Тэс и тэц в чем отличия
Что такое АЭС, ТЭЦ и ТЭС?
Современный мир требует огромного количества энергии (электрической и тепловой), которая производится на электростанциях различного типа.
Человек научился добывать энергию из нескольких источников (углеводородное топливо, ядерные ресурсы, падающая вода, ветер и т.д.) Однако и по сей день наиболее востребованными и эффективными остаются тепловые и атомные электростанции, о которых и пойдет речь.
Что такое АЭС?
Атомная электростанция (АЭС) – это объект, на котором для производства энергии используется реакция распада ядерного топлива.
Попытки использования управляемой (то есть контролируемой, прогнозируемой) ядерной реакции для выработки электроэнергии были предприняты советскими и американскими учеными одновременно – в 40-х годах прошлого века. В 50-х годах «мирный атом» стал реальностью, и во многих странах мира стали строить АЭС.
В мире не утихают споры о целесообразности использования атомной энергии для выработки электричества. Сторонники АЭС говорят об их высокой продуктивности, безопасности реакторов последнего поколения, а также о том, что такие электростанции не загрязняют окружающую среду. Противники утверждают, что АЭС потенциально чрезвычайно опасны, а их эксплуатация и, особенно, утилизация отработанного топлива сопряжены с огромными расходами.
Что такое ТЭС?
Наиболее традиционным и распространенным в мире видом электростанциЙ являются ТЭС. Тепловые электростанции (так расшифровывается данная аббревиатура) вырабатывают электроэнергию за счет сжигания углеводородного топлива – газа, угля, мазута.
Схема работы ТЭС выглядит следующим образом: при сгорании топлива образуется большое количество тепловой энергии, с помощью которой нагревается вода. Вода превращается в перегретый пар, который подается в турбогенератор. Вращаясь, турбины приводят в движение детали электрогенератора, образуется электрическая энергия.
На некоторых ТЭЦ фаза передачи тепла теплоносителю (воде) отсутствует. В них используются газотурбинные установки, в которых турбину вращают газы, полученные непосредственно при сжигании топлива.
Существенным преимуществом ТЭС считается доступность и относительная дешевизна топлива. Однако есть у тепловых станций и недостатки. Это, прежде всего, экологическая угроза окружающей среде. При сжигании топлива в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ. Чтобы сделать ТЭС более безопасными, применяется ряд методов, в том числе: обогащение топлива, установка специальных фильтров, задерживающих вредные соединения, использование рециркуляции дымовых газов и т.п.
Что такое ТЭЦ?
Само название данного объекта напоминает предыдущее, и на самом деле, ТЭЦ, как и тепловые электростанции преобразуют тепловую энергию сжигаемого топлива. Но помимо электроэнергии теплоэлектроцентрали (так расшифровывается ТЭЦ) поставляют потребителям тепло. ТЭЦ особенно актуальны в холодных климатических зонах, где нужно обеспечить жилые дома и производственные здания теплом. Именно поэтому ТЭЦ так много в России, где традиционно используется центральное отопление и водоснабжение городов.
По принципу работы ТЭЦ относятся к конденсационным электростанциям, но в отличие от них, на теплоэлектроцентралях часть выработанной тепловой энергии идет на производство электричества, а другая часть – на нагрев теплоносителя, который и поступает к потребителю.
ТЭЦ более эффективна по сравнению с обычными ТЭС, поскольку позволяет использовать полученную энергию по максимуму. Ведь после вращения электрогенератора пар остается горячим, и эту энергию можно использовать для отопления.
Помимо тепловых, существуют атомные ТЭЦ, которые в перспективе должны сыграть ведущую роль в электро- и теплоснабжении северных городов.
Принцип работы и устройство тепловой электростанции (ТЭС/ТЭЦ)
Принцип работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) основан на уникальном свойстве водяного пара – быть теплоносителем. В разогретом состоянии, находясь под давлением, он превращается в мощный источник энергии, приводящий в движение турбины теплоэлектростанций (ТЭС) — наследие такой уже далекой эпохи пара.
Первая тепловая электростанция была построена в Нью-Йорке на Перл-Стрит (Манхэттен) в 1882 году. Родиной первой российской тепловой станции, спустя год, стал Санкт-Петербург. Как это ни странно, но даже в наш век высоких технологий ТЭС так и не нашлось полноценной замены: их доля в мировой энергетике составляет более 60 %.
И этому есть простое объяснение, в котором заключены достоинства и недостатки тепловой энергетики. Ее «кровь» — органическое топливо – уголь, мазут, горючие сланцы, торф и природный газ по-прежнему относительно доступны, а их запасы достаточно велики.
Большим минусом является то, что продукты сжигания топлива причиняют серьезный вред окружающей среде. Да и природная кладовая однажды окончательно истощится, и тысячи ТЭС превратятся в ржавеющие «памятники» нашей цивилизации.
Принцип работы
Для начала стоит определиться с терминами «ТЭЦ» и «ТЭС». Говоря понятным языком – они родные сестры. «Чистая» теплоэлектростанция – ТЭС рассчитана исключительно на производство электроэнергии. Ее другое название «конденсационная электростанция» – КЭС.
Теплоэлектроцентраль – ТЭЦ — разновидность ТЭС. Она, помимо генерации электроэнергии, осуществляет подачу горячей воды в центральную систему отопления и для бытовых нужд.
Схема работы ТЭЦ достаточно проста. В топку одновременно поступают топливо и разогретый воздух — окислитель. Наиболее распространенное топливо на российских ТЭЦ – измельченный уголь. Тепло от сгорания угольной пыли превращает воду, поступающую в котел в пар, который затем под давлением подается на паровую турбину. Мощный поток пара заставляет ее вращаться, приводя в движение ротор генератора, который преобразует механическую энергию в электрическую.
Далее пар, уже значительно утративший свои первоначальные показатели – температуру и давление – попадает в конденсатор, где после холодного «водяного душа» он опять становится водой. Затем конденсатный насос перекачивает ее в регенеративные нагреватели и далее — в деаэратор. Там вода освобождается от газов – кислорода и СО2, которые могут вызвать коррозию. После этого вода вновь подогревается от пара и подается обратно в котел.
Теплоснабжение
Вторая, не менее важная функция ТЭЦ – обеспечение горячей водой (паром), предназначенной для систем центрального отопления близлежащих населенных пунктов и бытового использования. В специальных подогревателях холодная вода нагревается до 70 градусов летом и 120 градусов зимой, после чего сетевыми насосами подается в общую камеру смешивания и далее по системе тепломагистралей поступает к потребителям. Запасы воды на ТЭЦ постоянно пополняются.
Как работают ТЭС на газе
По сравнению с угольными ТЭЦ, ТЭС, где установлены газотурбинные установки, намного более компактны и экологичны. Достаточно сказать, что такой станции не нужен паровой котел. Газотурбинная установка – это по сути тот же турбореактивный авиадвигатель, где, в отличие от него, реактивная струя не выбрасывается в атмосферу, а вращает ротор генератора. При этом выбросы продуктов сгорания минимальны.
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.
Пятерка самых мощных теплоэлектростанций мира
Первенство принадлежит китайской ТЭС Tuoketuo мощностью 6600 МВт (5 эн/бл. х 1200 МВт), занимающей площадь 2,5 кв. км. За ней следует ее «соотечественница» — Тайчжунская ТЭС мощностью 5824 МВт. Тройку лидеров замыкает крупнейшая в России Сургутская ГРЭС-2 – 5597,1 МВт. На четвертом месте польская Белхатувская ТЭС – 5354 МВт, и пятая – Futtsu CCGT Power Plant (Япония) – газовая ТЭС мощностью 5040 МВт.
Если на свой дом вы поставите ветряк вас линчуют соседи. В Новосибирске есть фанат альтернативной энергии, на участке собрал все варианты. Вот от ветряка ему пришлось отказаться по выше указанной причине.
Короче,владельцы электростанций хают во всю зеленые технологии.Ведь столько денег которые собирают с населения они не дополучат.Но вместо того чтобы сделать по уму как некоторые когда владельцы электростанций которые вкладывают свои средства в производство этих самых солнечных батарей и тем самым отбывают свои доходы.У нас как обычно все по другому.Что например мешает у нас господину Ахматову чтобы вложить деньги в производство и обслуживание солнечных батарей или ветряков вместо того чтобы употреблять свое влияние на противоположные действия. Ведь иностранное оборудование стоит еще очень дорого,а возвращение экономики ВВП Украины к довоенному уровню прогнозируют только через 3-4 года.И то того не факт.
Стоимость киловатта энергии от солнечной панели в 4-5 раз дороже чем из розетки даже с учетом эксплуатации в течении 15 лет. Поэтому ее экономично использовать на удаленных объектах, так как электроэнергия от дизеля будет еще дороже.
Видел в на некоторых ресурсах что российские чиновники хотят отделить российский интернет от мирового,да и границу прикрыть.Так что возможно вам и не будет с кем спорить.Избавитесь от моей прямоты,которая как луч фонарика светит прямо в глаза.Что бывает неудобно.Короче не будет кому высвечивать,светить.
Интересная особенность природы. Порядка 2% от населения нервно нестабильные люди. Даже если их устранить (вспомните, уничтожение психбольных при Гитлере) очень скоро этот процент восстанавливается. Съежают с катушек еще вчера нормальные люди. Так что, как бы вы не хотели, уважаемый «иксперт» массовых расстрелов не будет, а вот с свободным местом в дурдоме будут проблемы.
,,Оставшийся углекислый газ под давлением 70 атмосфер переводится в жидкое состояние и помещается под землю.»
Автор в курсе,сколько углекислого газа выделяется на ТЭС,работающей на угле?По весу это 48/14=3.42 во столько раз больше,чем вес сожжённого угля.Это не большая ТЭС,мощностью 10000 квт будет производить за год около 30 тысяч тонн углекислоты,которую необходимо сжать и захоронить.И сколько ж будет стоить энергия,полученная таким способом?Автор может привести,хоть один пример ТЭС,работающей подобным образом?
Да, совсем забыл упомянуть, в Питере вроде вроде (в новостях показывали) ребята нашли очень дешовый способ перевода тепловой энергии напрямую в электрическую энергию и абсолютно без всякого вреда для экологии. Только, думаю «замылят» эту тему надолго, а не то спекулянты обанкротятся, а люди вдруг станут жить лучше, разве можно такое допустить!)
Вот нашел, совсем свежее решение с высоким КПД, дешево и безопасно. https://media.spbstu.ru/news/research/307/
Жил недалеко от такой ТЭЦ. Давно подозреваю что ТЭЦ работают на ядерных таблетках Уран-235 (обогащение 3,3%). Одна такая эквивалентна 400кг каменного угля. Ни черного дыма в больших количествах от ТЭЦ ни длинных процессий грузовиков или вагонов к|от никогда не наблюдал.
Не надо рассказывать сказки про дороговизну солнечной энергии. да каждый отдельный элемент солнечной электростанции дорог: инвертор контролер аккумулятор и сама панель кстати сами солнечные панели относительно дёшевы да всё враз это стоит дорого но это разовые затраты после установки солнечная станция начинает давать халявное электричество. остаётся лишь менять аккумуляторы но их срок службы несколько лет так что от смены до смены оных мы получаем даровую энергию я у себя дома установил такую да на покупку всего оборудования пришлось расеошелиться особенно на инвертор но теперь она не требует вложений и работает исключетельно на халяву. зелёные не правы только в одном да сами по себе солнечные панели маломощные и без наворотов не способны питать мощные потребители и полностью заменить тэц
когда спорят зелёные и не зелёные на самом деле правы и те и другие:зелёные правы когда говорят что дороговизна солнечноветровой энергии сильно преувеличена они правы что солнце и ветер бесплатные единожды заплатив мы далее начинаем получать даровое электричество но вот наступает долгая зимняя безветренная ночь и вот тут правота зелёных заканчивантся и наступает правота не зелёных ибо поступление энергии от солнца и ветра заканчивается и нагрузка ложится на хрупкие плечи аккумуляторов но это главная загвоздка сохранить энергию до наступления условий когда выработка энергии от солнца и ветра возобновиться что весьма проблематично всилу несовершества современных аккумуляторов☝️ и тут наступет пора тэц☝️так что вывод прост: солнечно ветровая энергетика не может полностью заменить традиционную однако сильно подсобить сократить расходы на горючее и уменьшить вредные выбросы в атмосферу очень даже может. поэтому однозначно солнечно ветровой энергетике БЫТЬ. ☀️
Централизованные системы энергоснабжения до сегодняшнего дня требовались для контроля над денежными потоками и толпой людей!
Современные технологии позволяют контролировать и финансы и людей через автоматизированные системы управления на базе ИИ.
Поэтому в ближайшие 5 лет, после окончательного разрушения старого технологического и финансового укладов, будет разрешено рассекретить все технологии и патенты по альтернативным и портативным источникам энергии.
Не скажу, что будет счастье для всех, но точно перейдем от стим-панка к кибер-панку))
Тепловые электростанции (ТЭЦ, КЭС): разновидности, типы, принцип работы, топливо
Тепловые электростанции могут быть с паровыми и газовыми турбинами, с двигателями внутреннего сгорания. Наиболее распространены тепловые станции с паровыми турбинами, которые в свою очередь подразделяются на: конденсационные (КЭС) — весь пар в которых, за исключением небольших отборов для подогрева питательной воды, используется для вращения турбины, выработки электрической энергии;теплофикационные электростанции — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), являющиеся источником питания потребителей электрической и тепловой энергии и располагающиеся в районе их потребления.
Конденсационные электростанции
Конденсационные электростанции часто называют государственными районными электрическими станциями (ГРЭС). КЭС в основном располагаются вблизи районов добычи топлива или водоемов, используемых для охлаждения и конденсации пара, отработавшего в турбинах.
Характерные особенности конденсационных электрических станции
КЭС могут работать на твердом (уголь, торф), жидком (мазут, нефть) топливе или газе.
Топливоподача и приготовление твердого топлива заключается в транспортировке его из складов в систему топливоприготовления. В этой системе топливо доводится до пылевидного состояния с целью дальнейшего вдувания его к горелкам топки котла. Для поддержания процесса горения специальным вентилятором в топку нагнетается воздух, подогретый отходящими газами, которые отсасываются из топки дымососом.
Жидкое топливо подается к горелкам непосредственно со склада в подогретом виде специальными насосами.
Подготовка газового топлива состоит в основном в регулировании давления газа перед сжиганием. Газ от месторождения или хранилища транспортируется по газопроводу к газораспределительному пункту (ГРП) станции. На ГРП осуществляется распределение газа и регулирование его параметров.
Процессы в пароводяном контуре
Основной пароводяного контур осуществляет следующие процессы:
Интересное видео о работе ТЭЦ можно посмотреть ниже:
Для компенсации потерь пара в основную пароводяную систему насосом подается подпиточная вода, предварительно прошедшая химическую очистку.
Следует отметить, что для нормальной работы пароводяных установок, особенно со сверх критическими параметрами пара, важное значение имеет качество воды, подаваемой в котел, поэтому турбинный конденсат пропускается через систему фильтров обессоливания. Система водоподготовки предназначена для очистки подпиточной и конденсатной воды, удаления из нее растворенных газов.
На станциях, использующих твердое топливо, продукты сгорания в виде шлака и золы удаляются из топки котлов специальной системой шлака- и золоудаления, оборудованной специальными насосами.
При сжигании газа и мазута такой системы не требуется.
На КЭС имеют место значительные потери энергии. Особенно велики потери тепла в конденсаторе (до 40..50 % общего количества тепла, выделяемого в топке), а также с отходящими газами (до 10 %). Коэффициент полезного действия современных КЭС с высокими параметрами давления и температуры пара достигает 42 %.
Электрическая часть КЭС представляет совокупность основного электрооборудования (генераторов, трансформаторов) и электрооборудования собственных нужд, в том числе сборных шин, коммутационной и другой аппаратуры со всеми выполненными между ними соединениями.
Генераторы станции соединяются в блоки с повышающими трансформаторами без каких-либо аппаратов между ними.
В связи с этим на КЭС не сооружается распределительное устройство генераторного напряжения.
Распределительные устройства на напряжения 110—750 кВ в зависимости от количества присоединений, напряжения, передаваемой мощности и требуемого уровня надежности выполняются по типовым схемам электрических соединений. Поперечные связи между блоками имеют место только в распределительных устройствах высшего напряжения или в энергосистеме, а также по топливу, воде и пару.
В связи с этим каждый энергоблок можно рассматривать как отдельную автономную станцию.
Для обеспечения электроэнергией собственных нужд станции выполняются отпайки от генераторов каждого блока. Для питания мощных электродвигателей (200 кВт и более) используется генераторное напряжение, для питания двигателей меньшей мощности и осветительных установок — система напряжения 380/220 В. Электрические схемы собственных нужд станции могут быть различными.
Ещё одно интересное видео о работе ТЭЦ изнутри:
Теплоэлектроцентрали
Теплоэлектроцентрали, являясь источниками комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, имеют значительно больший, чем КЭС, коэффициент полезного действия (до 75 %). Это объясняется тем. что часть отработавшего в турбинах пара используется для нужд промышленного производства (технологии), отопления, горячего водоснабжения.
Этот пар или непосредственно поступает для производственных и бытовых нужд или частично используется для предварительного подогрева воды в специальных бойлерах (подогревателях), из которых вода через теплофикационную сеть направляется потребителям тепловой энергии.
Основное отличие технологии производства энергии на ТЭЦ в сравнении с КЭС состоит в специфике пароводяного контура. Обеспечивающего промежуточные отборы пара турбины, а также в способе выдачи энергии, в соответствии с которым основная часть ее распределяется на генераторном напряжении через генераторное распределительное устройство (ГРУ).
Связь ТЭЦ с другими станциями энергосистемы выполняется на повышенном напряжении через повышающие трансформаторы. При ремонте или аварийном отключении одного генератора недостающая мощность может быть передана из энергосистемы через эти же трансформаторы.
Для увеличения надежности работы ТЭЦ предусматривается секционирование сборных шин.
Так, при аварии на шинах и последующем ремонте одной из секций вторая секция остается в работе и обеспечивает питание потребителей по оставшимся под напряжениям линиям.
По таким схемам сооружаются промышленные ТЭЦ с генераторами до 60 мВт, предназначенные для питания местной нагрузки в радиусе 10 км.
На крупных современных ТЭЦ применяются генераторы мощностью до 250 мВт при общей мощности станции 500—2500 мВт.
Такие ТЭЦ сооружаются вне черты города и электроэнергия передается на напряжении 35—220 кВ, ГРУ не предусматривается, все генераторы соединяются в блоки с повышающими трансформаторами. При необходимости обеспечить питание небольшой местной нагрузки вблизи блочной ТЭЦ предусматриваются отпайки от блоков между генератором и трансформатором. Возможны и комбинированные схемы станции, при которых на ТЭЦ имеется ГРУ и несколько генераторов соединены по блочным схемам.
ТЭЦ — источник горячей воды для городов
Россию не просто так называют самой северной страной в мире. Конечно, есть на планете государства, части территорий которых находятся на таких же широтах, но только в России в приполярных и заполярных областях есть многотысячные и постоянно обитаемые населенные пункты – мы умеем жить в условиях, которые во всем мире принято называть «экстремальными».
Но дальше углубляться в политэкономические вопросы Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru не будет – пусть этим занимаются профессионалы, а нас интересует совершенно практические следствия из сказанного. Из 100% энергии, вырабатываемой электрогенерирующими мощностями нашей страны 70% — это теплоэнергия, без которой наши города перестали бы быть обитаемыми. Следовательно, при всем технологическом совершенстве АЭС, которые в наше время являются высшим достижением мировой энергетики, для России нет ничего важнее ТЭЦ, теплоэнергоцентралей.
Отличия между ТЭС и ТЭЦ – не только буква в аббревиатуре
ТЭЦ – это энергетический объект, осуществляющий совместную генерацию электроэнергии и тепловой энергии за счёт сжигаемого органического топлива (газ или мазут). Тепло и электроэнергия от ТЭЦ поступает в стоящий рядом город. ТЭЦ всегда стоят в городах, а потому сжигают в них наиболее чистое топливо – природный газ. Мазут на ТЭЦ используют только как аварийный запас топлива на случай аварийного отключения газа на короткий период времени. Впрочем, в истории России имелись два исключения из этого правила – было время, когда два наших города обеспечивали теплом атомные реакторы, на которых шла наработка оружейного плутония – речь идет о Северске и Железногорске. Потому старинные анекдоты на тему «Что-то сегодня мороз, подкинь в топку урана» какую-то основу под собой имели, но после подписания международных договоров о прекращении наработки плутония эта экзотика осталась в прошлом. Если и возвращаться к этой удивительной истории, то точно уж не в этой статье.
ТЭС, тепловые электростанции, рядом с городами строят в редчайших случаях – на них сжигают уголь разных сортов, торф, кое-где даже мазут, что для городской экологии представляет слишком большой риск. ТЭС обычно размещают вблизи карьеров с углём или рядом с торфоразработками, что позволяет значительно сократить расходы на доставку огромных объёмов сжигаемого твёрдого топлива. Из-за соображений безопасности не строят рядом с крупными городами и АТЭС, но это, опять же, совсем другая история. ТЭЦ отличается от ТЭС и АЭС только тем, что ТЭС и АЭС генерирует исключительно электроэнергию и не выдают тепловую энергию потребителям, целиком сбрасывая ненужное тепло через градирни или подогревая воду водоема-охладителя, о чем мы уже писали.
Сброс тепла — это следствие термодинамического замкнутого цикла, при котором избавление от излишков тепла является неотвратимым процессом. КПД современных турбин превышает 40%, то есть больше половины тепла ТЭС «вылетает» в систему охлаждения и далее в атмосферу неиспользованной. Мы предлагаем вам, уважаемые читатели, зафиксировать этот факт: в нашей, самой холодной в мире стране, тепло, генерируемое на электростанциях, круглый год сбрасывается в атмосферу, не принося никому никакой пользы. Любая тепловая электростанция, вне зависимости от места ее расположения, без малейшего вреда для своих технологических процессов, способна, к примеру, обеспечивать круглогодичное функционирование тепличных комплексов. Конечно, капитальные затраты на такие проекты потребуются в любом случае, но наличие отопления с нулевой себестоимостью вполне способны их окупить. Но эта статья посвящена ТЭЦ, а в городах свободные площади под такие «приусадебные участки» отсутствуют. Тем более, что КПД ТЭЦ во время отопительного сезона в два раза выше, чем у ТЭС, и причина этого именно в том, что на ТЭЦ одновременно вырабатывается и полезная нашим городам тепловая энергия.
Двойное использование поднимает КПД
Напомним, что в случае использования в качестве топлива ТЭС природного газа температура пара перед турбиной достигает 540 градусов Цельсия при давлении до 240 атмосфер. Цилиндры высокого, среднего и низкого давления выбирают из рабочего пара всю накопленную в нем тепловую энергию – на выходе из цилиндра низкого давления (ЦНД) пар имеет температуру всего 40-50 градусов и давление 5 кПа (кило паскалей) или 5% от атмосферного. Сброс энергии в виде выбросов дыма из труб печей-котлов и пара через градирни составляет около 60% от энергии из сожжённого топлива. Дальнейшая борьба за повышение КПД продолжается, но о сверхкритических и даже ультрасверхкритических (в данном случае использованы технические термины, ничего «литературного») технологиях – в следующих статьях.
А вот КПД для ТЭЦ может достигать целых 85%, при этом потери будут только на выхлопные газы в дымовой трубе и на внутренние нужды самого технологического цикла ТЭЦ. Повышение КПД для ТЭЦ связано как раз с тем, что в зимние холода удаётся использовать тёпло от конденсаторов пара цилиндров среднего давлении (ЦСД) для отопления окружающего ТЭЦ города. Конечно, тепло от ТЭЦ в систему горячего водоснабжения подается круглый год, но его требуется значительно меньше, чем для наших радиаторов в отопительный сезон, поэтому повышение КПД связано как раз с отоплением. В летнее время ТЭЦ, как и ТЭС, излишки тепла сбрасывает на внешние системы охлаждения – в водоемы-охладители, в брызгальные бассейны и в градирни. Для простоты далее будем считать, что охлаждение осуществляется только за счет градирен.
ТЭЦ зачастую вынуждены работать при переменных условиях, зависящих не только от времени года, но и от конкретных значений температуры на улице и даже от времени суток. Специальных знаний для понимания такой изменчивости не требуется, достаточно вооружиться здравым смыслом.
Пять режимов работы ТЭЦ
Итак, при работе ТЭЦ возможно несколько вариантов режимов совместной одновременной работы генераторов, градирен и тепловых сетей:
Режимы электропотребления и теплопотребления в наших городах зачастую весьма переменные как по году, так и по дням недели и по времени суток, поэтому все пять режимов работы ТЭЦ плавно перетекают один в другой в произвольном порядке, в зависимости от текущей ситуации. Исходя из этого, одна из особенностей конструкции ТЭЦ – ее проектная способность к очень быстрой реакции на изменение нагрузки, или, как говорят энергетики, высокая маневренность.
Тепловые лабиринты городских подземелий
Климатическое распределение температуры в отопительном периоде для средней полосы России (за исключением городов на берегах Балтийского моря, то есть Ленинградской и Калининградской областей) таково, что самые длительные периоды работы ТЭЦ зимой — это режимы при слабом минусе или при оттепелях, то есть режимы 2 и 3. Ради этих длительных и наиболее экономичных режимов и были созданы ТЭЦ, но система горячего водоснабжения и отопления зданий и помещений только ими не ограничивается. Как бы ни старались инженеры и работники коммунальных служб обеспечить теплоизоляцию труб, по которым бежит в наши дома, климат свое берет – вода на пути от ТЭЦ до радиаторов на стенах наших квартир успевает остыть ниже нормативных температурных значений. Да и чисто по-житейски – воду от ТЭЦ на жилой квартал проще передать по магистральным трубам большого диаметра, чтобы в каком-то центральном для квартала (района) месте распределить ее по более тонким трубам, которые и приводят горячую воду в наши квартиры.
Омская ТЭЦ-3
Для магистральных трубопроводов, продолжительность которых достигает 10 км и больше, используются стальные трубы диаметром до 1’400 мм, а ЦТП располагают так, чтобы удаление до отапливаемых ими домов не превышало 500 метров, здесь вполне хватает труб диаметром до 150 мм, применяют не только стальные, но и полимерные трубопроводы. Про системы теплоснабжения крупных городов рассказывать можно долго – их разрабатывают так, чтобы многократно перестраховаться от любых аварий или ЧП с магистральными горячими водопроводами, от возможных аварий на самих ТЭЦ. При наличии в городе нескольких ТЭЦ на магистральных водопроводах формируют закольцовки, что позволяет в случае аварии на ТЭЦ одного района распределять нагрузку на ТЭЦ одного или нескольких других районов.
Центральные тепловые пункты
Энергетики – это не химики с их любовью к терминологии на латыни, поэтому название для таких пунктов дали бесхитростное – ЦТП, центральный тепловой пункт. ЦТП всегда обслуживает несколько зданий, а если обслуживается только одно здание, то название меняется на ИТП — Индивидуальный Тепловой Пункт.
Оборудование ЦТП позволяет выбрать для каждого отдельного обслуживаемого им дома специальные температурные и гидравлические режимы, соответствующие особенностям их систем отопления, а также уберечь нас от контакта с «подготовленной водой-теплоносителем» из труб от ТЭЦ. Это ведь та самая вода, которую для использования в недрах ТЭЦ подготавливают, исходя из технических требований – в ней нормированы показатели карбонатной жесткости, содержания кислорода и железа, показателя рН, а также уйма дополнительных реагентов, которые препятствуют коррозии труб и оборудования. Если городские власти хотят избежать постоянного напряжения из-за качества горячей воды со стороны своих жителей, приходится использовать независимые схемы присоединения ЦТП. В этом случае перегретая вода, идущая от ТЭЦ по первому контуру ЦТП, нагревает воду, проходящему по независимому второму контуру, которая в дальнейшем поступает в систему ГВС и идет к потребителям.
Сейчас наиболее распространенные тепловые пункты работают с закрытой системой горячего водоснабжения (ГВС) и независимой схемой присоединения системы отопления. Вот это уже придется «расшифровать».
Закрытая схема ГВС – это когда техническая вода в трубах от ТЭЦ и вода в системе ГВС никогда не смешиваются. Разделение питьевой воды в системе ГВС-ХВС и технической воды из тепловой сети происходит на разделительных теплообменниках подогрева воды. Сейчас теплообменник выполняются в виде пакета пластин, а потому называются «Пластинчатые теплообменники». Раньше использовали значительно более громоздкие и сложные кожухо-трубные теплообменники. Независимая схема присоединения отопления – это тот случай, когда теплоноситель, то есть горячая вода из магистральной сети, не поступает непосредственно к потребителям в радиаторы отопления, а разделяется на разделительном теплообменнике, как и в случае нагрева ГВС. В таком случае ЦТП – это первичный распределитель, который разделяет общий поток горячего теплоносителя на различных потребителей: теплообменники системы подогрева воды для горячего водоснабжения и теплообменники систем отопления квартир.
Когда в ЦТП устанавливают разделительные теплообменники как на ГВС, так и на системы отопления отдельных зданий, то этот комплект теплообменников на каждое отдельное здание позволяет выдерживать индивидуальные гидравлические режимы в системах, в соответствии с различными проектными решениями домов. Ведь дома в одном квартале строятся не одновременно и по проектам различных компаний-застройщиков.
Независимая схема присоединения потребителей к тепловым сетям в ЦТП – это замечательная схема, экономически выгодная для ТЭЦ – постоянный персонал для таких ЦТП вообще не требуется, автоматические системы позволяют дистанционно управлять оборудованием, регулировать температуру и давление воды в разных контурах разных домов. Эксплуатационные расходы сводятся к затратам на электроэнергию, необходимую для обеспечения работы насосов. Насосов в ЦТП, кстати, всегда много: кроме основных обязательно присутствуют и резервные, причем подача электрического питания для них независима, чтобы подстраховаться на случай аварий и ЧП в системе электроснабжения.
Недостаток у зависимых ЦТП только один – если вы живёте в современном высотном доме, то до батарей на верхних этажах теплоноситель из тепловой сети просто не дотянется из-за недостатка давления в тепловой сети.Для новых районов с большими высотными домами применяют только ЦТП с независимой схемой подключения всех систем.
Напоследок стоит упомянуть о совсем древней и крайне неприятной для людей схеме теплоснабжения, когда для нужд ГВС брали горячую и грязную воду из труб отопления, а холодная вода поступала по отдельной третьей трубе. Эту схему так и называют «трёхтрубная». Именно в память о «трёхтрубной системе» закрепилась в народе привычка заливать воду в чайник для кипячения только из крана с холодной водой. В современных независимых схемах присоединения вода в обоих кранах течёт одинакового питьевого качества. Так что для скорейшего закипания чайника можете смело наливать в него воду из-под «горячего» крана.
Трёхтрубная система осталась только в маленьких поселковых котельных, стоящих без реконструкции ещё со времён СССР, сейчас такие котельные при реконструкции переводят на современные схемы теплоснабжения с закрытыми системами ГВС.
Современные ЦТП можно назвать по аналогии «пятитрубными», так как от ЦТП к потребителю идёт пять труб: две на радиаторы отопления, одна на ХВС, одна на ГВС, и одна труба для циркуляции ГВС.
Циркуляция ГВС необходима для того, чтобы в горячей трубе ГВС не застаивалась вода и не остывала при отсутствии в ней водоразбора. Циркуляционный трубопровод ГВС возвращает горячую воду обратно на ЦТП на повторный нагрев в теплообменнике ГВС.
Центральный тепловой пункт
ЦТП с архитектурной точки зрения ничего интересного не представляют – бетонные коробки во дворах домов с глухими стенами, воротами для того, чтобы можно было в случае необходимости сменить оборудование и дверью для обслуживающего персонала. А вот внутри не все так просто – по предыдущему тексту это, наверное, уже понятно.
Внешняя простота порой обманчива
Где-то внизу, под землей, в ЦТП входит магистральная труба с горячей водой, идущей от ТЭЦ – через ввод, который называют тепловым (какая неожиданность!). Горячую воду от ТЭЦ внутри ЦТП разводят на два теплообменника, для системы отопления и для системы ГВС. Вода в контуре отопления, получив свою порцию тепла, уходит в радиаторы наших квартир, в которых остывает и возвращается погреться в ЦТП. Контур отопления замкнут, никаких сложностей. Вода от ТЭЦ, потеряв температуру на этом теплообменнике, отправляется в обратный путь все через тот же тепловой ввод (могли бы и вводом-выводом называть, просто не усложняют). Теплообменник №2 используется для подогрева системы ГВС: в ЦТП через водопроводный ввод приходит водопроводная вода (еще одна неожиданность), насос холодного водоснабжения отправляет одну ее часть в трубы, ведущие к кранам холодной воды в квартирах, а вторую часть – в теплообменник №2, на обогрев от воды, приходящей с ТЭЦ. Исключительно из деликатности на схеме нет линий, изображающих канализационный слив, но о его существовании можно догадаться и без подсказок. Вода, приходящая от ТЭЦ, потеряв температуру в теплообменнике № 2, все через тот же тепловой ввод отправляется в обратный путь. На представленной схеме все достаточно очевидно, некоторые детали в описании опущены.
Кстати, схема наглядно показывает, что химический состав воды, текущей из холодного крана, ничем не отличается от химического состава горячей воды. Данная схема хороша тем, что здесь весьма наглядно показаны полотенцесушители, которые располагаются в ванных комнатах. В полотенцесушителе в ванной комнате круглый год протекает вода от ГВС с температурой в те же 60 градусов Цельсия. Именно по этой причине полотенцесушитель — это единственный всегда горячий отопительный прибор в наших квартирах. Цель устройства полотенцесушителей — непрерывная прокачка воды (циркуляция) по трубам ГВС, чтобы вода там не остывала при застоях в водопотреблении. Если этого не сделать, то при попытке дождаться «горяченькой» из под крана приходилось бы регулярно сливать большие количества чистой воды в канализацию без какого –либо полезного использования. Температура воды в системе ГВС в 60 градусов Цельсия определяется болевым порогом человека, то есть при такой температуре руке человека ещё не больно и ожогов не возникает.
Остается отметить, что температура воды, уходящей из ЦТП в обратный путь к ТЭЦ, после ее использования для обогрева контуров системы отопления и системы ГВС снижается до 50-70 градусов. Холодной ее назвать сложно, воду с такой температурой вполне можно использовать для какой-нибудь полезной работы. Работы, полезной не только для экономики ТЭЦ, но и для нас с вами, жителей городов. Возможен ли такой вариант – ведь, вроде бы, все придумано до нас? Возможно, и Аналитический онлайн-журнал Геоэнергетика.ru обязательно об этом расскажет.
При соавторстве с Борисом Марцинкевичем