Эффективность топлива на ТЭС

Содержание

1. Введение
2. Эф  исп т на т

2.1 Понятие и виды топлива на ТЭС

1. . Классификация топлива.
2. . Традиционные и нетрадиционные виды топлива на ЭС.
3. . Возобновляемые и не возобновляемые виды топлива.
4. . Топливо в отдельных регионах России.
5. . Условное топливо.

3. Структура энергосистемы РБ.

4. Проблемы топливно-энергетического комплекса.

1. ВВЕДЕНИЕ

     Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий: 

• получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
• передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
• преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
• передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи.

     Электроэнергетика — это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить натрадиционную и нетрадиционную.

     Цель  исследования данной курсовой работы: 

• исследовать основные виды топлива на ТЭС
• узнать о текущем состояние и перспективы развития использования топлива на ТЭС в России и в РБ;
• описать какие используются топлива на ТЭС в разных регионах России;
• рассчитать  экономическую эффективность внедрения комплексной автоматизации технологических процессов в тепловой электростанции.

1. ПОНЯТИЕ И  ВИДЫ ТОПЛИВА НА ТЭС

   Топливо — вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.

   Чаще  всего, под топливом понимают вещество, способное гореть при наличии окислителя (например, дрова или дизельное топливо). В таком случае, смесь топлива с окислителем образует взрывчатое вещество. Тепловой двигатель может преобразовывать тепловую энергию топлива в кинетическую. Существует также ядерное топливо — вещество, выделяющее большое количество тепла в результате реакций распада или объединения ядер атомов.

Основной  показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма «условного топлива» (у.т.) составляет 29,3 МДж или 7000 ккал — что соответствует низшей теплотворной способности чистого антрацита.

ТЭС на мазуте

     Мазутные  электростанции не нуждаются в сложном  и дорогостоящем оборудовании для  подготовки топлива. Они не имеют  устройств для улавливания золы; поверхности нагрева парогенераторов не подвергаются золовому износу, что позволяет повысить скорость продуктов сгорания, интенсифицировать работу поверхностей нагрева. В результате парогенераторы, работающие на мазуте, более компактны. Поэтому электростанции, работающие на мазуте, имеют меньшие габариты и требуют меньших затрат на сооружение. Капитальные вложения на сооружение тепловой электростанции на мазуте на 20—25% ниже, чем на сооружение электростанции равной мощности на твердом топливе. Сжигание мазута позволяет повысить надежность и экономичность парогенераторной установки. Однако мазут как единственное топливо сжигается редко и только на электростанциях, расположенных в районе его добычи.

     ТЭС на угле

     Уголь – результат существования древних  лесов и болот и отложения  биологического материала во время  их роста. После умирания биологический  материал погружался в воду. При  его распаде атомы кислорода  и водорода покидали материал, в  нем оставались только атомы углерода.

     Энергия угля эффективна и до недавнего времени  оставалась достаточно рентабельной. Сейчас ее использование ограничено по двум основным причинам: недостаток запасов и загрязнение окружающей среды. Уголь является невозобновляемым источником энергии, поэтому  в ближайшем времени его запасы закончатся. Следует очень осторожно использовать оставшийся уголь и думать о будущем. Второй основной причиной, по которой редко используются электростанции на угле, является загрязнение. Угольное топливо сгорает с выделением в атмосферу густого черного дыма. Этот дым может стать причиной  различных болезней и явлений, от эмфиземы и выцветания краски до кислотного дождя. Загрязнение объясняется наличием в угле различных включений. В связи с тем, что контролировать соотношение топлива и кислорода крайне затруднительно, серные и фосфорные включения приводят к образованию и выделению диоксида серы, угарного газа и других загрязняющих атмосферу соединений.

Если  рассмотреть энергетическую проблему в перспективе, становится понятно, что уголь не сможет стать экологически чистым источником энергии по нескольким причинам. Диоксид серы и азот могут  соединяться с атмосферной водой, это приводит к образованию серной или азотной кислоты и кислотным  дождям. Кислотные дожди разрушают  мраморные статуи, наносят вред дикой природе и загрязняют воду. Большое количество углекислоты, выделяемой при сжигании угля, повышает плотность атмосферы и приближает катастрофу, связанную с всемирным потеплением. Всемирное потепление, на самых поздних стадиях, растопит лед на полюсах и спровоцирует сильнейшие наводнения на мировом уровне.

ТЭС на газу

Газотурбинная электростанция — современная, высокотехнологичная установка, генерирующая электричество и тепловую энергию.

Основу  газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей - силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс. Газотурбинная электростанция может иметь электрическую мощность от двадцати киловатт до сотен мегаватт. Газотурбинная электростанция способна отдавать потребителю значительное количество тепловой энергии - с коэффициентом ~ 1:2 по отношению к электрической мощности.

Газотурбинный агрегат может работать как на газообразном, так и на жидком топливе. Так, в газотурбинных установках может использоваться:

• Дизельное топливо
• Керосин
• Природный газ
• Попутный нефтяной газ
• Биогаз (образованный из отходов сточных вод, мусорных свалок и т.п.)
• Шахтный газ
• Коксовый газ
• Древесный газ и др.

2.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА

     Вещества, способные в процессе каких-либо преобразований выделять энергию, которая может быть технически использована, принято называть топливом. В зависимости от принципа освобождения энергии, заключающейся в топливе, различают ядерное и химическое топливо. Ядерное топливо выделяет энергию в результате ядерных преобразований, а химическое – в результате окисления горючих элементов, входящих в его состав. Известный русский ученый Д.И. Менделеев дал такое определение химического топлива: «Топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения тепла». 

     Основными видами химического топлива являются органические топлива: торф, горючие сланцы, угли, природный газ, продукты переработки нефти. В настоящее время принято классифицировать все топлива в зависимости от способа их получения и агрегатного состояния. 

По способу  получения различают естественное (природное)  топливо, 

искусственное топливо и топливные отходы (таблица 2.1.1). В зависимости от агрегатного состояния топливо разделяют на твердое, жидкое и газообразное. 

     Естественным  (природным) топливом называют топливо, используемое без переработки. Искусственным называют топливо, полученное при перера-ботке естественного топлива. В процессе переработки естественного топлива в искусственное получают топливные отходы. 

     Топливо принято характеризовать химическим составом и теплотой сгорания. Теплотой сгорания называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы твердого и жидкого топлива или единицы объема (при нормальных условиях) газообразного топлива. Для сравнения между собой массы различных топлив, отличающихся теплотой сгорания, введено понятие условного топлива. Под условным топливом понимают такое топливо, теплота сгорания которого составляет 29,3 МДж/кг.

Классификация основных видов топлив

2.1. ТРАДИЦИОННЫЕ И НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВИДЫ ЭС

Традиционные  виды

Тепловые  электростанции (ТЭС) -  вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании органического топлива (угля, нефти, газа). Невосполнимость этих природных ресурсов заставляет задуматься о рациональном их применении и замене более дешевыми способами получения электроэнергии.

Гидроэлектростанция (ГЭС) — комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. При их сооружении также наносится вред окружающей среде: перегораживаются реки, меняется их русло, затопляются долины рек. 
Важнейшая особенность гидротехнических ресурсов в сравнении с топливно-энергетическими — их непрерывная возобновляемость. 

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия используется для получения электрической. Генератором энергии здесь является атомный реактор. Тепло, выделяемое в нем в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов, преобразуется в электроэнергию. АЭС работают на ядерном горючем (уран, плутоний и др.), мировые запасы которого значительно превышают запасы органического топлива.

Нетрадиционные виды

Ветроэнергетическая установка способна превращать энергию ветра в электроэнергию. Запасы ветровой энергии на территории нашей страны огромны, так как во многих районах среднегодовая скорость ветра составляет б м/с. Устройство ветроэнергетической установки достаточно простое: вал ветряного колеса, способного вращаться под действием ветра, передает вращение ротору генератора электрической энергии. Стоимость производства электроэнергии на ветровых электростанциях ниже, чем на любых других. Кроме того, ветроэнергетика экономит богатства недр. Недостатки ветроэнергетических установок — низкий коэффициент полезного действия, небольшая мощность. Они применяются там, где нет стабильного обеспечения электроэнергией — на нефтяных разработках, горных пастбищах, в пустынях и т. п.

 
Приливная энергетика использует для производства электроэнергии энергию прилива и отлива Мирового океана. Два раза в сутки уровень океана то поднимается, то опускается. Это происходит под действием гравитационных сил Солнца и Луны, которые притягивают к себе массы океанской воды. У берега моря разности уровней воды во время прилива и отлива могут достигать более 10 м. Если в заливе на берегу моря в устье реки сделать плотину, то в таком водохранилище во время прилива можно создать запас воды, которая при отливе будет спускаться в море и вращать гидротурбины. В нашей стране уже созданы и работают приливные электростанции. Основными недостатками такого способа производства электроэнергии являются неравномерность выработки электроэнергии 
во времени и необходимость сооружения дорогостоящих плотин и резервуаров для воды.

 
Гелиоэнергетика (энергия Солнца). Во второй половине XX в. в связи с бурным развитием космонавтики начали разрабатывать проблему гелиоэнергетики — преобразование солнечного излучения в электрическую энергию. В настоящее время получение электроэнергии от гелиоустановок осуществляется с помощью солнечных батарей. Основу таких батарей составляют фотоэлементы — кристаллы кремния, покрытые тончайшим, прозрачным для света слоем металла. Поток фотонов — частиц света, проходя сквозь слой металла, выбивает электроны из кристалла. Электроны при этом начинают концентрироваться в слое металла, поэтому между слоем металла и кристаллом возникает разность потенциалов. Если тысячи таких фотоэлементов соединить параллельно, то получается солнечная батарея, способная питать электроэнергией электронную аппаратуру на космических кораблях, спутниках. В южных районах, где много солнечных дней в году, размещение на крышах домов солнечных батарей может частично обеспечить потребность в необходимой электроэнергии. Такие батареи используют и для питания электронных часов, калькуляторов и других устройств.

2.5. УСЛОВНОЕ ТОПЛИВО

Условное  топливо — химическая или ядерная энергия топлива переводится в различные виды энергии, и чаще всего через преобразование выделяемого при реакциях тепла тепловыми двигателями.

Основной  показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива. 

4. ПРОБЛЕМЫ  ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) — это совокупность отраслей, связанных с производством  и распределением энергии в различных  её видах и формах.

В состав ТЭК входят отрасли по добычи и  переработке различных видов  топлива (топливная промышленность), электроэнергетика и предприятия  по транспортировке и распределению  электроэнергии.

Значение  топливно-энергетического комплекса  в хозяйстве нашей страны очень  велико и не только потому, что он снабжает топливом и энергией все  отрасли хозяйства, без энергии не возможен ни один вид хозяйственной деятельности человека, но и потому что этот комплекс является главным поставщиком валюты (40 % — такова доля топливно-энергетических ресурсов в экспорте России).

Важным  показателем, характеризующим работу ТЭК, является топливно-энергетический баланс (ТЭБ).

Топливно-энергетический баланс — соотношение добычи различных  видов топлива, выработанной из них  энергии и использование их в  хозяйстве. Энергия, получаемая при  сжигании разного топлива, неодинакова, поэтому для сравнения разных видов топлива его переводят  в так называемое условное топливо, теплота сгорания 1 кг. которого равна 7 тыс. ккал. При пересчете в условное топливо применяются так называемые тепловые коэффициенты, на которые умножается количество пересчитываемого вида топлива. Так, если 1 т. каменного угля приравнять к 1 т. условного топлива, коэффициент угля равен 1, нефти — 1,5, а торфа — 0,5.

Соотношение разных видов топлива в ТЭБ  страны изменяется. Так, если до середины 60-х годов главную роль играл уголь, то в 70-е годы доля угля сократилась, а нефти возросла (были открытыместорождения Западной Сибири). Сейчас доля нефти сокращается и возрастает доля газа (т.к. нефть выгоднее использовать как химическое сырьё).

Развитие  ТЭК связанно с целым рядом  проблем:

Запасы  энергетических ресурсов сосредоточенны в восточных районах страны, а  основные районы потребления в западных. Для решения этой проблемы планировалось  в западной части страны развитие атомной энергетики, но после аварии на Чернобыльской АЭС, реализация этой программы замедлилась. Возникли и экономические трудности с ускоренной добычей топлива на востоке и передачей его на запад. 
Добыча топлива становится всё более дорогой и поэтому необходимо всё шире внедрять энергосберегающие технологии. 
Увеличение предприятий ТЭК оказывает отрицательное воздействие на окружающую среду, поэтому при строительстве требуется тщательная экспертиза проектов, а выбор места для них должен учитывать требованиям охраны окружающей среды. 
Топливная промышленность: состав, размещение главных районов добычи топлива, проблемы развития.

Топливная промышленность — часть топливно-энергетического  комплекса. Она включает отрасли  по добыче и переработке различных  видов топлива. Ведущие отрасли топливной промышленности —нефтяная, газовая и угольная.

Нефтяная  промышленность. В сыром виде нефть  почти не используют, но при переработке  получают высококачественное топливо (бензин, керосин, солярку, мазут) и разнообразные  соединения, служащие сырьём для химической промышленности. По запасам нефти Россия занимает II место в мире.

Основная  база страны — Западная Сибирь (70 % добычи нефти). Крупнейшие месторождения —  Самотлор, Сургут, Мегион. Вторая по величине база — Волго-Уральская. Разрабатывается уже почти 50 лет, поэтому запасы сильно истощены. Из крупнейших месторождений следует назвать — Ромашкинское, Туймазинское, Ишимбаевское.

В перспективе  возможна разработка новых месторождений  на шельфе Каспийского, а так жеБаренцево, Карского и Охотского морей.

Часть нефти перерабатывается, однако большинство  нефтеперерабатывающих заводов  находится в европейской части  России. Сюда нефть передаётся по нефтепроводам, часть нефти по нефтепроводу «Дружба» передаётся в Европу.

Газовая промышленность. Газ самый дешёвый  вид топлива и ценное химическое сырьё. По запасам газа Россия занимает I место в мире.

В нашей  стране разведано 700 месторождений. Основная база добычи газа — Западная Сибирь, а крупнейшие месторождения —  Уренгойское и Ямбургское. Вторая по величине база по добыче газа это —Оренбургско–Астраханская. Газ этого района имеет очень сложный состав, для его переработки построены крупные газоперерабатывающие комплексы. Природный газ добывается так же в Тимано-Печорском бассейне (менее1 % от всей добычи), открыто месторождение на шельфе Балтийского моря. В перспективе возможно создание ещё одной базы — Иркутская область, Якутия, Сахалин.

Для транспортировки газа создана единая газопроводная система. 1/3 добываемого газа экспортируется в Беларусь, Украину, страны Балтии, Западную Европу и Турцию.

Угольная  промышленность. Запасы угля в России очень велики, но добыча намного  дороже по сравнению с другими  видами топлива.

Поэтому после открытия крупнейших месторождений  нефти и газа доля угля в топливном  балансе сократилась. Уголь используется как топливо в промышленности и на электростанциях, а коксующийся  уголь – как сырьё для чёрной металлургии и химической промышленности. Главными критериями оценки того или иного месторождения угля, являются – себестоимость добычи, способ добычи, качество самого угля, глубина и толщина пластов.

Основные  районы добычи сосредоточенны в Сибири (64 %). Важнейшие угольные бассейны –  Кузнецкий, Канско-Ачинский и Печорский.

Проблемы. Угольная промышленность находится  в глубоком кризисе. Устарело и изношенно оборудование, уровень жизни населения угледобывающих районов крайне низок, экологическая ситуация очень неблагоприятна.

Разработка  новых месторождений нефти и  газа на шельфах морей, требует серьёзной  экологической экспертизы, поскольку  эти части морей очень богаты рыбой и морепродуктами.

Другое  направление развития нефтяной и  газовой промышленности это строительство  газо- и нефтепроводов и новых  нефтеперерабатывающих заводов  вблизи потребителя, но это небезопасно  и, прежде всего с точки зрения экологии.

Таким образом, важнейшим направлением российской топливной промышленности является внедрение нового оборудования и  современных безопасных технологий.

Электроэнергетика: состав, типы электростанций, факторы  и районы их размещения. Электроэнергетика  и окружающая среда.

Электроэнергетика — отрасль ТЭК, главная функция  которой является выработка электроэнергии. От неё в значительной мере зависит  развитие остальных отраслей хозяйства, производство электроэнергии – важнейший  показатель по которому судят об уровне развития страны.

Электроэнергия  производится на электростанциях разного  типа, которые отличаются технико-экономическими показателями и факторами размещения.

Тепловые  электростанции (ТЭС). 75 % энергии, производится в России именно на таких станциях. Работают на разных видах топлива, строятся как в районах добычи сырья, так  и у потребителя. Наибольшее распространение  в стране получили ГРЭС — государственные районные электростанции, обслуживающие огромные территории. Другой вид ТЭС — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых помимо энергии вырабатывается тепло (горячая вода и пар). ТЭЦ строятся в крупных городах, поскольку передача тепла возможна только на небольшие расстояния.