Usinas termelétricas (UTE, IES, CHP). Características do desenvolvimento e localização da indústria de energia elétrica na Federação Russa
Entende-se por sítio de usina (CPP, CHPP, NPP) o próprio sítio industrial da UTE, no qual estão localizadas todas as instalações principais, bem como os terrenos necessários para acomodar outras instalações incluídas no complexo de Instalações TPP (reservatório, depósitos de cinzas e escórias, armazenamento de combustível e resíduos de baixa atividade, estruturas de tratamento, aparelhagem externa, etc.), incluindo projetos de engenharia civil, vias de acesso ferroviário e rodoviário e corredores para linhas elétricas.
A escolha do local para uma nova usina é a etapa inicial e uma das mais importantes do projeto, pois decisão determina em grande parte o tempo e o custo da construção, a possibilidade de operação eficiente da instalação. Uma solução ótima para este problema só é possível como resultado de uma análise minuciosa das questões econômicas, sociais, físico-geográficas e técnicas, bem como das perspectivas de desenvolvimento da energia e indústrias relacionadas. Somente levando em consideração todos os fatores que direta ou indiretamente afetam a localização de uma instalação de energia, é possível escolher o local certo para sua construção.
A questão da localização de uma usina é resolvida sequencialmente, começando com o desenvolvimento de um plano de longo prazo para o desenvolvimento da indústria e terminando com a aprovação do projeto da usina.
Com base num plano de longo prazo para o desenvolvimento do sector energético, são elaborados esquemas para o desenvolvimento dos sistemas e interligações energéticas em conjunto com as perspectivas de desenvolvimento dos recursos de combustível, balanços do sistema energético, localização e intensidade energética de consumidores. Nesses esquemas de desenvolvimento, são determinadas as regiões econômicas e administrativas da possível localização das UTEs. Orientados pelo esquema aprovado para o desenvolvimento do sistema energético, são desenvolvidos os materiais comprobatórios (MS) para a construção das UTEs, nos quais são determinadas as localizações competitivas e, com base em sua comparação técnica e econômica e aprovações junto aos órgãos e departamentos interessados, o área para a construção de uma nova usina é estabelecida. No OM para a construção de uma nova usina, é determinado seu tipo (CPP, CHP, NPP, ATEP), capacidade unitária das unidades, seu número, para UTEs com combustível tradicional, o tipo de combustível (indicando a área de produção ).
Ao escolher um local para uma nova usina termelétrica, deve-se levar em consideração os requisitos para a construção de uma usina termelétrica para garantir a eficiência dos investimentos de capital, reduzir os custos operacionais, bem como os requisitos da geografia de construção. As principais condições que predeterminam a escolha da localização da UTE são:
- a disponibilidade de áreas suficientes para acomodar todas as instalações da usina, sendo que o tamanho e a configuração do local devem garantir a possibilidade de expansão confirmada por cálculos técnicos e econômicos;
- conformidade do site com os requisitos do processo tecnológico;
- terreno favorável e condições geológicas que garantem a construção rápida de usinas termelétricas a um custo mínimo;
- a presença de uma conexão ferroviária com as ferrovias públicas e o local de extração de combustível; ligação rodoviária com vias públicas, com estação de entroncamento ferroviário, com centro distrital ou regional;
- a proximidade de pedreiras ou depósitos de areia e pedra para construção;
- disponibilidade de fontes suficientes de abastecimento de água potável e técnica;
- a possibilidade de localização de UTEs em terras não agrícolas ou impróprias para Agricultura(na ausência de tais terras - em terras agrícolas de má qualidade);
- Possibilidade de localização do site não nos locais de ocorrência de minerais, não nas zonas de colapso de trabalhos e não em áreas cársticas ou deslizamentos de terra.
Os locais de depósitos de cinzas e escórias e reservatórios de lodo devem estar localizados a sotavento fora do local e na zona tampão das fontes de abastecimento de água.
Os levantamentos, começando com a seleção do local, devem ser realizados em toda a extensão, de modo que, no estágio de projeto detalhado, apenas refinamentos de levantamentos para objetos individuais ou unidades da UTE sejam realizados. A insuficiência de materiais de levantamento para a seleção dos locais no momento do início do projeto, via de regra, leva ao aumento do custo e alongamento do prazo de construção e, muitas vezes, ao aumento dos custos operacionais.
A presença de um alto nível de água subterrânea no local reduz significativamente a resistência de projeto do solo e cria dificuldades na produção obras de construção, uma vez que requer drenagem, impermeabilização de estruturas subterrâneas e drenagem do local industrial. Em conexão com a necessidade de aumentar as inclinações dos poços, o volume de terraplenagem está aumentando. O aumento no custo de construção devido ao alto nível de água subterrânea é de aproximadamente 2-3% do custo total de construção. Durante a construção de uma usina no valor de 800-1200 milhões de rublos. o aumento no preço do alto nível das águas subterrâneas será de 16 a 36 milhões de rublos.
Uma condição indispensável é a localização do local em uma área que não seja inundada pelas águas das enchentes.
A principal tarefa das organizações projetistas no desenvolvimento dos planos diretores de UTE é reduzir a retirada e garantir o uso racional da terra (Tabela 1.1). Mesa 1.2, de onde se pode ver que um aumento na potência das usinas de 400 para 9.000 MW causa um aumento relativamente insignificante no território da própria usina dentro da cerca. Portanto, os custos unitários de preparação e desenvolvimento do local, para todos os tipos de comunicações, paisagismo, comunicações e sinalização durante a construção de poderosas usinas termelétricas são reduzidos várias vezes. É desejável que os sites tenham uma proporção de 1:2 ou 2,5:4.
A necessidade de recursos terrestres para a colocação de lixões é determinada para a primeira etapa do TPP com base em 5- período de verão operação, e a área total - com base em um período de operação de 25 anos. Ao mesmo tempo, no futuro, planeja-se construir depósitos de cinzas sem aumentar sua área. Supõe-se que o uso de resíduos de cinzas e escórias na construção deva aumentar significativamente, o que levará a uma redução no volume de lixões de cinzas.
Por prometer tipos de IES dependendo de sua capacidade e tipo de combustível de carvão, a necessidade de alienação de terras para depósitos de cinzas varia de 36 a 390 hectares (para carvão de Kansk-Achinsk - 150 m 2 /MW, para carvão de Kuznetsk - 260 m 2 /MW ).
Para CHP, como regra, a escolha dos depósitos de cinzas e escórias deve ser feita com base em um período de operação de 5 anos usando cinzas e escórias na construção.
Sob depósitos de cinzas, é mais conveniente alocar terrenos impróprios ou inadequados mesmo para construção industrial: ravinas, pedreiras esgotadas, etc. estado nivelando a superfície, seguido de aplicação de uma camada de solo e semeadura de gramíneas.
Os indicadores de uso da terra podem ser aquisição de terra específica (ha/MW ou ha/1000 MW) e densidade de construção.
A aquisição de terras específicas para IES varia muito dependendo do combustível utilizado: nuclear 0,12-3,41 ha/MW; carvão - 0,28-2,21 ha/MW; óleo-gás - 0,11-1,88 ha/MW.
A diferença em indicadores específicos é determinada principalmente pelo sistema técnico de abastecimento de água. Valores menores referem-se a sistemas de fluxo direto em rios, sistemas de fluxo direto usando reservatórios complexos ou grandes lagos e sistemas de recirculação com torres de resfriamento, enquanto valores maiores referem-se a sistemas com reservatórios recém-criados. Os requisitos específicos de terra associados ao tipo de bebedouro variam de 0,02 a 2,3 ha/MW, o que corresponde a 20-70% da aquisição total de terra.
A criação de reservatórios artificiais em rios e reservatórios do tipo granel está associada à inundação de grandes áreas de terra. Assim, para grandes usinas que operam com combustível tradicional com capacidade de 4.000-5.000 MW, a área do reservatório é de 2.000-2.500 ha (0,5 ha/MW) e para combustível nuclear - 3.200-4.000 ha (0,8 ha/MW), ou 80-90% da aquisição total do terreno. Deve-se notar que o bebedouro a uma profundidade de 8 a 20 m, levando em consideração o uso de águas profundas frias, pode ser cerca de 1,5 vezes menor do que a uma profundidade de 2,5 a 4 m. A área ocupada pelas torres de resfriamento é cerca de 30-35 hectares.
Com a transição do gasóleo para o carvão combustível, a necessidade específica de terrenos aumenta principalmente devido à construção de lixeiras, que representam 20-40% dos terrenos alocados.
No local do TPP, são fornecidos corredores para a saída de linhas de energia de painéis externos localizados no território da usina. A largura do corredor ocupado pela linha de transmissão de energia é determinada pelo número de linhas e sua tensão (Tabela 1.3).
A alocação de terreno para um local industrial, um depósito de combustível e edifícios e estruturas temporárias é relativamente pequena em termos percentuais (10-20%). As dimensões absolutas dos terrenos alocados são: para uma área industrial - de 22 a 140 hectares; para armazenamento de combustível - de 5 a 60 ha; para edifícios e estruturas temporárias - de 30 a 70 hectares.
A análise das soluções de projeto mostrou que muitas IESs, semelhantes em termos de potência, combustível e finalidade, diferem muito no tamanho do canteiro industrial e na base construtiva. O spread especificado na maioria dos casos é explicado pela diferente densidade de desenvolvimento do território, que varia de 36 a 80%, o que indica a presença de reservas para reduzir a necessidade de aquisição de terrenos durante a construção da IES.
A necessidade de recursos terrestres para outras instalações da IES (comunicações de transporte, instalações de tratamento, etc.), incluindo terrenos não utilizados, é estimada aproximadamente para novas IESs no valor de 120% da área do parque industrial principal (área industrial e base construtiva). Esta razão pode ser tomada para avaliar terras alienadas para tipos promissores de IES.
As áreas ocupadas por edifícios e estruturas temporárias são determinadas por uma fórmula empírica obtida com base na análise dos indicadores de projeto de 28 centrais, tendo em conta a tendência para uma maior redução das áreas atribuídas em 1990-2000:
onde S bate - área específica de edifícios e estruturas temporárias, m 2 /MW; N UTE, N bl - capacidade instalada da UTE e unidade, MW.
As áreas de assentamentos residenciais são determinadas dependendo do número de construção e instalação e pessoal operacional.
O tamanho do território de um assentamento residencial é determinado com base na norma de 10 hectares por 1000 habitantes. O valor especificado corresponde à norma de espaço vital de 10 m 2 /pessoa. O aumento planejado da norma devido ao aumento do número de andares do edifício, com toda a probabilidade, não levará ao aumento da área específica do assentamento residencial.
A previsão da demanda do IES por recursos fundiários é baseada nos indicadores normativos para alocação e uso do solo para a construção de usinas hidrelétricas, desenvolvidos pelo Instituto Teploelektroproekt (1974). Dado em tabela. 1.4 Os indicadores normativos do principal parque industrial correspondem à fase de projeto de 1976-1980. e pode ser usado para avaliar as necessidades do IES em recursos de terra.
Os locais das usinas de energia geralmente estão localizados em terras adequadas para uso agrícola. A experiência tem mostrado que é impossível projetar uma usina que seria localizada sem o uso de terras aráveis, prados ou outras terras agrícolas. As terras agrícolas ocupadas pela indústria, incluindo usinas de energia, são medidas em centenas de milhares de hectares. É preciso levar em consideração o valor dos terrenos e o custo de sua restauração, o que aumentará a viabilidade econômica das decisões na escolha do local. Ao justificar a retirada de terras agrícolas, devem ser utilizados os indicadores específicos do uso de terras agrícolas S terras agrícolas e terras aráveis S p ud:
onde F c.x - área de terras agrícolas retiradas, ha; F p - área de terra arável retirada, ha; N set - capacidade instalada das usinas, MW.
É preciso considerar não apenas as terras que estavam em circulação agrícola, mas também as aptas ao uso. Ao fazer uma justificativa econômica para a necessidade de localizar um local de usina em terras agrícolas, é importante analisar a questão do tempo de uso da terra para construção e operação. Isso é necessário, por um lado, para determinar a perda de produtos agrícolas durante a construção e operação das UTEs e, por outro lado, para avaliar o custo da restauração de terras (Anexo II).
A metodologia para determinar as perdas da agricultura com a retirada de terras, bem como o custo de sua restauração e o efeito da construção de empreendimentos compensadores é apresentada nas "Instruções sobre o procedimento para compensar o usuário da terra por perdas causadas por a retirada ou ocupação temporária de terras, bem como perdas de produção agrícola associadas à retirada de terras para necessidades não agrícolas”.
Normas sanitárias e ambientais
O local de uma usina termelétrica, uma base de construção, uma vila residencial, um bebedouro, depósitos de cinzas e escórias deve ser localizado de forma que haja distâncias mínimas entre eles permitidas por normas sanitárias, o que reduz o comprimento das comunicações que os conectam, e, conseqüentemente, seu custo.Os locais planejados para a construção de usinas e assentamentos devem atender aos requisitos sanitários de contaminação por gás, radiação solar direta, ventilação natural etc. As usinas termelétricas devem estar localizadas em relação à área residencial mais próxima a sotavento para ventos prevalecentes e separados das áreas residenciais por zonas de proteção sanitária (lacunas). A direção predominante do vento deve ser tomada de acordo com a rosa dos ventos média do período quente do ano com base em observações de longo prazo.
A zona de proteção sanitária é considerada o território entre a central térmica (chaminés) e os edifícios residenciais e culturais. Na zona de protecção sanitária é permitido ter quartel de bombeiros, instalações de segurança, garagens, armazéns, edifícios administrativos, refeitórios, dispensários, edifícios comerciais, balneários, lavandarias, etc., bem como edifícios residenciais para pessoal de emergência e segurança. As dimensões da zona de proteção sanitária da UTE dependem do teor de cinzas do combustível e de seu consumo horário e são acordadas com a Inspetoria Sanitária Estadual (SSI). Para usinas que operam com gás e combustíveis líquidos, as zonas de proteção sanitária são aceitas como para usinas termelétricas a carvão com teor de cinzas de combustível de até 10%.
De acordo com GOST 17.2.3.02-78, que estabelece emissões permitidas na atmosfera, para prevenir e minimizar emissões organizadas e fugitivas Substâncias nocivas durante a operação das UTEs, o mais tecnologia moderna, métodos de limpeza e outros meios técnicos de acordo com os requisitos dos padrões de design sanitário empresas industriais. As Emissões Máximas Admissíveis (MAE) e as Emissões Acordadas Temporariamente (TSV) e sua justificativa devem ser acordadas com as autoridades que exercem o controle do estado sobre a proteção da atmosfera contra a poluição e aprovadas da maneira prescrita.
A dispersão de substâncias nocivas na atmosfera, aumentando a altura de sua liberação, é permitida somente após o uso de todos os meios técnicos modernos disponíveis para reduzir as emissões.
Para criar condições mais favoráveis para dispersar as emissões restantes, estão sendo construídas chaminés com altura de 250-420 m ou mais. Essa altitude garante que as emissões sejam concentradas ao nível da respiração dentro dos limites permitidos pelas normas sanitárias. As concentrações de limite de substâncias perigosas, definidas pelas normas de SN 245-71 e a instrução do Ministério da Saúde da URSS 2063-79, dão-se na Tabela. 1.5.
Fontes de abastecimento de água
A principal quantidade de água em uma usina termelétrica é necessária para condensar o vapor exaurido na turbina. Na tabela. 1.6 mostra o consumo de água para o período de verão com sistema de passagem única de abastecimento técnico de água (para período de inverno a quantidade de água pode ser reduzida, via de regra, em 1,3 vezes). Ao calcular o consumo total de água, não se deve levar em consideração o consumo de água para remoção hidráulica de cinzas e escórias, que é 10 a 15 vezes maior que a quantidade de escória e cinzas removidas, e perda irreparável a água representa 20-25% do consumo total para remoção de cinzas e escórias. A água para reposição do sistema hidráulico de remoção de cinzas e escórias é fornecida, via de regra, após sua utilização nos condensadores das turbinas.
Com o crescimento da capacidade das usinas, o abastecimento técnico de água torna-se cada vez mais decisivo na escolha da localização das UTEs. Por um lado, é difícil escolher um local de IES próximo ao rio, que possa servir como fonte de abastecimento de água de fluxo direto. Por outro lado, o custo do abastecimento técnico de água durante a transição de um sistema de fluxo direto para um reverso aumenta de 4-5 para 20 rublos ou mais por 1 kW de capacidade instalada. De excepcional importância é a possibilidade de colocar usinas perto de rios, lagos e a instalação de sistemas de abastecimento de água de fluxo direto. O sistema one-through oferece o melhor desempenho, pois tem o maior temperatura baixaágua de resfriamento e garante custos mínimos de construção.
No entanto, o uso de sistemas de fluxo direto é limitado pelos requisitos das Regras para a Proteção das Águas Superficiais contra a Poluição por Efluentes, segundo as quais o aquecimento da água na fonte de abastecimento de água na seção de projeto após a descarga águas mornas TPP não deve ser superior a 3°C no verão e 5°C no inverno. Essa circunstância exige que a vazão mínima de água no rio seja no mínimo 3 vezes maior que a vazão necessária da UTE.
Os estudos de viabilidade determinaram que os investimentos de capital específicos no sistema de abastecimento de água de serviço por 1 kW de capacidade instalada média:
- ao usar reservatórios hidrelétricos para abastecimento técnico de água de TPPs, 6-7 rublos;
- com reservatórios de rios especialmente criados, refrigeradores de 11 a 12 rublos;
- em refrigeradores de reservatórios a granel 14 rublos;
- para sistemas de circulação com torres de resfriamento 18-24 rublos.
Deve-se ter em mente que, ao usar reservatórios hidrelétricos, é desejável que a flutuação do nível da água seja a menor possível. As flutuações do nível d'água de mais de 8-10 m colocam em dúvida a viabilidade do uso do reservatório da UHE para abastecimento de água às UTEs, uma vez que um aumento de apenas 1 m na subida da água acarreta consumo adicional de energia elétrica para necessidades próprias de UTEs com capacidade para 4.000 MW no valor de 15-20 milhões de kWh por ano, que a um custo de 1 copeque / (kWh) causará danos economia nacional no valor de cerca de 150-200 mil rublos / ano. Além disso, as flutuações no nível da água causam um aumento adicional nos investimentos de capital em captações de água e vertedouros das UTEs. Assim, ao escolher um local, as possíveis oscilações no nível da água do reservatório ou rio devem ser cuidadosamente consideradas.
É desejável que o nível do layout do local exceda o nível de água piezométrico nos canais de descarga em cerca de 3 m, o que permite usar a ação do sifão dos tubos de drenagem de água circulante em 7,5 m (com base na localização da saída do condensador em um altura de 4,5 m acima do piso da praça de máquinas).
O cumprimento dessas condições em alguns casos pode levar a grandes volumes de terraplenagem durante o planejamento do local, ou seja, a um aumento nos custos de capital para a construção de uma usina termelétrica. O descumprimento dessas condições pode, por sua vez, acarretar um aumento no consumo de energia elétrica para as necessidades próprias da UTE devido à necessidade de abastecimento de água a uma altura adicional. Uma solução razoável para esse problema ao determinar as marcas zero do edifício principal requer cálculos técnicos e econômicos especiais.
A redução do consumo de energia elétrica para necessidades próprias pela redução da pressão das bombas de água de circulação, via de regra, recebe grande atenção na escolha dos locais da UTE. Se anteriormente a cabeça dessas bombas era de 15 a 17 m, agora, para sistemas de lagoas, eles tendem a escolher locais para os quais a cabeça da bomba necessária não seja superior a 7 a 12 m. Para fazer isso, ao projetar TPPs de alta potência, o edifício principal com casa de máquinas voltada para a fonte de água, prefira colocar perto da costa.
Ao escolher o local do reservatório, é necessário se esforçar para reduzir o volume de trabalho na construção de canais, barragens, barragens e, ao mesmo tempo, encontrar locais com condições geológicas satisfatórias (filtração permitida sob estruturas hidráulicas e através do leito do reservatório ). Ao alienar terras para o local e o reservatório, devem ser evitadas grandes demolições de aldeias, transferência de estradas e outras estruturas artificiais, bem como inundações de valiosas terras agrícolas.
Ao escolher locais para usinas de energia, é necessário identificar fontes de água potável. Isto é especialmente importante em áreas com baixa recursos hídricos. A necessidade de água para o acampamento de pessoal operacional e de construção e instalação (com turno máximo de trabalho) para UTEs com capacidade de 600-1200 MW - 180 m 3 / h, 1200-2400 MW - 240 m 3 / h, 4000 MW - cerca de 400 m 3 / h, água potável também deve ser buscada na presença de rio, pois quando o local da UTE está localizado abaixo do despejo de dejetos domésticos, fecais e industriais no rio, não é permitida a retirada de água para consumo humano do rio. Como fonte de água potável para uso doméstico, eles tentam usar principalmente água subterrânea.
Ligações de transporte
Uma das principais condições na escolha da localização de uma nova central termoeléctrica é a disponibilidade de uma ligação ferroviária com vias públicas e um local de extração de combustível e uma ligação rodoviária com uma estação ferroviária contígua, com um distrito ou centro regional. Ao colocar uma usina termelétrica perto do local de produção, é aconselhável construir rotas de abastecimento de combustível sem entrar nos trilhos do Ministério das Ferrovias. É desejável que o comprimento dos trilhos externos não exceda 8 a 12 km com diferença nas marcas do início e do final da via, garantindo o cumprimento das inclinações normais da via com a menor quantidade de escavação. Além disso, deve-se prever que não seja necessária a construção de grandes estruturas artificiais na rota dos trilhos ferroviários. A adjacência aos trilhos da ferrovia deve ser realizada no sentido do fluxo de carga para a usina.A ligação rodoviária do local da UTE com as vias públicas, com a estação ferroviária, centros distritais e regionais também deve ser a mais curta possível, sem estruturas artificiais complexas.
Os trilhos da TPP consistem em três seções distintas: trilhos de aceitação e entrega na estação ferroviária adjacente à principal estrada de ferro; trilhos no local da usina (para dispositivos de descarga, armazenamento de combustível, prédio principal); conectar os trilhos entre a estação receptora e os trilhos no local da usina. Os trilhos de recebimento-entrega podem ser construídos fora da estação ferroviária, se ela for apertada, e localizados diretamente perto da usina termelétrica. Para isso, ao escolher um local para uma usina, deve-se fornecer uma área adicional de 4 a 5 hectares.
O combustível é fornecido por trens ao longo dos trilhos, enquanto a capacidade de carga e o número de rotas por dia dependem da marca do carvão, seu poder calorífico e a potência da usina. Uma usina com capacidade de 1260 MW deve ser abastecida com 24.700 toneladas de combustível por dia, ou 11 rotas de 3.200 toneladas, e uma usina com capacidade de 4.000 MW - 51.000 toneladas, ou 12 rotas de 6.000 toneladas. , então eles são alimentados aos basculantes e, após o descarregamento do vagão, são levados para a pista vazia.
Para que as condições operacionais do transporte ferroviário nas UTEs não sejam difíceis, ao escolher um local para uma usina, a organização do projeto deve realizar um levantamento de reconhecimento das ferrovias existentes e determinar: a junção da linha férrea com a ferrovia principal; o local de arranjo dos trilhos de recebimento e entrega (na estação ferroviária do entroncamento ou em uma estação especial localizada próxima ao UTE, ou no local da própria usina); a extensão da linha ferroviária de ligação e a possibilidade de ligação a este ramal; a presença de estruturas artificiais no percurso (pontes, viadutos); condições aproximadas para a construção da tela linha férrea(solos na pista, presença de reentrâncias rochosas, etc.); possíveis declives ou subidas, bem como raios de curvatura.
Aproximadamente as mesmas questões devem ser consideradas ao escolher um local e para rodovias com a determinação da categoria de estradas necessária.
Vantagens e Desvantagens do TPPVantagens: 1. O combustível utilizado é bastante barato. 2. Requer menos investimento. 3. Pode ser construído em qualquer lugar, independentemente da disponibilidade de combustível. 4. Ocupam uma área menor em relação às hidrelétricas. 5. O custo de geração de eletricidade é menor do que o das usinas a diesel.
Imperfeições: 1. Poluir a atmosfera. 2. Maiores custos operacionais em relação às usinas hidrelétricas.
Vantagens e desvantagens das usinas hidrelétricasVantagens:- uso de energia renovável; - eletricidade muito barata; - a operação não é acompanhada de emissões nocivas para a atmosfera; - acesso rápido (em relação ao CHP / TPP) ao modo de saída de energia operacional após a ativação da estação.
Imperfeições:- inundação de terras aráveis; - a construção é realizada onde existem grandes reservas de energia hídrica; - sobre rios de montanha perigoso devido à alta sismicidade das áreas.
Vantagens e desvantagens das usinas nuclearesVantagens:- Ausência de emissões nocivas; - As emissões de substâncias radioactivas são várias vezes inferiores a uma central a carvão de capacidade semelhante; - Uma pequena quantidade de combustível utilizado, possibilidade de reutilização após processamento; - Alta potência: 1000-1600 MW por unidade; - Baixo custo de energia, especialmente calor.
Imperfeições:- O combustível irradiado é perigoso, requer medidas complexas e caras para processamento e armazenamento; - Modo indesejável de operação com potência variável para reatores operando com nêutrons térmicos; - Com baixa probabilidade de ocorrência de incidentes, suas consequências são extremamente graves; - Grande investimento de capital.
Vantagens do PESé amigo do ambiente e baixo custo de produção de energia. As desvantagens são o alto custo de construção e a troca de energia durante o dia, fazendo com que o PES só possa funcionar como parte de um sistema de energia que tenha energia suficiente para outros tipos de usinas.
virtudesenergia geotérmica podemos considerar a inesgotabilidade prática dos recursos, a independência das condições externas, da hora do dia e do ano, a possibilidade de utilização integrada das águas termais para as necessidades de energia termal e medicinais. desvantagensé a alta mineralização das águas termais da maioria dos depósitos e a presença de compostos tóxicos e metais, que na maioria dos casos exclui a descarga de águas termais em reservatórios naturais.
Usinas Eólicas (WPP)
Vantagens WES:- não poluir o meio ambiente com emissões nocivas; - a energia eólica, em certas condições, pode competir com fontes de energia não renováveis; - a fonte de energia eólica - a natureza - é inesgotável.
Imperfeições:- o vento é naturalmente instável; - as usinas eólicas criam ruídos nocivos em vários espectros sonoros; - os parques eólicos interferem com a televisão e vários sistemas de comunicação; - Os parques eólicos causam danos às aves se colocados em rotas de migração e nidificação.
Princípios e fatores de posicionamento da indústria de energia elétrica.
Os princípios da localização da produção são as disposições científicas iniciais que orientam o Estado em sua política econômica.
Princípios básicos para o desenvolvimento da indústria de energia elétrica. 1. Concentração da geração de eletricidade por meio da construção grandes usinas regionais usando combustível barato e recursos hídricos.
2. Produção combinada de eletricidade e calor (cogeração de cidades e centros industriais).
3. Desenvolvimento generalizado dos recursos hídricos, tendo em vista a solução integrada dos problemas da indústria de energia elétrica, transporte e abastecimento de água.
4. Desenvolvimento da energia nuclear (especialmente em áreas com combustível tenso e balanço energético).
5. Criação de sistemas de energia, formação de redes de alta tensão.
A indústria de energia elétrica é caracterizada por um rápido crescimento e um alto nível de centralização (as usinas regionais produzem mais de 90% da eletricidade do país). forças produtivas influência das condições econômico-energéticas: o abastecimento da região com recursos energéticos, a quantidade de reservas, qualidade e indicadores econômicos. Os fatores de colocação são considerados um conjunto de condições para a escolha mais racional da localização de um objeto econômico, um grupo de objetos, uma indústria ou uma organização territorial específica da estrutura econômica da república, região econômica, TPK. Um número relativamente pequeno de fatores tem um impacto direto na localização da indústria: matérias-primas, combustível e energia, água, trabalhadores, consumidor e transporte.
Para acomodação vários tipos usinas de energia afetam vários fatores. A localização das usinas termelétricas é influenciada principalmente por fatores de consumo e combustível. As usinas termelétricas mais potentes estão localizadas, via de regra, em locais de extração de combustível, quanto maior a usina, mais longe ela pode transmitir eletricidade. As usinas termelétricas que usam combustíveis locais são voltadas para o consumidor e, ao mesmo tempo, localizadas em fontes de recursos de combustível. Orientadas para o consumidor são usinas de energia que usam combustível de alto teor calórico, que é economicamente rentável para o transporte. As usinas que operam com óleo combustível estão localizadas principalmente nos centros da indústria de refino de petróleo.
A maioria das usinas termelétricas está localizada na parte europeia do país e nos Urais. No entanto, apenas um décimo dos recursos de combustível - energia está localizado neste território. Até recentemente, a parte europeia do país administrava com combustível próprio. Donbass forneceu a maior parte do carvão necessário. Agora a situação mudou. A extração de carvão próprio diminuiu, pois as condições de mineração e geológicas da mineração se deterioraram acentuadamente.
A situação com os recursos energéticos-combustíveis da Sibéria é diferente. Carvões altamente calóricos ocorrem em Kuzbass. Eles são extraídos de profundidades 3-5 vezes menores do que no Donbass, e até mesmo por mineração a céu aberto da superfície. No outro depósito mais rico de Kamsko-Achinsk, a espessura dos veios de carvão chega a 100 m, eles ficam em uma profundidade rasa, são extraídos por método aberto, o custo de mineração de uma tonelada é 5-6 vezes menor do que nas minas de a parte europeia.
Um poderoso combustível está sendo criado com base na bacia de Kama-Aga - complexo energético(KATEK). De acordo com o projeto KATEK, ele deveria criar dez usinas distritais superpotentes únicas de 6,4 milhões de kW cada no território de cerca de 10 mil km 2 ao redor de Krasnoyarsk. Atualmente, o número de usinas hidrelétricas planejadas diminuiu até agora para oito (por razões ambientais - emissões para a atmosfera, acúmulo de cinzas em grandes quantidades). Atualmente, a construção apenas da primeira etapa do KATEK foi iniciada. Em 1989, foi colocada em operação a primeira unidade de Berezovskaya GRES-1 com capacidade de 800 mil kW, e a questão da construção de GRES-2 e GRES-3 com a mesma capacidade (a uma distância de 9 km um do outro) já foi resolvido.
Berezovskaya GRES-1 e GRES-2, Surgutskaya GRES-2, Urengoyskaya GRES são grandes usinas termelétricas que queimam carvão da bacia de Kama-Achinsk.
Como as usinas hidrelétricas usam o poder da queda d'água para gerar eletricidade, elas estão focadas nos recursos hidrelétricos. Os vastos recursos hidrelétricos da Rússia são distribuídos de forma desigual. No Extremo Oriente e na Sibéria representam 66% do total. Portanto, é natural que as UHEs mais poderosas tenham sido construídas na Sibéria, onde o desenvolvimento de recursos hídricos é mais eficiente: os investimentos de capital específicos são 2 a 3 vezes menores e o custo da eletricidade é 4 a 5 vezes menor do que na parte europeia do país.
A construção hidrelétrica em nosso país foi caracterizada pela construção de cascatas de usinas hidrelétricas em rios. Conjunto de usinas termelétricas em cascata localizadas em degraus a jusante de um curso d'água para o aproveitamento consistente de sua energia. Ao mesmo tempo, além da obtenção de energia elétrica, resolvem-se os problemas de abastecimento de água à população e à produção, eliminação de enchentes e melhoria das condições de transporte. Infelizmente, a criação de cascatas no país teve consequências extremamente negativas: a perda de valiosos terrenos agrícolas, a violação do equilíbrio ecológico.
As UHEs podem ser divididas em dois grupos principais: UHEs em grandes rios de planície e UHEs em rios de montanha. No nosso país o máximo de Usina hidrelétrica foi construída em rios planos. Os reservatórios simples são geralmente grandes em área e alteram as condições naturais em grandes áreas. O estado sanitário dos corpos d'água está se deteriorando: o esgoto, que antes era conduzido pelos rios, se acumula nos reservatórios, medidas especiais devem ser tomadas para descarregar os leitos dos rios e reservatórios. A construção de hidrelétricas em rios planos é menos lucrativa do que em rios de montanha, mas às vezes é necessário, por exemplo, criar navegação e irrigação normais.
As maiores UHEs do país fazem parte da cascata Angara-Yenisei: Sayano-Shushenskaya, Krasnoyarskaya - no Yenisei, Irkutskaya, Bratskaya, Ust-Ilimskaya - na UHE Angara, Boguchanskaya. A maior cascata de usinas hidrelétricas no Volga foi criada na parte europeia do país. Inclui: Ivankovskaya, Rybinskaya, Uglichskaya, Gorodetskaya, Cheboksary, Volzhskaya (perto de Samara), Saratovskaya, Volzhskaya (perto de Volgogrado).
As usinas nucleares podem ser construídas em qualquer região, independentemente de seus recursos energéticos: o combustível nuclear tem um alto teor de energia (1 kg do principal combustível nuclear - urânio - contém tanta energia quanto 2.500 toneladas de carvão). Nas condições de operação sem problemas, as usinas nucleares não emitem emissões na atmosfera, portanto, são inofensivas ao consumidor. EM Ultimamente ATES e AST estão sendo criados. na CHPP, bem como em uma CHPP convencional, tanto elétrica quanto energia térmica, e no AST. apenas térmica. Voronezh e Gorkovskaya AST estão em construção. A ATEC opera na aldeia de Bilibino em Chukotka. As usinas nucleares de Leningrado e Beloyarsk também fornecem calor de baixo potencial para as necessidades de aquecimento. EM Nizhny Novgorod A decisão de criar o AST suscitou fortes protestos da população, pelo que foi feita uma perícia por especialistas do IATNTE, que chegaram à conclusão de que o projeto estava concluído ao mais alto nível.
Cada região praticamente possui algum tipo de energia “não tradicional” e, a curto prazo, pode contribuir significativamente para o equilíbrio energético-combustível da Rússia.
Usinas termelétricas (TPP, IES, CHP)
O principal tipo de usinas de energia na Rússia são térmicas (TPP). Essas instalações geram aproximadamente 67% da eletricidade da Rússia. Sua colocação é influenciada por fatores de consumo e combustível. As usinas mais poderosas estão localizadas nos locais onde o combustível é extraído. As usinas termelétricas que usam combustível transportável de alto teor calórico são voltadas para o consumidor.
As usinas termelétricas usam recursos de combustível generalizados, são relativamente livres para implantar e são capazes de gerar eletricidade sem flutuações sazonais. Sua construção é realizada rapidamente e está associada a menores custos de mão de obra e recursos materiais. Mas o TPP tem desvantagens significativas. Utilizam recursos não renováveis, têm baixa eficiência (30-35%) e têm um impacto extremamente negativo na situação ambiental. TPPs em todo o mundo emitem anualmente 200-250 milhões de toneladas de cinzas e cerca de 60 milhões de toneladas de dióxido de enxofre 6 na atmosfera, além de absorver uma grande quantidade de oxigênio. Foi estabelecido que o carvão em microdoses quase sempre contém U 238 , Th 232 e um isótopo radioativo de carbono. A maioria das usinas termoelétricas na Rússia não está equipada com sistemas eficazes para a limpeza de gases de escape de óxidos de enxofre e nitrogênio. Embora as instalações que operam a gás natural sejam ambientalmente muito mais limpas do que as instalações de carvão, xisto e óleo combustível, a instalação de gasodutos causa danos à natureza (especialmente nas regiões do norte).
Térmico estação de energia é um conjunto de equipamentos e dispositivos que convertem a energia do combustível em energia elétrica e (geralmente) térmica.
As usinas termelétricas são caracterizadas por uma grande diversidade e podem ser classificadas de acordo com diversos critérios.
1. De acordo com a finalidade e o tipo de energia fornecida, as usinas são divididas em regionais e industriais.
As centrais eléctricas distritais são centrais eléctricas públicas independentes que servem todos os tipos de consumidores distritais (empresas industriais, transportes, população, etc.). Usinas de condensação distritais, que produzem principalmente eletricidade, muitas vezes mantêm seu nome histórico - GRES (usinas distritais estaduais). As usinas elétricas distritais que produzem eletricidade e calor (na forma de vapor ou água quente) são chamadas de usinas combinadas de calor e energia (CHP). CHPs são instalações para a produção combinada de eletricidade e calor. Sua eficiência chega a 70% contra 30-35% na IES. As usinas CHP estão ligadas aos consumidores, porque o raio de transferência de calor (vapor, água quente) é de 15 a 20 km. A capacidade máxima de um CHPP é menor que a de uma IES.
Como regra, as usinas distritais estaduais e as termelétricas regionais têm capacidade superior a 1 milhão de kW.
As usinas industriais são usinas que fornecem calor e eletricidade para empresas industriais específicas ou seu complexo, por exemplo, uma fábrica para a produção de produtos químicos. As usinas industriais fazem parte das empresas industriais que atendem. A sua capacidade é determinada pelas necessidades de calor e eletricidade das empresas industriais e, em regra, é significativamente inferior à das centrais térmicas distritais. Freqüentemente, as usinas industriais operam em um mesmo rede elétrica, mas não estão subordinados ao despachante do sistema de energia. Apenas usinas regionais são consideradas abaixo.
2. De acordo com o tipo de combustível utilizado, as centrais térmicas dividem-se em centrais que funcionam a combustível orgânico e a combustível nuclear.
As usinas termelétricas que operam com combustíveis fósseis são chamadas usinas de condensação (CPP). O combustível nuclear é usado por usinas nucleares (NPPs). É neste sentido que este termo será utilizado a seguir, embora CHPPs, NPPs, usinas de turbinas a gás (GTPPs) e usinas de ciclo combinado (CCPPs) também sejam usinas termelétricas operando com base no princípio da conversão de energia térmica em elétrica energia.
O papel principal entre as instalações térmicas é desempenhado pelas usinas de energia de condensação (CPPs). Eles gravitam em torno de fontes de combustível e consumidores e, portanto, são muito difundidos. Quanto maior o IES, mais longe ele pode transmitir eletricidade, ou seja, à medida que a potência aumenta, a influência do combustível e do fator de energia aumenta.
Combustíveis gasosos, líquidos e sólidos são usados como combustíveis fósseis para usinas termelétricas. A orientação para bases de combustível ocorre na presença de recursos de combustível barato e não transportável (carvão lignito da bacia de Kansk-Achinsk) ou no caso de usinas que utilizam turfa, xisto e óleo combustível (tais IESs são geralmente associados ao refino de petróleo centros). A maioria das UTEs na Rússia, principalmente na parte europeia, consome gás natural como combustível principal e óleo combustível como combustível de reserva, utilizando este último, devido ao seu alto custo, apenas em casos extremos; essas usinas termelétricas são chamadas de termelétricas. Em muitas regiões, principalmente na parte asiática da Rússia, o principal combustível é o carvão térmico - carvão de baixa caloria ou resíduos de alto teor calórico carvão duro(antracito fino - ASh). Como esses carvões são moídos em moinhos especiais até um estado pulverizado antes da queima, essas usinas termelétricas são chamadas de carvão pulverizado.
3. De acordo com o tipo de usinas termelétricas utilizadas nas usinas termelétricas para converter energia térmica em energia mecânica de rotação dos rotores das unidades turbinadas, distinguem-se turbinas a vapor, turbinas a gás e usinas de ciclo combinado.
A base das usinas de turbina a vapor são as usinas de turbina a vapor (STP), que usam a máquina de energia mais complexa, poderosa e extremamente avançada - uma turbina a vapor para converter energia térmica em energia mecânica. PTU é o principal elemento de usinas termelétricas, usinas termelétricas e usinas nucleares.
Usinas termelétricas a turbina a gás (GTPP) são equipados com unidades de turbina a gás (GTU) operando com combustível gasoso ou, em casos extremos, líquido (diesel). Como a temperatura dos gases a jusante da turbina a gás é bastante alta, eles podem ser usados para fornecer energia térmica a um consumidor externo. Essas usinas de energia são chamadas de GTU-CHP. Atualmente, há um GTPP operando na Rússia (GRES-3 em homenagem a Klasson, Elektrogorsk, região de Moscou) com capacidade de 600 MW e um GTU-CHPP (em Elektrostal, região de Moscou).
Usinas termelétricas de ciclo combinado concluído usinas de ciclo combinado(CCP), que são uma combinação de turbinas a gás e turbinas a vapor, o que permite alta eficiência. Os CCGT-TPPs podem ser de condensação (CCGT-CES) e com saída de calor (CCGT-CHP). Na Rússia, existe apenas um CCGT-CHP em operação (CCGT-450T) com capacidade de 450 MW. Nevinnomysskaya GRES opera uma unidade de energia CCGT-170 com capacidade de 170 MW, e uma unidade de energia CCGT-300 com capacidade de 300 MW opera no Yuzhnaya CHPP de São Petersburgo.
4. De acordo com o esquema tecnológico dos dutos de vapor, as UTEs são divididas em UTEs em bloco e UTEs com conexões cruzadas.
Block TPPs consistem em blocos separados, geralmente do mesmo tipo usinas de energia- unidades de potência. Na unidade de potência, cada caldeira fornece vapor apenas para sua própria turbina, da qual retorna após a condensação apenas para sua própria caldeira. De acordo com o esquema de blocos, são construídas todas as poderosas usinas distritais e termelétricas, que possuem o chamado superaquecimento intermediário do vapor. A operação de caldeiras e turbinas em UTEs com cross-links é fornecida de forma diferente: todas as caldeiras de UTEs fornecem vapor a um duto de vapor comum (coletor) e todas as turbinas a vapor de UTEs são alimentadas a partir dele. De acordo com este esquema, os CPPs são construídos sem superaquecimento intermediário e quase todos os CHPPs são construídos para parâmetros iniciais de vapor subcríticos.
5. De acordo com o nível de pressão inicial, distinguem-se TPPs de pressão subcrítica e pressão supercrítica (SKP).
A pressão crítica é de 22,1 MPa (225,6 atm). Na indústria de energia térmica russa, os parâmetros iniciais são padronizados: usinas termelétricas e usinas termelétricas são construídas para pressão subcrítica de 8,8 e 12,8 MPa (90 e 130 atm) e para SKD - 23,5 MPa (240 atm). Os TPPs para parâmetros supercríticos, por motivos técnicos, são realizados com reaquecimento e de acordo com um esquema de blocos. Freqüentemente, usinas termelétricas ou usinas termelétricas são construídas em várias etapas - em etapas, cujos parâmetros são aprimorados com a introdução de cada nova etapa.
Considere uma típica usina termelétrica de condensação operando com combustível orgânico (Fig. 3.1).
Arroz. 3.1. Equilíbrio térmico de petróleo e gás
carvão pulverizado (números entre parênteses) UTE
O combustível é fornecido à caldeira e, para sua combustão, também é fornecido um agente oxidante - ar contendo oxigênio. O ar é retirado da atmosfera. Dependendo da composição e valor calorífico, a combustão completa de 1 kg de combustível requer 10–15 kg de ar e, portanto, o ar também é uma “matéria-prima” natural para a geração de eletricidade, cujo fornecimento à zona de combustão é necessário ter superchargers poderosos de alto desempenho. Como resultado reação química combustão, na qual o carbono C do combustível é convertido em óxidos CO 2 e CO, hidrogênio H 2 - em vapor d'água H 2 O, enxofre S - em óxidos SO 2 e SO 3, etc., produtos de combustão de combustível são formados - um mistura de vários gases de alta temperatura. É a energia térmica dos produtos da combustão do combustível que é a fonte de eletricidade gerada pelas UTEs.
Mais dentro da caldeira, o calor é transferido de gases de combustãoà água que se move dentro dos canos. Infelizmente, nem toda a energia térmica liberada como resultado da combustão do combustível pode ser transferida para a água por razões técnicas e econômicas. Os produtos da combustão do combustível (gases de combustão) resfriados a uma temperatura de 130–160 °C saem do TPP pela chaminé. Parte do calor transportado pelos gases de combustão, dependendo do tipo de combustível utilizado, do modo de operação e da qualidade da operação, é de 5 a 15%.
Parte da energia térmica que fica dentro da caldeira e transferida para a água garante a formação de vapor com altos parâmetros iniciais. Este vapor é enviado para uma turbina a vapor. Na saída da turbina, um vácuo profundo é mantido com a ajuda de um aparelho chamado condensador: a pressão atrás turbina a vaporé de 3 a 8 kPa (lembre-se de que pressão atmosférica está a 100 kPa). Portanto, o vapor, tendo entrado na turbina com alta pressão, vai para o condensador, onde a pressão é baixa, e se expande. É a expansão do vapor que garante a conversão de sua energia potencial em trabalho mecânico. A turbina a vapor é projetada de tal forma que a energia de expansão do vapor é convertida nela na rotação de seu rotor. O rotor da turbina está conectado ao rotor do gerador, nos enrolamentos do estator do qual é gerada a energia elétrica, que é o final produto útil(bens) funcionamento da UTE.
O condensador, que não apenas mantém a pressão a jusante da turbina, mas também faz com que o vapor se condense (transforme-se em água), requer uma grande quantidade de água fria para operar. Este é o terceiro tipo de “matéria-prima” fornecida às UTEs, e para a operação das UTEs não é menos importante que o combustível. Portanto, as UTEs são construídas próximas a fontes naturaiságua (rio, mar) ou construir fontes artificiais (lagoa de resfriamento, torres de resfriamento de ar, etc.).
A principal perda de calor nas UTEs ocorre devido à transferência do calor de condensação para a água de resfriamento, que então o cede ao meio ambiente. Com o calor da água de resfriamento, perde-se mais de 50% do calor fornecido à UTE com combustível. Além disso, como resultado, ocorre a poluição térmica do meio ambiente.
Parte da energia térmica do combustível é consumida dentro da UTE seja na forma de calor (por exemplo, para aquecimento de óleo combustível fornecido à CHPP na forma espessa em tanques ferroviários) ou na forma de eletricidade (por exemplo, para a condução motores elétricos de bombas para diversos fins). Essa parte das perdas é chamada de necessidades próprias.
Para o funcionamento normal de uma usina termelétrica, além das “matérias-primas” (combustível, água de resfriamento, ar), são necessários muitos outros materiais: óleo para operação de sistemas de lubrificação, regulação e proteção de turbinas, reagentes ( resinas) para limpeza do fluido de trabalho, numerosos materiais de reparo.
Finalmente, poderosas usinas termelétricas são atendidas grande quantia pessoal que fornece operação atual, Manutenção equipamentos, análise de indicadores técnicos e econômicos, abastecimento, gestão, etc. Aproximadamente, podemos supor que 1 pessoa é necessária para 1 MW de capacidade instalada e, portanto, a equipe de uma poderosa UTE é de vários milhares de pessoas. Qualquer usina de turbina a vapor de condensação inclui quatro elementos obrigatórios:
· 
uma caldeira de força, ou simplesmente uma caldeira, na qual a água de alimentação é fornecida sob alta pressão, combustível e ar atmosférico para combustão. Na fornalha da caldeira existe um processo combustão - a energia química do combustível é convertida em energia térmica e radiante. A água de alimentação flui através de um sistema de tubulação localizado dentro da caldeira. A queima do combustível é uma poderosa fonte de calor, que é transferida para a água de alimentação. Este último é aquecido até o ponto de ebulição e evapora. O vapor resultante na mesma caldeira é superaquecido acima do ponto de ebulição. Este vapor a uma temperatura de 540°C e uma pressão de 13–24 MPa é alimentado através de um ou mais dutos para a turbina a vapor;
uma unidade de turbina composta por uma turbina a vapor, um gerador elétrico e um excitador. Uma turbina a vapor na qual o vapor é expandido a uma pressão baixa(cerca de 20 vezes menor que a atmosférica), converte a energia potencial do vapor comprimido e aquecido a alta temperatura em energia cinética de rotação do rotor da turbina. A turbina aciona um gerador elétrico que converte a energia cinética de rotação do rotor do gerador em corrente elétrica. O gerador elétrico é composto por um estator, em cujos enrolamentos elétricos é gerada a corrente, e um rotor, que é um eletroímã rotativo, alimentado por uma excitatriz;
· o condensador serve para condensar o vapor que sai da turbina e criar um vácuo profundo. Isso permite reduzir significativamente o consumo de energia para a compressão subsequente da água resultante e, ao mesmo tempo, aumentar a eficiência do vapor, ou seja, obter mais energia do vapor gerado pela caldeira;
· bomba de alimentação para alimentação água de alimentação no caldeirão e na criação alta pressão na frente da turbina.
Assim, um ciclo contínuo de conversão da energia química do combustível queimado em energia elétrica ocorre no PTU acima do fluido de trabalho.
Além dos elementos listados, uma PTU real contém adicionalmente um grande número de bombas, trocadores de calor e outros dispositivos necessários para aumentar sua eficiência. processo tecnológico a geração de eletricidade em uma usina termelétrica a gás é mostrada na fig. 3.2.
Os principais elementos da usina em questão (Fig. 3.2) são uma caldeira que produz vapor de altos parâmetros; uma turbina ou usina de turbina a vapor que converte o calor do vapor em energia mecânica de rotação do rotor da unidade de turbina e dispositivos elétricos (gerador elétrico, transformador, etc.) que fornecem geração de eletricidade.
O principal elemento da planta de caldeiras é a caldeira. O gás para a operação da caldeira é fornecido da estação de distribuição de gás conectada ao gasoduto principal (não mostrado na figura) para o ponto de distribuição de gás (GRP) 1. Aqui sua pressão é reduzida para várias atmosferas e é fornecida para os queimadores 2 localizados na parte inferior da caldeira (esses queimadores são chamados de queimadores inferiores).
Arroz. 3.2. Processo tecnológico de produção de eletricidade em uma usina termelétrica a gás
A própria caldeira é uma estrutura em forma de U com dutos de gás retangulares. O lado esquerdo é chamado de fornalha. O interior do forno é livre, e nele ocorre a combustão do combustível, neste caso o gás. Para fazer isso, o ar quente é fornecido continuamente aos queimadores por um ventilador de tiragem especial 28, aquecido em um aquecedor de ar 25. Na fig. 3.2 mostra o chamado aquecedor de ar rotativo, cuja embalagem de armazenamento de calor é aquecida pelos gases de combustão que saem na primeira metade da revolução e na segunda metade da revolução aquece o ar proveniente da atmosfera. Para aumentar a temperatura do ar, é utilizada a recirculação: parte dos gases de combustão que saem da caldeira, com um ventilador de recirculação especial 29 é fornecido ao ar principal e misturado com ele. O ar quente é misturado ao gás e alimentado através dos queimadores da caldeira em seu forno - a câmara na qual o combustível é queimado. Ao queimar, forma-se uma tocha, que é uma poderosa fonte de energia radiante. Assim, durante a combustão do combustível, sua energia química é convertida em energia térmica e radiante da tocha.
As paredes do forno são revestidas com telas 19 - tubos aos quais a água de alimentação é fornecida do economizador 24. O diagrama mostra a chamada caldeira de passagem única, nas telas das quais a água de alimentação, passando pelo sistema de tubulação da caldeira apenas uma vez, é aquecido e evapora, transformando-se em vapor saturado seco. As caldeiras de tambor são amplamente utilizadas, nas telas das quais a água de alimentação circula repetidamente e o vapor é separado da água da caldeira no tambor.
O espaço atrás do forno da caldeira é densamente preenchido com tubos dentro dos quais o vapor ou a água se movem. No exterior, estas condutas são lavadas por gases de combustão quentes, que arrefecem gradualmente à medida que se deslocam para a chaminé 26.
O vapor saturado seco entra no superaquecedor principal, consistindo de teto 20, tela 21 e elementos convectivos 22. No superaquecedor principal, sua temperatura aumenta e, conseqüentemente, a energia potencial. O vapor de altos parâmetros obtido na saída do superaquecedor convectivo sai da caldeira e entra pela tubulação de vapor até a turbina a vapor.
Uma poderosa turbina a vapor geralmente consiste em várias, por assim dizer, turbinas separadas - cilindros.
Para o primeiro cilindro - o vapor do cilindro de alta pressão (HPC) 17 é fornecido diretamente da caldeira e, portanto, possui parâmetros altos (para turbinas SKD - 23,5 MPa, 540 ° С, ou seja, 240 at/540 °С). Na saída do HPC, a pressão do vapor é de 3 a 3,5 MPa (30 a 35 atm) e a temperatura é de 300 a 340 °C. Se o vapor continuasse a se expandir na turbina além desses parâmetros até a pressão no condensador, ficaria tão úmido que a operação a longo prazo da turbina seria impossível devido ao desgaste erosivo de suas peças no último cilindro. Portanto, o vapor relativamente frio do HPC retorna à caldeira para o chamado superaquecedor intermediário 23. Nele, o vapor cai novamente sob a influência dos gases quentes da caldeira, sua temperatura sobe para sua temperatura original (540 ° C). O vapor resultante é enviado para o cilindro de média pressão (MPC) 16. Depois de expandir no MPC a uma pressão de 0,2–0,3 MPa (2–3 atm), o vapor entra em um ou mais cilindros idênticos de baixa pressão (LPC) 15.
Assim, expandindo-se na turbina, o vapor gira seu rotor conectado ao rotor do gerador elétrico 14, em cujos enrolamentos do estator é gerada uma corrente elétrica. O transformador aumenta sua tensão para reduzir as perdas nas linhas elétricas, transfere parte da energia gerada para suprir as necessidades da própria UTE e libera o restante para o sistema elétrico.
Tanto a caldeira quanto a turbina podem operar apenas com água de alimentação e vapor de alta qualidade, permitindo apenas impurezas insignificantes de outras substâncias. Além disso, o consumo de vapor é enorme (por exemplo, em uma unidade de potência de 1200 MW, mais de 1 tonelada de água evapora em 1 segundo, passa pela turbina e condensa). Portanto, a operação normal da unidade de energia só é possível ao criar um ciclo fechado de circulação do fluido de trabalho de alta pureza.
O vapor que sai do LPC da turbina entra no condensador 12 - um trocador de calor, por cujos tubos flui continuamente água de resfriamento, fornecida pela bomba de circulação 9 de um rio, reservatório ou dispositivo especial de resfriamento (torre de resfriamento).
A torre de resfriamento é uma torre de exaustão oca de concreto armado (Fig. 3.3) de até 150 m de altura e com um diâmetro de saída de 40–70 m, que cria autoventilação para o ar que entra por baixo através das blindagens das guias de ar.
Um dispositivo de irrigação (aspersor) é instalado dentro da torre de resfriamento a uma altura de 10 a 20 m. O ar que se move para cima faz com que algumas gotas (cerca de 1,5-2%) evaporem, devido ao qual a água que sai do condensador e é aquecida nele é resfriada. A água resfriada é coletada abaixo na piscina, flui para a câmara anterior 10, e de lá é fornecida pela bomba de circulação 9 ao condensador 12 (Fig. 3.2).
| Arroz. 3.3. Torre de resfriamento de tiragem natural |
| Arroz. 3.4. Visão externa da torre de resfriamento |
Juntamente com a água circulante, é utilizado o abastecimento de água de fluxo direto, no qual a água de resfriamento entra no condensador do rio e é descarregada a jusante. O vapor que sai da turbina para o espaço anular do condensador condensa e desce; O condensado resultante é alimentado por uma bomba de condensado 6 através de um grupo de aquecedores regenerativos de baixa pressão (LPH) 3 para o desaerador 8. No LPH, a temperatura do condensado aumenta devido ao calor de condensação do vapor retirado do turbina. Isso reduz o consumo de combustível na caldeira e aumenta a eficiência da usina. No desaerador 8, ocorre a desaeração - a remoção dos gases dissolvidos nele do condensado que atrapalham o funcionamento da caldeira. Ao mesmo tempo, o tanque desaerador é um recipiente para a água de alimentação da caldeira.
Do desaerador, a água de alimentação é fornecida pela bomba de alimentação 7, acionada por um motor elétrico ou uma turbina a vapor especial, para um grupo de aquecedores de alta pressão (HPH).
O aquecimento regenerativo do condensado em PEAD e HPH é a principal e muito rentável forma de aumentar a eficiência das UTEs. O vapor, que se expandia na turbina desde a entrada até a tubulação de extração, gerava uma certa potência e, entrando no aquecedor regenerativo, transferia seu calor de condensação para a água de alimentação (e não para a de resfriamento!), elevando sua temperatura e, assim, economizando o consumo de combustível na caldeira. Temperatura da água de alimentação da caldeira a jusante do HPH, ou seja, antes de entrar na caldeira, é, dependendo dos parâmetros iniciais, 240–280°С. Assim, fecha-se o ciclo tecnológico vapor-água de conversão da energia química do combustível em energia mecânica de rotação do rotor da unidade turbinada.
Engenharia de energia térmica em nosso país é o maior produtor de eletricidade. Os principais fatores de sua colocação são as matérias-primas e o consumidor.
As maiores usinas termelétricas estão localizadas no leste do país, por exemplo em Sibéria Oriental onde os carvões mais baratos da bacia de Kansk-Achinsk são usados como combustível - Berezovskaya, Irsha-Borodinskaya e Nazarovskaya GRES; na Sibéria Ocidental - Surgutskaya GRES, operando em um associado gás de petróleo; no Extremo Oriente - Neryungrinskaya GRES no carvão South Yakutsk. O fator consumidor é mais claramente expresso na localização de usinas termelétricas próximas principais cidades e centros industriais. Estes incluem Konakovskaya GRES, Ryazanskaya, Kostroma - no Distrito Central; Zainskaya - na região do Volga; Troitskaya e Reftinskaya - nos Urais. (Apêndice 4.)
Muitas usinas termelétricas produzem, além de eletricidade, vapor e água quente - são usinas combinadas de calor e energia (CHP). Eles estão localizados próximos ao consumidor (20-25 km).
O fator de posicionamento mais importante usinas hidrelétricasé a disponibilidade de energia hidrelétrica. As usinas hidrelétricas produzem a eletricidade mais barata, mas sua localização depende das características do território. O principal potencial hidrelétrico do país está localizado na Sibéria Oriental (35%) e no Extremo Oriente (mais de 30%). Portanto, as maiores UHEs com capacidade de até 6,4 milhões de kW foram construídas em Angara e Yenisei - Irkutsk, Bratsk, Ust-Ilimsk, Krasnoyarsk, Sayano-Shushenskaya, Yenisei, etc. construído no Volga e Kama - até 2,5 milhões de kW: Volgogrado, Saratov, Volga, Nizhnekamsk, etc.
Poder nuclear. O principal fator na localização das usinas nucleares é o fator consumidor. A principal produção industrial e população na Rússia estão concentradas em áreas com falta de recursos de combustível, mas que precisam de uma grande quantidade de eletricidade. Estas regiões incluem quase toda a parte europeia do país.
A necessidade de desenvolvimento da energia nuclear também está associada à alta eficiência da matéria-prima utilizada - o urânio, do qual 1 kg equivale a 2,5 mil toneladas de carvão de alta qualidade. A primeira usina nuclear foi construída em 1954. na cidade de Obninsk, região de Kaluga. Atualmente, Kolskaya (distrito do norte), Leningradskaya (distrito do noroeste), Smolenskaya ( Distrito Central), Novovoronezh e Kursk (região central de Chernozemny), Balakovo (região do Volga), Beloyarsk (Urais), bem como a usina nuclear de Bilibino em Chukotka região Autónoma(Extremo Oriente), Em 2000, a primeira unidade de energia do Rostov NPP no norte do Cáucaso foi colocada em operação.
A indústria de energia elétrica, como nenhuma outra indústria, influencia a formação da organização territorial da economia do país. Contribui para a colocação de indústrias intensivas em energia em áreas remotas, que apresentam grandes perspectivas para o desenvolvimento da economia do país como um todo e seus súditos.
O desenvolvimento da energia mundial no século XXI. envolve o uso ativo de fontes renováveis e tipos de energia ambientalmente amigáveis, incluindo a energia das marés. O potencial teórico de energia da maré é estimado por vários autores em 2500–4000 GW, o que é comparável ao potencial de energia do rio tecnicamente possível (4000 GW) . A implementação da energia das marés está atualmente prevista em 139 locais na costa do Oceano Mundial com uma geração esperada de 2037 TWh/ano, o que representa cerca de 12% do consumo moderno de energia do mundo Tabela 1. Características da UTE de Rússia TPP Sea, máx. ED, 20068.0 Penzhinskaya (seção sul) Okhotskoye, 11.0 Materiais de design, 1972–199687.9 Penzhinskaya (seção norte) Okhotskoye, 13.4 Materiais de design, 1983–199621.4 Tugurskaya Okhotskoye, 9.0 Estudo de viabilidade, 19966.8– 7.98 Malaya Mezenskaya BarentsevoTrabalhando desde 20070, 1. Até o momento, o mundo concluiu estudos de viabilidade de seis grandes TPPs: Severn e Mereei na Inglaterra, Kobequid e Cumberland no Canadá, Mezenskaya e Tugurskaya na Rússia. Os indicadores econômicos dessas UTEs, de fato, não são inferiores aos das novas UHEs. As datas para o início da construção de várias dessas UTEs foram repetidas: Mereei em 1994, Severn em 2000 com a entrada em operação das primeiras unidades em 2006. Mas nenhuma dessas UTEs foi construída ainda. O fato é que o longo tempo de construção e a intensidade de capital das UTEs com altas taxas de desconto modernas (Canadá até 10%, Inglaterra 8%, Argentina 16%) não podem atrair empresas privadas para sua construção. A sensibilidade do custo da energia ao valor do percentual de desconto, por exemplo, para a UTE Severn, quando aumentado de 5 para 10%, leva a um aumento do custo de 1 kWh de 7 para 14 pence.
Usinas Hidráulicas (UHEs) 12% das reservas hidrelétricas do mundo estão concentradas na Rússia, e seu potencial econômico hidrelétrico é desenvolvimento moderno tecnologia é estimada em 1100 bilhões de kWh. Mas sua distribuição pelo país é extremamente desigual. A Rússia ocupa o terceiro lugar no mundo na produção de eletricidade em usinas hidrelétricas, atrás do Canadá e dos Estados Unidos.
As usinas hidrelétricas são uma fonte de energia muito eficiente porque utilizam recursos renováveis, são fáceis de operar e têm uma eficiência elevada de mais de 80%. Com isso, a energia produzida nas hidrelétricas é a mais barata. As grandes vantagens das usinas hidrelétricas incluem alta manobrabilidade, ou seja, a possibilidade de partida e desligamento automáticos quase instantâneos de qualquer número necessário de unidades.
No trabalho prático de localização de usinas, a cooperação entre usinas hidrelétricas e termelétricas é de grande importância. Isso se deve ao fato de que a geração de energia elétrica nas hidrelétricas oscila muito ao longo do ano devido às mudanças no regime hídrico dos rios. A combinação de usinas termelétricas e hidrelétricas em um único sistema de energia permite compensar a falta de geração de energia nas usinas hidrelétricas durante os períodos secos do ano devido à eletricidade gerada nas usinas termelétricas
A construção de uma central hidroeléctrica requer muito tempo e grandes investimentos específicos, está associada à perda de terras nas planícies e prejudica a pesca. Uma grande desvantagem das UHEs é a sazonalidade de sua operação, o que é inconveniente para a indústria.
A hidroconstrução em nosso país caracterizou-se pela construção de cascatas de usinas hidrelétricas em rios. Além de obter energia hidrelétrica, as cascatas resolveram os problemas de abastecimento da população e produção de água, eliminando enchentes e melhorando as condições de transporte. Mas a criação de cascatas também teve consequências negativas: a perda de valiosos terrenos agrícolas, a violação do equilíbrio ecológico.
As maiores HPPs do acampamento fazem parte da cascata Angara-Yenisei: Sayano-Shushnskaya, Krasnoyarskaya - no Yenisei; Irkutsk, Bratsk, Ust-Ilimskaya - no Angara; construção da UHE Boguchanskaya. Na parte europeia do país, uma grande cascata de usinas hidrelétricas foi criada no Volga. Inclui Ivankovskaya, Uglichskaya, Rybinskaya, Gorodetskaya, Cheboksary, Volzhskaya (perto de Samara), Saratovskaya, Volzhskaya (perto de Volgogrado).
As UHEs podem ser divididas em dois grupos principais: UHEs em grandes rios de planície e UHEs em rios de montanha. Em nosso país, a maioria das usinas hidrelétricas foi construída em rios de várzea.
É menos rentável do que os grandes.
As usinas hidrelétricas reversíveis (PPPPs) são um tipo especial de usina hidrelétrica cujo principal objetivo é remover as cargas de ponta nas redes, gerando eletricidade no momento certo. A construção de uma usina hidrelétrica reversível é considerada a mais econômica ao lado das usinas nucleares.
A Sibéria Oriental e o Extremo Oriente são consideradas as regiões mais promissoras da Rússia para o desenvolvimento da indústria de energia elétrica. 1/3 do potencial dos recursos energéticos da Rússia está concentrado na Sibéria Oriental. No Extremo Oriente, apenas 3% do potencial disponível de recursos hidrelétricos de ¼ disponível é usado. As usinas hidrelétricas mais poderosas construídas na Sibéria Ocidental e Oriental são, sem dúvida, necessárias, e esta é a chave mais importante para o desenvolvimento da Sibéria Ocidental, da Sibéria Oriental e também das regiões econômicas dos Urais)