскую ПЭС, возведенную на Кольском полуострове.

Классификация электростанций включает в себя солнечные и ветровые альтернативные установки (рис. 3). Все виды таких систем обеспечивают электроэнергией небольшие предприятия и производства, используются в частном секторе для удовлетворения бытовых потребностей. В основном, это районы и места, где отсутствует централизованное электроснабжение и нет возможности подключиться к обычным ЛЭП.

Альтернативные источники энергии

К ним относятся все остальные способы получения энергии, самыми распространёнными из них являются: солнечная электростанция, ветроэлектростанция и электростанции приливов и отливов.

Солнечные электростанции используют энергию солнца, есть несколько способов её получения, это мы рассмотрим уже в другой статье.

Ветроэлектростанция — электростанция, которая использует энергию ветра.

Электростанции приливов и отливов вообще говорят о себе сами.

Мощность – ключевой параметр бытовой электростанции

Главным техническим параметром любой энергетической установки является мощность . Производители бытовых электростанций обозначают предельный уровень мощности, который достигается только в непродолжительные временные промежутки. Для подсчета реального уровня мощности необходимо дополнительно учитывать коэффициент мощности. Реальная производительность, как правило, меньше максимальной и определяется в киловаттах.

Бытовые электростанции разных типов обладают следующей мощностью:

• Бензиновые: 15-20 кВт
• Дизельные: до 3000 кВт

Генераторы с различной отдачей отличаются друг от друга по габаритам, весу, стоимости и прочим параметрам. При выборе бытовой электростанции следует рассматривать все характеристики в совокупности, включая коэффициент полезного действия, указываемый в предоставляемой документации на агрегат.

Полезные советы по эксплуатации электростанций

При работе с бензиновой электростанцией следует четко контролировать все временные отрезки, установленные для работы того или иного узла двигателя, и сроки действия расходных материалов.

Капитальный ремонт проводите в строгом соответствии с допустимым моторесурсом модели. Перед каждым ее запуском удостоверяйтесь в уровне и качестве бензина и масла.

Если выявляется необходимость восполнения масла, то долив проводится только если двигатель выключен и уже успел остыть. Открывание крышки с маслоналивной горловины при запущенном моторе может привести к серьезным травмам и ожогам.

Используйте только те марки топлива и смазочных материалов, которые рекомендованы в технической документации к вашему агрегату. В нем же можно найти периодичность замены всех расходных средств.

Также периодически будет необходима замена воздушного и масляного фильтров, прочистка или установка новых свечей зажигания.

Некоторые модели электростанций могут выдавать ток и промышленного и бытового напряжения. Рекомендуется использовать его непосредственно для соответствующих приборов и не пытаться адаптировать устройство, работающее от 220 Вольт, под напряжение 380 Вольт и наоборот.

В ряде бензиновых электростанций присутствуют клеммы на 12 Вольт, позволяющие проводить зарядку аккумуляторных элементов. Но некоторые пользователи считают возможным использовать их в качестве источника питания для запуска автомобильных двигателей. Делать это категорически не рекомендуется в связи с тем, что в момент начала работы автомотора возникают высокие перепады токовых характеристик, которые приводят к выходу из строя генераторного блока.

Если вы планируете подключение электронно-вычислительной и других видов сложной бытовой техники, то желательно использование стабилизаторов напряжения, так как ток, вырабатываемый генератором, не всегда имеет устойчивые характеристики.