Что такое теплоцентраль (ТЭЦ)?

Теплоцентраль (ТЭЦ) - это тип электростанции, который создает тепловую энергию параллельно с электричеством. Электростанции, применяющие тепловую энергию, подразделяются на конденсационные (КЭС) и теплоцентрали (ТЭЦ). Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) - разновидность тепловой электростанции, которая не только производит электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). По системам труб и кабелей энергия передается для использования в жилых домах или промышленных объектах. Тепло передается в виде горячей воды или пара.

В деловых, жилых и промышленных районах городов умеренного и холодного климата экономически выгодно использовать тепло от централизованного источника тепла (ТЭЦ). Централизованные системы более экономичны и имеют то преимущество, что освобождают место для производственных целей, которое в противном случае потребовалось бы для размещения собственной котельной и хранения топлива.

Принцип работы ТЭЦ: от топлива до тепла в доме

Принцип работы ТЭЦ

Принцип работы теплоэлектростанций очень сложен, состоит из нескольких этапов. Блоки этих станций производят электроэнергию и тепло с помощью сжигания разнообразных видов топлива. ТЭС создают простые процессы для генерации энергии. Они могут работать на самых разных видах топлива, включая уголь, газ или мазут. Сперва топливо сгорает в парогенераторе, где осуществляется нагрев пара до водяного состояния. Потом данная жидкость передается в котел с внутренними трубками.

Тепловая энергия частично преобразуется в механическую для обеспечения вращения вала, на котором установлен электрогенератор. Турбина, вращая ротор генератора, создает электрическую энергию. Главное здание включает очистные сооружения для дымовых выбросов, архитектурно составляющие основу плана теплоэлектростанции. Сортировочные устройства могут быть открытыми или закрытыми в зависимости от конкретных нужд отрасли электроэнергетики. В этом случае они располагаются рядом с турбинной частью основного корпуса.

Градирня, расположенная у постоянной стороны фронта турбинной части, находится на расстоянии, чтобы пары не воздействовали на нее. Бытовые и административные помещения находятся с постоянной стороны фасада для обеспечения удобства связи с основным отсеком. ТЭЦ имеет возможность расширения главных строений, систем очистки и отопления. При сжигании топлива в топке осуществляется нагрев воздуха, который является окислителем.

ТЭЦ конструктивно устроена как конденсационная электростанция. Главное отличие состоит в возможности отобрать часть тепловой энергии пара, после того, как он выработает электрическую энергию. Отобранный пар конденсируется в сетевых подогревателях и передает свою энергию сетевой воде, которая направляется на пиковые водогрейные котельные и тепловые пункты. На ТЭЦ есть возможность перекрывать тепловые отборы пара, в этом случае ТЭЦ становится обычной электростанцией.

Схема теплоэлектроцентрали

Основные компоненты и их функции

Рассмотрим основные компоненты ТЭЦ и их функции:

• Энергетический котел: Огромная «топка» с очень высокой температурой внутри. На ТЭЦ используют твёрдое, жидкое или газообразное топливо. Вследствие большей близости ТЭЦ к населённым местам на них шире используют более ценное, меньше загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами топливо - мазут и газ.
• Турбины: Нагретый пар попадает в турбины и вращает генератор, вырабатывая электроэнергию. На выходе с разных генераторов напряжение может быть от 10 до 18 кВ (киловольт). С помощью блочных трансформаторов оно повышается до 110 кВ, а дальше электроэнергия передается на большие расстояния с помощью ЛЭП (линий электропередач).
• Теплообменник: Пар попадающий в теплообменник, нагревает воду в специальных водяных подогревателях.
• Обратный отвод пара: После прохождения теплообменника, вода превращается в пар, который остывает в градирнях, конденсирует, и снова превращается в воду.
• Магистральные трубы: Общая протяжённость теплотрассы из-за тепловых потерь обычно ограничена 10-20 километрами и не превышает 40 километров.
• Тепловые насосные станции: Комплексная система для перекачки жидкостей из одного места в другое, включает в себя здание и оборудование: насосные агрегаты (рабочие и резервные) - насосы, трубопроводы и вспомогательные устройства (например, трубопроводную арматуру).
• Центральный тепловой пункт (ЦТП): Обеспечивает теплом и горячей водой микрорайон по квартальным трубам. Также на ЦТП регулируют температуру и давление теплоносителя с учетом условий конкретного микрорайона (зависит от типа застройки домов, этажности, количества квартир и т.д.).
• Квартальные трубы: По ним теплоноситель и горячая вода из ЦТП поступают в дома - в радиаторы отопления. Вторичные тепловые сети имеют относительно меньшую протяженность (удаленность теплового пункта от потребителя составляет менее 500 м.) и в условиях города, ограничиваются максимум парой кварталов. Диаметры таких трубопроводов, в основном, располагаются в границах от 50 до 150 мм.
• Внутридомовая разводка: В котельных используется достаточно надежное отопительное оборудование, которое довольно часто позволяет использовать топливо разных видов. Поскольку теплогенерирующие предприятия находятся на удалении от отапливаемого объекта, жилые квартиры не загрязняются продуктами горения топлива.

Схемы подключения к системе отопления

Существуют различные схемы подключения к системе отопления:

1. Зависимая прямоточная схема: Предполагает поступление жидкости нагретой до температуры в 100С от мощного внешнего котла в отопительную систему дома. Один из вариантов такой схемы предусматривает перемешивание горячей и холодной воды с последующим направлением жидкости (теплоносителя) с температурой 70-80С в радиаторы жилых строений. Обе модели получили у нас в России большое распространение, так как они очень быстро окупаются и чрезвычайно просты в обслуживании и ремонте.
2. Независимая отопительная система: Жидкость из котельной нагретая до температуры 150C в первую очередь поступает в теплообменники ЦТП, а уже после задействуется для нагрева теплоносителя, служащего для циркуляции в замкнутом контуре отапливаемого жилого дома. В таком случае, теплоноситель здесь изолирован от котла теплоносителя системы отопления, что позволяет гибко регулировать систему, отталкиваясь от различных условий, поддерживать определенное давление, применять в качестве теплоносителя специальную воду.

Преимущества ТЭЦ

Теплоэлектроцентрали имеют высокий КПД по сравнению с генерирующими только электроэнергию станциями. Производство электроэнергии и тепла вместе увеличивает КПД на 5-7% (для теплоэлектроцентралей 35-43%, для электростанций - 30%).

КПД ТЭЦ

Типы ТЭЦ

По типу производимых агрегатов можно выделить ТЭЦ с парогазовыми котлами, паровыми установками, атомными реакторами. Также можно встретить теплоэлектроцентрали, где отсутствуют паровые турбины, а используют газотурбинные комплексы. Все более популярным становится использование газотурбинных комплексов, которые применяют смесь нагретых газов, которые образовываются при сжигании жидкого или газообразного топлива, для вращения лопастей турбины.

Сравнение ТЭЦ с другими типами электростанций

В отличии от ТЭС, в которых избыточное тепло уходит на охлаждение, в ТЭЦ оно применяется для центрального отопления зданий где бы то ни было: жилых или административных. Гидроэлектростанции, или ГЭС, применяют потенциальную энергию воды для вращения турбин и генерации электричества. Они находятся на реках и могут работать исходя из объема воды, что делает их мощность зависящей от погодных условий. ГРЭС , или гидрорециркуляционные электростанции, отличаются от прочих. Сегодня они известны как конденсационные электростанции.