🗊Презентация Общая энергетика. Лекции ГТУ ПСУ АЭС ГЭС

Общая энергетика Лекции ГТУ ПСУ АЭС ГЭС

Газотурбинные установки

Устройство ГТУ

Цикл ГТУ

Показатели ГТУ

Парогазовые установки

Принцип работы ПГУ

Примеры парогазовых электростанций

Северо-Западная ТЭЦ

Электростанции с двигателями внутреннего сгорания

Параметры ДЭС

Проблемы и перспективы ДЭС

Влияние ТЭС на экологию

Влияние ТЭС на экологию (продолжение)

Самые грязные теплоэлектростанции, ТОР 10

Снижение вредных выбросов на ТЭС

Снижение вредных выбросов на ТЭС (2)

Снижение вредных выбросов на ТЭС (3)

АТОМНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ Обычные ТЭС принципиально отличаются от АЭС только тем, что рабочее тело на них получает теплоту в парогенераторах при сжигании органического топлива (на АЭС - в ядерных реакторах). Для подогревания воды и превращения ее в пар на ТЭС используется теплота, получаемая при сжигании угля, а на АЭС - теплота, получаемая с помощью управляемой ядерной реакции деления. На атомных электрических станциях тепловая энергия, которая идет на производство пара, выделяется при делении ядер атомов вещества, это вещество называется ядерным топливом или ядерным горючим. Им служит в основ-ном обогащенный природный уран U238 в смеси с ураном U235 и иногда торий (Th 232). Ядерное топливо выделяет теплоты в миллион раз больше, чем лучшее органическое топливо.

Схема работы АЭС с (ВВЭР)

Ядерная реакция

Основные элементы ядерного реактора 1. Ядерное топливо – обычный или обогащенный уран, плутоний 2. Замедлитель нейтронов – если родившийся при делении ядра нейтрон ничем не затормозить, он не будет захвачен другим ядром рабочего урана U 235. Это графит, тяжелая вода, обычная вода. 3. Отражатель – это тот же замедлитель, но расположенный вокруг реактора, его атомы отражают нейтроны, стремящиеся покинуть реактор. 4. Регулирующие стержни. Они изготовлены из материалов, поглощающих нейтроны. Если в реакторе число нейтронов повышается (а это опасно), – стержни опускают в реактор. Если нейтронов слишком мало (падает мощность котла), – стержни поднимают. 5. Теплоноситель – вода, пар, расплавленные металлы, газы.

Принцип работы атомных электрических станций Основной элемент станции - ядерный реактор, который состоит из активной зоны, отражателя, системы охлаждения, системы управления, регулирования и контроля, корпуса и биологической защиты. В рабочие каналы активной зоны помещают ядерное топливо в виде урановых или плутониевых стержней, покрытых герметичной металлической оболочкой. В этих стержнях и происходит ядерная реакция, сопровождаемая выделением большого количества тепловой энергии. Поэтому стержни с ядерным топливом называют тепловыделяющими элементами или сокращенно твэлами. Количество твэлов в активной зоне доходит до нескольких В активную зону помещают замедлитель нейтронов, через нее также проходит теплоноситель, под которым понимают вещество, служащее для отвода теплоты. В качестве теплоносителя используется обычная вода, тяжелая вода, водяной пар, жидкие металлы, некоторые инертные газы (углекислый газ, гелий). Теплоноситель с помощью принудительной циркуляции омывает в рабочих каналах поверхности твэлов, нагревается и уносит теплоту для дальнейшего использования. Активная зона окружена отражателем, который возвращает в нее вылетающие нейтроны. Мощность энергетического реактора определяется возможностями быстрого отвода теплоты из активной зоны. Основная часть энергии, выделяющейся при ядерной реакции в твэлах, идет на нагревание ядерного топлива, а небольшая часть - на нагревание замедлителя. Поскольку отвод теплоты происходит за счет конвективного теплообмена, то для повышения его интенсивности следует увеличивать скорость движения теплоносителя. Так, скорость движения воды в активной зоне составляет примерно 3 - 7 м/с, а скорость газов 30 - 80 м/с. Управление реактором производится с помощью специальных стержней, поглощающих нейтроны. Стержни вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а, следовательно, и интенсивность ядерной реакции

Принцип работы атомных электрических станций Общий вид и схемы работы АЭС: а – общий вид атомной электростанции: 1 – хранилища топлива; 2 – реакторные здания; 3 – машинный зал; 4 – электрическая подстанция; 5 – хранилище жидких отходов;

Схема первой АЭС Элементы первой АЭС 1 – графитовый замедлитель; 2 – стержни реактора; 3 – кольцевой коллектор; 4 – подогреватель; 5 – парогенератор; 6 – пароперегреватель; 7 – турбина; 8 – конденсатор; 9 – насос второго контура; 10 – компенсатор; 11 – насос первого контура; 12 – стальной кожух; 13 – графитовый отражатель; 4 – бетонная защита

Типы ядерных реакторов Теплота, выделяемая в реакторе, может передаваться рабочему телу теплового двигателя (турбины) по одноконтурной, двухконтурной и трехконтурной схемам. Каждый контур представляет собой замкнутую систему. Схема АЭС, в которой пар, направляемый в турбину, производится реактором, называется одноконтурной Вода, в особенности содержащая твердые примеси, становится радиоактивной в корпусе реактора. Поэтому в одноконтурных АЭС все оборудование работает в радиационно-активных условиях. Это усложняет его эксплуатацию. Преимуществом таких АЭС является лишь простота конструкции.

Типы ядерных реакторов В двухконтурных АЭС контуры первичного теплоносите-ля и рабочего тела разделены. Теплоноситель, циркулирующий в первом кон-туре, является источником теплоты для второго контура. Во втором контуре имеется парогенерирующее устройство, в котором образуется пар для паротур-бинной установки. В этом случае рабочее тело обладает гораздо меньшей ради-ационной активностью, что упрощает эксплуатацию АЭС. В первом контуре двухконтурной АЭС поддерживается более высокое давление, чем давление пара во втором контуре, чтобы избежать вскипания во-ды. Для уменьшения давления в реакторе можно использовать теплоноситель кипящих при высокой температуре жидких металлов или газа..

Трехконтурная АЭС схема работы трехконтурных АЭС; 1 – реактор с первичной биологической защитой; 2 – вторичная биологическая защита; 3 – турбина; 4 – электрический генератор; 5 – конденсатор или газоохладитель; 6 – насос или компрессор; 7 – регенаративный теплообменник; 8 – циркуляционный насос; 9 – парогенератор; 10 – промежуточный теплообменник

Классификация реакторов Реакторы делятся по следующим показателям: 1. назначению: энергетические, исследовательские, экспериментальные; 2. нейтронно-физическим характеристикам: реакторы на быстрых нейтронах, реакторы на промежуточных нейтронах, реакторы на теп-ловых нейтронах; 3. виды ядерного топлива: - природная урановая руда – в ней содержится 0,7% урана U235; - малообогащенный уран – в нем содержится 1-2% U235; - высокообогащенный уран - – в нем содержится более 90 % урана U235. 4. роду замедлителя: вода, графит, тяжелая вода; 5. роду теплоносителя: вода, пар, жидкие металлы, газы; 6. конструктивным особенностям: корпусные, канальные.

Особенности АЭС . В ядерном реакторе температура производимого пара существенно ниже, чем в парогенераторе ТЭС на органическом топливе, поскольку в первом применяется теплообменник и турбину вращает пар вторичного контура. В результате термический КПД АЭС только 30 %, в то время как для электростанций на угле, нефти или газе он достигает 40 %. А это означает, что при одинаковом производстве электроэнергии на АЭС образуется примерно в полтора раза больше сбросной теплоты, чем на электростанции на органическом топливе. Потенциально опасные отходы производства образуются на электростанциях обоих типов (ТЭС и АЭС). На АЭС – это отходы с высоким уровнем радиоактивности, значительная часть которых имеет длительное время полураспада. Так как для существующих АЭС характерен низкий перегрев то пар поступает в турбину насыщенным, поэтому при достижении предельной влажности (по условиям эрозийного износа лопаток 8-12%) он выводится из промежуточных ступеней турбины и пропускается через сепаратор для отделения влаги, а за-тем через пароперегреватель. Затем пар снова поступает в последующие ступени турбины Единичные мощности энергоблоков достигают 1000 МВТ и более. Себе-стоимость производимой на АЭС энергии сопоставима с себестоимостью электроэнергии, отпускаемой с ТЭС.

РЕАКТОРЫ-РАЗМНОЖИТЕЛИ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ Природный уран состоит из смеси двух изотопов. Один из изотопов урана имеет атомный вес 235, а второй - атомный вес 238, причем изотоп урана с атомным весом 238 (U 238) очень широко распространен в природе. Природная урановая руда на 99,3% состоит из изотопов урана с атомным весом 238, и лишь 0,7% приходится на изотоп урана с атомным весом 235. Ядра U 238 де- лятся от нейтронов очень высоких энергий (быстрых нейтронов). Но количе- ство нейтронов, полученных в результате деления, невелико – что не вызывает цепную реакцию этого изотопа. А для деления U235 нужны медленные нейтро- ны. Изотоп урана U 235 – является единственным встречающимся в природе делящимся изотопом и относится к невозобновимым ресурсам. Этот изотоп не образуется в природе, и если его запасы использовать в реакторах, он исчезнет навсегда. А изотоп урана U 238 является «бездельником» в обычных реакторах. Необходимо было создать такую технологию, чтобы использовать изотоп U 238, встречающийся в природе в гораздо больших количествах. Этот изотоп не поддерживает цепную реакцию, но может быть преобразован в элемент, кото- рый такую реакцию поддерживает. У ученых родилась блестящая идея – окружить урановые блоки слоем урана U 238. Нейтроны, которые не были захвачены в рабочем уране, будут за- хвачены этим слоем.

РЕАКТОРЫ-РАЗМНОЖИТЕЛИ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ Ядро урана U 238, захватившее нейтрон, преобразуется в ядро нептуния, которое, в свою очередь, дает очень важный элемент – плутоний. Ядра плуто- ния распадаются так же легко, как ядра урана U 235. Подобно урану U 238 ведут себя ядра тория. После захвата нейтрона ядро тория превращается в изотоп урана U 233, который, подобно плутонию, способен делиться.

РЕАКТОРЫ-РАЗМНОЖИТЕЛИ НА БЫСТРЫХ НЕЙТРОНАХ Эот процесс представляет собой расширенное воспроизводство ядерного горючего (в печке горят дрова, но их количество не уменьшается, а даже стано-вится больше). На смену утраченным выгоревшим ядрам урана U 235 появляются новые столь же полезные ядра плутония или урана U 233. Таким образом, ядерное топливо воспроизводится таким же или более быстрым темпом, чем оно расходуется. При этом более распространенный изо-топ урана U 238 превращается в делящийся материал, что существенно увели-чивает ресурсную базу ядерной энергетики. В реакторе–размножителе на быстрых нейтронах в качестве теплоносителя нельзя использовать воду, так как замедление нейтронов здесь нежелательно. Вместо нее в современных конструкциях в качестве теплоносителя используется жидкий натрий.

Принципиальная схема реактора-размножителя на быстрых нейронах с жидкометаллическим теплоносителем: 1 – сепаратор перегреватель; 2 – турбина низкого давления; 3 – генератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсаци-онный насос; 6 – регенеративные теплообменники; 7 – испаритель; 8 – питательный насос; 9 – реактор; 10 – промежуточный теплообменник; 11 – пароперегреватель; 12 – турбина высокого давления

Биологическая защита Биологическая защита выполняет функции изоляции реактора от окру-жающего пространства, т. е. от проникновения за пределы реактора мощных потоков нейтронов, α-, β-, γ-лучей и осколков деления. Защита реактора выполняется в виде толстого слоя (до нескольких метров) бетона с внутренними каналами, по которым циркулирует вода или воздух для отвода теплоты. Количество этой теплоты равно 3 - 5 % от всей выделенной в реакторе энергии. Защита должна ограничивать уровни излучений до значений, не превышающих допустимых доз как при работе реактора, так и при его останове. Биологическая защита, в первую очередь, предназначается для создания безопасных условий работы обслуживающего персонала. Поэтому все излучающие устройства (первый контур) помещаются внутри защитной оболочки.

Типы реакторов Самый распространенный тип реакторов – ВВЭР -( корпусных водоводяной энергетический реактор) Кроме в (ВВЭР) используются созданные нашими учеными канальные реакторы типа РБМК и реакторы-размножители на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем типа БН.

Основные преимущества атомной энергетики: 1) АЭС почти не зависят от месторасположения источников сырья вследствие компактности ядерного топлива и легкой его транспортировки. Однако для охлаждения АЭС необходим мощный источник воды (морской или пресной); 2) сооружение мощных энергетических блоков имеет благоприятные перспективы, так как один реактор может дать электрическую мощность около 2 ГВт; 3) малый расход горючего не требует загрузки транспорта; 4) АЭС практически не загрязняют окружающую среду.

Достоинства атомных станций Достоинства атомных станций:  Сравнительный объем топлива, используемого за год одним реактором типа ВВЭР-1000Небольшой объём используемого топлива и возможность его повторного использования после переработки (для сравнения, ежедневно одна только Троицкая ГРЭС мощностью 2000 МВт сжигает за сутки два железнодорожных состава угля); Высокая мощность: 1000—1600 МВт на энергоблок; Низкая себестоимость энергии, особенно тепловой. Возможность размещения в регионах, расположенных вдали от крупных водоэнергетических ресурсов, крупных месторождений угля, в местах, где ограничены возможности для использования солнечной или ветряной электроэнергетики. При работе АЭС в атмосферу выбрасывается некоторое количество ионизированного газа, однако обычная тепловая электростанция вместе с дымом выводит еще бо́льшее количество радиационных выбросов, из-за естественного содержания радиоактивных элементов в каменном угле.

Недостатки атомных станций Облучённое топливо опасно, требует сложных и дорогих мер по переработке и хранению; Нежелателен режим работы с переменной мощностью для реакторов, работающих на тепловых нейтронах; С точки зрения статистики и страхования крупные аварии крайне маловероятны, однако последствия такого инцидента крайне тяжёлые; Большие капитальные вложения, как удельные, на 1 МВт установленной мощности для блоков мощностью менее 700—800 МВт, так и общие, необходимые для постройки станции, её инфраструктуры, а также в случае возможной ликвидации.

АЭС России Первая советская АЭС была построена в 1954 году в городе Обнинске. Это двухконтурная АЭС. В реактор погружено 128 семиметровых стержней с графитовым замедлителем. Масса ядерного топлива составляет 550 кг. На начало 1991г. в стране действовало 15 АЭС с 47 энергоблоками. На промышленных АЭС в основном установлены энергетические ядерные реакторы с водой под давлением корпусного типа (ВВЭР– 600 и ВВЭР- 1000) и канальные водографитовые реакторы РБМК-1000 и РБМК-1500, суммарная установленная мощность которых приведена ниже: Тип реактора Число Мощность, МВт ВВЭР-1000 16 16000 ВВЭР-440 8 3212 ВВЭР-365 1 365 РБМК-1000 14 14000 РБМК-1500 2 3000 АМБ-200 1 160 ЭГЦ-6 4 48 БН-600 1 600

Действующие АЭС России Балаковская Белоярская Билибинская Волгодонская Калининская

Проектируемые атомные станции Нижегородская Плавучая Калининградская Северская Тверская

БИЛИБИНСКАЯ АТОМНАЯ ТЕПЛО-ЭЛЕКТРОЦЕНТРАЛЬ. Магаданская область. Машинный зал

География планируемого размещения ПАТЭС в России

Использование энергии водных ресурсов «Хотя в мире нет предмета, который был бы слабее и нежнее воды, но она может разрушить самый твердый предмет» древнекитайский философ Лао-цзы (IV–III вв. до н.э.) 

1. Водные ресурсы

Рис. Круговорот воды в природе

Гидроэнергетические ресурсы речного стока Гидравлическая энергия рек представляет собой работу, которую совершает текущая в них вода. Силой, осуществляющей работу водного потока, является собственный вес воды.

Энергия морей и океанов Энергия Мирового океана включает в себя энергию ветровых волн, океанических течений, приливов, прибоев, градиентов солености и теплоты. Приливная энергия: Средняя потенциальная мощность за приливной период:

Энергия морских течений Тепловая энергия океана

Гидроэнергетические установки (ГЭУ) - это совокупность компонентов, связанных между собой и служащих для преобразования энергии (кинетической и потенциальной) в электрическую или наоборот. Гидроэнергетические установки (ГЭУ) - это совокупность компонентов, связанных между собой и служащих для преобразования энергии (кинетической и потенциальной) в электрическую или наоборот. В зависимости от преобразования и использования гидравлической энергии различают следующие основные типы ГЭУ: - гидроэлектростанции (ГЭС) - насосные станции (НС) - гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) - приливные электростанции (ПЭС) - волновые гидроэлектростанции (ВГЭС) - малые гидроэлектростанции (МГЭС)

Гидроэлектрическая станция (ГЭС) –гидроэнергетическая установка, включающая в себя плотину, которая перегораживает реку и создает подъем уровня воды, и здание станции, в котором размещаются гидравлические турбины, генераторы и другое электрическое и механическое оборудование.

Мощность Nгэс (Вт) гидроэлектростанции: Мощность Nгэс (Вт) гидроэлектростанции:

Схема ГЭС

Принцип работы Общий принцип работы: ГЭС преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию вращения турбины, а турбина приводит во вращение электромашинный генератор тока. Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию. Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты (преобразуют энергию тока воды в электрическую энергию). Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля за работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.

По способу создания напора ГЭС различают три основные схемы: плотинная, деривационная и плотинно-деривационная http://energetika.in.ua/ru/books/book-3/part-2/section-2/2-4

Насосная станция – гидроэнергетическая установка, предназначенная для перекачки воды с низких отметок на высокие и для перемещения воды в удаленные пункты. Насосная станция – гидроэнергетическая установка, предназначенная для перекачки воды с низких отметок на высокие и для перемещения воды в удаленные пункты. Потребляет электрическую энергию, которая преобразуется в полезную для перекачки воды.

гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) – гидроэнергетическая установка, совмещающая работу гидроэлектростанции и насосной станции гидроаккумулирующая электростанция (ГАЭС) – гидроэнергетическая установка, совмещающая работу гидроэлектростанции и насосной станции В часы пониженных нагрузок энергосистемы – режим насосной станции (потребляет электроэнергию) В пики энергопотребления - режим ГЭС ( вырабатывает электроэнергию) Вследствие потерь ГАЭС отдает с систему около 70-75% электрической энергии, получаемой ею из системы.

Исходные данные для расчета

  Порядок расчёта

Порядок расчёта

Порядок расчёта

Задача 2 дз

МУ по решению задачи 2

Приливные электростанции (ПЭС) – используют приливные колебания уровня моря, которые обычно происходят два раза в сутки. Приливные электростанции (ПЭС) – используют приливные колебания уровня моря, которые обычно происходят два раза в сутки.

c 1968 года действует экспериментальная приливная электростанция в Кислой губе на побережье Баренцева моря, мощность 1,7 МВт, высота приливов - 5 метров, диаметр рабочего колеса 5 м

Волновая гидроэлектростанция (ВГЭС) -электростанция, расположенная в водной среде, целью которой является получение электроэнергии из кинетической энергии волн. Сегодня в волновых электростанциях для преобразования энергии волн используются преобразователи, отслеживающие профиль волны, применяющие колебания водного столба, а также подводные устройства.

буй масуды

 Энергия морских течений. Морское течение – Гольфстрим. Ширина течения - 60 км, глубина до 800 м, а поперечное сечение 28 км2.  Энергию  Е,  которую несет такой поток воды со скоростью 0,9 м/с, можно выразить при помощи выражения: m – масса воды; – плотность воды; где: масса воды (кг), р –плотность воды (кг/м3), S – площадь поперечного сечения сечение (м2), v–скорость течения. Подставив, выражение для энергии, соответствующие величины, получим: Е=50.103 МВт.

Тепловая энергия океана

Малые ГЭС (МГЭС)

Рис. Конструкции использующие энергию малых водотоков

3. От водяного колеса к турбине

Подливное колесо Понселе

4. Компоненты гидроэлектростанций Гидротурбина – предназначена для преобразования механической энергии, протекающей через нее воды в полезную энергию на вращающемся валу. По действию воды на рабочее колесо, гидравлические турбины можно разделить на два вида: - активные (водоструйные) - реактивные (работающие с избытком давления) Активные используют только кинетическую энергию потока Реактивные используют главным образом потенциальную энергию потока. Рабочее колесо реактивной турбины в отличие от активной полностью находится в воде, т.е. поток воды поступает одновременно на все лопасти колеса

Осевые турбины – поток воды подводится к колесу и отводится от него по цилиндрическим поверхностям, параллельным оси турбины Осевые турбины – поток воды подводится к колесу и отводится от него по цилиндрическим поверхностям, параллельным оси турбины

Радиально –осевые турбины – поток подводится к рабочему колесу по радиальным к оси турбины поверхностям, а отводится параллельно оси турбины Радиально –осевые турбины – поток подводится к рабочему колесу по радиальным к оси турбины поверхностям, а отводится параллельно оси турбины Диагональные турбины – поток подводится к рабочему колесу и отводится от него по конусным поверхностям, образующим с осью турбины некоторый угол

https://www.youtube.com/watch?v=6IXliOjof6o&spfreload=5

https://www.youtube.com/watch?v=De47OX2oSF8

Статор турбины – служит для передачи на фундамент установки нагрузок от веса неподвижных и вращающихся частей агрегата, осевого гидравлического давления воды на рабочее колесо и веса бетонного перекрытия.

Направляющий аппарат – изменяет величину и направление скоростей в потоке. Направляющий аппарат – изменяет величину и направление скоростей в потоке. Рабочее колесо – лопасти+ступица+обод Отсасывающая труба – отвод воды от рабочего колеса

Турбинная камера -устройство для подвода и равномерного распределения  воды по окружности направляющего аппарата гидравли-ческой турбины.

Виды гидротурбин: Ковшовая турбина (турбина Пельтона)

Гидро- и гидроаккумулирующие электростанции

Гидротехнические сооружения ГЭС

Гидросиловой аппарат ГЭС

Параметры ГЭС

Плюсы и минусы ГЭС

Затопление территорий – один из основных минусов строительства ГЭС