Производство, передача и использование электрической энергии

Министерство  образования Московской области

ГОУ НПО  профессиональный лицей №100 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ 

по предмету: Электротехника

на тему: «Производство, передача и использование электрической энергии. Экономические и экологические аспекты эксплуатации тепловой электростанции » 
 
 
 
 
 

Выполнил: учащаяся группы АМ-15             И.А.Москалева

Приняла:                                                            В.Н.Токарева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2011г.

Содержание 
 

Введение…………………………………………………………………………3 

Тепловые электростанции

Экономические аспекты ТЭС………………………………………..…………4 

Экологические проблемы теплоэнергетики…………………………………...8 

Заключение……………………………………………………………………...13 

Список используемой литературы…………………………………………….16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Введение

       Электроэнергия  – не только одно из чаще всего обсуждаемых сегодня понятий; помимо своего основного физического (а в более широком смысле – естественнонаучного) содержания, оно имеет многочисленные экономические, технические, политические и иные аспекты. Почему же электрификация так важна для развития экономики?

       Научно-технический  прогресс невозможен без развития энергетики, электрификации. Для повышения производительности труда первостепенное значение имеет  механизация и автоматизация  производственных процессов, замена человеческого  труда (особенно тяжелого или монотонного) машинным. Но подавляющее большинство технических средств механизации и автоматизации (оборудование, приборы, ЭВМ) имеет электрическую основу. Особенно широкое применение электрическая энергия получила для привода в действие электрических моторов. Мощность электрических машин (в зависимости от их назначения) различна: от долей ватта (микродвигатели, применяемые во многих отраслях техники и в бытовых изделиях) до огромных величин, превышающих миллион киловатт (генераторы электростанций).

       Человечеству  электроэнергия нужна, причем потребности  в ней увеличиваются с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных природных топлив (нефти, угля, газа и др.) конечны. Конечны также и  запасы ядерного топлива - урана и  тория, из которого можно получать в реакторах-размножителях плутоний. Поэтому важно на сегодняшний день найти выгодные источники электроэнергии, причем выгодные не только с точки зрения дешевизны топлива, но и с точки зрения простоты конструкций, эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых для постройки станции, долговечности станций.

       Данный  реферат является кратким обзором  состояния современной энергетики. В частности, в работе рассмотрены  традиционные источники электрической  энергии. Цель работы – прежде всего  ознакомиться с современным положением дел в этой необычайно широкой проблематике, проанализировать наиболее выгодные в нынешнее время способы получения электроэнергии.

Тепловые  электростанции. Экономические аспекты ТЭС

       Тепловая  электростанция (ТЭС) - электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в кон. 19 в (в 1882 — в Нью-Йорке, 1883 — в Петербурге, 1884 — в Берлине) и получили преимущественное распространение. В середине 70-х гг. 20 в. ТЭС — основной вид электрической станций. Доля вырабатываемой ими электроэнергии составляла: в России и США св. 80% (1975), в мире около 76% (1973).

       Около 75% всей электроэнергии Казахстана производится на тепловых электростанциях. Большинство городов Казахстана снабжаются именно ТЭС. Часто в городах используются ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, производящие не только электроэнергию, но и тепло в виде горячей воды. Такая система является довольно-таки непрактичной т.к. в отличие от электрокабеля надежность теплотрасс чрезвычайно низка на больших расстояниях, эффективность централизованного теплоснабжения сильно при передаче также понижается. Подсчитано, что при протяженности теплотрасс более 20 км (типичная ситуация для большинства городов) установка электрического бойлера в дельно стоящем доме становится экономически выгодна.

       На  тепловых электростанциях преобразуется  химическая энергия топлива сначала  в механическую, а затем в электрическую.

       Топливом  для такой электростанции могут служить уголь, торф, газ, горючие сланцы, мазут. Тепловые электрические станции подразделяют на конденсационные (КЭС), предназначенные для выработки только электрической энергии, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие кроме электрической тепловую энергию в виде горячей воды и пара. Крупные КЭС районного значения получили название государственных районных электростанций (ГРЭС).  
 
 

       Рис.1. Простейшая схема конденсационной электростанции

       Простейшая  принципиальная схема КЭС, работающей на угле, представлена на рис.1. Уголь  подается в топливный бункер 1, а  из него — в дробильную установку 2, где превращается в пыль. Угольная пыль поступает в топку парогенератора (парового котла) 3, имеющего систему трубок, в которых циркулирует химически очищенная вода, называемая питательной. В котле вода нагревается, испаряется, а образовавшийся насыщенный пар доводится до температуры 400—650°С и под давлением 3—24 МПа поступает по паропроводу в паровую турбину 4. Параметры пара зависят от мощности агрегатов. Тепловые конденсационные электростанции имеют невысокий кпд (30— 40%), так как большая часть энергии теряется с отходящими топочными газами и охлаждающей водой конденсатора. Сооружать КЭС выгодно в непосредственной близости от мест добычи топлива. При этом потребители электроэнергии могут находиться на значительном расстоянии от станции.

       Теплоэлектроцентраль  отличается от конденсационной станции  установленной на ней специальной теплофикационной турбиной с отбором пара. На ТЭЦ одна часть пара полностью используется в турбине для выработки электроэнергии в генераторе 5 и затем поступает в конденсатор 6, а другая, имеющая большую температуру и давление (на рис. штриховая линия), отбирается от промежуточной ступени турбины и используется для теплоснабжения. Конденсат насосом 7 через деаэратор 8 и далее питательным насосом 9 подается в парогенератор. Количество отбираемого пара зависит от потребности предприятий в тепловой энергии. Коэффициент полезного действия ТЭЦ достигает 60—70%.

       Такие станции строят обычно вблизи потребителей — промышленных предприятий или  жилых массивов. Чаще всего они  работают на привозном топливе. Рассмотренные  тепловые электростанции по виду основного теплового агрегата — паровой турбины — относятся к паротурбинным станциям. Значительно меньшее распространение получили тепловые станции с газотурбинными (ГТУ), парогазовыми (ПГУ) и дизельными установками.

       Наиболее  экономичными являются крупные тепловые паротурбинные электростанции (сокращенно ТЭС). Большинство ТЭС нашей страны используют в качестве топлива угольную пыль. Для выработки 1 кВт-ч электроэнергии затрачивается несколько сот граммов угля. В паровом котле свыше 90% выделяемой топливом энергии передается пару. В турбине кинетическая энергия струй пара передается ротору. Вал турбины жестко соединен с валом генератора.

       Костромской ГРЭС. с большим ресурсом работы. Их мощность в одновальном исполнении достигает 1 млн. 200 тыс. кВт, и это  не является пределом. Такие машины всегда бывают многоступенчатыми, т. е. имеют обычно несколько десятков дисков с рабочими лопатками и такое же количество, перед каждым диском, групп сопел, через которые протекает струя пара. Давление и температура пара постепенно снижаются.

       Из  курса физики известно, что КПД  тепловых двигателей увеличивается  с ростом начальной температуры  рабочего тела. Поэтому поступающий  в турбину пар доводят до высоких  параметров: температуру — почти  до 550 °С и давление — до 25 МПа. Коэффициент полезного действия ТЭС достигает 40%. Большая часть энергии теряется вместе с горячим отработанным паром.

       По  мнению ученых в основе энергетики ближайшего будущего по-прежнему останется  теплоэнергетика на не возобновляемых ресурсах. Но структура ее изменится. Должно сократиться использование нефти. Существенно возрастет производство электроэнергии на атомных электростанциях. Начнется использование пока еще не тронутых гигантских запасов дешевых углей, например, в Кузнецком, Канско-Ачинском, Экибаcтузском бассейнах. Широко будет применяться природный газ, запасы которого в стране очень большие. Кстати, сейчас у нас на Карачаганаке строится газотурбинная электростанция мощностью 240МВт (6 блоков по 40 МВт каждый). Насколько мне известно, сейчас уже работают в полную силу два блока и подают электроэнергию для нашей Западно-Казахстанской области.

       К сожалению, запасы нефти, газа, угля отнюдь не бесконечны. Природе, чтобы создать  эти запасы, потребовались миллионы лет, израсходованы они будут  за сотни лет. Сегодня в мире стали всерьез задумываться над тем, как не допустить хищнического разграбления земных богатств. Ведь лишь при этом условии запасов топлива может хватить на века. Многие нефтедобывающие страны живут сегодняшним днем. Они нещадно расходуют подаренные им природой нефтяные запасы. Сейчас многие из этих стран, особенно в районе Персидского залива, буквально купаются в золоте, не задумываясь, что через несколько десятков лет эти запасы иссякнут. Что же произойдет тогда –, а это рано или поздно случится, – когда месторождения нефти и газа будут исчерпаны? Происшедшее повышение цен на нефть, необходимую не только энергетике, но и транспорту, и химии, заставило задуматься о других видах топлива, пригодных для замены нефти и газа. Особенно призадумались тогда те страны, где нет собственных запасов нефти и газа и которым приходится их покупать.

       Экологические проблемы теплоэнергетики

       Воздействие тепловых электростанций на окружающую среду во многом зависит от вида сжигаемого топлива.

       Твердое топливо. При сжигании твердого топлива в атмосферу поступают летучая зола с частицами недогоревшего топлива, сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, некоторое количество фтористых соединений, а также газообразные продукты неполного сгорания топлива. Летучая зола в некоторых случаях содержит помимо нетоксичных составляющих и более вредные примеси. Так, в золе донецких антрацитов в незначительных количествах содержится мышьяк, а в золе Экибастузского и некоторых других месторождений — свободный диоксид кремния, в золе сланцев и углей Канско-Ачинского бассейна — свободный оксид кальция.

       Уголь - самое распространенное ископаемое топливо на нашей планете. Специалисты считают, что его запасов хватит на 500 лет. Кроме того, уголь распространен по всему миру более равномерно и он более экономичен, чем нефть. Из угля можно получить синтетическое жидкое топливо. Метод получения горючего путем переработки угля известен давно. Однако слишком высокой была себестоимость такой продукции. Процесс происходит при высоком давлении. У этого топлива есть одно неоспоримое преимущество — у него выше октановое число. Это означает, что экологически оно будет более чистым.

       Торф. При энергетическом использовании  торфа имеет место ряд отрицательных  последствий для окружающей среды, возникающих в результате добычи торфа в широких масштабах. К ним, в частности, относятся нарушение режима водных систем, изменение ландшафта и почвенного покрова в местах торфодобычи, ухудшение качества местных источников пресной воды и загрязнение воздушного бассейна, резкое ухудшение условий существования животных. Значительные экологические трудности возникают и в связи с необходимостью перевозки и хранения торфа.

       Жидкое  топливо. При сжигании жидкого топлива (мазутов) с дымовыми газами в атмосферный воздух поступают: сернистый и серный ангидриды, оксиды азота, соединения ванадия, солей натрия, а также вещества, удаляемые с поверхности котлов при чистке. С экологических позиций жидкое топливо более «гигиеничное». При этом полностью отпадает проблема золоотвалов, которые занимают значительные территории, исключают их полезное использование и являются источником постоянных загрязнений атмосферы в районе станции из-за уноса части золы с ветрами. В продуктах сгорания жидких видов топлива отсутствует летучая зола.

       Природный газ. При сжигании природного газа существенным загрязнителем атмосферы являются оксиды азота. Однако выброс оксидов азота при сжигании на ТЭС природного газа в среднем на 20% ниже, чем при сжигании угля. Это объясняется не свойствами самого топлива, а особенностями процессов сжигания. Коэффициент избытка воздуха при сжигании угля ниже, чем при сжигании природного газа. Таким образом, природный газ является наиболее экологически чистым видом энергетического топлива и по выделению оксидов азота в процессе горения.

       Таким образом, в качестве топлива на тепловых электростанциях используют уголь, нефть и нефтепродукты, природный газ и, реже, древесину и торф. Основными компонентами горючих материалов являются углерод, водород и кислород, в меньших количествах содержится сера и азот, присутствуют также следы металлов и их соединений (чаще всего оксиды и сульфиды).

       В теплоэнергетике источником массированных  атмосферных выбросов и крупнотоннажных твердых отходов являются теплоэлектростанции, предприятия и установки паросилового хозяйства, т. е. любые предприятия, работа которых связана со сжиганием топлива.            

       Наряду  с газообразными выбросами теплоэнергетика производит огромные массы твердых отходов; к ним относятся зола и шлаки.

       Отходы  углеобогатительных фабрик содержат 55-60% SiO₂, 22-26% Аl₂О₃, 
5-12% Fe₂O₃, 0,5-1% CaO, 4-4,5% К₂О и Nа₂О и до 5% С. Они поступают в отвалы, которые пылят, дымят и резко ухудшают состояние атмосферы и прилегающих территорий.

       Жизнь на Земле возникла в условиях восстановительной атмосферы и только значительно позже, спустя примерно 2 млрд лет, биосфера постепенно преобразовала восстановительную атмосферу в окислительную. При этом живое вещество предварительно вывело из атмосферы различные вещества, в частности, углекислый газ, образовав огромные залежи известняков и других углеродосодержащих соединений.

       Сейчас  наша техногенная цивилизация сформировала мощный поток восстановительных газов, в первую очередь вследствие сжигания ископаемого топлива в целях получения энергии. За 20 лет, с 1970 по 1990 год, в мире было сожжено 450 млрд баррелей нефти, 90 млрд т угля, 11 трлн м³ газа.

       Основную  часть выброса занимает углекислый газ - порядка 1 млн т в пересчете  на углерод 1 Мт. Со сточными водами тепловой электростанции ежегодно удаляется 66 т органики, 82 т серной кислоты, 26 т хлоридов, 41 т фосфатов и почти 500 т взвешенных частиц. Зола электростанций часто содержит повышенные концентрации тяжелых, редко земельных и радиоактивных веществ.

       Для электростанции, работающей на угле, требуется 3,6 млн т угля, 150 м³ воды и около 30 млрд м³ воздуха ежегодно. В приведенных цифрах не учтены нарушения окружающей среды, связанные с добычей и транспортировкой угля.

       Если  учесть, что подобная электростанция активно работает несколько десятилетий, то ее воздействие вполне можно сравнить с действием вулкана. Но если последний обычно выбрасывает продукты вулканизма в больших количества разово, то электростанция делает это постоянно. За десятки тысячелетий вулканическая деятельность не смогла сколько-нибудь заметно повлиять на состав атмосферы, а хозяйственная деятельность человека за какие-то 100-200 лет обусловила такие изменения, причем в основном за счет сжигания ископаемого топлива и выбросов парниковых газов разрушенными и деформированными экосистемами.

       Коэффициент полезного действия энергетических установок пока невелик и составляет 30-40%, большая часть топлива сжигается впустую. Полученная энергия тем или иным способом используется и превращается, в конечном счете, в тепловую, т. е. помимо химического в биосферу поступает тепловое загрязнение.

       Загрязнение и отходы энергетических объектов в  виде газовой, жидкой и твердой фазы распределяются на два потока: один вызывает глобальные изменения, а другой — региональные и локальные. Так  же обстоит дело и в других отраслях хозяйства, но все же энергетика и сжигание ископаемого топлива остаются источником основных глобальных загрязнителей. Они поступают в атмосферу, и за счет их накопления изменяется концентрация малых газовых составляющих атмосферы, в том числе парниковых газов. В атмосфере появились газы, которые ранее в ней практически отсутствовали - хлорфторуглероды. Это глобальные загрязнители, имеющие высокий парниковый эффект и в то же время участвующие в разрушении озонового экрана стратосферы.

       Таким образом, следует отметить, что на современном этапе тепловые электростанции выбрасывают в атмосферу около 20% от общего количества всех вредных отходов промышленности. Они существенно влияют на окружающую среду района их расположения и на состояние биосферы в целом. Наиболее вредны конденсационные электрические станции, работающие на низкосортных видах топлива. Так, при сжигании на станции за 1 час 1060 т донецкого угля из топок котлов удаляется 34,5 т шлака, из бункеров электрофильтров, очищающих газы на 99% — 193,5 т золы, а через трубы в атмосферу выбрасывается 10 млн м³ дымовых газов. Эти газы, помимо азота и остатков кислорода, содержат 2350 т диоксида углерода, 251 т паров воды, 34 т диоксида серы, 9,34 т оксидов азота (в пересчете на диоксид) и 2 т летучей золы, не «пойманной» электрофильтрами.

       Сточные воды ТЭС и ливневые стоки с  их территорий, загрязненные отходами технологических циклов энергоустановок и содержащие ванадий, никель, фтор, фенолы и нефтепродукты, при сбросе в водоемы могут оказать влияние на качество воды, водные организмы. Изменение химического состава тех или иных веществ приводит к нарушению установившихся в водоеме условий обитания и сказывается на видовом составе и численности водных организмов и бактерий и в конечном счете может привести к нарушениям процессов самоочищения водоемов от загрязнений и к ухудшению их санитарного состояния.

       Представляет  опасность и так называемое тепловое загрязнение водоемов с многообразными нарушениями их состояния. ТЭС производят энергию при помощи турбин, приводимых в движение нагретым паром. При работе турбин необходимо охлаждать водой отработанный пар, поэтому от энергетической станции непрерывно отходит поток воды, подогретой обычно на 8-12 °С и сбрасываемой в водоем. Крупные ТЭС нуждаются в больших объемах воды. Они сбрасывают в подогретом состоянии 80-90 м³/с воды. Это означает, что в водоем непрерывно поступает мощный поток теплой воды примерно такого масштаба, как река Москва.

       Зона  подогрева, образующаяся в месте  впадения теплой «реки», представляет собой своеобразный участок водоема, в котором температура максимальна в точке водосброса и уменьшается по мере удаления от нее. Зоны подогрева крупных ТЭС занимают площадь в несколько десятков квадратных километров. Зимой в зоне подогрева образуются полыньи (в северных и средних широтах). В летние месяцы температуры в зонах подогрева зависят от естественной температуры забираемой воды. Если в водоеме температура воды 20 °С, то в зоне подогрева она может достигнуть 28-32°С.

       В результате повышения температур в водоеме и нарушения их естественного гидротермического режима интенсифицируются процессы «цветения» воды, уменьшается способность газов растворяться в воде, меняются физические свойства воды, ускоряются все химические и биологические процессы, протекающие в ней, и т. д. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, увеличивается рН, увеличивается скорость разложения легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в такой воде заметно понижается. 

Заключение

       В заключении можно сделать следующие  выводы.

       Несомненно, экономика и управление на предприятиях энергетического комплекса, а конкретно  ТЭС имеет свои особенности. В  основном особенности выявляются в  процессах планирования, нормирования, а также в процессе экономического анализа деятельности предприятия.

       Так большей частью интерес для управления представляют основные производственные фонды ТЭС.

       Экономическая сущность основных производственных фондов ТЭС - многократное, в течение длительного  времени участие в производственном процессе, когда их стоимость постепенно утрачивается (оборудование «стареет») и переносится на производимую продукцию.

       Оборотные фонды и оборотные средства в  процессе производства сразу и полностью  утрачивают свою стоимость, которая  включается в стоимость произведенной  продукции.

       Также в процессе экономического анализа  деятельности ТЭС представляет интерес  такой показатель как производственные мощности. Наличие резервов мощности отражает специфику энергетики, поскольку  здесь происходит одновременное  производство и потребление энергетической продукции - энергии, которая (кроме топлива) не может запасаться в сколько-нибудь значительных количествах.

       Энергетика  является очень капиталоемкой отраслью материального производства, на каждого  энергетика приходится больше производственных фондов (показатель фондовооруженности), чем на работника в других отраслях промышленного производства. Так, в промышленной энергетике при численности производственного персонала в энергослужбе предприятия около 10 % от общего количества, доля производственных фондов, относящихся к энергетике предприятия, с учетом энергетической части технологического оборудования, составляет до 70 % основных фондов промышленного предприятия.

       Особое  значение на ТЭС представляет персонал, управление им и оплата труда производственного персонала. Ведь в сфере труда на предприятиях энергетического комплекса также обнаруживаются свои особенности, по большей части заключающееся в особенностях оборудования и высокой стрессовости труда на подобных предприятиях.

       Сложное энергооборудование требует от энергетиков высокой профессиональной квалификации, знания помимо своей прямой специализации правил технического обслуживания и техники безопасности (ТО и ТБ) при работе с энергоустановками, которые постоянно усложняются при освоении все более сложного энергетического оборудования. Это требует, как ни в одной другой профессии, постоянного повышения деловой и производственной квалификации.

       В условиях рыночных отношений для  работы в промышленности, в том  числе и в энергетике, все большее  значение приобретают экономические знания. Они становятся необходимыми не только руководящему составу, всем работникам аппарата управления энергопредприятий и энергосистем, но и руководителям более мелких подразделений - начальникам цехов, участков, бригадирам, что также требует специальной подготовки и переподготовки.

       Также видится важным постоянный мониторинг экономических оценок проводимых на предприятиях энергетического комплекса.

       Экономические оценки проводятся как для действующих  предприятий, так и для проектируемых инноваций. При этом различия могут состоять только в применяемых для сравнения эталонах - нормативных сроках окупаемости, коэффициентах эффективности, банковских процентных ставок и т.п., не изменяя самой методологии и системы оценочных показателей.

       Все методы экономических оценок следует  классифицировать в двух плоскостях: по их новизне в отечественной  практике - традиционные и современные; по отношению к фактору времени - без учета продолжительности  процесса инвестирования и времени  действия инвестиций и с учетом этого, т. е. без учета и с учетом фактора времени.

       Таким образом, можно подытожить утверждением что экономика и управление на ТЭС и предприятиях энергетического  комплекса довольно сложная и  вместе с тем интересная тема, заслуживающая  внимания и дальнейшего изучения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       Список  используемой литературы 
 

1. Баланчевадзе  В. И., Барановский А. И. и др.; Под  ред. А. Ф. Дьякова.
2. Энергетика сегодня и завтра. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 344 с.
3. Источники энергии. Факты, проблемы, решения. – М.: Наука и техника, 1997. – 110 с.
4. Энергетические ресурсы мира/ Под ред. П.С.Непорожнего, В.И. Попкова. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 232 с.
5. Юдасин Л. С.. Энергетика: проблемы и надежды. – М.: Просвещение, 1990. – 207с.
6. Кириллин В. А. Энергетика. Главные проблемы: В вопросах и ответах. – М.: Знание, 1997. – 128 с.
7. Подгорный А. Н. Водородная энергетика. – М.: Наука, 1988.– 96 с.
8. Юдасин Л. С.. Энергетика: проблемы и надежды. – М.: Просвещение, 1990. – 207с.