Давайте вместе разберемся как работает ТЭС (Тепловая электрическая станция). Так как в название присутствует слово тепловая, то очевидно, что на таком типе электростанции всё завязано вокруг тепловой энергии — вокруг тепла.
Действительно, на ТЭС главным образом сначала пытаются получить тепло, а затем преобразовать тепло в электричество. Но как? Давайте разбираться дальше.
Видео о том, Как работает ТЭС:
Получение тепла на ТЭС.
Тепло на обычных тепловых электростанциях получают при сжигании органического топлива: газ, уголь, мазут, торф и очень редко дизель. Электростанции, которые сжигают газ называют также газовые электростанции, которые сжигают уголь — .
Топливо сжигают в . Котлы на электростанциях — это громадные конструкции, по размерам нередко как девятиэтажный дом, а иногда и больше. Все стенки внутри котла экранированы трубами, по которым бежит вода и при нагревании преобразуется в пар. Внутри котла есть зона, которая называется топка. В этом месте и горит наше топливо. Зона топки также экранирована трубами. Получается, что вода и пар, которые текут по трубкам внутри котла, получают тепло как непосредственно от пламени внутри топки, так и от продуктов сгорания топлива, т.е. дымовых газов, которые тоже имеют высокую температуру, порядка 1000 градусов Цельсия. Трубки внутри котла часто рвутся и получается, что вода которая течет по ним под высоким давлением, вырывается наружу. Это называется свищ. Тогда котел приходится останавливать на ремонт.
В итоге, вся вода, которая приходит в котел у нас после нагревания превращается в пар. Пар в свою очередь покидает котёл и идет по паропроводам к паровой турбине.
Преобразование тепловой энергии в электрическую.
Итак, пар после котла поступает в . Паровая турбина — это такая штуковина, которая преобразует тепло в механическую энергию вращения.
Основные детали паровой турбины — это сопла и рабочие лопатки. Они установлены друг за другом. Сначала ряд сопел, затем ряд рабочих лопаток и так далее. Сопла установлены на неподвижной части турбины — статоре, а рабочие лопатки на подвижной — роторе, который вращается. Совокупность одного ряда сопел и рабочих лопаток принято называть ступень. Ступеней в турбине может быть разное количество: может быть 5 ступеней, а может и 40, в зависимости от параметров пара.
В соплах и на рабочих лопатках наше тепло в виде нагретого пара и преобразуется в энергию вращения вала турбины. Первым делом пар на входе в турбину попадает на первый ряд сопел. В соплах, происходит расширение пара, при этом он теряет некоторую теплоту. Расширяясь пар увеличивает свою скорость, а скорость — это кинетическая энергия. И вот расширившись и приобретя некоторую кинетическую энергию пар толкает ряд рабочих лопаток, закрепленных на роторе турбины, в результате ротор вращается. Затем пар снова поступает на следующий ряд сопел, затем на следующий ряд рабочих лопаток и так далее.
Когда пар пройдет все сопла и лопатки он либо направится в следующую часть турбины с соплами и лопатками, либо, если он уже практически полностью расширился и остыв покидает турбину в специальное приемное устройство — конденсатор.
Вал нашей турбины сцеплен с валом электрического генератора. Генератор работает по принципу как и любой электрический генератор, например как генератор в машине. Только в машине генератор вращается приводным ремнем от двигателя, а генератор на тепловой электростанции вращается от паровой турбины.
Потери на ТЭС.
Давайте еще поговорим о том, куда девается пар после турбины. Как мы сказали выше, сначала пар попадает в конденсатор. Пар не выбрасывается, допустим в атмосферу. Потому что, он получен из специально хорошо очищенной воды с содержанием очень малого количества солей и других примесей. Поэтому пар после турбины выкидывать затратно.
В конденсаторе пар конденсируется, т.е. преобразуется обратно в воду, и затем, снова поступает в котёл, где опять нагревается и так далее.
Откуда же появляются потери, о которых написано в заголовке? А потери появляются при конденсации пара в воду. Для того, чтобы пар конденсировать, его нужно охладит. Пар охлаждается водой в конденсаторе. Охлаждающая вода берется либо с пруда охладителя, либо с реки, либо с другого источника. Вот эта охлаждающая вода и забирает часть нашего тепла и уносит с собой в атмосферу. Может унести через градирни, где охлаждается, либо в пруде-охладителе.
Здесь получаются у нас самая большая потеря тепла на ТЭС. Примерно таким образом теряется около 50% всего тепла, полученного при сжигании топлива. Проблема в том, что это тепло низкопотенциальное, т.е. его много, но оно имеет низкую температуру и, впринципе, его некуда использовать. Поэтому и приходится выбрасывать в атмосферу.
Существуют и другие . Постепенно процессы на ТЭС совершенствуются, КПД поднимаются. Но всё же, из-за особенности рабочего цикла, даже у самых современных зарубежных ТЭС КПД не больше 65%. Т.е. 35% сжигаемого топлива мы просто выбрасываем. Средний КПД российских ТЭС не превышает 35-40%. На топлива выбрасывается еще больше.
Назад, в .