Тепловая энергия: определение, формула и примеры для детей

Преимущества и недостатки использования тепловых энергоустановок

Преимущества:

Экологическая безопасность. Тепловые энергоустановки основаны на использовании возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, геотермальная или биомасса. В отличие от традиционных источников энергии, таких как углеводороды и уголь, они не выделяют вредные выбросы в атмосферу, что способствует снижению загрязнения окружающей среды и климатических изменений.
Экономическая эффективность. Использование тепловых энергоустановок позволяет значительно снизить затраты на энергию. Возобновляемые источники энергии обладают бесконечным потенциалом, что исключает необходимость в постоянной закупке топлива. Кроме того, использование тепловых энергоустановок может сопровождаться государственными субсидиями и налоговыми льготами, что дополнительно снижает затраты.
Универсальность. Тепловые энергоустановки могут быть установлены практически в любом месте. Они не зависят от наличия разветвленной энергетической сети, что делает их особенно привлекательными для отдаленных или слабо урбанизированных районов.
Устойчивость к колебаниям цен на энергию. Использование возобновляемых источников энергии позволяет уйти от зависимости от мировых цен на нефть и газ, что делает тепловые энергоустановки надежной и стабильной альтернативой.

Недостатки:

Высокая стоимость установки. Несмотря на то, что эксплуатация тепловых энергоустановок обычно экономически выгодна в долгосрочной перспективе, первоначальные затраты на их установку могут быть значительными. Также необходимо учесть затраты на техническое обслуживание и ремонт.
Ограниченная мощность. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечные панели или ветрогенераторы, могут не обеспечить достаточную мощность для покрытия всех энергетических потребностей. В таких случаях может потребоваться комбинированное использование тепловых энергоустановок с традиционными видами энергии.
Зависимость от погодных условий. Эффективность работы некоторых тепловых энергоустановок, таких как солнечные батареи или ветрогенераторы, зависит от наличия солнечного света или ветра. В периоды плохой погоды, такие установки могут работать менее эффективно или вообще останавливаться.
Требования к инфраструктуре. Для некоторых тепловых энергоустановок необходимо наличие специализированной инфраструктуры, такой как сеть тепловых труб или электрических подстанций. Это может потребовать значительных инвестиций и сложностей при проведении новых установок.

Вывод:

Тепловые энергоустановки обладают рядом преимуществ и недостатков. Они являются экологически безопасным и экономически выгодным вариантом, но требуют значительных вложений при установке и могут быть ограничены в плане мощности. Несмотря на это, использование тепловых энергоустановок может стать важным шагом в переходе к более устойчивой и эффективной энергетике.

Преимущества и недостатки тепловых электростанций

Ниже в таблице приведены основные преимущества и недостатки тепловых электростанций перед другими видами объектов электрогенерации

Преимущества	Недостатки
По сравнению с другими электростанциями дешевые и быстрее строятся	Теряется много тепла, что снижает ее КПД
Могут вырабатывать электрическую энергию круглый год	Их довольно сложно регулировать: чтобы остановить ТЭС или запустить ее на полную мощность может потребоваться несколько дней
Их можно строить как вблизи городов, так и вблизи месторождений органических ресурсов	В больших масштабах используют различные виды органического не возобновляемого топлива: уголь, газ, сланцы, торф
	Выбрасывают в атмосферу большие объемы отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды

Накопление тепла в горячей породе, бетоне, гальке и т.д.

Вода обладает одной из самых высоких теплоемкостей – 4,2 Дж/см3*К, тогда как бетон обладает лишь одной третью от этого значения. С другой стороны, бетон может нагреваться до гораздо более высоких температур – 1200C за счет, например, электронагрева и, таким образом, обладает гораздо большей общей емкостью. Следуя из примера далее, изолированный куб примерно 2,8 м в поперечнике может оказаться способным обеспечивать достаточный объем хранимого тепла для одного дома, чтобы удовлетворить 50 % потребности в отоплении. В принципе, это может быть использовано для хранения избыточной ветряной или фотоэлектрической тепловой энергии благодаря способности электронагрева к достижению высоких температур

На уровне округов международное внимание привлек проект «Виггенхаузен-Зюд» в немецком городе Фридрисхафене. Это – железобетонный теплоаккумулятор объемом в 12 000 м3 (420 000 куб.фт.), соединенный с комплексом солнечных коллекторов площадью 4 300 м2 (46 000 квадр

фт), наполовину обеспечивающих потребность в горячей воде и отоплении у 570 домов. Компания «Siemens» строит под Гамбургом хранилище тепла емкостью 36 МВТ*ч, состоящее из базальта, разогретого до 600C, и выработкой энергии в 1,5 МВт. Схожая система планируется для постройки в датском городе Сорё, где 41-58 % накопленного тепла емкостью в 18 МВт*ч будет передаваться для центрального теплоснабжения города, а 30-41 % – как электричество.

Типы тепловых электростанций

Тепловые электростанции очень разнообразны и могут быть разделены по различным характеристикам.

Классификация ТЭС по назначению

В зависимости от типа и назначения отпускаемой энергии тепловые электростанции делятся на:

Районные электростанции — это независимые электростанции, обслуживающие потребителей района (жилые здания, промышленные предприятия и т.д.). Районные электростанции могут вырабатывать как электрическую энергию (та же ГРЭС), так и тепловую энергию (ТЭЦ).
Промышленные электростанции. Этот тип электростанций обслуживает производственные предприятия, которые к ним присоединены тепловой и электрической энергией. Мощность промышленных электростанций напрямую зависит от потребностей предприятий. В принципе, эта мощность намного меньше, чем у районных электростанций.

Классификация ТЭС по типу теплосиловых установок

Тепловые электростанции в зависимости от типа теплосиловых установок делятся на:

Паротурбинные электростанции. Основой их работы, как следует из их названия, являются паротурбинные установки (ПТУ) с паровой турбиной.
Газотурбинные электростанции. Они основаны на газотурбинных установках (ГТУ).
Парогазовые электростанции. К ним относятся парогазовые установки (ПГУ), которые представляют собой комбинацию газотурбинных и паротурбинных установок, которые обеспечивают высокую эффективность.

Классификация ТЭС по технологической схеме

По технологической схеме паропроводов тепловые электростанции подразделяются на блочные и с поперечными связями.

а) блочная; б) с поперечными связями; К — котел; Т — турбина

Блочные тепловые электростанции. Принцип их работы прост, они состоят из отдельных агрегатов, в которых находится котел, каждый котел имеет свою турбину, в которую он подает пар. Если выйдет из строя только один котел или турбина, это приведет к отключению всей установки. Блочные схемы очень экономичны, так как длина трубопроводов сокращается. По этой схеме часто строятся все мощные ГРЭС и ТЭЦ.

1 — магистраль питательной воды, 2 — регулирующий питательный клапан, 3 — паровой котел, 4, 19 — главная паровая и встроенная задвижки, 5 — коллектор перегретого пара, 6 — турбина, 7 — генератор, 8 — конденсатор, 9, 10 — цилиндры высокого и среднего давления, 11, 13 — конденсатные насосы I и II ступеней, 12 — блочная обессоливающая установка, 14, 18 — подогреватели низкого и высокого давления, 15 — деаэратор, 16, 17 — бустерный и питательный насосы, 20 — промежуточный пароперегреватель.

Тепловые электростанции с поперечными связями. Разница между этими тепловыми электростанциями заключается в том, что котлы могут подавать пар абсолютно в любой коллектор. Они оснащены переключающими клапанами для предотвращения несчастных случаев и повышения надежности станции. По схеме с поперечными соединениями строится КЭС без промежуточного перегрева.

Классификация ТЭС по начальным параметрам

В соответствии с начальным уровнем давления тепловые электростанции делятся на:

докритического давления — до 22,1 МПа.
- низкого — 3,4 МПа
- среднего — 8,8 МПа
- высокого — 12,8 МПа
сверхкритического давления — свыше 23,5 МПа.
суперсверхкритического давления — 30 МПа, с температурой пара 600 — 620 °С.

Возможности использования биомассы для теплопроизводства

Биомасса представляет собой органический материал, возникший в результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. Она может быть использована в качестве источника термической энергии, благодаря содержащимся в ней углероду, кислороду и водороду.

Преимущества использования биомассы для теплопроизводства:

Экологически чистый источник энергии. Сгорание биомассы не добавляет вредных веществ в атмосферу, так как при этом выделяется столько же углекислого газа, сколько и поглощается растениями в процессе фотосинтеза.
Устойчивый ресурс. Биомасса является возобновляемым источником энергии, так как растения могут быть выращены вновь и вновь.
Снижение зависимости от ископаемых видов топлива. Использование биомассы позволяет сократить использование нефти, угля и природного газа, что способствует энергетической независимости.
Доступность в большинстве регионов. Биомасса может быть получена из сельскохозяйственных отходов, древесины, растительной массы, животных отходов и других источников, которые находятся практически повсюду.
Диверсификация энергетического сектора. Использование биомассы позволяет увеличить долю возобновляемых источников энергии, что способствует снижению рисков, связанных с концентрацией власти у определенных поставщиков энергии.

Примеры использования биомассы для теплопроизводства:

Производство тепла и электроэнергии в биомассовых котельных. В этом случае биомасса сжигается, и получаемая тепловая энергия используется для работы котлов и генераторов электроэнергии.
Термическая обработка биомассы. Биомасса может быть подвергнута процессам газификации, пиролиза или торрефикации, в результате которых получается биогаз, древесный уголь или другие виды топлива.
Биомасса в сельском хозяйстве. Остатки сельскохозяйственных культур и животных отходы могут быть использованы для производства тепловой энергии на фермах и в сельскохозяйственных предприятиях.

Использование биомассы для теплопроизводства является перспективным направлением в области энергетики. Этот вид термической энергии не только экологически чист, но и способствует сокращению зависимости от ископаемых источников топлива. Применение биомассы обеспечивает энергетическую независимость и содействует разнообразию энергетического сектора. Кроме того, доступность биомассы позволяет использовать этот ресурс практически везде, где он доступен.

Характеристики тепловой энергии

Это энергия, которая вмешивается в различные теплотворные процессы, происходящие при контакте тел с разной температурой. Пока тела поддерживают трение между собой, эта энергия будет передаваться от одного тела к другому. Вот что происходит, например, когда мы кладем руку на поверхность. Спустя некоторое время, поверхность будет иметь температуру руки, потому что он дал это ему.

Прирост или потеря этой внутренней энергии во время процесса это называется теплом. Тепловую энергию получают разными способами. Следовательно, каждое тело, имеющее определенную температуру, имеет внутри внутреннюю энергию.

Примеры тепловой энергии

Рассмотрим подробнее источники получения тепловой энергии:

Природа и Солнце Это два источника энергии, которые обеспечивают внутреннюю энергию телам. Например, когда утюг постоянно находится на солнце, его температура повышается, потому что он поглощает внутреннюю энергию. К тому же звездный король — ярчайший пример тепловой энергии. Это самый крупный известный источник тепловой энергии. Животные, которые не могут регулировать свою температуру, используют для этого преимущества этого источника энергии.
Кипящая вода: По мере повышения температуры воды тепловая энергия всей системы начинает умножаться. Пришло время, когда повышение температуры тепловой энергии вынудило воду к фазовому переходу.
Камины: энергия, производимая в дымоходах, происходит за счет увеличения тепловой энергии. Здесь поддерживается сжигание органических веществ, чтобы в доме было тепло.
Нагреватель: служит для повышения температуры воды аналогично тому, как мы кипятим.
Экзотермические реакции которые происходят из-за сжигания некоторого топлива.
Ядерные реакции что происходит ядерное деление. Это также происходит, когда происходит слияние ядер. Когда два атома имеют одинаковый заряд, они соединяются, образуя более тяжелое ядро, и во время процесса выделяют большое количество энергии.
Эффект джоуля происходит, когда в проводнике циркулирует электрический ток, и кинетическая энергия электронов преобразуется во внутреннюю энергию в результате непрерывных столкновений.
Сила трения Он также генерирует внутреннюю энергию, поскольку также происходит обмен энергией между двумя телами, будь то физический или химический процесс.

КПД тепловой электростанции

Основным показателем любой тепловой электростанции является ее коэффициент полезного действия. Например, для угольных ТЭС существует термический КПД, определяемый количеством угля, необходимого для выработки 1 кВт*ч электроэнергии. Если в начале 20-х годов прошлого века этот показатель составлял 15,4 кг, то в 60-е годы он снизился до 3,95 кг. В дальнейшем расход угля вновь незначительно поднялся до 4,6 кг.

Причиной такого подъема стали газоочистители, уловители пыли и золы, из-за которых угольная электростанция снизила выходную мощность на 10%. Многие станции пользуются более чистым в экологическом плане углем, что также привело к увеличению потребления топлива.

Процентное выражение термического КПД тепловой электростанции составляет не более 36%, что связано с высокими тепловыми потерями, вызываемыми отходящими газами при горении. У атомных электростанций, отличающимися низкими температурами и давлением термический КПД еще ниже – 32%. Самый высокий показатель у газотурбинных установок, оборудованных котлами-утилизаторами и дополнительными паровыми турбинами. КПД электростанций с таким оборудованием превышает 40%. Этот показатель полностью зависит от величины рабочих температур и давления пара.

Современные паротурбинные электростанции используют промежуточный перегрев пара. После того как он частично отработает в турбине, происходит его отбор в промежуточной точке для последующего повторного нагрева до первоначальной температуры. Система промежуточного перегрева может состоять из двух ступеней и более, что способствует значительному увеличению термического КПД.

Технология сплава на границе растворимости

Сплавы на границе растворимости основаны на изменении фазы металла с целью хранения тепловой энергии.

Вместо того, чтобы перекачивать жидкий металл между емкостями, как в системе с расплавом солей, металл заключается в капсулу из другого металла, с которым не может сплавиться (не поддающийся смешению). В зависимости от выбора двух материалов (материал, меняющий фазу и материал капсулы), плотность хранения энергия может оставлять 0,2-2 МДж/л.

Рабочая среда, как правило – вода или пар, используется для передачи тепла к и от сплава на границе растворимости. Теплопроводность таких сплавов зачастую выше (до 400 Вт/м*К), чем у конкурирующих технологий, что означает более быструю возможную «загрузки» и «разгрузки» теплового хранилища. Технология еще не реализована для использования в промышленных масштабах.

Аккумулирование солнечной энергии

Самые активно применяемые системы солнечного отопления могут хранить энергию сроком от нескольких часов до нескольких дней. Однако, наблюдается рост числа мощностей, использующих сезонное аккумулирование тепловой энергии (САТЭ), что позволяет хранить солнечную энергию летом, чтобы использовать ее для отопления помещений в зимний период. Солнечное сообщество Дрэйк Лэнлинг из провинции Альберта в Канаде сейчас научилось использовать 97 % солнечной энергии круглый год, что является рекордом, ставшим возможным только благодаря использованию САТЭ.

Использование как скрытой, так и явной теплоты также возможно в высокотемпературных системах приема солнечной тепловой энергии. Различные эвтектические смеси металлов типа Алюминия и Кремния (AlSi12) предлагают высокую точку плавления для эффективного производства пара, в то время как глиноземные смеси на основе цемента предлагают хорошие свойства хранения тепла.

Разновидности и состав тепловых энергоустановок

Тепловые энергоустановки – это комплексные системы, предназначенные для преобразования различных источников энергии в тепло. Они применяются в разных сферах жизнедеятельности человека, включая промышленность, коммунальное хозяйство и сельское хозяйство. Различные тепловые энергоустановки отличаются по своему назначению и принципу работы, и, в зависимости от этого, имеют разный состав.

Тепловые энергоустановки можно классифицировать по следующим признакам:

По источнику энергии:

Газовые (на основе природного газа или сжиженных углеводородных газов)
Топливные (на основе твердого, жидкого или газообразного топлива)
Солнечные (использующие солнечную энергию)
Тепловой насос (использующий энергию окружающей среды или промышленных процессов)

По способу передачи энергии:

Прямой (тепловые энергоустановки, где тепло передается непосредственно через нагревательные поверхности)
Косвенный (теплообменник для передачи тепла от носителя энергии к потребителю)

По назначению:

Промышленные (используемые в производстве и промышленности)
Коммунальные (используемые в сфере жилищно-коммунального хозяйства)
Сельскохозяйственные (используемые в сельском хозяйстве)
Стационарные (установки на постоянных основаниях)
Передвижные (установки, которые могут быть перемещены с места на место)

Состав тепловых энергоустановок может включать:

Теплогенераторы
Теплопроизводящие устройства
Генераторы электроэнергии
Теплообменники
Циркуляционные насосы
Регулирующие и автоматические устройства
Трубопроводы и трубы
Емкости для хранения теплоносителя

Конкретный состав каждой тепловой энергоустановки зависит от ее назначения, принципа работы и других факторов. Однако, независимо от типа и состава, все тепловые энергоустановки выполняют одну важную функцию – обеспечение тепла и комфорта в различных сферах деятельности человека.

Виды и свойства теплоносителей

В качестве теплоносителей в зависимости от назначения производственных процессов могут применяться: водяной пар, горячая вода, дымовые и топочные газы, высокотемпературные и низкотемпературные теплоносители.

Водяной пар как греющий теплоноситель получил большое распространение вследствие ряда своих достоинств:

1. Высокие коэффициенты теплоотдачи при конденсации водяного пара позволяют получать относительно небольшие поверхности теплообмена.

2. Большое изменение энтальпии при конденсации водяного пара позволяет расходовать малое его массовое количество для передачи сравнительно больших количеств теплоты.

3. Постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность наиболее просто поддерживать постоянный режим и регулировать процесс в аппаратах.

Основным недостатком водяного пара является значительное повышение давления в зависимости от температуры насыщения.

Наиболее часто употребляемое давление греющего пара в теплообменниках составляет от 0,2 до 1,2 МПа. Теплообменники с паровым обогревом для высоких температур получаются очень тяжелыми и громоздкими по условиям обеспечения прочности, имеют толстые фланцы и стенки, весьма дороги и поэтому применяются редко.

Горячая вода получила большое распространение в качестве греющего теплоносителя, особенно в системах отопления и вентиляционных установках. Подогрев воды осуществляется в специальных водогрейных котлах или водонагревательных установках ТЭЦ и котельных. Достоинством воды как теплоносителя является сравнительно высокий коэффициент теплоотдачи

Дымовые и топочные газы как греющая среда применяются обычно на месте их получения для непосредственного обогрева промышленных изделий и материалов, если физико-химические характеристики последних не изменяются при взаимодействии с сажей и золой.

Достоинством топочных газов является возможность нагрева ими материала до весьма высоких температур. Однако оно не всегда может быть использовано вследствие трудности регулировки и возможности перегрева материала. Высокая температура топочных газов приводит к большим тепловым потерям. Газы, покидающие топку с температурой выше 1000 °С, доходят до потребителя с температурой не выше 700 °С, так как осуществить удовлетворительную термоизоляцию при таком высоком уровне температур достаточно трудно.

К недостаткам дымовых и топочных газов при использовании их в качестве теплоносителя можно отнести следующее:

1. Малая плотность газов, которая влечет за собой необходимость получения больших объемов для обеспечения достаточной теплопроизводительности, что приводит к созданию громоздких трубопроводов.

2. Вследствие малой удельной теплоемкости газов их необходимо подавать в аппараты в большом количестве с высокой температурой; последнее обстоятельство вынуждает применять огнеупорные материалы для трубопроводов. Прокладка таких газопроводов, а также создание запорных и регулирующих приспособлений по тракту течения газа связаные с большими трудностями.

3. Вследствие низкого коэффициента теплоотдачи со стороны газов теплоиспользующая аппаратура должна иметь большие поверхности нагрева и поэтому получается весьма громоздкой.

К высокотемпературным теплоносителям относятся: минеральные масла, органические соединения, расплавленные металлы и соли. Низкотемпературные теплоносители — это вещества, кипящие при температурах ниже 0 °С. К ним относят: аммиак, двуокись углерода, сернистый ангидрид, фреоны.

Внутреннее устройство парового котла

Внутри котла находится большое количество изогнутых труб, по которым течет нагретая вода. Эта конструкция труб позволяет увеличить количество тепла, передаваемого воде, тем самым создавая больше пара.

В данный момент в паровых котлах используется метод факельного сжигания топлива в топке. Топка собой представляет вертикальную шахту, топливо попадая в нее вместе с воздухом непрерывно продолжает движение по камерной топке. Котел содержит в себе определенное устройства, например — горелка, с помощью нее в топку попадает топливо и воздух. В топке есть система труб, которая служит как поверхность нагрева. Поверхности нагрева можно разделить на три вида, в зависимости от способа передачи тепла:

радиационные (экранные трубы),
радиационно-конвективные (фестон, ширмовый пароперегреватель)
конвективные (конвективный пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель).

К радиационным поверхностям нагрева относят топочные экраны, они представляют собой плоские трубные системы. У данной поверхности тип передачи тепла — излучение.

Конвективные поверхности — это поверхность нагрева, которая за счет конвекции получает тепло. К ним относят пароперегреватели и водяные экономайзеры.

Радиационно-конвективная поверхность совмещает в себе две предыдущих поверхности, то есть она воспринимает теплоту как в процессе излучения, так и в процессе конвекции. К ней обычно относят ширмовую поверхность нагрева котла.

Эффективность ТЭЦ

На разных этапах работы электростанции теряется большое количество тепла, в то время как большая часть теряется в конденсаторе. Вот почему их эффективность так низка.

Тепловая эффективность — это безразмерная мера мощности устройства, использующего тепловую энергию, или иным образом отношение тепла, преобразованного в цикле в работу к теплу, подведенному в цикле к рабочему телу. Чем выше этот показатель, тем лучше цикл. На современных тепловых электростанциях тепловой КПД составляет 30%.

At — тепло, преобразованное в цикле в работу
Q1 — тепло, подведенное в цикле к рабочему телу
Q2 — тепло, отданное в цикле рабочим телом в окружающую среду

На большинстве тепловых электростанций в электроэнергию превращаются только 40% теплоты, которая выделяется в результате сгорания топлива, все остальное выбрасывается в окружающую среду. Однако на некоторых электростанциях это остаточное тепло используется для обогрева близлежащих домов и предприятий. С помощью такой системы вы можете увеличить отдачу на 80%.

ТЭС на угле

Уголь уже давно стал одним из основных источников энергии в повседневной жизни и производственной деятельности людей. Широкое распространение данного вида топлива стало возможным благодаря его доступности. Во многих месторождениях он расположен в нескольких метрах от поверхности земли и может добываться более дешевым открытым способом. Кроме того, уголь не требует каких-то особых условий хранения и складируется в обычные кучи неподалеку от объекта.

Промышленное использование угля началось в конце 18-го века. В дальнейшем, когда появился железнодорожный транспорт, уголь стал источником движущей силы для паровозов. Позднее он стал применяться на первых тепловых электростанциях, построенных в конце 19-го века. Многие ТЭС и в настоящее время работают на угле.

На самых первых электростанциях сжигание угля осуществлялось путем его укладки на колосниковые решетки. Загрузка топлива и удаление шлака выполнялось вручную. Постепенно эти процессы были механизированы и уголь попадал на решетки из верхнего бункера. Решетка приводилась в движение и отработанный шлак ссыпался в специальный приемник.

Современные тепловые электростанции уже давно не пользуются кусковым углем. Вместо него в котлы загружается угольная пыль, получаемая в дробилках или мельницах. Подача топлива к горелкам производится сжатым воздухом. Попадая в топку, угольная пыль вперемешку с воздухом начинает гореть, выделяя большое количество тепла.

Принцип работы тепловой электростанции

Основной принцип работы тепловой электростанции заключается в производстве тепловой энергии из органического топлива, которая в дальнейшем используется для выработки электрического тока.

Понятия ТЭС и ТЭЦ существенно различаются между собой. Первые установки относятся к так называемым чистым электростанциям, вырабатывающим только электрический ток. Каждая из них известна еще и как конденсационная электростанция – КЭС. ТЭЦ расшифровывается как теплоэлектроцентраль и является разновидностью ТЭС. Данные установки не только генерируют электричество, но и являются тепловыми, то есть дают тепло в системы отопления и горячего водоснабжения. Такое комбинированное использование требует специальных паровых турбин с противодавлением или системой промежуточного отбора пара.

Несмотря на разнообразие конструкций, работа всех ТЭС осуществляется по общей схеме. В котел постоянно подается топливо в виде угля, газа, торфа, мазута или горючих сланцев. На многих электростанциях используется заранее приготовленная угольная пыль. Вместе с топливом поступает воздух в подогретом виде, выполняющий функцию окислителя.

В процессе горения топлива создается тепло, нагревающее воду в паровом котле. Происходит образование насыщенного пара, подаваемого в паровую турбину через паропровод. Далее тепловая энергия становится механической.

Вал и остальные движущиеся части турбины связаны между собой и представляют единое целое. Струя пара под высоким давлением и при высокой температуре выходит из сопел и воздействует на лопатки турбины. Закрепленные на диске, они начинают вращаться и приводят в движение вал, соединенный с генератором. В результате вращения происходит преобразование механической энергии в электрический ток.

Пройдя через паровую турбину, пар снижает свою температуру и давление. Далее он попадает в конденсатор и прокачивается по трубкам, охлаждаемым водой. Здесь пар окончательно превращается в воду и поступает в деаэратор для очистки от растворенных газов. Очищенная вода с помощью насоса подается в котельную установку через подогреватель.

Новые технологии сжигания угля

КПД современных ТЭЦ ограничен 34 %. Абсолютное большинство тепловых электростанций до сих пор работают на угле, что объясняется весьма просто — запасы угля на Земле по-прежнему громадны, поэтому доля ТЭС в общем объеме выработанной электроэнергии составляет около 25 %.

Процесс сжигания угля многие десятилетия остается практически неизменным. Однако и сюда пришли новые технологии.

Чистое сжигание угля (Clean Coal)

Особенность данного метода состоит в том, что вместо воздуха в качестве окислителя при сжигании угольной пыли используется выделенный из воздуха чистый кислород. В результате, из дымовых газов удаляется вредная примесь – NОx. Остальные вредные примеси отфильтровываются в процессе нескольких ступеней очистки. Оставшийся на выходе СО₂ закачивается в емкости под большим давлением и подлежит захоронению на глубине до 1 км.

Метод «oxyfuel capture»

Здесь также при сжигании угля в качестве окислителя используется чистый кислород. Только в отличие от предыдущего метода в момент сгорания образуется пар, приводящий турбину во вращение. Затем из дымовых газов удаляются зола и оксиды серы, производится охлаждение и конденсация. Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.

Метод «pre-combustion»

Уголь сжигается в «обычном» режиме – в котле в смеси с воздухом. После этого удаляется зола и SO₂ – оксид серы. Далее происходит удаление СО₂ с помощью специального жидкого абсорбента, после чего он утилизируется путем захоронения.