Тепловая электростанция
Тепловая электростанция (или тепловая электрическая станция) — 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:
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
- Оперативный контроль
- Технологическая сигнализация
- Расчет технико-экономических показателей
- Определение достоверности информации
- Диагностика состояния оборудования
- Регистрация аварийных положений
- Формирование банков данных
- Статическая оптимизация режимов работы энергооборудования
- Исследование объекта управления
- Имитация экстремальных условий
- 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
- 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 полезны, 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.