Planta combinada de calor y energía. (CHP)

Las plantas de cogeneración estaban más extendidas en la URSS. Los primeros tubos de calor se instalaron desde las centrales eléctricas de Leningrado y Moscú (1924, 1928). Desde los años 30. diseño y construcción de centrales térmicas con una capacidad de 100-200 megavatio A finales de 1940, la capacidad de todas las centrales térmicas en funcionamiento alcanzó 2 GW, suministro de calor anual - 10 8 gj, y la longitud de las redes de calefacción (ver Red de calefacción) - 650 km. A mediados de los 70. la potencia eléctrica total de la central térmica es de aproximadamente 60 G.W.(con una capacidad total de TPP 220 y TPP 180 G.W.). La generación anual de electricidad en las centrales térmicas alcanza los 330 mil millones. kWh, suministro de calor - 4․10 9 Gj; capacidad de nuevas centrales térmicas individuales - 1,5-1,6 G.W. con liberación de calor por hora hasta (1,6-2,0)․10 4 Gj; generación eléctrica específica durante el suministro 1 gj calor - 150-160 kWh Consumo específico de combustible equivalente para la producción 1 kWh promedios de electricidad 290 GRAMO(mientras se encuentra en la central eléctrica del distrito estatal - 370 GRAMO); el consumo específico anual medio más bajo de combustible equivalente en las centrales térmicas es de unos 200 gramos/kWh(en las mejores centrales eléctricas del distrito estatal: alrededor de 300 gramos/kWh). Este reducido consumo específico de combustible (en comparación con el de las centrales eléctricas de distrito) se explica por la producción combinada de dos tipos de energía utilizando el calor del vapor de escape. En la URSS, las centrales térmicas suponen un ahorro de hasta 25 millones. t combustible estándar por año (CHP 11% de todo el combustible utilizado para la producción de electricidad).

La cogeneración es el principal eslabón de producción del sistema centralizado de suministro de calor. La construcción de centrales térmicas es una de las principales direcciones de desarrollo del sector energético en la URSS y otros países socialistas. En los países capitalistas, las plantas de cogeneración tienen una distribución limitada (principalmente plantas de cogeneración industriales).

Iluminado.: Sokolov E. Ya., Calefacción y redes de calefacción, M., 1975; Ryzhkin V. Ya., Centrales térmicas, M., 1976.

V. Ya. Ryzhkin.

Gran enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .

Vea qué es “Central Térmica” en otros diccionarios:

- (CHP), una central térmica de turbina de vapor que produce y suministra a los consumidores simultáneamente 2 tipos de energía: eléctrica y térmica (en forma de agua caliente, vapor). En Rusia, la capacidad de las centrales térmicas individuales alcanza los 1,5-1,6 GW con un feriado por hora... ... enciclopedia moderna

- (Central de cogeneración CHP), una central térmica que genera no solo energía eléctrica, sino también calor, suministrado a los consumidores en forma de vapor y agua caliente... Gran diccionario enciclopédico

Central Combinada de Calor y Energía, y, mujeres. Central térmica que produce electricidad y calor (agua caliente, vapor) (CHP). Diccionario explicativo de Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Shvédova. 1949 1992… Diccionario explicativo de Ozhegov Gran Enciclopedia Politécnica

CHPP 26 (Yuzhnaya CHPP) en Moscú ... Wikipedia

Abastecer a la población de calor y electricidad es una de las principales tareas del Estado. Además, sin generación de electricidad es imposible imaginar una industria manufacturera y procesadora desarrollada, sin la cual la economía del país no puede existir en principio.

Una de las formas de solucionar el problema de la escasez de energía es la construcción de centrales térmicas. La definición de este término es bastante simple: se trata de la llamada central combinada de calor y energía, que es uno de los tipos más comunes de centrales térmicas. En nuestro país son muy comunes, ya que funcionan con combustible fósil orgánico (carbón), cuyas características tienen unas exigencias muy modestas.

Peculiaridades

Eso es lo que es una central térmica. La definición del concepto ya le resulta familiar. Pero ¿qué características tiene este tipo de centrales eléctricas? ¿¡No es coincidencia que estén colocados en una categoría separada!?

El hecho es que no solo generan electricidad, sino también calor, que se suministra a los consumidores en forma de agua caliente y vapor. Cabe señalar que la electricidad es un subproducto, ya que el vapor que se suministra a los sistemas de calefacción hace girar primero las turbinas del generador. Combinar dos empresas (sala de calderas y central eléctrica) es bueno porque permite reducir significativamente el consumo de combustible.

Sin embargo, esto también conduce a una “área de distribución” bastante insignificante de las centrales térmicas. La explicación es sencilla: dado que las estaciones suministran no sólo electricidad, que puede transportarse a miles de kilómetros con pérdidas mínimas, sino también refrigerante calentado, no pueden ubicarse a una distancia significativa de una zona poblada. No es de extrañar que casi todas las centrales térmicas se construyan muy cerca de las ciudades, a cuyos habitantes calientan e iluminan.

Importancia ecológica

Debido al hecho de que durante la construcción de una central de este tipo es posible deshacerse de muchas salas de calderas antiguas de la ciudad, que desempeñan un papel extremadamente negativo en el estado ecológico de la zona (enormes cantidades de hollín), la limpieza de la El aire en la ciudad a veces puede aumentar en un orden de magnitud. Además, las nuevas centrales térmicas permiten eliminar los residuos de los vertederos de las ciudades.

Los últimos equipos de limpieza permiten purificar eficazmente las emisiones y la eficiencia energética de dicha solución es extremadamente alta. Por tanto, la energía liberada al quemar una tonelada de petróleo es idéntica al volumen que se libera al reciclar dos toneladas de plástico. ¡Y este “bien” será suficiente durante las próximas décadas!

En la mayoría de los casos, la construcción de centrales térmicas implica el uso de combustibles fósiles, como ya hemos comentado anteriormente. Sin embargo, en los últimos años hay planes para crear dispositivos que se instalarán en regiones de difícil acceso del Extremo Norte. Dado que el suministro de combustible allí es extremadamente difícil, la energía nuclear es la única fuente de energía fiable y constante.

¿Qué son?

Hay centrales térmicas (cuyas fotos se encuentran en el artículo) industriales y “domésticas”, de calefacción. Como se puede adivinar fácilmente por el nombre, las centrales eléctricas industriales proporcionan electricidad y calor a las grandes empresas manufactureras.

A menudo se construyen durante la construcción de la planta, formando junto con ella una única infraestructura. En consecuencia, se están construyendo variedades "domésticas" cerca de los barrios residenciales de la ciudad. En aplicaciones industriales se transmite en forma de vapor caliente (no más de 4-5 km), en el caso de calefacción, mediante agua caliente (20-30 km).

Información sobre el equipamiento de la estación.

El principal equipamiento de estas empresas son las turbinas, que convierten la energía mecánica en electricidad, y las calderas, encargadas de generar el vapor que hace girar los volantes de los generadores. La unidad de turbina incluye tanto la propia turbina como un generador síncrono. En las centrales térmicas que suministran calor y energía a las instalaciones industriales se instalan tuberías con una contrapresión de 0,7-1,5 Mn/m2. Para abastecer a los consumidores domésticos se utilizan modelos con una presión de 0,05-0,25 Mn/m2.

Problemas de eficiencia

En principio, todo el calor generado se puede aprovechar al máximo. Pero la cantidad de electricidad generada en una central térmica (ya conoces la definición de este término) depende directamente de la carga térmica. En pocas palabras, en el período primavera-verano su producción disminuye casi a cero. Así, las instalaciones de contrapresión se utilizan únicamente para abastecer instalaciones industriales cuyo consumo es más o menos uniforme a lo largo de todo el periodo.

Unidades tipo condensación

En este caso, para suministrar calor a los consumidores sólo se utiliza el llamado “vapor de purga”, y el resto del calor a menudo simplemente se pierde y se disipa en el medio ambiente. Para reducir las pérdidas de energía, dichas plantas de cogeneración deben funcionar con una liberación mínima de calor a la unidad de condensación.

Sin embargo, desde la época de la URSS, se han construido centrales de este tipo en las que estructuralmente se proporciona un modo híbrido: pueden funcionar como centrales térmicas de condensación convencionales, pero su turbogenerador es totalmente capaz de funcionar en modo de contrapresión.

Variedades universales

No es de extrañar que sean las instalaciones de condensación de vapor las que más se han extendido por su versatilidad. Así, sólo ellos permiten regular de forma prácticamente independiente la carga eléctrica y térmica. Incluso si no se espera ninguna carga de calor (en el caso de un verano especialmente caluroso), la población recibirá electricidad según el calendario anterior (central térmica Zapadnaya en San Petersburgo).

Tipos “térmicos” de cogeneración

Como ya puede comprender, la producción de calor en este tipo de centrales eléctricas es extremadamente desigual a lo largo del año. Idealmente, aproximadamente el 50% del agua caliente o el vapor se utiliza para calentar a los consumidores y el resto del refrigerante se utiliza para generar electricidad. Así funciona la CHPP del Suroeste en la capital del Norte.

En la mayoría de los casos, la liberación de calor se realiza según dos esquemas. Si se utiliza una opción abierta, el vapor caliente de las turbinas va directamente a los consumidores. Si se elige un esquema de funcionamiento cerrado, el refrigerante se suministra después de pasar por los intercambiadores de calor. La elección del esquema se determina en función de muchos factores. En primer lugar, se tienen en cuenta la distancia desde el objeto provisto de calor y electricidad, el número de habitantes y la temporada. Así, la central de cogeneración Yugo-Zapadnaya en San Petersburgo funciona según un esquema cerrado, ya que proporciona una mayor eficiencia.

Características del combustible utilizado.

Sólido, líquido y utilizable. Dado que las centrales térmicas a menudo se construyen cerca de grandes asentamientos y ciudades, a menudo es necesario utilizar tipos bastante valiosos: gas y fueloil. El uso de carbón y basura como tal en nuestro país es bastante limitado, ya que no todas las estaciones cuentan con instalados equipos de purificación del aire modernos y eficaces.

Para limpiar los gases de escape de las instalaciones se utilizan trampas de partículas especiales. Para dispersar partículas sólidas en capas suficientemente altas de la atmósfera, se construyen tuberías de 200 a 250 metros de altura. Como regla general, todas las centrales combinadas de calor y energía (CHP) están ubicadas a una distancia bastante grande de las fuentes de suministro de agua (ríos y embalses). Por ello se utilizan sistemas artificiales que incluyen torres de refrigeración. El suministro de agua de flujo directo es extremadamente raro y en condiciones muy específicas.

Características de las gasolineras.

Destacan las centrales térmicas alimentadas por gas. El suministro de calor a los consumidores se realiza no sólo a partir de la energía que se genera durante la combustión, sino también de la recuperación de calor de los gases generados. La eficiencia de este tipo de instalaciones es extremadamente alta. En algunos casos, las centrales nucleares también pueden utilizarse como centrales térmicas. Esto es especialmente común en algunos países árabes.

Allí estas centrales cumplen dos funciones a la vez: abastecer de electricidad y agua técnica a la población, ya que cumplen funciones simultáneamente. Veamos ahora las principales centrales térmicas de nuestro país y de los países vecinos.

Yugo-Zapadnaya, San Petersburgo

En nuestro país es famosa la central térmica occidental, que se encuentra en San Petersburgo. Registrado como OJSC "Yugo-Zapadnaya CHPP". La construcción de esta moderna instalación cumplió varias funciones:

• Compensación por la grave escasez de energía térmica, que impidió la intensificación del programa de construcción de viviendas.
• Incrementar la fiabilidad y la eficiencia energética del sistema urbano en su conjunto, ya que era precisamente este aspecto el que tenía problemas en San Petersburgo. La central térmica nos permitió solucionar parcialmente este problema.

Pero esta estación también es conocida por ser una de las primeras en Rusia que cumple con los requisitos medioambientales más estrictos. El gobierno de la ciudad ha asignado un área de más de 20 hectáreas para la nueva empresa. El hecho es que el área de reserva restante del distrito de Kirovsky fue asignada para la construcción. En esos lugares había una antigua colección de cenizas de CHPP-14, por lo que la zona no era apta para la construcción de viviendas, pero estaba muy bien ubicada.

El lanzamiento tuvo lugar a finales de 2010 y casi toda la dirección de la ciudad estuvo presente en la ceremonia. Se pusieron en funcionamiento dos nuevas instalaciones de calderas automáticas.

Múrmansk

La ciudad de Murmansk es conocida como la base de nuestra flota en el Mar Báltico. Pero también se caracteriza por unas condiciones climáticas extremas, lo que impone ciertas exigencias a su sistema energético. No es sorprendente que la central térmica de Murmansk sea, en muchos sentidos, una instalación técnica única, incluso a escala nacional.

Se puso en funcionamiento en 1934 y desde entonces ha seguido suministrando calor y electricidad a los habitantes de la ciudad. Sin embargo, durante los primeros cinco años, la central eléctrica de Murmansk era una central eléctrica normal. Los primeros 1.150 metros de la tubería de calefacción no se instalaron hasta 1939. Se trata de la abandonada central hidroeléctrica de Nizhne-Tulomskaya, que cubrió casi por completo las necesidades eléctricas de la ciudad y, por lo tanto, fue posible liberar parte de la producción térmica para calentar las casas de la ciudad.

La estación se caracteriza por funcionar en modo equilibrado durante todo el año, ya que su producción térmica y “energética” es aproximadamente igual. Sin embargo, en las condiciones de la noche polar, la central térmica en algunos momentos pico comienza a utilizar la mayor parte del combustible específicamente para generar electricidad.

Estación de Novopolotsk, Bielorrusia

El diseño y construcción de esta instalación se inició en agosto de 1957. La nueva central termoeléctrica de Novopolotsk debía resolver no sólo el problema de calentar la ciudad, sino también el suministro de electricidad a la refinería de petróleo que se está construyendo en la misma zona. En marzo de 1958, el proyecto finalmente fue firmado, aprobado y aprobado.

La primera etapa se puso en funcionamiento en 1966. El segundo se lanzó en 1977. Al mismo tiempo, la central de cogeneración de Novopolotsk se modernizó por primera vez, su potencia máxima se incrementó a 505 MW y, poco después, se inició la tercera etapa de construcción, finalizada en 1982. En 1994, la estación se convirtió a gas natural licuado.

Hasta la fecha ya se han invertido alrededor de 50 millones de dólares estadounidenses en la modernización de la empresa. Gracias a una inyección de efectivo tan impresionante, la empresa no solo se convirtió completamente al gas, sino que también recibió una gran cantidad de equipos completamente nuevos que permitirán que la estación funcione durante décadas.

conclusiones

Por extraño que parezca, hoy en día son las obsoletas centrales térmicas las que son estaciones verdaderamente universales y prometedoras. Utilizando neutralizadores y filtros modernos es posible calentar agua quemando casi toda la basura que produce una zona poblada. Con ello se consigue un triple beneficio:

• Los vertederos se descargan y limpian.
• La ciudad recibe electricidad barata.
• El problema de la calefacción se está solucionando.

Además, en las zonas costeras es muy posible construir centrales térmicas que sirvan simultáneamente como desalinizadoras de agua de mar. Este líquido es muy adecuado para riego, explotaciones ganaderas y empresas industriales. En una palabra, ¡la verdadera tecnología del futuro!

El mundo moderno requiere una gran cantidad de energía (eléctrica y térmica), que se produce en centrales eléctricas de diversos tipos.

El hombre ha aprendido a extraer energía de varias fuentes (combustible de hidrocarburos, recursos nucleares, caída de agua, viento, etc.). Sin embargo, hasta el día de hoy las centrales térmicas y nucleares, de las que hablaremos, siguen siendo las más populares y eficientes.

¿Qué es una central nuclear?

Una central nuclear (NPP) es una instalación que utiliza la reacción de desintegración del combustible nuclear para producir energía.

Los científicos soviéticos y estadounidenses intentaron utilizar una reacción nuclear controlada (es decir, controlada, predecible) para generar electricidad simultáneamente, en los años 40 del siglo pasado. En los años 50, el “átomo pacífico” se hizo realidad y comenzaron a construirse centrales nucleares en muchos países del mundo.

La unidad central de cualquier central nuclear es la instalación nuclear en la que se produce la reacción. Cuando las sustancias radiactivas se desintegran, se libera una gran cantidad de calor. La energía térmica liberada se utiliza para calentar el refrigerante (normalmente agua), que, a su vez, calienta el agua del circuito secundario hasta convertirla en vapor. El vapor caliente hace girar las turbinas, lo que da como resultado la generación de electricidad.

Existe un debate en curso en todo el mundo sobre la viabilidad de utilizar la energía nuclear para generar electricidad. Los partidarios de las centrales nucleares hablan de su alta productividad, de la seguridad de los reactores de última generación y del hecho de que dichas centrales no contaminan el medio ambiente. Quienes se oponen argumentan que las centrales nucleares son potencialmente extremadamente peligrosas y que su funcionamiento y, sobre todo, la eliminación del combustible gastado conllevan costes enormes.

¿Qué es el TES?

El tipo de central eléctrica más tradicional y extendido en el mundo son las centrales térmicas. Las centrales térmicas (como significa esta abreviatura) generan electricidad quemando combustibles de hidrocarburos: gas, carbón, fueloil.


El esquema de funcionamiento de una central térmica es el siguiente: cuando se quema combustible, se genera una gran cantidad de energía térmica, con la ayuda de la cual se calienta el agua. El agua se convierte en vapor sobrecalentado, que se suministra al turbogenerador. Al girar, las turbinas ponen en movimiento las piezas del generador eléctrico, generando energía eléctrica.

En algunas centrales térmicas, no existe la fase de transferencia de calor al refrigerante (agua). Utilizan unidades de turbina de gas, en las que la turbina hace girar gases obtenidos directamente de la combustión del combustible.

Una ventaja significativa de las centrales térmicas es la disponibilidad y el relativo bajo precio del combustible. Sin embargo, las estaciones termales también tienen desventajas. Esto es, ante todo, una amenaza para el medio ambiente. Cuando se quema combustible, se liberan a la atmósfera grandes cantidades de sustancias nocivas. Para hacer que las centrales térmicas sean más seguras, se utilizan varios métodos, entre ellos: enriquecimiento del combustible, instalación de filtros especiales que atrapan compuestos nocivos, uso de recirculación de gases de combustión, etc.

¿Qué es CHP?

El nombre mismo de este objeto se parece al anterior y, de hecho, las centrales térmicas, como las centrales térmicas, convierten la energía térmica del combustible quemado. Pero además de electricidad, las centrales combinadas de calor y energía (CHP, por sus siglas en inglés) suministran calor a los consumidores. Las plantas de cogeneración son especialmente relevantes en zonas de clima frío, donde es necesario proporcionar calor a los edificios residenciales y industriales. Por eso en Rusia hay tantas centrales térmicas, donde tradicionalmente se utiliza la calefacción central y el suministro de agua a las ciudades.

Según el principio de funcionamiento, las centrales térmicas se clasifican como centrales de condensación, pero a diferencia de ellas, en las centrales térmicas parte de la energía térmica generada se utiliza para producir electricidad y la otra parte se utiliza para calentar el refrigerante, que se suministra al consumidor.


La cogeneración es más eficiente en comparación con las centrales térmicas convencionales, ya que permite aprovechar al máximo la energía recibida. Después de todo, después de la rotación del generador eléctrico, el vapor permanece caliente y esta energía se puede utilizar para calentar.

Además de las centrales térmicas, existen centrales nucleares, que en el futuro deberían desempeñar un papel destacado en el suministro de electricidad y calor de las ciudades del norte.

1 – generador eléctrico; 2 – turbina de vapor; 3 – panel de control; 4 – desaireador; 5 y 6 – bunkers; 7 – separador; 8 – ciclón; 9 – caldera; 10 – superficie de calentamiento (intercambiador de calor); 11 – chimenea; 12 – sala de trituración; 13 – almacén de reserva de combustible; 14 – carro; 15 – dispositivo de descarga; 16 – transportador; 17 – extractor de humos; 18 – canal; 19 – recogedor de cenizas; 20 – ventilador; 21 – cámara de combustión; 22 – molino; 23 – estación de bombeo; 24 – fuente de agua; 25 – bomba de circulación; 26 – calentador regenerativo de alta presión; 27 – bomba de alimentación; 28 – condensador; 29 – planta de tratamiento químico de agua; 30 – transformador elevador; 31 – calentador regenerativo de baja presión; 32 – bomba de condensado.

El siguiente diagrama muestra la composición de los equipos principales de una central térmica y la interconexión de sus sistemas. Con la ayuda de este diagrama, se puede rastrear la secuencia general de los procesos tecnológicos que ocurren en las centrales térmicas.

Designaciones en el diagrama TPP:

1. Economía de combustible;
2. preparación de combustible;
3. sobrecalentador intermedio;
4. parte de alta presión (HPV o CVP);
5. parte de baja presión (LPP o LPC);
6. generador eléctrico;
7. transformador auxiliar;
8. transformador de comunicación;
9. aparamenta principal;
10. bomba de condensado;
11. bomba de circulación;
12. fuente de suministro de agua (por ejemplo, río);
13. (PND);
14. planta de tratamiento de agua (UPE);
15. consumidor de energía térmica;
16. bomba de retorno de condensado;
17. desaireador;
18. Bomba de alimentación;
19. (PVD);
20. eliminación de escoria;
21. vertedero de cenizas;
22. extractor de humos (DS);
23. Chimenea;
24. ventilador (DV);
25. recogedor de cenizas

Descripción del esquema tecnológico del TPP:

Resumiendo todo lo anterior, obtenemos la composición de una central térmica:

• sistema de gestión y preparación de combustible;
• instalación de caldera: combinación de la propia caldera y equipos auxiliares;
• instalación de turbinas: turbina de vapor y sus equipos auxiliares;
• instalación de tratamiento de agua y depuración de condensados;
• sistema técnico de suministro de agua;
• sistema de eliminación de cenizas (para centrales térmicas que funcionan con combustible sólido);
• Equipos eléctricos y sistema de control de equipos eléctricos.

Las instalaciones de combustible, según el tipo de combustible utilizado en la estación, incluyen un dispositivo de recepción y descarga, mecanismos de transporte, instalaciones de almacenamiento de combustibles sólidos y líquidos, dispositivos para la preparación preliminar de combustible (plantas de trituración de carbón). La instalación de fueloil también incluye bombas para bombear fueloil, calentadores de fueloil y filtros.

La preparación del combustible sólido para la combustión consiste en triturarlo y secarlo en una planta de preparación de polvo, y la preparación del fueloil consiste en calentarlo, limpiarlo de impurezas mecánicas y, en ocasiones, tratarlo con aditivos especiales. Con gas combustible todo es más sencillo. La preparación de combustible gaseoso se reduce principalmente a regular la presión del gas delante de los quemadores de la caldera.

El aire necesario para la combustión del combustible se suministra al espacio de combustión de la caldera mediante ventiladores (AD). Los productos de la combustión del combustible (gases de combustión) son aspirados por extractores de humos (DS) y descargados a la atmósfera a través de chimeneas. Un conjunto de canales (conductos de aire y conductos de humos) y diversos elementos de equipo a través de los cuales pasan el aire y los gases de combustión forman el camino gas-aire de una central térmica (planta de calefacción). Los extractores de humos, chimenea y ventiladores incluidos en el mismo constituyen una instalación tiro. En la zona de combustión del combustible, las impurezas no combustibles (minerales) incluidas en su composición sufren transformaciones químicas y físicas y se eliminan parcialmente de la caldera en forma de escoria, y una parte importante de ellas es arrastrada por los gases de combustión en el forma de pequeñas partículas de ceniza. Para proteger el aire atmosférico de las emisiones de cenizas, se instalan recolectores de cenizas delante de los extractores de humos (para evitar el desgaste de las cenizas).

Las escorias y las cenizas capturadas generalmente se retiran hidráulicamente a los vertederos de cenizas.

Cuando se quema fueloil y gas, no se instalan recolectores de cenizas.

Cuando se quema combustible, la energía químicamente ligada se convierte en energía térmica. Como resultado, se forman productos de combustión que, en las superficies calefactoras de la caldera, desprenden calor al agua y al vapor generado a partir de ella.

El conjunto de equipos, sus elementos individuales y las tuberías por las que circulan el agua y el vapor forman el recorrido vapor-agua de la estación.

En la caldera, el agua se calienta hasta la temperatura de saturación, se evapora y el vapor saturado formado por el agua hirviendo de la caldera se sobrecalienta. Desde la caldera, el vapor sobrecalentado se envía a través de tuberías a la turbina, donde su energía térmica se convierte en energía mecánica y se transmite al eje de la turbina. El vapor que sale de la turbina ingresa al condensador, transfiere calor al agua de refrigeración y se condensa.

En las centrales térmicas modernas y en las centrales combinadas de calor y energía con unidades con una capacidad unitaria de 200 MW o más, se utiliza un sobrecalentamiento intermedio de vapor. En este caso, la turbina tiene dos partes: una parte de alta presión y una parte de baja presión. El vapor que sale de la parte de alta presión de la turbina se envía al sobrecalentador intermedio, donde se le suministra calor adicional. Luego, el vapor regresa a la turbina (a la parte de baja presión) y de allí ingresa al condensador. El sobrecalentamiento intermedio del vapor aumenta la eficiencia de la unidad de turbina y aumenta la confiabilidad de su funcionamiento.

El condensado se bombea fuera del condensador mediante una bomba de condensación y, después de pasar por calentadores de baja presión (LPH), ingresa al desaireador. Aquí se calienta con vapor hasta la temperatura de saturación, mientras que se libera oxígeno y dióxido de carbono y se eliminan a la atmósfera para evitar la corrosión del equipo. El agua desaireada, llamada agua de alimentación, se bombea a través de calentadores de alta presión (HPH) hacia la caldera.

El condensado en el HDPE y el desaireador, así como el agua de alimentación en el HDPE, se calientan mediante vapor extraído de la turbina. Este método de calentamiento implica devolver (regenerar) calor al ciclo y se denomina calentamiento regenerativo. Gracias a ello, se reduce el flujo de vapor hacia el condensador y, por tanto, la cantidad de calor transferido al agua de refrigeración, lo que conduce a un aumento de la eficiencia de la planta de turbina de vapor.

El conjunto de elementos que suministran agua de refrigeración a los condensadores se denomina sistema técnico de suministro de agua. Esto incluye: una fuente de suministro de agua (río, embalse, torre de enfriamiento), bomba de circulación, tuberías de entrada y salida de agua. En el condensador, aproximadamente el 55% del calor del vapor que ingresa a la turbina se transfiere al agua enfriada; esta parte del calor no se utiliza para generar electricidad y se desperdicia inútilmente.

Estas pérdidas se reducen significativamente si se extrae el vapor parcialmente agotado de la turbina y su calor se utiliza para las necesidades tecnológicas de las empresas industriales o para calentar agua para calefacción y suministro de agua caliente. De este modo, la estación se convierte en una central combinada de calor y energía (CHP), que proporciona generación combinada de energía eléctrica y térmica. En las centrales térmicas se instalan turbinas especiales con extracción de vapor, las llamadas turbinas de cogeneración. El condensado de vapor entregado al consumidor de calor se devuelve a la central térmica mediante una bomba de retorno de condensado.

En las centrales térmicas se producen pérdidas internas de vapor y condensado debido a la estanqueidad incompleta del camino vapor-agua, así como al consumo irrecuperable de vapor y condensado para las necesidades técnicas de la estación. Constituyen aproximadamente entre el 1 y el 1,5% del consumo total de vapor de las turbinas.

En las centrales térmicas también pueden producirse pérdidas externas de vapor y condensado asociadas con el suministro de calor a los consumidores industriales. En promedio son del 35 al 50%. Las pérdidas internas y externas de vapor y condensado se reponen con agua adicional pretratada en la unidad de tratamiento de agua.

Por lo tanto, el agua de alimentación de la caldera es una mezcla de condensado de turbina y agua de reposición.

El equipamiento eléctrico de la estación incluye un generador eléctrico, un transformador de comunicaciones, un cuadro principal y un sistema de alimentación de los mecanismos propios de la central a través de un transformador auxiliar.

El sistema de control recopila y procesa información sobre el avance del proceso tecnológico y el estado de los equipos, control automático y remoto de mecanismos y regulación de procesos básicos, protección automática de equipos.

La electricidad se produce en centrales eléctricas utilizando la energía oculta en diversos recursos naturales. Como se puede ver en la tabla. 1.2 esto sucede principalmente en las centrales térmicas (CTE) y en las centrales nucleares (CN) que funcionan según el ciclo térmico.

Tipos de centrales térmicas

Según el tipo de energía generada y liberada, las centrales térmicas se dividen en dos tipos principales: centrales eléctricas de condensación (CHP), destinadas únicamente a la producción de electricidad, y plantas de calefacción o centrales combinadas de calor y energía (CHP). Las centrales eléctricas de condensación que funcionan con combustibles fósiles se construyen cerca de los lugares de su producción, y las plantas de energía y calor combinadas están ubicadas cerca de los consumidores de calor: empresas industriales y áreas residenciales. Las plantas de cogeneración también funcionan con combustibles fósiles, pero a diferencia de las CPP, generan energía eléctrica y térmica en forma de agua caliente y vapor para fines de producción y calefacción. Los principales tipos de combustible de estas centrales eléctricas incluyen: sólido: hulla, antracita, semiantracita, lignito, turba, esquisto; Líquido - fuel oil y gaseoso - natural, coque, alto horno, etc. gas.

Tabla 1.2. Generación de electricidad en el mundo.

Las centrales nucleares, principalmente las de condensación, utilizan la energía del combustible nuclear.

Dependiendo del tipo de central térmica para accionar un generador eléctrico, las centrales eléctricas se dividen en turbinas de vapor (STU), turbinas de gas (GTU), ciclo combinado (CCG) y centrales eléctricas con motores de combustión interna (ICE).

Dependiendo de la duración del trabajo. TPP durante todo el año Con base en la cobertura de los horarios de carga de energía, caracterizados por el número de horas de uso de la capacidad instalada τ en la estación, las centrales se suelen clasificar en: básicas (τ en la estación > 6000 h/año); medio pico (τ en la estación = 2000 – 5000 h/año); pico (τ en st< 2000 ч/год).

Las centrales eléctricas básicas son aquellas que soportan la máxima carga constante posible durante la mayor parte del año. En la industria energética mundial, las centrales nucleares, las centrales térmicas altamente económicas y las centrales térmicas se utilizan como plantas base cuando funcionan según un programa térmico. Los picos de carga están cubiertos por centrales hidroeléctricas, centrales eléctricas de almacenamiento por bombeo y plantas de turbinas de gas, que tienen maniobrabilidad y movilidad, es decir. inicio y parada rápidos. Las centrales eléctricas de pico se encienden durante las horas en que es necesario cubrir la parte pico del programa de carga eléctrica diaria. Las centrales eléctricas de media punta, cuando la carga eléctrica total disminuye, se transfieren a potencia reducida o se ponen en reserva.

Según la estructura tecnológica, las centrales térmicas se dividen en bloque y no bloque. Con un diagrama de bloques, los equipos principales y auxiliares de una planta de turbinas de vapor no tienen conexiones tecnológicas con los equipos de otra instalación de la central eléctrica. En el caso de las centrales eléctricas de combustibles fósiles, el vapor se suministra a cada turbina desde una o dos calderas conectadas a ella. Con un esquema de TPP sin bloque, el vapor de todas las calderas ingresa a una tubería principal común y desde allí se distribuye a las turbinas individuales.

En las centrales eléctricas de condensación que forman parte de grandes sistemas energéticos, solo se utilizan sistemas de bloques con sobrecalentamiento intermedio de vapor. Se utilizan circuitos sin bloqueo con acoplamiento cruzado de vapor y agua sin sobrecalentamiento intermedio.

Principio de funcionamiento y principales características energéticas de las centrales térmicas.

La electricidad en las centrales eléctricas se produce utilizando energía oculta en diversos recursos naturales (carbón, gas, petróleo, fueloil, uranio, etc.), según un principio bastante simple, implementando tecnología de conversión de energía. El diagrama general de una central térmica (ver Fig. 1.1) refleja la secuencia de dicha conversión de un tipo de energía en otro y el uso del fluido de trabajo (agua, vapor) en el ciclo de una central térmica. El combustible (en este caso carbón) se quema en la caldera, calienta el agua y la convierte en vapor. El vapor se suministra a turbinas, que convierten la energía térmica del vapor en energía mecánica y accionan generadores que producen electricidad (ver sección 4.1).

Una central térmica moderna es una empresa compleja que incluye una gran cantidad de equipos diferentes. La composición del equipo de la central eléctrica depende del circuito térmico seleccionado, el tipo de combustible utilizado y el tipo de sistema de suministro de agua.

El equipamiento principal de la central eléctrica incluye: caldera y unidades de turbina con generador eléctrico y condensador. Estas unidades están estandarizadas en cuanto a potencia, parámetros de vapor, productividad, voltaje y corriente, etc. El tipo y la cantidad del equipo principal de una central térmica corresponden a la potencia especificada y al modo de funcionamiento previsto. También hay equipos auxiliares que se utilizan para suministrar calor a los consumidores y utilizar vapor de turbina para calentar el agua de alimentación de la caldera y satisfacer las necesidades propias de la central eléctrica. Esto incluye equipos para sistemas de suministro de combustible, una unidad de desaireación y alimentación, una unidad de condensación, una unidad de calefacción (para centrales térmicas), sistemas técnicos de suministro de agua, sistemas de suministro de petróleo, calentamiento regenerativo de agua de alimentación, tratamiento químico de agua, distribución y transmisión. de electricidad (ver Sección 4).

Todas las plantas de turbinas de vapor utilizan calentamiento regenerativo del agua de alimentación, lo que aumenta significativamente la eficiencia térmica y general de la planta de energía, ya que en los circuitos con calentamiento regenerativo, los flujos de vapor extraídos de la turbina a los calentadores regenerativos realizan su trabajo sin pérdidas en la fuente de frío. (condensador). Al mismo tiempo, para la misma potencia eléctrica del turbogenerador, el flujo de vapor en el condensador disminuye y, como resultado, la eficiencia. Las instalaciones están creciendo.

El tipo de caldera de vapor utilizada (ver sección 2) depende del tipo de combustible utilizado en la central eléctrica. Para los combustibles más comunes (carbón fósil, gas, fueloil, turba de molienda), se utilizan calderas con disposición en U, T y torre y una cámara de combustión diseñada en relación con un tipo particular de combustible. Para combustibles con cenizas de bajo punto de fusión se utilizan calderas con eliminación de cenizas líquidas. Al mismo tiempo, se logra una alta recolección de cenizas (hasta un 90%) en la cámara de combustión y se reduce el desgaste abrasivo de las superficies calefactoras. Por las mismas razones, las calderas de vapor con disposición de cuatro pasos se utilizan para combustibles con alto contenido de cenizas, como esquisto y residuos de preparación de carbón. Las centrales térmicas suelen utilizar calderas de tambor o de flujo directo.

Las turbinas y los generadores eléctricos están equiparados en una escala de potencia. Cada turbina tiene un tipo específico de generador. Para las centrales eléctricas de condensación térmica en bloque, la potencia de las turbinas corresponde a la potencia de los bloques, y el número de bloques está determinado por la potencia dada de la central eléctrica. Las unidades modernas utilizan turbinas de condensación de 150, 200, 300, 500, 800 y 1200 MW con recalentamiento de vapor.

Las centrales térmicas utilizan turbinas (ver apartado 4.2) con contrapresión (tipo P), con condensación y extracción de vapor industrial (tipo P), con condensación y una o dos extracciones de calefacción (tipo T), así como con condensación, industriales y par de extracción de calefacción (tipo PT). Las turbinas PT también pueden tener una o dos salidas de calefacción. La elección del tipo de turbina depende de la magnitud y relación de las cargas térmicas. Si predomina la carga de calefacción, entonces además de las turbinas PT, se pueden instalar turbinas tipo T con extracción de calefacción, y si predomina la carga industrial, se pueden instalar turbinas tipo PR y R con extracción industrial y contrapresión.

Actualmente, en las centrales térmicas, las más habituales son las instalaciones con una potencia eléctrica de 100 y 50 MW, que funcionan con parámetros iniciales de 12,7 MPa, 540-560°C. Para las centrales térmicas de las grandes ciudades se han creado instalaciones con una capacidad eléctrica de 175-185 MW y 250 MW (con turbina T-250-240). Las instalaciones con turbinas T-250-240 son modulares y funcionan con parámetros iniciales supercríticos (23,5 MPa, 540/540°C).

Una característica del funcionamiento de las centrales eléctricas en la red es que la cantidad total de energía eléctrica generada por ellas en cada momento debe corresponder completamente a la energía consumida. La mayor parte de las centrales eléctricas funcionan en paralelo en un sistema energético unificado, cubriendo la carga eléctrica total del sistema, y ​​la central térmica cubre simultáneamente la carga térmica de su área. Existen centrales eléctricas locales diseñadas para dar servicio a la zona y no conectadas a la red eléctrica general.

Una representación gráfica de la dependencia del consumo de energía a lo largo del tiempo se llama gráfico de carga eléctrica. Los gráficos diarios de carga eléctrica (Fig. 1.5) varían según la época del año, el día de la semana y suelen caracterizarse por una carga mínima durante la noche y una carga máxima durante las horas pico (la parte pico del gráfico). Junto con los gráficos diarios, son de gran importancia los gráficos anuales de carga eléctrica (Fig. 1.6), que se construyen a partir de datos de los gráficos diarios.

Los gráficos de carga eléctrica se utilizan al planificar cargas eléctricas de plantas y sistemas de energía, distribuir cargas entre plantas y unidades de energía individuales, en cálculos para seleccionar la composición de los equipos de trabajo y de respaldo, determinar la potencia instalada requerida y la reserva requerida, el número y la unidad. potencia de las unidades, al desarrollar planes de reparación de equipos y determinar la reserva de reparación, etc.

Cuando funciona a plena carga, el equipo de la central eléctrica desarrolla su potencia nominal o mientras sea posible potencia (rendimiento), que es la principal característica de pasaporte de la unidad. A esta potencia máxima (rendimiento), la unidad debe funcionar durante mucho tiempo a los valores nominales de los parámetros principales. Una de las principales características de una central eléctrica es su capacidad instalada, la cual se define como la suma de las capacidades nominales de todos los generadores eléctricos y equipos de calefacción, teniendo en cuenta la reserva.

El funcionamiento de la central eléctrica también se caracteriza por la cantidad de horas de uso. Capacidad instalada, que depende del modo en que opera la central eléctrica. Para las centrales eléctricas de carga básica, el número de horas de uso de la capacidad instalada es de 6.000 a 7.500 horas/año, y para las que funcionan en el modo de cobertura de carga máxima, de menos de 2.000 a 3.000 horas/año.

La carga a la que la unidad opera con mayor eficiencia se llama carga económica. La carga nominal a largo plazo puede ser igual a la carga económica. A veces es posible operar el equipo por un corto tiempo con una carga entre un 10% y un 20% mayor que la carga nominal con una eficiencia más baja. Si el equipo de la planta de energía funciona de manera estable con la carga de diseño en los valores nominales de los parámetros principales o cuando cambian dentro de límites aceptables, entonces este modo se llama estacionario.

Se denominan modos de funcionamiento con cargas estables, pero diferentes a las de diseño, o con cargas inestables. no estacionario o modos variables. En modos variables, algunos parámetros permanecen sin cambios y tienen valores nominales, mientras que otros cambian dentro de ciertos límites aceptables. Así, con carga parcial de la unidad, la presión y temperatura del vapor delante de la turbina pueden permanecer nominales, mientras que el vacío en el condensador y los parámetros del vapor en las extracciones cambiarán en proporción a la carga. Los modos no estacionarios también son posibles, cuando cambian todos los parámetros principales. Dichos modos ocurren, por ejemplo, al arrancar y detener equipos, descargar y aumentar la carga en un turbogenerador, cuando se opera con parámetros deslizantes y se denominan no estacionarios.

La carga térmica de la central eléctrica se utiliza para procesos tecnológicos e instalaciones industriales, para calefacción y ventilación de edificios industriales, residenciales y públicos, aire acondicionado y necesidades domésticas. Para fines de producción, normalmente se requiere una presión de vapor de 0,15 a 1,6 MPa. Sin embargo, para reducir las pérdidas durante el transporte y evitar la necesidad de un drenaje continuo de agua de las comunicaciones, la central eléctrica libera vapor algo sobrecalentado. La central térmica suele suministrar agua caliente con una temperatura de 70 a 180°C para calefacción, ventilación y necesidades domésticas.

La carga térmica, determinada por el consumo de calor para los procesos de producción y las necesidades domésticas (suministro de agua caliente), depende de la temperatura del aire exterior. En las condiciones de Ucrania, en verano, esta carga (además de la eléctrica) es menor que en invierno. Las cargas de calor industrial y doméstico cambian durante el día; además, la carga de calor diaria promedio de una central eléctrica, gastada en las necesidades domésticas, cambia entre semana y fines de semana. En las Figuras 1.7 y 1.8 se muestran gráficos típicos de los cambios en la carga de calor diaria de las empresas industriales y el suministro de agua caliente a una zona residencial.

La eficiencia operativa de las centrales térmicas se caracteriza por diversos indicadores técnicos y económicos, algunos de los cuales evalúan la perfección de los procesos térmicos (eficiencia, consumo de calor y combustible), mientras que otros caracterizan las condiciones en las que opera la central térmica. Por ejemplo, en la Fig. 1.9 (a,b) muestra balances de calor aproximados de centrales térmicas y CPP.

Como se puede ver en las cifras, la generación combinada de energía eléctrica y térmica proporciona un aumento significativo en la eficiencia térmica de las centrales eléctricas debido a una reducción de las pérdidas de calor en los condensadores de las turbinas.

Los indicadores más importantes y completos del funcionamiento de las centrales térmicas son el coste de la electricidad y el calor.

Las centrales térmicas tienen ventajas y desventajas en comparación con otros tipos de centrales eléctricas. Se pueden indicar las siguientes ventajas del TPP:

• distribución territorial relativamente libre asociada con la amplia distribución de recursos combustibles;
• la capacidad (a diferencia de las centrales hidroeléctricas) de generar energía sin fluctuaciones estacionales;
• el área de enajenación y retirada de la circulación económica de tierras para la construcción y operación de centrales térmicas es, por regla general, mucho menor que la requerida para las centrales nucleares y las centrales hidroeléctricas;
• Las centrales térmicas se construyen mucho más rápido que las hidroeléctricas o las nucleares, y su coste específico por unidad de capacidad instalada es menor en comparación con las centrales nucleares.
• Al mismo tiempo, las centrales térmicas tienen importantes desventajas:
• el funcionamiento de las centrales térmicas suele requerir mucho más personal que el de las centrales hidroeléctricas, lo que implica el mantenimiento de un ciclo de combustible a muy gran escala;
• el funcionamiento de las centrales térmicas depende del suministro de recursos combustibles (carbón, fueloil, gas, turba, esquisto bituminoso);
• los modos de funcionamiento variables de las centrales térmicas reducen la eficiencia, aumentan el consumo de combustible y provocan un mayor desgaste de los equipos;
• Las centrales térmicas existentes se caracterizan por una eficiencia relativamente baja. (principalmente hasta el 40%);
• Las centrales térmicas tienen un impacto directo y adverso sobre el medio ambiente y no son fuentes de electricidad respetuosas con el medio ambiente.
• El mayor daño al medio ambiente en las regiones circundantes lo causan las centrales eléctricas que funcionan con carbón, especialmente carbón con alto contenido de cenizas. Entre las centrales térmicas, las “más limpias” son aquellas que utilizan gas natural en su proceso tecnológico.

Según los expertos, las centrales térmicas de todo el mundo emiten anualmente entre 200 y 250 millones de toneladas de cenizas, más de 60 millones de toneladas de dióxido de azufre, grandes cantidades de óxidos de nitrógeno y dióxido de carbono (que provocan el llamado efecto invernadero y provocan largas -término cambio climático global), a la atmósfera, absorbiendo grandes cantidades de oxígeno. Además, ahora se ha establecido que el exceso de radiación de fondo alrededor de las centrales térmicas que funcionan con carbón es, en promedio, 100 veces mayor en el mundo que cerca de las centrales nucleares de la misma potencia (el carbón casi siempre contiene uranio, torio y un isótopo radiactivo del carbono como trazas de impurezas). Sin embargo, las tecnologías bien desarrolladas para la construcción, equipamiento y operación de centrales térmicas, así como el menor costo de su construcción, llevan al hecho de que las centrales térmicas representan la mayor parte de la producción mundial de electricidad. Por esta razón, se está prestando mucha atención a mejorar las tecnologías de TPP y reducir su impacto negativo en el medio ambiente en todo el mundo (ver sección 6).