Тепловая электростанция

Запрос «ТЭС» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Томская ГРЭС-2

Теплова́я электроста́нция (или теплова́я электри́ческая ста́нция) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора. В качестве топлива широко используются различные горючие ископаемые: уголь, природный газ, реже — мазут, ранее — торф и горючие сланцы. Многие крупные тепловые станции вырабатывают лишь электричество — традиционно ГРЭС, в настоящее время КЭС; средние станции могут также использоваться для выработки тепла в схемах теплоснабжения (ТЭЦ).

Первая теплоэлектростанция «Pearl Street Station» появилась в Нью-Йорке на Перл-стрит в 1882 году.

В традиционных теплоэлектростанциях топливо сжигается в топке парового котла (ранее также назывались парогенераторами), нагревая и превращая в пар питательную воду, прокачиваемую внутри котла в специальных трубках (водотрубный котёл). Полученный перегретый пар с высокой температурой (до 400—650 градусов Цельсия) и давлением (от единиц до десятков МПа) подается через паропровод в турбогенератор — совмещенные паровую турбину и электрогенератор. В многоступенчатой паровой турбине тепловая энергия пара частично превращается в механическую энергию вращения вала, на котором установлен Электрический генератор. В ТЭЦ часть тепловой энергии пара также используется в сетевых подогревателях.

В ряде теплоэлектростанций получила распространение газотурбинная схема, в которой полученная при сжигании газообразного или жидкого топлива смесь горячих газов непосредственно вращает турбину газотурбинной установки, ось которой соединяется с электрогенератором. После турбины газы остаются достаточно горячими для полезного использования в котле-утилизаторе для питания паросилового двигателя (парогазовая установка) или для целей теплоснабжения (Газотурбинная ТЭЦ).

Типы

Грозненская ТЭС - тепловая электростанция газотурбинного типа

• Котлотурбинные электростанции
  • Конденсационные электростанции (КЭС, исторически получили название ГРЭС — государственная районная электростанция)
  • Теплоэлектроцентрали (теплофикационные электростанции, ТЭЦ)
• Газотурбинные электростанции
• Электростанции на базе парогазовых установок
• Электростанции на основе поршневых двигателей
  • С воспламенением от сжатия (дизель)
  • C воспламенением от искры
• Комбинированного цикла

Математические модели и методы, используемые в задачах управления ТЭС

Как известно, технологический процесс на ТС заключается в поэтапном преобразовании различных видов энергии. Технологический процесс имеет особенность: конечный продукт — электроэнергия — не подлежит складированию. Косвенным показателем соответствия между паропроизводительностью котла мощностью турбины служит давление перегретого пара.

Современные ТЭС делятся на два типа:

1. С поперечными связями. Основной агрегат по пару и воде связаны между собой
2. С блочной компоновкой. При таком типе основное оборудование описывается отдельным технологическим процессом в пределах каждого энергоблока.

Для описания технологических процессов и формирования критериев управления составляются математические модели. Их изображают в форме уравнений.

В качестве объекта управления, характеризующего технологический процесс на ТЭС в целом, обычно выбирают типичный энергоблок. Технологический процесс, протекающий в таком блоке, можно представить в виде двух последовательных процессов: в паровом котле и турбогенераторе.

Реализация и концепции построения АСУ ТП ТЭС

Одна из основных задач управления технологическим процессом на ТЭС состоит в поддержании непрерывною соответствия между количествами вырабатываемой и потребляемой энергии. Решение этой задачи может осуществляться по частям с помощью автономных АСР парового котла, турбины и электрического генератора.

Состав функций АСУ ТП

1. Информационные функции АСУ ТП по энергоблокам:
   • Оперативный контроль
   • Технологическая сигнализация
   • Расчет технико-экономических показателей
   • Определение достоверности информации
   • Диагностика состояния оборудования
   • Регистрация аварийных положений
   • Формирование банков данных
2. Функции управления АСУ ТП по энергоблоку
   • Статическая оптимизация режимов работы энергооборудования
   • Исследование объекта управления
   • Имитация экстремальных условий
3. Информационные функции АСУ ТП по ТЭС
   • Общестанционный контроль
   • Расчет общестанционных ТЭП
   • Контроль достоверности информации
   • Регистрация общестанционных аварий
   • Обмен оперативно-диспетчерской информацией с АСУ вышестоящих и нижестоящих уровней
   • Формирование развитых баз данных
4. Функции управления АСУ ТП по ТЭС
   • Оптимальное распределение электрических нагрузок между энергоблоками
   • Оптимальное распределение экологических нагрузок между энергоблоками
   • Выбор состава работающего оборудования энергоблоков
   • Дискретное и непрерывно-дискретное управление вспомогательным оборудованием
   • Выполнение логических операций по переключениям в главной электрической схеме станции
   • Групповое управление автоматическими системами регулирования возбуждения электрических генераторов

Организация управления технологическим процессом ТЭС

Для осуществления управления технологического процесса ТЭЦ необходимо учитывать изменение производительности первоисточников энергии и их состоянием в зависимости от электрической нагрузки.

Основными факторами, влияющими на организацию управления ТП ТЭС являются:

• организационная структура оперативно-диспетчерского управления;
• комплекс технических средств автоматизации;
• эргономика рабочего места оператора;
• композиционное решение оперативно-диспетчерских постов управления;
• существующий уровень автоматизации.

Функционально-групповое управление (ФГУ).

Осуществляется путем декомпозиции и агрегирования, для разделения энергоблока на отдельные элементы или участки для децентрализованного управления ими. В результате ФГУ повышается надежность и точность автоматизированной системы управления энергоблока в целом. Деление на функциональные группы условное, однако оно облегчает работу оперативно-обслуживающего персонала.

Примеры перечня ФГ для мощного моноблока с прямоточным котлом и конденсационной турбины:

по котлу:

• питания водой,
• полами твердого пылевидного топлива,
• подачи жидкого (газообразного) топлива,
• подачи и подогрева воздуха,
• розжига растопочных горелок,
• удаления и очистки дымовых газов,
• подавления вредных выбросов,
• пароперегреватели;

по генератору:

• система охлаждения,
• система возбуждения,
• система синхронизации;

по турбине и вспомогательному оборудованию:

• система снабжения смазочным маслом

• система снабжения регулирующей жидкостью (аккумуляторный бак, центральный насос, устройства распределения и т.п.)
• система снабжения паром для прогрева соединительных трубопроводов в пределах турбины,
• система снабжении турбины перегретым паром (ГПЗ, паровые байпасы, стопорный и регулирующий клапаны, АСР частоты вращения и т.п.),
• вакуумно-уплотнительные устройства (пусковой и рабочий -эжекторы, система лабиринтовых уплотнений и т.п.),
• охладительная установка (конденсатор, циркуляционные насосы и т.п.),
• конденсатные насосы,
• блочная обессоливающая установка,
• питательно- деаэраторная установка,
• подогреватели среднего давления,
• подогреватели высокого давления.

Экономическая эффективность от автоматизации теплового оборудования ТЭС

Все нововведения полезни, если они экономически выгодны, поэтому введение автоматизации на ТЭС следует производить учитывая экономическую эффективность.

Автоматизация в результате экономит следующие аспекты затрат на ТЭС:

• Изменение (прирост) КПД установки
• Изменение (прирост) выработки электроэнергии
• Изменение (уменьшение) расхода тепловой и электрической энергии на собственные нужды.
  

Экологические аспекты использования

Энергетика является одним из тех секторов мировой экономики, изменения в которых необходимы, чтобы избежать неприемлемых последствий глобального потепления. Оценки энергоинфраструктуры на основе глобального эмиссионного бюджета CO₂ показывают, что после 2017 года в мире не должны вводиться в строй новые электростанции, работающие на ископаемом топливе.

Тепловые электростанции зачастую становятся «мишенями» для радикально настроенных климатических активистов.

См. также

• Список тепловых электростанций России
• Список тепловых электростанций Украины
• ОАО «ТГК-1» (Северо-Западный федеральный округ Российской Федерации)
• Электростанция
• Гидроэлектростанция
• АЭС
• Железнодорожная электростанция

Литература

• Аракелян Э. К., Старшинов В. А. Повышение экономичности и маневренности оборудования тепловых электростанций. — М.: МЭИ, 1993. — 328 с. — ISBN 5-7046-0042-5.