Вода издавна использовалась людьми как один из основных источников энергии. Изобретения открыло широкие перспективы для модернизации сельскохозяйственных работ, а уж открытие электричества и создание первых электрогенераторов стало определяющей вехой в научно-техническом прогрессе. Впервые схема электростанции была разработана в 1878 году в Крагсаде (Нортумберленд) английским инженером Джорджем Армстронгом. А первая в мире электростанция
появилась на Ниагарском водопаде в 1881 году. В нашем обзоре мы расскажем о самых амбициозных проектах, которые удалось реализовать человечеству за последующее столетие.
Сегодня гидроэлектростанции обеспечивают 16% мирового производства электроэнергии, поэтому трудно переоценить их значение для всего мира. Среди стран-лидеров по гидроэнергетике – Китай, Парагвай, Норвегия, Бразилия, Канада, Новая Зеландия, Австрия, Швейцария, Венесуэла.
Крупнейшей в мире электростанцией считается китайская плотина «Три ущелья» на реке Янцзы в провинции Хубэй. Ее мощность - 22 500 МВт, размеры - 2,335 м в длину и 181 м в высоту. На ее строительство понадобилось столько бетона и стали, что из этого количества запросто можно было возвести 63 Эйфелевых башни. Проект по созданию плотины обошелся государству в $ 22,5 млрд, и сегодня «Три ущелья» - одно из главных достижений инженерной мысли в Китае. Экологи признают, что постройка дамбы негативно сказалась на жизни рыб в реке Янцзы, зато позволила существенно снизить количество выбрасываемых в атмосферу парниковых газов и пыли, поскольку до этого львиная доля энергии производилась посредством сжигания угля.
Самая мощная в мире электростанция – «Итайпу» – построена на реке Парана на границе между Бразилией и Парагваем . Ее годовая доходность составляет в среднем 91-95 млрд. КВт/ч, что намного выше аналогичного показателя у «Трех ущелий». ГЭС обеспечивает 90% потребностей в электроэнергии Парагвая и 19% - Бразилии. Для строительства «Итайпу» был пробит 150-м канал в скалах, а также осушено основное русло реки Парана. Бетона, потраченного на строительство этого гиганта, хватило бы на 210 футбольных стадиона, железа и стали – на 380 Эйфелевых башен, а объем земляной насыпи в 8,5 раз превысил бы туннель под Ла-Маншем.
Замыкает тройку мировых лидеров электростанция «Гури» в Венесуэле. Среди крупнейших следует также назвать дамбы «Тукуруи» (Бразилия), «Гранд-Кули» (США), «Лунтань» (Китай). Россиянам, конечно же, тоже есть чем похвастать. Наша Саяно-Шушенская ГЭС на реке Енисей занимает 6 место в мире среди действующих электростанций по установленной мощности. Арочно-гравитационная плотина занесена в Книгу рекордов Гиннеса, как самое надежное гидротехническое сооружение данного типа.
Сургутская ГРЭС-2 - самая мощная тепловая электростанция (ТЭЦ) в России, расположенная в городе Сургут Ханты-Мансийского автономного округа на реке Чёрная. По состоянию на 2012 год, является одной из самых крупных ТЭС в мире по годовой генерации и самым крупным производителем электричества в России.
В 1980-х годах в связи с бурными темпами роста добычи нефти и газа на территории среднего Приобья возник дефицит энергии. Необходимо было увеличить долю производимой электроэнергии в 5 раз. Было решено построить мощную электростанцию городе Сургуте - в нефтяной столице России.
Ввод первого блока состоялся 23 февраля 1985 года. Шесть основных энергоблоков на попутном газе были введены в строй в 1985-1988 годы. По первоначальному проекту, всего должно было быть введено 8 энергоблоков по 800 МВт, после чего суммарная мощность станции должна была составить 6400 МВт. Проектная рекордная мощность станции должна была сделать её самой мощной тепловой электростанцией в мире, но два оставшихся блока на попутном газе не были введены в эксплуатацию и одна из трёх труб ГРЭС не используется.
Установленная мощность станции на данный момент составляет 5597.1 МВт. Такая мощность делает СуГРЭС-2 самой мощной тепловой электростанцией в России и второй в мире.
Строительство седьмого и восьмого энергоблоков по 400 МВт на природном газе осуществлялось вне первоначального проекта станции. Энергоблоки, использующие в качестве топлива очищенный природный газ, построены в отдельных зданиях и имеют электрический КПД около 51-58%. Оборудование было поставлено американской компанией «Дженерал Электрик».
Энергоблоки №7 и №8. На заднем плане Сургутская ГРЭС-1:
В 2012 году выработка электроэнергии достигла рекордного показателя за все время существования станции - 39.967 млрд. кВт.ч электроэнергии. Всего с момента пуска первого энергоблока Сургутская ГРЭС-2 выработала более 820 млрд. кВт.ч!
Сургутская ГРЭС-2 работает на попутном нефтяном газе (70%) и природном газе (30%), это делает её более экологичной, в сравнении с любой другой ТЭС, работающей на угле. Потому что: во-первых, газ – самый чистый вид топлива, который в отличие от угля, не дает сажи. Во-вторых, газ, который поступает на самую мощную ТЭЦ в России, проходит серьезную очистку. Прежде чем его направить в котел, из него извлекается сера и другие примеси.
Высота труб - 273 метра:
Самая мощная ТЭЦ в России находится рядом с другой мощной станцией - СуГРЭС-1. Обе эти электростанции образуют два водохранилища:
Переместимся внутрь энергоблоков. На фотографии показан машинный зал, в котором расположено 6 паровых турбин по 800 МВт:
Паровой котёл производительностью 2650 тонн пара в час. Их тоже 6 - по одному на каждый энергоблок. На фотографии из-за перекрытий видна лишь половина котла. Общая высота котла около 70 метров:
На станции есть блочные щиты управления (на фотографии) и центральный пульт (ЦПУ):
Центральный пульт (ЦПУ):
Общее количество работников на станции - около 1250 человек:
Переместимся в энергоблоки. На фото паровая турбина типа D10 GE мощностью ~400 МВт. Таких турбин здесь две. Паровые котлы снять не удалось ввиду того, что они полностью закрыты, снять что-то невозможно:
7 и 8 энергоблоки:
Вид на первые 6 энергоблоков:
На станции есть несколько лабораторий, где ведут строгий контроль воды, газа и т.д.
Вернёмся к видам на станцию. В первые сутки моего пребывания на станции мне удалось снять красивейший закат, который можно посмотреть на последней фотографии:
Закат. На этом всё, спасибо за внимание.
Согласно общепринятому определению, тепловые электростанции – это электростанции, вырабатывающие электроэнергию посредством преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России (С.Петербург). С момента своего появление, именно ТЭС получили наибольшее распространение, учитывая все увеличивающуюся энергетическую потребность наступившего техногенного века. Вплоть до середины 70-х годов прошлого века, именно эксплуатация ТЭС являлась доминирующим способом получения электроэнергии. К примеру, в США и СССР доля ТЭС среди всей получаемой электроэнергии составляла 80%, а во всем мире – порядка 73-75%.
Данное выше определение хоть и емкое, но не всегда понятное. Попытаемся своими словами объяснить общий принцип работы тепловых электростанций любого типа.
Выработка электричества в ТЭС происходить при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы очень прост. Вначале топливо сжигается в специальной камере сгорания (паровом котле), при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Постоянно нарастающее давление пара вращает ротор турбины, которая передает энергию вращения на вал генератора, и в результате вырабатывается электрический ток.
Система пар/вода замкнута. Пар, после прохождения через турбину, конденсируется и вновь превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел.
Существует несколько типов тепловых электростанций. В настоящее время, среди ТЭС больше всего тепловых паротурбинных электростанций (ТПЭС) . В электростанциях такого типа, тепловая энергия сжигаемого топлива используется в парогенераторе, где достигается очень высокое давление водяного пара, приводящего в движение ротор турбины и, соответственно, генератор. В качестве топлива, на таких теплоэлектростанциях используется мазут или дизель, а также природный газ, уголь, торф, сланцы, иными словами все виды топлива. КПД ТПЭС составляет около 40 %, а их мощность может достигать 3-6 ГВт.
ГРЭС (государственная районная электрическая станция) – довольно известное и привычное название. Это не что иное, как тепловая паротурбинная электростанция, оборудованная специальными конденсационными турбинами, которые не утилизируют энергию отработанных газов и не превращают её в тепло, например, для обогрева зданий. Такие электростанции еще называют конденсационными электростанциями.
В том же случае, если ТПЭС оснащены специальными теплофикационными турбинами, преобразующих вторичную энергию отработанного пара в тепловую энергию, используемую для нужд коммунальных или промышленных служб, то это уже теплоэлектроцентрали или ТЭЦ. К примеру, в СССР на долю ГРЭС приходилось около 65% вырабатываемой паротурбинными электростанциями электроэнергии, и, соответственно, 35% - на долю ТЭЦ.
Существуют также иные виды тепловых электростанций. В газотурбинных электростанциях, или ГТЭС, генератор вращается посредством газовой турбины. В качестве топлива на таких ТЭС применяют природный газ или жидкое топливо (дизель, мазут). Однако КПД таких электростанций не очень высок, около 27-29%, так что их используют в основном как резервные источники электроэнергии для покрытия пиков нагрузки на электрическую сеть, или для снабжения электричеством небольших населенных пунктов.
Тепловые электростанции с парогазотурбинной установкой (ПГЭС) . Это электростанции комбинированного типа. Они оборудованы паротурбинными и газотурбинными механизмами, и их КПД достигает 41-44%. Эти электростанции также позволяют утилизировать тепло и превращать его в тепловую энергию, идущую на отопление зданий.
Главным недостатком всех тепловых электростанций является тип используемого топлива. Все виды топлива, которые применяют на ТЭС, являются невосполнимыми природными ресурсами, которые медленно, но неуклонно заканчиваются. Именно поэтому в настоящее время, наряду с использованием атомных электростанций, ведутся разработки механизма выработки электроэнергии при помощи восполняемых или других альтернативных источников энергии.
Фрагменты статьи
Всего тепловыми электростанциями
России в 1998 г. использовано 330,2 млн тут* (73% от
уровня 1990 г.).
Выделим регионы - «теплоэнергетические
гиганты»
, сжигающие более 7 млн тут ежегодно.
Среди них, в первую очередь, «сверхгиганты»:
Москва (более 20 млн тут), Ханты-Мансийский а. о.
и Свердловская обл. (более 15 млн тут),
Красноярский край, Башкирия, Кемеровская область
и Татария (свыше 10 млн тут). За ними следуют
Самарская, Пермская, Московская и Челябинская
обл. В большинстве этих регионов - по 3-5 крупных
ГРЭС и около десяти ТЭЦ. Исключения составляют
Москва, у которой нет ГРЭС, но наибольшее число
ТЭЦ - 14, а также Самарская область и Башкирия, где
лишь по одной ГРЭС, но соответственно 7 и 10 ТЭЦ.
Все эти регионы - промышленно развитые. В 90-е
годы здесь отмечено сравнительно небольшое
сокращение потребления топлива по сравнению с 1990
г., причем 2 региона (Ханты-Мансийский а. о. и
Красноярский край) даже увеличили
топливопотребление - на 5 и 2 млн тут
соответственно.
В группе регионов - «энергетических гигантов»
сконцентрирована треть крупнейших ГРЭС и ТЭЦ
страны.
На долю 10 регионов, лидирующих в России по
потреблению топлива в электроэнергетике,
приходится половина потребленного топлива и 46%
суммы валового регионального продукта.
В десятке первых выделяются:
а) крупнейшие угольные регионы (Красноярский край, Кемеровская обл.);
б) регионы, на территории которых растут мощные городские агломерации-миллионеры со 100-процентной теплофикацией, базирующейся на сжигании природного газа (Москва, Московская, Самарская, Пермская обл.);
в) регион, в котором добывается 96% российского газа (Ханты-Мансийский а. о.);
г) высокоразвитые промышленные регионы с диверсифицированным топливным балансом, где наряду с газом используется местное или близко добываемое топливо - уголь в Свердловской обл. и мазут в Башкирии и Татарии.
За 90-е годы серьезных изменений в составе десятки главных топливопотребителей не произошло. Лишь Москва и Ханты-Мансийский а. о. обогнали Свердловскую обл. Это и понятно: московская электроэнергетика - это в основном ТЭЦ (а они в первую очередь снабжают теплом жилые и деловые районы, и выработка энергии на них не упала одновременно со спадом промышленного производства), Сургутская ГРЭС-2, ориентируясь на местное топливо, увеличивает свою мощность до сих пор, а промышленная Свердловская обл. в условиях экономического кризиса снизила потребление электроэнергии и соответственно ее выработку. Изменение позиции Красноярского края в таблице связано с тем, что на 1990 г. данные были неполными - в общий итог по краю не включались данные о трех норильских ТЭЦ.
Регионы с высокими объемами
потребления топлива
, сжигающие от 2 до 7 млн тут
ежегодно. Это прежде всего Оренбургская обл.,
Ставропольский край, Рязанская, Костромская,
Новосибирская, Ростовская обл., Хабаровский край,
Нижегородская, Тверская, Саратовская,
Волгоградская, Ленинградская обл., Приморский
край и Якутия*. В большинстве этих регионов - по
1-2 ГРЭС и в среднем по 5 ТЭЦ (в некоторых
отсутствие ГРЭС компенсируется большим
количеством ТЭЦ: например, в Иркутской обл.
14 ТЭЦ, в Санкт-Петербурге - 8, в Омской обл. и
Республике Коми - по 5, в Тюменской,
Волгоградской, Кировской обл., а также в
Алтайском и Краснодарском краях - по 3-4.
С начала 90-х годов топливопотребление в этой
группе регионов сократилось в среднем на 20%,
причем наименьшее сокращение отмечено в
Краснодарском крае (всего на 2%), а наибольшее - в
Иркутской обл. (с 10,5 млн тут до 6 млн тут).
Регионы со средними объемами
потребления топлива -
ежегодно1-2 млн тут:
Ярославская, Архангельская, Ульяновская,
Липецкая, Читинская, Астраханская, Вологодская,
Сахалинская, Смоленская и Томская обл., Чувашия и
Бурятия.
В каждом из этих регионов - по 2-4 ТЭЦ, в
некоторых - одна ГРЭС. В большинстве регионов
этой группы за 90-е годы произошло сокращение
потребления топлива на 20-30%. Исключения:
небольшой рост (на 1%) в Читинской обл. и весьма
существенный рост (на 53%) в Астраханской обл.
Регионы с небольшими объемами
потребления топлива
- ежегодно до 1 млн тут.
В верхней части этой группы - депрессивные
Ивановская, Воронежская, Владимирская,
Курганская, Пензенская и Мурманская обл., которые
в 1990 г. потребляли ежегодно более 1 млн тут, но
ныне сократили топливопотребление до уровня
700-900 тыс. тут.
Сюда же относятся Орловская, Белгородская,
Псковская обл.**, Ямало-Ненецкий а. о., Хакасия,
Марий Эл, Дагестан.
* В эту группу, по оценке, должна попасть и Тульская обл. - регион с 3 ГРЭС и 3 крупными ТЭЦ. В 1998 г. здесь только на Черепетской ГРЭС, принадлежащей РАО «ЕЭС России», сожжено 1,2 млн тут. Учитывая, что мощность остальных станций области, вместе взятых, примерно равна мощности Черепетской ГРЭС (и даже немного больше), можно оценить общее топливопотребление в тульской энергетике в 2,4 млн тут (в 1990 г. - 8,2 млн тут). Резкий спад в энергетике области связан в первую очередь с упадком отраслей ВПК. - Прим. ред.
** В Псковской обл. отмечается рост потребления топлива в связи с пуском в 1998 г. 2-го энергоблока на Псковской ГРЭС в Дедовичах.
В списке 20 крупнейших ТЭС России есть и
станции, расположенные в регионах -«энергетических
гигантах» (московские, татарстанские,
свердловские, кемеровские ТЭС), а есть и крупные
ГРЭС, расположенные в экономически маломощных
регионах и вырабатывающие электроэнергию
главным образом для подачи в общие
энергосистемы, в основном для питания более
«прожорливых» соседей (таковы ГРЭС в
Костромской, Тверской, Рязанской обл.,
Ставропольском крае). Всего в списке - 5 угольных
и 13 газовых электростанций, а также Кармановская
и Рязанская ГРЭС, работающие на разных видах
топлива (преобладающего вида выделить нельзя).
Из сравнения таблиц 3 и 4 видно, что, хотя все
станции снизили объемы потребления топлива,
список лидеров мало изменился. Все крупнейшие
ТЭЦ, которые помимо электроэнергии вырабатывают
еще и тепло (и, следовательно, почти не
отреагировали на промышленный спад в стране),
остались в списке на своих местах. Покинули в 1998
г. когорту лидеров ГРЭС крупных индустриальных
регионов Троицкая, Заинская, Киришская и
Пермская. В условиях спада промышленного
производства в этих регионах произошло
некоторое перераспределение потребления
энергии - от электричества к теплу;
соответственно упала выработка на ГРЭС, но почти
сохранилась на прежнем уровне работа местных
ТЭЦ. В частности, в Пермской обл. при сокращении
производства электроэнергии на Добрянской ГРЭС
увеличилось производство и, следовательно,
топливопотребление на городских ТЭЦ и ТЭЦ ПО
«Пермьнефтеоргсинтез»*. В соответствии с этой
тенденцией на место нескольких ГРЭС, выбывших из
списка лидеров 1998 г., пришли две московских ТЭЦ,
ТЭЦ ВАЗа**. Симптоматично также появление в
списке лидеров Беловской и Назаровской ГРЭС,
работающих на угле.
* Это означает, что топливный баланс
разделен примерно поровну между двумя или тремя
видами топлива
Примечание
. Данные по Тульской обл. неполные
(в действительности роль газа
в области выше).
