Principe de fonctionnement complet de la centrale thermique. Centrales thermiques (CHP, IES) : variétés, types, principe de fonctionnement, combustible

23.09.2019

Description

La source d'énergie initiale dans les centrales thermiques est le combustible organique (dans les centrales thermiques à turbine à vapeur et à turbine à gaz) ou le combustible nucléaire (dans les centrales thermiques nucléaires). La distribution prédominante est constituée de centrales thermiques à turbine à vapeur utilisant des combustibles fossiles, qui, avec les centrales à condensation, constituent le principal type de centrales électriques à turbine thermique à vapeur (TSPP). Il existe des centrales de cogénération type industriel- pour la fourniture de chaleur aux entreprises industrielles, et type de chauffage- pour le chauffage résidentiel et bâtiments publiques, ainsi que de leur fournir de l'eau chaude. La chaleur des centrales thermiques industrielles est transférée sur une distance allant jusqu'à plusieurs kilomètres (principalement sous forme de chaleur de vapeur), des centrales de chauffage - sur une distance allant jusqu'à 20 à 30 km (sous forme de chaleur d'eau chaude).

Centrale à charbon en Angleterre

Turbines de cogénération

L'équipement principal des centrales thermiques à turbine à vapeur est constitué d'unités de turbine qui convertissent l'énergie de la substance active (vapeur) en énergie électrique et d'unités de chaudière qui génèrent de la vapeur pour les turbines. L'unité turbine comprend une turbine à vapeur et un générateur synchrone. Les turbines à vapeur utilisées dans les centrales de cogénération sont appelées turbines de production combinée de chaleur et d'électricité (CHT). Parmi eux, on distingue les TC : avec contre-pression, généralement égale à 0,7-1,5 Mn/m2 (installés dans les centrales thermiques fournissant de la vapeur entreprises industrielles); avec condensation et extraction de vapeur sous pression de 0,7-1,5 Mn/m2 (pour les consommateurs industriels) et de 0,05-0,25 Mn/m2 (pour les consommateurs municipaux) ; avec condensation et extraction de vapeur (chauffage) sous une pression de 0,05-0,25 MN/m2.

La chaleur perdue des TC à contre-pression peut être pleinement utilisée. Cependant, la puissance électrique développée par de telles turbines dépend directement de l'ampleur de la charge thermique, et en l'absence de cette dernière (comme c'est par exemple le cas dans heure d'été dans les centrales de cogénération), ils ne produisent pas d'énergie électrique. Par conséquent, les TC avec contre-pression ne sont utilisés qu'en présence d'une charge thermique suffisamment uniforme, assurée pendant toute la durée du fonctionnement de la cogénération (c'est-à-dire principalement dans les installations de cogénération industrielles).

Dans les TC avec condensation et extraction de vapeur, seule la vapeur d'extraction est utilisée pour fournir de la chaleur aux consommateurs, et la chaleur du flux de vapeur de condensation est transférée à l'eau de refroidissement dans le condenseur et est perdue. Pour réduire les pertes de chaleur, ces TC doivent la plupart du temps fonctionner selon le programme « thermique », c'est-à-dire avec un passage de vapeur de « ventilation » minimal dans le condenseur. Les TC avec condensation et extraction de vapeur sont devenus majoritairement répandus dans les centrales thermiques car ils sont universels dans les modes de fonctionnement possibles. Leur utilisation permet de réguler les charges thermiques et électriques de manière quasi indépendante ; dans un cas particulier, avec des charges thermiques réduites ou en leur absence, une centrale thermique peut fonctionner selon un horaire « électrique », avec la puissance électrique requise, pleine ou presque.

Puissance des unités de turbine de chauffage

La puissance électrique des unités à turbine de chauffage (par opposition aux unités à condensation) est de préférence choisie non pas en fonction d'une échelle de puissance donnée, mais en fonction de la quantité de vapeur fraîche qu'elles consomment. Ainsi, les unités turbine R-100 avec contre-pression, PT-135 avec extractions industrielles et thermiques et T-175 avec extraction thermique ont la même consommation de vapeur fraîche (environ 750 t/h), mais une puissance électrique différente (100, 135 et 175 MW, respectivement) . Les chaudières qui produisent de la vapeur pour ces turbines ont la même productivité (environ 800 t/h). Cette unification permet l'utilisation d'unités de turbine dans une seule centrale de cogénération divers types avec les mêmes équipements thermiques de chaudières et de turbines. En URSS, les chaudières utilisées pour faire fonctionner les TPES à diverses fins ont également été unifiées. Ainsi, des chaudières d’une capacité de vapeur de 1 000 t/h sont utilisées pour alimenter en vapeur à la fois les turbines à condensation de 300 MW et les plus grandes HP de 250 MW au monde.

La pression de vapeur fraîche dans les centrales thermiques est acceptée en URSS comme étant de ~ 13-14 Mn/m 2 (principalement) et ~ 24-25 Mn/m 2 (dans les plus grandes unités de chauffage - d'une capacité de 250 MW) . Dans les centrales thermiques avec une pression de vapeur de 13 à 14 Mn/m 2, contrairement aux centrales électriques de district, il n'y a pas de surchauffe intermédiaire de la vapeur, car dans ces centrales thermiques, elle n'offre pas d'avantages techniques et économiques aussi importants que dans les centrales électriques régionales de l'État. Les unités de puissance d'une capacité de 250 MW dans les centrales thermiques avec une charge de chauffage sont réalisées avec une surchauffe intermédiaire de la vapeur.

La charge thermique dans les installations de cogénération est inégale tout au long de l’année. Afin de réduire les coûts des équipements énergétiques de base, une partie de la chaleur (40 à 50 %) pendant les périodes de charge accrue est fournie aux consommateurs à partir des chaudières à eau de pointe. La part de chaleur dégagée par le réseau matériel électriqueà la charge la plus élevée, détermine la valeur du coefficient de chauffage de la centrale thermique (généralement égale à 0,5-0,6). De la même manière, il est possible de couvrir les pointes de charge industrielle thermique (vapeur) (environ 10-20% du maximum) avec des pointes de vapeur.

Le principe de fonctionnement d'une centrale de production combinée de chaleur et d'électricité (CHP) repose sur propriété unique vapeur d'eau - pour être un liquide de refroidissement. A l'état chauffé, sous pression, il se transforme en source puissante L’énergie qui alimente les turbines des centrales thermiques (TPP) est un héritage de cette époque déjà lointaine de la vapeur.

D'abord centrale thermique a été construit à New York sur Pearl Street (Manhattan) en 1882. Un an plus tard, Saint-Pétersbourg est devenu le berceau de la première station thermale russe. Aussi étrange que cela puisse paraître, mais même à notre époque haute technologie Les centrales thermiques n'ont jamais trouvé de remplaçant à part entière : leur part dans le secteur énergétique mondial est supérieure à 60 %.

Et il existe une explication simple à cela, qui présente les avantages et les inconvénients de l’énergie thermique. Son « sang » est un combustible organique : le charbon, le fioul, les schistes bitumineux, la tourbe et le gaz naturel sont encore relativement accessibles et leurs réserves sont assez importantes.

Le gros inconvénient est que les produits de combustion du carburant causent de graves dommages à l’environnement. Oui, et le réservoir naturel sera un jour complètement épuisé et des milliers de centrales thermiques se transformeront en « monuments » rouillés de notre civilisation.

Principe d'opération

Pour commencer, il convient de définir les termes « CHP » et « CHP ». En termes simples, ce sont des sœurs. Une centrale thermique « propre » – une centrale thermique est conçue exclusivement pour la production d’électricité. Son autre nom est « centrale électrique à condensation » - IES.

Centrale de production combinée de chaleur et d'électricité - CHP - un type de centrale thermique. En plus de produire de l'électricité, elle fournit de l'eau chaude aux système central chauffage et pour les besoins domestiques.

Le schéma de fonctionnement d'une centrale thermique est assez simple. Le combustible et l'air chauffé - un comburant - entrent simultanément dans le four. Le combustible le plus courant dans les centrales thermiques russes est le charbon concassé. La chaleur issue de la combustion de la poussière de charbon transforme l’eau entrant dans la chaudière en vapeur, qui est ensuite acheminée sous pression vers la turbine à vapeur. Un puissant courant de vapeur le fait tourner, entraînant le rotor du générateur, qui convertit énergie mécaniqueà l'électrique.

Ensuite, la vapeur, qui a déjà considérablement perdu ses indicateurs initiaux - température et pression - pénètre dans le condenseur, où, après une « douche d'eau » froide, elle redevient de l'eau. Ensuite, la pompe à condensats les pompe dans les réchauffeurs régénératifs, puis dans le dégazeur. Là, l'eau est débarrassée des gaz - oxygène et CO 2, qui peuvent provoquer de la corrosion. L'eau est ensuite réchauffée à partir de la vapeur et réinjectée dans la chaudière.

Apport de chaleur

La deuxième fonction, non moins importante, du CHP est de fournir eau chaude(ferry) destiné aux systèmes chauffage central proche colonies Et usage domestique. Dans des radiateurs spéciaux eau froide chauffé à 70 degrés en été et 120 degrés en hiver, après quoi il est fourni au cellule générale mélange et passe ensuite par le système de chauffage principal jusqu'aux consommateurs. L'approvisionnement en eau de la centrale thermique est constamment réapprovisionné.

Comment fonctionnent les centrales thermiques au gaz ?

Comparées aux centrales thermiques au charbon, les centrales thermiques équipées de turbines à gaz sont beaucoup plus compactes et respectueuses de l'environnement. Qu'il suffise de dire qu'une telle station n'a pas besoin de chaudière à vapeur. Usine de turbine à gaz- il s'agit essentiellement du même turboréacteur d'avion, où, contrairement à lui, le jet stream n'est pas émis dans l'atmosphère, mais fait tourner le rotor du générateur. Dans le même temps, les émissions de produits de combustion sont minimes.

Nouvelles technologies de combustion du charbon

Le rendement des centrales thermiques modernes est limité à 34 %. La grande majorité des centrales thermiques fonctionnent encore au charbon, ce qui s'explique assez simplement : les réserves de charbon sur Terre sont encore énormes, de sorte que la part des centrales thermiques dans le volume total de l'électricité produite est d'environ 25 %.

Le processus de combustion du charbon est resté pratiquement inchangé depuis de nombreuses décennies. Cependant, de nouvelles technologies sont également apparues ici.

Particularité cette méthode consiste dans le fait qu'au lieu de l'air, l'oxygène pur séparé de l'air est utilisé comme comburant lors de la combustion de la poussière de charbon. En conséquence, de gaz de combustion les impuretés nocives – NOx – sont éliminées. Les impuretés nocives restantes sont filtrées à travers plusieurs étapes de purification. Le CO 2 restant à la sortie est pompé dans des conteneurs sous haute pression et soumis à un enfouissement jusqu'à 1 km de profondeur.

méthode "captage oxycombustible"

Ici aussi, lors de la combustion du charbon, de l'oxygène pur est utilisé comme agent oxydant. Contrairement à la méthode précédente, au moment de la combustion, de la vapeur se forme, provoquant la rotation de la turbine. Ensuite, les cendres et les oxydes de soufre sont éliminés des gaz de combustion, un refroidissement et une condensation sont effectués. Restant gaz carbonique sous une pression de 70 atmosphères se transforme en état liquide et placé sous terre.

Méthode de pré-combustion

Le charbon est brûlé en mode « normal » - dans une chaudière mélangée à de l'air. Après cela, les cendres et le SO 2 - oxyde de soufre sont éliminés. Ensuite, le CO 2 est éliminé à l'aide d'un absorbant liquide spécial, après quoi il est éliminé par enfouissement.

Cinq des centrales thermiques les plus puissantes au monde

Le championnat appartient à la centrale thermique chinoise Tuoketuo d'une capacité de 6600 MW (5 unités de puissance x 1200 MW), occupant une superficie de 2,5 mètres carrés. km. Elle est suivie par son « compatriote » - la centrale thermique de Taichung d'une capacité de 5 824 MW. Le trio de tête est fermé par le plus grand de Russie Surgutskaya GRES-2 - 5597,1 MW. En quatrième position se trouve la centrale thermique polonaise de Belchatow - 5 354 MW, et en cinquième position se trouve la centrale électrique Futtsu CCGT (Japon) - une centrale thermique au gaz d'une capacité de 5 040 MW.

24 octobre 2012

L'énergie électrique est entrée depuis longtemps dans nos vies. Même le philosophe grec Thalès, au 7ème siècle avant JC, a découvert que l'ambre frotté sur la laine commençait à attirer les objets. Mais pendant longtemps Personne n'a prêté attention à ce fait. Ce n'est qu'en 1600 que le terme « Électricité » apparaît pour la première fois, et en 1650 Otto von Guericke crée une machine électrostatique sous la forme d'une boule de soufre montée sur une tige métallique, qui permet d'observer non seulement l'effet d'attraction, mais aussi l'effet de répulsion. Ce fut la première machine électrostatique simple.

De nombreuses années se sont écoulées depuis, mais aujourd'hui encore, dans un monde rempli de téraoctets d'informations, où vous pouvez découvrir par vous-même tout ce qui vous intéresse, pour beaucoup, la façon dont l'électricité est produite, comment elle est livrée jusqu'à chez nous reste un mystère. , bureau, entreprise...

Nous considérerons ces processus en plusieurs parties.

Partie I. Production d'énergie électrique.

D'où est ce que ça vient? Énergie électrique? Cette énergie apparaît à partir d’autres types d’énergie – thermique, mécanique, nucléaire, chimique et bien d’autres. À l'échelle industrielle, l'énergie électrique est obtenue dans les centrales électriques. Considérons uniquement les types de centrales électriques les plus courants.

1) Centrales thermiques. Aujourd'hui, tous peuvent être regroupés sous un seul terme - State District Power Plant (State District Power Plant). Bien sûr, aujourd'hui, ce terme a perdu son sens originel, mais il n'est pas entré dans l'éternité, mais est resté avec nous.

Les centrales thermiques sont divisées en plusieurs sous-types :

UN) Une centrale à condensation (CPP) est une centrale thermique qui produit uniquement de l'énergie électrique ; ce type de centrale doit son nom aux particularités de son principe de fonctionnement.

Principe de fonctionnement : L'air et le combustible (gazeux, liquide ou solide) sont amenés à la chaudière à l'aide de pompes. Le résultat est un mélange air-carburant qui brûle dans le four de la chaudière, libérant une énorme quantité de chaleur. Dans ce cas, l’eau passe par un système de canalisations situé à l’intérieur de la chaudière. La chaleur dégagée est transférée à cette eau, tandis que sa température augmente et est portée à ébullition. La vapeur produite dans la chaudière retourne dans la chaudière pour la surchauffer au-dessus du point d'ébullition de l'eau (à une pression donnée), puis par les conduites de vapeur elle va à la turbine à vapeur, dans laquelle la vapeur fonctionne. En même temps, il se dilate, sa température et sa pression diminuent. Ainsi, énergie potentielle la vapeur est transférée vers la turbine, ce qui signifie qu'elle se transforme en vapeur cinétique. La turbine, à son tour, entraîne le rotor d'un générateur de courant alternatif triphasé, situé sur le même arbre que la turbine et produit de l'énergie.

Examinons de plus près certains éléments d'IES.

Turbine à vapeur.

Le flux de vapeur d'eau pénètre par des aubes directrices sur des pales courbes fixées autour de la circonférence du rotor et, agissant sur elles, fait tourner le rotor. Comme vous pouvez le constater, il existe des espaces entre les rangées d'omoplates. Ils sont là parce que ce rotor est retiré du boîtier. Des rangées de pales sont également intégrées au corps, mais elles sont fixes et servent à créer l'angle d'incidence souhaité de la vapeur sur les pales mobiles.

Les turbines à vapeur à condensation sont utilisées pour convertir autant de chaleur que possible de la vapeur en travail mécanique. Ils fonctionnent en libérant (épuisant) la vapeur usée dans un condenseur où un vide est maintenu.

Une turbine et un générateur situés sur le même arbre sont appelés turbogénérateurs. Générateur de courant alternatif triphasé (machine synchrone).

Cela consiste en:

Ce qui augmente la tension jusqu'à la valeur standard (35-110-220-330-500-750 kV). Dans ce cas, le courant diminue considérablement (par exemple, lorsque la tension augmente de 2 fois, le courant diminue de 4 fois), ce qui permet de transmettre de la puissance sur de longues distances. Il convient de noter que lorsque nous parlons de classe de tension, nous entendons une tension linéaire (entre phases).

La puissance active produite par le générateur est régulée en modifiant la quantité de vecteur d'énergie et le courant dans l'enroulement du rotor change. Pour augmenter le rendement puissance active il est nécessaire d'augmenter l'alimentation en vapeur de la turbine et le courant dans l'enroulement du rotor augmentera. Il ne faut pas oublier que le générateur est synchrone, ce qui signifie que sa fréquence est toujours égale à la fréquence du courant dans le système électrique, et que la modification des paramètres du vecteur énergétique n'affectera pas sa fréquence de rotation.

De plus, le générateur produit également de la puissance réactive. Il peut être utilisé pour réguler la tension de sortie dans de petites limites (c'est-à-dire qu'il ne constitue pas le principal moyen de régulation de la tension dans le système électrique). Cela fonctionne de cette façon. Lorsque l'enroulement du rotor est surexcité, c'est-à-dire lorsque la tension sur le rotor augmente au-dessus de la valeur nominale, une puissance réactive « excédentaire » est libérée dans le système électrique, et lorsque l'enroulement du rotor est sous-excité, la puissance réactive est consommée par le générateur.

Ainsi, dans courant alternatif nous parlons de puissance totale (mesurée en voltampères - VA), qui est égale à la racine carrée de la somme de la puissance active (mesurée en watts - W) et réactive (mesurée en voltampères réactifs - VAR).

L'eau présente dans le réservoir sert à évacuer la chaleur du condenseur. Cependant, les pataugeoires sont souvent utilisées à ces fins.

ou des tours de refroidissement. Les tours de refroidissement peuvent être de type tour Fig.8

ou ventilateur Fig.9

Les tours de refroidissement sont conçues presque de la même manière que les tours de refroidissement, la seule différence étant que l'eau coule dans les radiateurs, leur transfère la chaleur et qu'ils sont refroidis par l'air pulsé. Dans ce cas, une partie de l’eau s’évapore et est entraînée dans l’atmosphère.
Le rendement d'une telle centrale ne dépasse pas 30 %.

B) Centrale électrique à turbine à gaz.

Sur centrale électrique à turbine à gaz Le turbogénérateur n'est pas entraîné par la vapeur, mais directement par les gaz produits lors de la combustion du carburant. Dans ce cas, seul le gaz naturel peut être utilisé, sinon la turbine tombera rapidement en panne en raison de sa contamination par les produits de combustion. Efficacité par charge maximale 25-33%

Une efficacité bien supérieure (jusqu'à 60 %) peut être obtenue en combinant les cycles de vapeur et de gaz. De telles installations sont appelées installations à cycle combiné. Au lieu d'une chaudière conventionnelle, ils ont installé une chaudière à récupération de chaleur, qui ne possède pas ses propres brûleurs. Il reçoit la chaleur des gaz d'échappement d'une turbine à gaz. Actuellement, les CCGT sont activement introduites dans nos vies, mais jusqu'à présent, il y en a peu en Russie.

DANS) Centrales thermiques (faites depuis longtemps partie intégrante des grandes villes). Figure 11

La centrale thermique est structurellement conçue comme une centrale à condensation (CPS). La particularité d’une centrale électrique de ce type est qu’elle peut produire simultanément de l’énergie thermique et électrique. Selon le type de turbine à vapeur, il existe différentes manières des extractions de vapeur, qui permettent d'en extraire de la vapeur avec différents paramètres. Dans ce cas, une partie ou la totalité de la vapeur (selon le type de turbine) pénètre dans le réchauffeur du réseau, lui transfère de la chaleur et s'y condense. Turbines de cogénération permettent de réguler la quantité de vapeur pour des besoins thermiques ou industriels, ce qui permet à la centrale thermique de fonctionner selon plusieurs modes de charge :

thermique - la production d'énergie électrique dépend entièrement de la production de vapeur pour les besoins industriels ou de chauffage urbain.

électrique - la charge électrique est indépendante de la charge thermique. De plus, les centrales de cogénération peuvent fonctionner en mode entièrement à condensation. Cela peut être nécessaire, par exemple, en cas de grave pénurie de puissance active en été. Ce mode n'est pas rentable pour les centrales thermiques, car l'efficacité est considérablement réduite.

La production simultanée d’énergie électrique et de chaleur (cogénération) est un procédé rentable dans lequel l’efficacité de la centrale est considérablement augmentée. Par exemple, l'efficacité calculée du CES est au maximum de 30 % et celle de la cogénération est d'environ 80 %. De plus, la cogénération permet de réduire les émissions thermiques au ralenti, ce qui a un effet positif sur l'écologie de la zone dans laquelle est située la centrale thermique (par rapport à s'il existait une centrale thermique de capacité similaire).

Regardons de plus près la turbine à vapeur.

Vers le chauffage urbain Turbines à vapeur les turbines comprennent :

Contre-pression ;

Extraction de vapeur réglable ;

Sélection et contre-pression.

Les turbines à contre-pression fonctionnent en évacuant la vapeur non pas vers un condenseur, comme dans l'IES, mais vers un réchauffeur de réseau, c'est-à-dire que toute la vapeur qui traverse la turbine va aux besoins de chauffage. La conception de telles turbines a désavantage important: le programme de charge électrique dépend entièrement du programme de charge thermique, c'est-à-dire que de tels dispositifs ne peuvent pas participer à la régulation opérationnelle de la fréquence actuelle dans le système électrique.

Dans les turbines ayant sélection réglementée paire, sa sélection s'effectue le bon montant dans les étapes intermédiaires, tout en sélectionnant les étapes de sélection de vapeur qui conviennent à dans ce cas. Ce type de turbine est indépendant de la charge thermique et le contrôle de la puissance active de sortie peut être ajusté dans des limites plus importantes que dans les installations de cogénération à contre-pression.

Les turbines d'extraction et de contre-pression combinent les fonctions des deux premiers types de turbines.

Les turbines de cogénération des centrales de cogénération ne sont pas toujours incapables de modifier la charge thermique en peu de temps. Pour couvrir les pics de charge, et parfois augmenter Puissance électrique En faisant passer les turbines en mode condensation, des chaudières à eau chaude de pointe sont installées dans les centrales thermiques.

2) Centrales nucléaires.

En Russie, il existe actuellement 3 types de centrales nucléaires. Principe général leur travail est à peu près similaire à celui de l'IES (autrefois, les centrales nucléaires étaient appelées centrales électriques de district). La seule différence fondamentale est que l'énérgie thermique produit non pas dans des chaudières utilisant des combustibles fossiles, mais dans des réacteurs nucléaires.

Examinons les deux types de réacteurs les plus courants en Russie.

1) Réacteur RBMK.

Une particularité de ce réacteur est que la vapeur nécessaire à la rotation de la turbine est obtenue directement dans le cœur du réacteur.

Noyau RBMK. Figure 13

se compose de colonnes verticales en graphite dans lesquelles se trouvent des trous longitudinaux, dans lesquels sont insérés des tuyaux en alliage de zirconium et en acier inoxydable. Le graphite agit comme modérateur de neutrons. Tous les canaux sont divisés en canaux de carburant et CPS (système de contrôle et de protection). Ils disposent de circuits de refroidissement différents. Une cassette (FA - assemblage combustible) avec des crayons (TVEL - élément combustible) à l'intérieur desquels se trouvent des pastilles d'uranium dans une coque hermétiquement fermée est insérée dans les canaux de combustible. Il est clair que c'est d'eux que l'on obtient l'énergie thermique, qui est transférée à un liquide de refroidissement circulant continuellement de bas en haut sous haute pression - de l'eau ordinaire, mais très bien purifiée des impuretés.

L'eau, passant par les canaux de carburant, s'évapore partiellement, le mélange vapeur-eau entre de tous les canaux de carburant individuels dans 2 tambours séparateurs, où la vapeur est séparée de l'eau. L'eau retourne dans le réacteur en utilisant pompes de circulation(un total de 4 par boucle), et la vapeur passe par des conduites de vapeur jusqu'à 2 turbines. La vapeur est ensuite condensée dans un condenseur et se transforme en eau qui retourne dans le réacteur.

La puissance thermique du réacteur est contrôlée uniquement à l'aide de barres absorbeuses de neutrons en bore, qui se déplacent dans les canaux des barres de commande. L'eau refroidissant ces canaux vient de haut en bas.

Comme vous l’avez peut-être remarqué, je n’ai encore jamais évoqué la cuve du réacteur. Le fait est qu’en fait, le RBMK n’a pas de coque. La zone active dont je viens de vous parler est placée dans un puits en béton, et au sommet elle est fermée par un couvercle pesant 2000 tonnes.

La figure ci-dessus montre la protection biologique supérieure du réacteur. Mais il ne faut pas s’attendre à ce qu’en soulevant l’un des blocs, vous puissiez voir l’évent jaune-vert de la zone active, non. Le couvercle lui-même est situé nettement plus bas et au-dessus, dans l'espace allant jusqu'à la protection biologique supérieure, il reste un espace pour les canaux de communication et des tiges d'absorbeur complètement retirées.

Un espace est laissé entre les colonnes de graphite pour la dilatation thermique du graphite. Un mélange de gaz azote et hélium circule dans cet espace. Sa composition permet de juger de l'étanchéité des canaux de carburant. Le cœur du RBMK est conçu pour ne pas rompre plus de 5 canaux ; si d'autres sont dépressurisés, le couvercle du réacteur se déchirera et les canaux restants s'ouvriront. Une telle évolution des événements provoquerait une répétition de la tragédie de Tchernobyl (je ne parle pas ici de la catastrophe causée par l'homme, et ses conséquences).

Regardons les avantages du RBMK :

—Grâce à la régulation canal par canal de la puissance thermique, il est possible de changer d'assemblages combustibles sans arrêter le réacteur. Chaque jour, en général, plusieurs assemblées sont changées.

—Basse pression dans le CMPC (circuits multiples circulation forcée), ce qui contribue à une survenue plus fluide des accidents liés à sa dépressurisation.

— Absence de cuve de réacteur difficile à fabriquer.

Regardons les inconvénients du RBMK :

—Pendant l'exploitation, de nombreuses erreurs ont été découvertes dans la géométrie du noyau, qui ne peuvent être complètement éliminées sur les groupes motopropulseurs existants de 1ère et 2ème générations (Leningrad, Koursk, Tchernobyl, Smolensk). Les centrales RBMK de 3ème génération (il n'y en a qu'une seule - dans la 3ème centrale nucléaire de Smolensk) sont exemptes de ces défauts.

—Le réacteur est à circuit unique. Autrement dit, les turbines tournent grâce à la vapeur produite directement dans le réacteur. Cela signifie qu'il contient des composants radioactifs. Lorsque la turbine se dépressurise (et cela s'est produit le Centrale nucléaire de Tchernobyl en 1993), sa réparation sera très compliquée, voire impossible.

—La durée de vie du réacteur est déterminée par la durée de vie du graphite (30-40 ans). Vient ensuite sa dégradation, qui se manifeste par son gonflement. Ce processus suscite déjà de sérieuses inquiétudes dans la plus ancienne centrale RBMK, Leningrad-1, construite en 1973 (elle a déjà 39 ans). Le moyen le plus probable de sortir de cette situation consiste à boucher le nième nombre de canaux pour réduire la dilatation thermique du graphite.

—Le modérateur graphite est un matériau inflammable.

—En raison du grand nombre Vannes d'arrêt, le réacteur est difficile à contrôler.

— Sur les 1ère et 2ème générations, il y a une instabilité lors du fonctionnement à faibles puissances.

De manière générale, on peut dire que le RBMK est un bon réacteur pour l'époque. À l'heure actuelle, il a été décidé de ne pas construire de centrales équipées de ce type de réacteur.

2) Réacteur VVER.

Le RBMK est actuellement remplacé par le VVER. Il présente des avantages significatifs par rapport au RBMK.

Le noyau est entièrement contenu dans une enveloppe très solide, fabriquée en usine et livrée par chemin de fer, puis en voitureà l'unité de puissance en construction sous une forme entièrement finie. Le modérateur est eau pure sous pression. Le réacteur est constitué de 2 circuits : l'eau du premier circuit sous haute pression refroidit les assemblages combustibles, transférant la chaleur au 2ème circuit à l'aide d'un générateur de vapeur (remplit la fonction d'échangeur de chaleur entre 2 circuits isolés). Dans celui-ci, l'eau du circuit secondaire bout, se transforme en vapeur et va à la turbine. Dans le premier circuit, l’eau ne bout pas car elle est sous très haute pression. La vapeur d'échappement est condensée dans le condenseur et retourne au générateur de vapeur. Circuit à double circuit présente des avantages significatifs par rapport au circuit unique :

La vapeur qui arrive à la turbine n'est pas radioactive.

La puissance du réacteur peut être contrôlée non seulement par des barres absorbantes, mais également par la solution acide borique, ce qui rend le réacteur plus stable.

Les éléments du circuit primaire sont situés très proches les uns des autres, de sorte qu'ils peuvent être placés dans une enveloppe de confinement commune. En cas de rupture du circuit primaire, des éléments radioactifs entreront dans l'enceinte de confinement et ne s'échapperont pas dans environnement. De plus, l'enveloppe de confinement protège le réacteur des influences extérieures (par exemple, de la chute d'un petit avion ou d'une explosion en dehors du périmètre de la station).

Le réacteur n'est pas difficile à faire fonctionner.

Il y a aussi des inconvénients :

—Contrairement au RBMK, le combustible ne peut pas être changé pendant que le réacteur est en marche, car c'est dedans bâtiment général, et non sur des canaux séparés, comme dans RBMK. Le moment du rechargement en carburant coïncide généralement avec le moment des réparations de routine, ce qui réduit l'impact de ce facteur sur le facteur de capacité installé.

—Le circuit primaire est sous haute pression, ce qui pourrait potentiellement provoquer un accident de plus grande ampleur lors de la dépressurisation que le RBMK.

—La cuve du réacteur est très difficile à transporter de l'usine de fabrication au chantier de construction de la centrale nucléaire.

Eh bien, nous avons examiné le travail des centrales thermiques, regardons maintenant le travail

Le principe de fonctionnement d’une centrale hydroélectrique est assez simple. Chaîne ouvrages hydrauliques fournit la pression nécessaire de l'eau circulant vers les pales de la turbine hydraulique, qui entraîne les générateurs qui produisent de l'électricité.

La pression de l'eau requise est formée par la construction d'un barrage et par la concentration de la rivière dans un certain endroit, ou par la dérivation - le débit naturel de l'eau. Dans certains cas, pour recevoir pression requise l'eau est utilisée conjointement par le barrage et la dérivation. Les centrales hydroélectriques ont une très grande flexibilité de production d'énergie, ainsi qu'un faible coût de production d'électricité. Cette caractéristique des centrales hydroélectriques a conduit à la création d'un autre type de centrale électrique : la centrale de pompage-turbinage. De telles centrales sont capables d’accumuler l’électricité produite et de l’utiliser en période de pointe. Le principe de fonctionnement de ces centrales est le suivant : à certaines périodes (généralement la nuit), les unités hydroélectriques des centrales à pompage-turbinage fonctionnent comme des pompes, consommant l'énergie électrique du système électrique et pompant l'eau dans des bassins supérieurs spécialement équipés. Lorsque la demande apparaît (pendant les charges de pointe), leur eau pénètre dans la canalisation sous pression et entraîne les turbines. Les PSPP remplissent une fonction extrêmement importante dans le système énergétique (régulation de fréquence), mais ils ne sont pas largement utilisés dans notre pays, car ils finissent par consommer plus d’énergie qu’ils n’en produisent. C'est-à-dire qu'une station de ce type n'est pas rentable pour le propriétaire. Par exemple, au PSPP Zagorskaya, la capacité des hydrogénérateurs en mode générateur est de 1 200 MW et en mode pompage – 1 320 MW. Cependant, ce type de station de la meilleure façon possible adaptés pour augmenter ou diminuer rapidement la puissance produite, il est donc avantageux de les construire à proximité, par exemple, de centrales nucléaires, puisque ces dernières fonctionnent en mode basique.

Nous avons examiné exactement comment l’énergie électrique est produite. Il est temps de se poser une question sérieuse : « Quel type de centrales répondra le mieux à toutes les exigences modernes en matière de fiabilité, de respect de l'environnement et, en outre, aura également un faible coût énergétique ? Tout le monde répondra différemment à cette question. Laissez-moi vous donner ma liste des « meilleurs des meilleurs ».

1) Cogénération alimentée au gaz naturel. L'efficacité de ces stations est très élevée, le coût du carburant est également élevé, mais le gaz naturel est l'un des types de carburant les plus « propres », ce qui est très important pour l'écologie de la ville, dans les limites de laquelle l'énergie thermique les plantes sont généralement localisées.

2) HPP et PSPP. Les avantages par rapport aux centrales thermiques sont évidents, puisque ce type de centrale ne pollue pas l'atmosphère et produit l'énergie « la moins chère », qui est en outre une ressource renouvelable.

3) Centrale CCGT utilisant le gaz naturel. L'efficacité la plus élevée parmi les centrales thermiques, ainsi que la faible quantité de carburant consommée, résoudront en partie le problème de la pollution thermique de la biosphère et des réserves limitées de combustibles fossiles.

4) Centrale nucléaire. En fonctionnement normal, une centrale nucléaire émet 3 à 5 fois moins de substances radioactives dans l'environnement qu'une centrale thermique de même puissance, le remplacement partiel des centrales thermiques par des centrales nucléaires est donc tout à fait justifié.

5) GRES. Actuellement, ces stations utilisent du gaz naturel comme carburant. Cela n'a absolument aucun sens, car avec le même succès, il est possible d'utiliser les déchets associés dans les fours des centrales électriques régionales. gaz de pétrole(APG) ou brûler du charbon, dont les réserves sont énormes par rapport aux réserves de gaz naturel.

Ceci conclut la première partie de l’article.

Matériel préparé par :
étudiant du groupe ES-11b de l'Université d'État du Sud-Ouest Agibalov Sergey.

Les aubes de la turbine à vapeur sont clairement visibles.

Une centrale thermique (CHP) utilise l'énergie libérée par la combustion de combustibles fossiles - charbon, pétrole et gaz naturel - pour convertir l'eau en vapeur. haute pression. Cette vapeur, ayant une pression d'environ 240 kilogrammes par centimètre carré et une température de 524°C (1000°F), entraîne la turbine. La turbine fait tourner un aimant géant à l’intérieur d’un générateur qui produit de l’électricité.

Les centrales thermiques modernes convertissent environ 40 % de la chaleur dégagée lors de la combustion du combustible en électricité, le reste étant rejeté dans l'environnement. En Europe, de nombreuses centrales thermiques utilisent la chaleur résiduelle pour chauffer les habitations et les entreprises à proximité. La production combinée de chaleur et d'électricité augmente la production d'énergie de la centrale électrique jusqu'à 80 pour cent.

Centrale à turbine à vapeur avec générateur électrique

Une turbine à vapeur typique contient deux groupes de pales. La vapeur à haute pression provenant directement de la chaudière pénètre dans le chemin d'écoulement de la turbine et fait tourner les roues avec le premier groupe de pales. La vapeur est ensuite chauffée dans le surchauffeur et entre à nouveau dans le circuit d'écoulement de la turbine pour faire tourner les turbines dotées d'un deuxième groupe de pales, qui fonctionnent à une pression de vapeur inférieure.

Vue fragmentée

Un générateur typique de centrale thermique (CHP) est entraîné directement par une turbine à vapeur, qui tourne à 3 000 tours par minute. Dans les générateurs de ce type, l’aimant, également appelé rotor, tourne, mais les enroulements (stator) sont fixes. Le système de refroidissement empêche la surchauffe du générateur.

Production d'électricité à l'aide de vapeur

Dans une centrale thermique, le combustible brûle dans une chaudière, produisant une flamme à haute température. L'eau traverse les tubes à travers la flamme, est chauffée et se transforme en vapeur à haute pression. La vapeur fait tourner une turbine, produisant de l'énergie mécanique, qu'un générateur convertit en électricité. Après avoir quitté la turbine, la vapeur entre dans le condenseur, où elle lave les tubes à l'eau froide. eau courante, et par conséquent redevient liquide.

Chaudière fioul, charbon ou gaz

A l'intérieur de la chaudière

La chaudière est remplie de tubes aux courbes complexes à travers lesquels passe l’eau chauffée. La configuration complexe des tubes permet d'augmenter considérablement la quantité de chaleur transférée à l'eau et ainsi de produire beaucoup plus de vapeur.

Une centrale électrique est un ensemble d'équipements destinés à convertir l'énergie de n'importe quel source naturelle en électricité ou en chaleur. Il existe plusieurs variétés de ces objets. Par exemple, les centrales thermiques sont souvent utilisées pour produire de l’électricité et de la chaleur.

Définition

Une centrale thermique est une centrale électrique qui utilise n’importe quel combustible fossile comme source d’énergie. Ce dernier peut être utilisé par exemple avec du pétrole, du gaz, du charbon. Actuellement, les complexes thermiques constituent le type de centrale électrique le plus répandu dans le monde. La popularité des centrales thermiques s’explique principalement par la disponibilité des combustibles fossiles. Le pétrole, le gaz et le charbon sont disponibles dans de nombreuses régions de la planète.

Le TPP est (transcription de Son abréviation ressemble à « centrale thermique »), entre autres, un complexe avec un rendement assez élevé. Selon le type de turbines utilisées, ce chiffre dans les stations de ce type peut être de 30 à 70 %.

Quels types de centrales thermiques existe-t-il ?

Les stations de ce type peuvent être classées selon deux critères principaux :

but;
type d'installations.

Dans le premier cas, une distinction est faite entre les centrales électriques de district et les centrales thermiques.Un GRES est une station qui fonctionne en faisant tourner une turbine sous un puissant courant de vapeur. Le déchiffrement de l'abréviation GRES - centrale électrique de district d'État - a actuellement perdu de sa pertinence. Par conséquent, ces complexes sont souvent également appelés CES. Cette abréviation signifie « centrale électrique à condensation ».

La cogénération est également un type assez courant de centrale thermique. Contrairement aux centrales électriques de district de l'État, ces centrales ne sont pas équipées de turbines à condensation, mais de turbines de chauffage. CHP signifie « centrale thermique et électrique ».

En plus des installations de condensation et de chauffage (turbine à vapeur), les centrales thermiques peuvent utiliser types suivantséquipement:

vapeur-gaz.

TPP et CHP : différences

Souvent, les gens confondent ces deux concepts. En fait, comme nous l'avons découvert, la cogénération est l'un des types de centrales thermiques. Une telle centrale se distingue des autres types de centrales thermiques principalement par le fait queune partie de l'énergie thermique qu'elle génère est destinée aux chaudières installées dans les pièces pour les chauffer ou pour produire de l'eau chaude.

En outre, les gens confondent souvent les noms des centrales hydroélectriques et des centrales électriques de district. Cela est principalement dû à la similitude des abréviations. Cependant, les centrales hydroélectriques sont fondamentalement différentes des centrales électriques régionales des États. Ces deux types de stations sont construites sur des rivières. Cependant, dans les centrales hydroélectriques, contrairement aux centrales électriques régionales de l'État, ce n'est pas la vapeur qui est utilisée comme source d'énergie, mais le débit d'eau lui-même.

Quelles sont les exigences pour les centrales thermiques ?

Une centrale thermique est une centrale thermique où l’électricité est produite et consommée simultanément. Par conséquent, un tel complexe doit pleinement répondre à un certain nombre d'objectifs économiques et exigences technologiques. Cela garantira un approvisionnement ininterrompu et fiable en électricité aux consommateurs. Donc:

les locaux des centrales thermiques doivent être bien éclairés, ventilés et aérés ;
l'air à l'intérieur et autour de l'usine doit être protégé de la contamination par des particules solides, de l'azote, de l'oxyde de soufre, etc. ;
les sources d'approvisionnement en eau doivent être soigneusement protégées de la pénétration des eaux usées ;
les systèmes de traitement de l'eau dans les stations doivent être équipéssans déchets.

Principe de fonctionnement des centrales thermiques

TPP est une centrale électrique, sur quelles turbines peuvent être utilisées différents types. Nous examinerons ensuite le principe de fonctionnement des centrales thermiques en utilisant l'exemple de l'un de ses types les plus courants : les centrales thermiques. L'énergie est générée dans ces stations en plusieurs étapes :

Le combustible et le comburant entrent dans la chaudière. La poussière de charbon est généralement utilisée en premier en Russie. Parfois, le combustible des centrales thermiques peut également être de la tourbe, du fioul, du charbon, des schistes bitumineux et du gaz. Dans ce cas, l'agent oxydant est de l'air chauffé.

La vapeur générée par la combustion du combustible dans la chaudière pénètre dans la turbine. Cette dernière a pour but de convertir l’énergie de la vapeur en énergie mécanique.

Les arbres rotatifs de la turbine transmettent l'énergie aux arbres du générateur, qui la convertit en électricité.

La vapeur refroidie qui a perdu une partie de son énergie dans la turbine entre dans le condenseur.Ici, elle se transforme en eau, qui est fournie au dégazeur via des radiateurs.

Deae L'eau purifiée est chauffée et fournie à la chaudière.

Avantages du TPP

Une centrale thermique est ainsi une centrale dont le principal type d'équipement est constitué de turbines et de générateurs. Les avantages de tels complexes comprennent principalement :

faible coût de construction par rapport à la plupart des autres types de centrales électriques ;
le bon marché du carburant utilisé ;
faible coût de production d’électricité.

Aussi un gros plus On pense que de telles stations peuvent être construites à n'importe quel endroit souhaité, quelle que soit la disponibilité du carburant. Le charbon, le fioul, etc. peuvent être transportés jusqu'à la gare par route ou par train.

Un autre avantage des centrales thermiques est qu’elles occupent une très petite surface par rapport aux autres types de centrales.

Inconvénients des centrales thermiques

Bien entendu, de telles stations ne présentent pas que des avantages. Ils présentent également un certain nombre d'inconvénients. Les centrales thermiques sont des complexes qui polluent malheureusement fortement l’environnement. Les stations de ce type peuvent émettre d’énormes quantités de suie et de fumée dans l’air. En outre, les inconvénients des centrales thermiques comprennent des les coûts d'exploitation. De plus, tous les types de carburant utilisés dans ces stations sont considérés comme des ressources naturelles irremplaçables.

Quels autres types de centrales thermiques existent ?

Outre les centrales thermiques à turbine à vapeur et les centrales thermiques (GRES), les centrales suivantes fonctionnent en Russie :

Turbine à gaz (GTPP). Dans ce cas, les turbines ne tournent pas à partir de vapeur, mais à partir de gaz naturel. En outre, du mazout ou du carburant diesel peuvent être utilisés comme carburant dans ces stations. L'efficacité de ces stations n'est malheureusement pas trop élevée (27 à 29 %). Par conséquent, ils sont principalement utilisés uniquement comme sources de sauvegardeélectricité ou destinés à alimenter en tension le réseau des petites agglomérations.

Turbine vapeur-gaz (SGPP). Le rendement de ces stations combinées est d'environ 41 à 44 %. Dans les systèmes de ce type, les turbines à gaz et à vapeur transmettent simultanément de l'énergie au générateur. Comme les centrales thermiques, les centrales hydroélectriques combinées peuvent être utilisées non seulement pour produire elles-mêmes de l'électricité, mais également pour chauffer des bâtiments ou fournir de l'eau chaude aux consommateurs.

Exemples de gares

Ainsi, tout objet peut être considéré comme assez productif et, dans une certaine mesure, même universel. Je suis une centrale thermique, une centrale électrique. Exemples Nous présentons ces complexes dans la liste ci-dessous.

Centrale thermique de Belgorod. La puissance de cette centrale est de 60 MW. Ses turbines fonctionnent au gaz naturel.

Centrale de production de Michurinskaya (60 MW). Cette installation est également située dans la région de Belgorod et fonctionne au gaz naturel.

Tcherepovets GRES. Le complexe est situé dans la région de Volgograd et peut fonctionner à la fois au gaz et au charbon. La puissance de cette centrale atteint 1051 MW.

Lipetsk CHPP-2 (515 MW). Alimenté au gaz naturel.

CHPP-26 "Mosenergo" (1800 MW).

Cherepetskaya GRES (1735 MW). La source de combustible des turbines de ce complexe est le charbon.

Au lieu d'une conclusion

Ainsi, nous avons découvert ce que sont les centrales thermiques et quels types de tels objets existent. Le premier complexe de ce type a été construit il y a longtemps, en 1882 à New York. Un an plus tard, un tel système a commencé à fonctionner en Russie, à Saint-Pétersbourg. Aujourd'hui, les centrales thermiques sont un type de centrale électrique qui représente environ 75 % de toute l'électricité produite dans le monde. Et apparemment, malgré un certain nombre d'inconvénients, les centrales de ce type fourniront longtemps à la population de l'électricité et du chauffage. Après tout, les avantages de tels complexes sont bien supérieurs aux inconvénients.