Глава 2 Описание объекта моделирования

2.1.Краткая характеристика объекта

Тепловая электростанция (ТЭС) – электрическая станция (комплекс оборудования, установок, аппаратуры), вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. В настоящее время среди ТЭС больше всего тепловых паротурбинных электростанций (ТПЭС), также выделяют ГРЭС (государственная районная электрическая станция) и Тепловые электростанции с парогазотурбинной установкой (ПГЭС). 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. Первые ТЭС появились еще в конце XIX века в Нью-Йорке (1882 год), а в 1883 году первая тепловая электростанция была построена в России (Санкт-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%. В мощных теплоэлектростанциях используются турбины - турбогенераторы, работающие на тяжелом топливе или газе. Теплоэлектростанции малой и средней мощности создаются на основе газо-поршневых или газотурбинных силовых установок. Во всем мире растет популярность теплоэлектростанций, использующих биотопливо. Силовые агрегаты теплоэлектростанции выделяют большое количество тепла, и для их охлаждения используются различные жидкости. В теплоэлектростанциях на пути охлаждающей жидкости устанавливается теплообменник, в котором охлаждающая двигатель жидкость отдает большую часть своего тепла другой жидкости - теплоносителю. В качестве теплоносителя обычно используется вода, принудительное перемещение которой по отопительной системе обеспечивают циркуляционные насосы.

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.

Теплоэлектростанции могут быть использованы для электроснабжения и теплообеспечения жилых и общественных зданий, промышленных предприятий. Одновременно с выработкой электроэнергии теплоэлектростанцией происходит и активация отопительных систем. В теплоэлектростанциях предусмотрен режим покрытия пиковой потребности в электроэнергии при одновременной выработке тепла.

Если не рассматривать аварийные ситуации, когда обычные электростанции незаменимы, то за счет одновременной выработки электроэнергии и подачи тепла теплоэлектростанции наиболее эффективны и экономичны при длительной эксплуатации. Максимальная тепловая мощность отопительной системы нужна в течение нескольких месяцев в году, а для удовлетворения примерно 60% расхода тепла требуется всего 20% установочной тепловой мощности. Полное покрытие расхода тепла за счет тепловой мощности теплоэлектростанции оказывается нецелесообразным. Для этого в одной системе устанавливают модуль блочной теплоэлектростанции и один или несколько отопительных котлов. Совместная регулируемая работа комплекса отопительных приборов позволяет использовать их с максимальной эффективностью. Постоянно действующим источником тепла при этом является модуль теплоэлектростанции, а отопительные котлы включаются по мере роста тепловой нагрузки.