Электрические станции. 
Общие вопросы энергетики

В зависимости от источника энергии (сырья) различают тепловые электрические станции (ТЭС), гидравлические электростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС), являющиеся основными типами электростанций. Кроме того, для выработки электрической и тепловой энергии применяют геотермальные, ветровые, солнечные, приливные, газотурбинные, дизельные, бензиновые и иные малые электростанции.

Основным назначением электрических станций (ЭС) является выработка электрической энергии для снабжения ею промышленных и сельскохозяйственных предприятий, коммунального хозяйства и транспорта. Многие ЭС обеспечивают предприятия и жилые здания также тепловой энергией (паром и горячей водой).

Электрическая энергия, вырабатываемая ЭС, измеряется в мегаватт-часах (МВт•ч), мощность энергетических установок — в мегаваттах (МВт). Основными параметрами электрической энергии являются напряжения и ток. Напряжение измеряется в вольтах (киловольтах), ток — в амперах (килоамперах).

Тепловая энергия измеряется в килокалориях (гигакалориях), а ее основные параметры — температура (T, °C) и давление (Р, МПа). В частности, температура пара на входе в паровые турбины может достигать 650 °C, а давление — 25 МПа. Заметим, что 1 МПа = 1 Мн/м² = 10 кгc/см² = 10 атм. = 10 бар.

ТЭС являются основой электроэнергетики. Электрическая и тепловая энергия на них вырабатывается в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. По типу энергетического оборудования, установленного на ТЭС (типу первичного двигателя), их подразделяют на паротурбинные, газотурбинные и дизельные. Находят применение также комбинированные схемы с паротурбинными и газотурбинными установками, называемые парогазовыми установками. Газотурбинные и парогазовые ТЭС имеют ограниченное применение, хотя и обладают весьма ценным свойством — высокой маневренностью. Дизельные и бензиновые электростанции применяют, как правило, только в качестве автономных электростанций, резервных и аварийных источников энергии.

Паротурбинные ТЭС являются основными электростанциями большинства энергосистем и подразделяются на конденсационные электростанции (КЭС) и теплофикационные электроцентрали (ТЭЦ).

КЭС предназначены только для производства электроэнергии и имеют турбины чисто конденсационного типа. Для крупных КЭС исторически широко используется термин ГРЭС — Государственная районная электростанция. На КЭС устанавливаются паровые турбины с глубоким вакуумом в конденсаторе, так как чем ниже давление пара на выходе из турбины, тем большая часть энергии рабочей среды превращается в электрическую.

При этом основной поток пара конденсируется в конденсаторе и большая часть содержащейся в нем энергии теряется с охлаждающей водой. В связи с большими потерями энергии на охлаждение теплоносителя КПД КЭС достигает только 35 — 40%.

На современных КЭС работают энергоблоки «котел-турбина-генератор-трансформатор». Мощности энергоблоков КЭС: 150, 200, 300, 500, 800, 1200 МВт. На ряде КЭС сохранились в работе малоэкономичные турбогенераторы мощностью 25, 50, 100 МВт.

КЭС на высококачественном топливе (см. гл. 9) с большой теплотворной способностью (газ, мазут, лучшие марки угля) располагают, по возможности, вблизи центров потребления электроэнергии. КЭС на низкокачественном топливе (торфе, бурых углях) выгоднее располагать вблизи источника топлива.

ТЭЦ предназначены для комбинированного производства электроэнергии и тепла в виде горячей воды и (или) пара, получаемого из отборов турбин. КПД ТЭЦ может достигать 70−75%.

Мощность и состав агрегатов ТЭЦ определяются параметрами тепловых нагрузок. Наиболее крупные агрегаты имеют мощность 100, 135, 175, 250 МВт и выполнены по блочной схеме. Мощности ТЭЦ, как правило, не превышают 500 МВт, однако для теплоснабжения крупных городов могут быть большими и достигать 1250 МВт (например, ТЭЦ-22 Мосэнерго).

В связи с нецелесообразностью дальней передачи тепла (свыше 50 км) обычно ТЭЦ строят вблизи потребителя теплоты — промышленных предприятий или жилых массивов.

При раздельном производстве электрической и тепловой энергии электроэнергия вырабатывается на КЭС, а для теплоснабжения используются тепловые энергетические установки (котельные).

ГЭС предназначены для выработки только электроэнергии и, как дорогостоящие электростанции, сооружаются обычно в составе гидротехнических комплексов, одновременно решающих задачи судоходства, водоснабжения, ирригации и др. Наиболее крупные ГЭС РФ построены в Сибири: Красноярская ГЭС (6 млн. кВт с агрегатами 500 МВт), Саянская ГЭС (6,4 млн. кВт с агрегатами 640 МВт). В европейской части РФ наиболее мощными являются Волгоградская ГЭС (2,5 млн. кВт) и Самарская ГЭС (2,3 млн. кВт).

Для повышения маневренности энергосистем строятся крупные гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), участвующих в выравнивании суточного графика электрической нагрузки. Первая из этой серии в РФ — Загорская ГАЭС мощностью 1,2 млн. кВт с агрегатами мощностью 200 МВт.

АЭС, как и ТЭС, могут быть конденсационными электростанциями (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). В последние годы в некоторых странах, где ощущается недостаток пресной воды, большое внимание уделяется использованию теплоты комбинированных атомных установок для опреснения морских и солончаковых вод.

Атомная энергия может использоваться также только для целей теплоснабжения. Такие атомные станции (ACT) имеются уже в ряде стран.

На АЭС, так же как на электростанциях, работающих на органическом топливе, осуществляется процесс превращения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электрическую энергию. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит лишь в том, что в одном случае используется энергия, выделяющаяся при распаде ядер тяжелых элементов (применяемых в качестве топлива), в другом — при горении топлива.

На АЭС преимущественно применяются энергетические реакторы на тепловых (медленных) нейтронах. В блоке с агрегатами 440 МВт устанавливаются по 2 турбоагрегата мощностью 220 МВт, с реакторами по 1000 МВт — по 2 турбоагрегата мощностью 500 МВт.

АЭС всегда строят вблизи крупных промышленных потребителей электрической энергии. На таких электростанциях масса расходуемого топлива невелика (в тысячи раз ниже, чем на ТЭС) и транспортировка его даже на большие расстояния несущественно отражается на стоимости электроэнергии.