> Техника, страница 94 > Электрические станции
Электрические станции
Электрические станции, сооружения для производства б. или м. значительных количеств электрич. энергии из других видов энергии. В основном устройство Э. с. состоит из электрич. машин с их вспомогательным меха-нич. оборудованием (т. н. силовая часть электрических станций) и электрическим; помощью этого устройства получается механич. энергия, преобразуемая в электрич. энергию, которая отпускается в электрич. сеть (смотрите Сети электрические), а из нее—потребителям. Существенное отличие электрических станций от других промышленных предприятий в производственном отношении—невозможность хранения продукции электрических станций на складе, приводящая к необходимости отпуска энергии по мере спроса на нее. Классификация Э. с. приведена в таблице 1.
Таблица 1.—Классификация электрических станций.
Признак, полошенный в основу подразделения
Виды станций
Схема снабжения по требителя
Источник механич. энергии
Вид первичных двига-, телей
Род фтпускаемого в сеть тока
Назначение отпускав- ( мой электрической < энергии (род нагрузки) 1
Главный потребитель электрич. энергии
Владелец |
Род участия в работе ι на общую сеть (при | совместной работе не- { скольких станций для | питания ее) (
Районные“1
Изолированные *2
Теплоэлектрические *3
Тепловые
Гидравлические
Ветряные
Паровые:
а) с (поршневыми) паровыми машинами б) локомобильные в) с паровыми турбинами
Дизельные Газогенераторные Гидравлические Ветряные Постоянного тока Переменного тока:
а) однофазного б) трехфазного Осветительные Силовые
Электрохимические Смешанной нагрузки Городские
Фабрично-заводские
Трамвайные
Железнодорожные
Сельскохозяйственные
Судовые
Военные
Государственные
Коммунальные
Кооперативные
Основные *4 Пиковые *5 Резервные *6
*! Для питания крупного (и часто удаленного от Э. с.) района. *2 Для снабжения ограниченного круга потребителей, например городские, фабрично-заводские (блок-станции). *3 Для комбинированного производства тепла для теплофикации (производства или отопления) и электрич. энергии. *4 Несут основную нагрузку, обслуживая нишкюю часть графика (смотрите ниже). *5 Покрывают продолжительные максимумы <«пики») общего графика нагрузки. *3 Работают при авариях и неожиданных увеличениях нагрузки.
Общие сведения. Основные энергетические показатели рабочего режима Э. с. Установленная мощ но с т ь—сумма мощностей всех установленных на Э. с. электрич. генераторов; ей равна, при исправности всех частей оборудования, располагаемаямощность (к-рую Э. с. может по состоянию оборудования развить в данное время); присоединенная мощно с т ь—сумма мощностей всех приемников, приключенных к сети станции; нагрузка Э. с.—мощность, генерируемая в определенный момент; п и к—максимальная нагрузка за определенный промежуток времени (например сутки). Полезно произведенная энергия (поступившая с шин Э. с. в сеть) равна произведенной генераторами энергии за вычетом энергии, израсходованной на собственные нужды Э. с. Коэфициент использования Э. с.—отношение (в долях единицы или в %) произведенной энергии (за год) к энергии, к-рую она выработала бы за то же время при непрерывной (в течение 8 760 ч.) работе всех установленных на Э. с. генераторов под полной нагрузкой; родственное этому понятие—ч и с-ло часов использования Э. с.—произведенная за год энергия, деленная на установленную на Э. с. мощность. Коэфициент нагрузки (или коэф. использования максимума станции) — отношение произведенной (за год) энергии к энергии, к-рую Э. с. выработала бы за год при непрерывной (8 760 ч.) работе под нагрузкой, равной максимальной. Коэфициент одновременности—отношение нагрузки в определенный момент к суммарной мощности всех присоединенных к станции приемников. Коэфициент разновременности (разнородности)—отношение суммы разновременных максимумов отдельных частей системы (групп потребителей) к максимуму всей системы. Кпд станци и— полезно произведенная электрическая энергия, деленная на энергию, которая израсходована станцией (в виде топлива, воды под напором или ветра).
Нагрузка станции. Для характеристики нагрузки Э. с. служат графики натру з к и—кривые, получаемые в результате
часы Фигура 1
часы
Фигура 2.
постоянного наблюдения за нагрузкой: они изображают колебания нагрузки в ф-ии времени (в течение суток, иногда месяца или года). На фигуре 1—суточные графики (сплошной линией—для зимы, пунктиром—для лета) Э. с. с преобладающей осветительной нагрузкой; на фигуре 2 — зимний суточный график для преобладающей силовой нагрузки. Подобные кривые получают по наблюдениям показаний ваттметров и счетчиков или они непосредственно вычерчиваются самопишущими приборами. Они изображают изменения нагрузки в их хронологии. последовательности. По таким «натуральным» графикам м. б. построены производные (приведенные) графики, например в последовательном порядке убывания или возрастания нагрузки (т. н. график продолжительности нагрузки). Площадь графика изображает количество энергии, произведенной (или полезно отпущенной) станцией.
Изучение графиков весьма важно для проектирования Э. с. и правильной их эксплуатации. При проектировании Э. с. строят характерные «уточные графики—наибольшей нагрузки (зимний) и наименьшей (летний) как для рабочих, так и для нерабочих дней. Для построения выясняют предварительно ожидаемые нагрузки для отдельных групп однородных потребителей в различные часы, а затем эти нагрузки суммируют (прибавив к ним потери мощности в сети, трансформаторах и на собственные нужды станции). Для определения ожидаемых нагрузок сперва, соединив потребителей в однородные группы (внутреннее освещение жилых помещений, учреждений, учебных заведений, лечебных учреждений, торговых помещений и тому подобное., уличное освещение, водопровод, трамвай, мелкая промсть, крупная промсть), вычисляют присоединенную (установленную) мощность для каждой группы на основании обследования района энергоснабжения по данным (о площади пола, занятой под различные помещения, о мощности и типе установленных электродвигателей и прочие), получаемым от органов управления (от комхоза) и от промышленных предприятий на основании обследования района на месте или (для более приближенных подсчетов) на основании статистич. данных о присоединенной мощности для существующих сетей, обслуживающих потребителей такого же характера. Нагрузки получают, умножая величины присоединенной мощности на коэфициен-ты одновременности. При исчислении нагрузок учитывают и будущий прирост потребления (учитывая законы роста населения, развития пром-сти и прочие), к к-рому относят расчет Э. с.— обычно лет на 5—8 вперед. С точки зрения постройки и эксплуатации Э.с. наличие пиков в графике является экономически обременительным: из-за них на Э. с. приходится устанавливать генераторы большей мощности, которые не используются полностью в часы слабой нагрузки (особенно во время «провалов» в графике, например в часы обеденного перерыва). Желательно возможно большее приближение к идеальному случаю графика равномерной нагрузки в виде прямой, параллельной оси абсцисс; с этой целью тарификация электрич. энергии стремится стимулировать потребление абонентами энергии в часы малой нагрузки и удерживать их от потребления в часы максимумов. Весьма благоприятное влияние на график и использование генераторов оказывает аккумулирование энергии (в часы слабой нагрузки в целях использования ее во время пиков), осуществляемое путем накапливания воды в регулировочных бассейнах гидроэлектрич. станций, в виде аккумулирования тепла на тепловых электрических станциях или, чаще, при помощи батарей электрических аккумуляторов (смотрите Аккумуляторы электрические).
Основные Э.с. Процесс превращения механич. энергии в электрическую осуществляется в машинном зале, в к-ром устанавливают электрич. генераторы вместе с при водящими их во вращение первичными двигателями, обычно непосредственно сочлененными с генераторами. От генераторов электрич. энергия поступает по проводам (смотрите) в распределительное устройство (совокупность частей оборудования для управления работой станции и измерения величин, характеризующих эту работу), находящееся в самом машинном зале или в особом помещении: сюда она подводится к шинам и направляется от них далее по воздушным или кабельным линиям (смотрите Линии передачи, Фидеры) в электрич. сеть к потребителям. На современных высоковольтных Э.с. имеется еще одна ступень преобразования энергии—повысительная подстанция, на которой поступающая от генераторов электрич. энергия помощью трансформаторов преобразуется в энергию более высокого напряжения; подстанция располагается в пристройке, отдельном здании или на открытом воздухе (смотрите Подстанция электрическая). К машинному залу на паровых станциях прилегает котельная (смотрите Котлы паровые), где подаваемое в нее тем или иным путем топливо сжигается под котлом в топке, отдавая свою энергию пару, который по паропроводам поступает в первичные двигатели—паровые турбины (смотрите Турбины паровые) или паровые машины (смотрите); на станциях с газогенераторными двигателями к машинному залу примыкает помещение газогенераторной установки (смотрите Газогенераторы) для производства горючего газа (путем сжигания топлива) и очистки его. На гидроэлектрич. станциях кроме машинного зала и распределительного устройства в состав частей электрических станций входят еще гидротехнич. сооружения: водонапорные сооружения, каналы и трубы для подвода воды к турбинам и отвода ее (смотрите Гидроэлектрические станции).
Основные тенденции развития Э. с. Основным преимуществом электрич. энергии является возможность централизованного (более экономичного) производства ее при децентрализованном потреблении. Однако до Яблочкова каждый приемник питался от отдельного генератора. В 1877 г. Яблочков, соединив последовательно несколько своих «свечей», дал первое решение задачи одновременного питания нескольких приемников от одного источника энергии. В
1878 г. Вердерман осуществил впервые параллельное включение приемников. Вскоре (в
1879 г. в США Брёш в Кливеленде и Эдисон на пароходе «Колумбия», а в 1880 году Эдисон в Нью Норке) стали строить Э.с., питавшие сперва отдельные дома или кварталы, а затем, с появлением в конце прошлого века предложенной Эдисоном трехпроводной системы (смотрите) постоянного тока и изобретением трансформаторов, целые города. Развитью (с 1890—1900 г.) городских Э. с. способствовали: быстрое распространение электрич. освещения (первые Э. с. предназначались преимущественно для целей освещения), появление силовой нагрузки (электродвигателей) и сооружение трамваев. Начинается процесс быстрого увеличения мощности отдельных агрегатов и общей мощности каждой станции. В больших городах стали заставлять несколько станций работать совместно на общую электрич. сеть. В начале настоящего столетия появляются районные, строящиеся на месте разработки топлива или водных ресурсов станции для снабжения энергией крупных территорий как дальнейшее выражение тенденции к повышению экономичности методов получения энергии. Б. или м. планомерная (насколько это возможно в условиях капи-талистич. строя) электрификация различных стран после войны характеризуется резким увеличением мощности отдельных Э. с. (появляются «сверхмощные^ Э.с.мощностью в сотни тысяч kW) и соединением их для совместной работы на мощные электрич. сети, охватывающие целые провинции и даже страны. В США мощность тепловых Э. с. доходит до 1 млн. kW (в штате Индиана) при мощности отдельных агрегатов до 200 тыс. kW и более; в области мощных гидроэлектрич. станций первенство принадлежит СССР. Днепровская Э. с. является крупнейшей в мире гидростанцией.
Выбор вида первичных двигателей. Империалистич. война, в связи с вызванным ей топливным кризисом приведшая к стремлению возможно рациональнее использовать все естественные запасы энергии, стимулировала интерес к использованию новых источников энергии (ветер, солнечные лучи, атмосферное электричество, разности темп-p воды и воздуха, приливы и отливы), а также тенденцию в качестве топлива для Э. с. перейти на малоценные сорта топлива (торф, мелкие отбросы при добыче каменного угля—штыб) или использовать гидравлич. энергию. Т. к. перевозить малоценное топливо нецелесообразно, то сооружают мощные станции на месте его разработки или у источников водной энергии: преимущество таких районных станций—дешевая энергия, получаемая путем использования энергетич. ресурсов на месте их нахождения и передаваемая при высоком напряжении (смотрите Линии передачи) на большие расстояния к промышленным центрам или для питания крупных районов. Меньшего масштаба станции строят в городах и для отдельных промышленных предприятий. В связи с этим для районных и других крупных Э. с. в качестве первичных двигателей применяют гидравлические двигатели или паровые турбины. На станциях средней мощности (городские Э. с.) берут паровые двигатели всех трех типов (турбины, паровые машины или локомобили); преимущество их—возможность применять любой род топлива (вплоть до мусоро-сжигания). Применение двигателей Дизеля ограничивается почти исключительно небольшими станциями (в виду тенденции экономить нефть для военного и воздушного флота, автотранспорта, химич. переработки и экспорта), где они удобны по минимальному расходу топлива и простоте теплового хозяйства Э. с. Промышленные предприятия имеют собственную Э. с. при отсутствии возможности присоединения к сети государственных станций (районных), при применении на заводе горячей воды и пара для производственных нужд и отопления в таких размерах, что эти нужды м. б. покрыты теплом, отработавшим в двигателях собственнойЭ.с.,и наконец при наличии на предприятии производственных отбросов (опилки, стружки, жмыхи, отходящие газы доменных печей), которые желательно использовать как топливо для Э.с. При комбинированном производстве тепловой и электрич. энергии здесь применяют преимущественно паровые двигатели; в остальных случаях выбор двигателя—по изложенным выше соображениям. При наличии доменного газа или газа коксовальных печей применяют газовые двигатели, которые в остальных случаях ныне применяются редко. Ветросиловые Э. с. пока применяются преимущественно в с. х-ве и на мелких промышленных предприятиях (мельницы, водоснабжение), особенно когда не требуется работа по заданному графику нагрузки.
Число и мощность машинных агрегатов Э. с. Число агрегатов желательно минимальное (иначе мощность отдельных агрегатов меньше, кпд ниже, общая стоимость выше), каждый двигатель должен быть длительно нагружен < чем на 50% своей номинальной мощности, общая мощность рабочих агрегатов должна слегка превышать пик нагрузки Э. с. Увеличение числа агрегатов уменьшает величину резерва (при одном агрегате—резерв в 100%, при двух—в 50%, при трех—в 33%); при совместной работе Э. с. резерв м. б. снижен до 20—30% (а иногда и до 0).
Участок земли для Э. с. С точки зрения электрич. сети теоретически желательно расположение Э. с. в центре тяжести нагрузок снабжаемого района (минимум металла на провода); однако часто (в городах) это трудно осуществимо; при высоком же напряжении это требование не столь существенно. С точки зрения самой Э. с. участок должен быть расположен возможно ближе к берегу реки, озера и тому подобное. в виду большой потребности в воде (для питания котлов, конденсации пара, охлаждения двигателей внутреннего сгорания и т. д.), а также поближе к ж.-д. и судоходным путям (подвоз топлива, материалов, удаление золы). Важны свойства грунта (необходимо пробное бурение перед выбором участка): могут удорожить устройство фундаментов. Д. б. учтена возможность будущего расширения Э. с.: ее следует располагать у края участка (расширение в другую сторону), который не должен быть слишком мал. Для гидроэлектрич. станций выбор участка и его размеров предопределяется гидротехнич. соображениями. При совместной работе электрических станций пиковые станции располагают поближе к ц. т. нагрузок, чтобы уменьшить расходы по передаче и гл. обр. для повышения надежности снабжения.
Силовое оборудование Э. с. 1) Паровые станции. Двигатели. Турбинам отдают предпочтение при больших мощностях (> 1 000 kW для одного агрегата); при средних мощностях (500—1 000 kW) применяют как турбины, так и поршневые паровые машины, при малых (<500 kW)—поршневые машины или локомобили. На оборудование Э.с. оказывает значительное влияние роль ее в системе электроснабжения. Первые станции, строящиеся в районе, или пиковые оборудуют большим числом менее мощных агрегатов; основные станции строят с меньшим числом более мощных агрегатов; для станций, служащих резервом для гидроэлектрич. станций, выбор мощности и числа агрегатов определяется согласно распределению нагрузок между гидроэлектрич. станциями и паровой по годовому графику. Общее расположение важнейших частей Э.с. Основные части паровой станции: устройство для подачи топлива, установка для размола топлива (только в случае применения пылевидного топлива), котельная (насосы для котлов устанавливают в котельной, а на мощных Э.с.— в особом помещении), машинный зал, распределительное устройство, служебные помещения. При достаточных размерах участка эти части располагают в ряде прилегающих друг к другу зданий; для малых Э. с., а также (осо бенно в США) при недостатке места (в густо застроенных частях городов) ограничиваются одним зданием с компактным расположением частей, иногда в несколько этажей. Котельную располагают параллельно или перпендикулярно к берегу в зависимости от формы участка, удобства подвода и отвода воды и способа подачи топлива. Машинный зал (или здание) располагают возможно ближе к котельной, так чтобы паро- и водопроводы получились покороче; подробности о расположении машинного зала относительно котельной и об оборудовании последней см. Котлы паровые, Котельные установки. Паровые двигатели располагают вдоль оси машинного зала или поперек его по соображениям уменьшения пролета перекрытий, удобства обслуживания мостовым краном, обеспечения хорошего естественного освещения; желательно также нек-рое разделение паровой и электрич. частей машинного зала. Вообще расположение всех частей оборудования в зданиях должно обеспечивать кратчайшие пути движения энергии, ее носителей и отбросов, а также соблюдение требований безопасности: должен быть соблюдены наименьшие габаритные расстояния между частями оборудования и стенами, проходы и тому подобное. Существенное значение для экономичной работы станции имеет вспомогательное оборудование ее: для водоснабжения Э. с. (обеспечения ее водой должного качества для питания котлов, охлаждения), для топливоснабжения (подача, хранение, иногда размол топлива), для обеспечения надлежащей дымовой тяги, удаления отбросов (золы), подъемные устройства и т. д. Кроме того станции оборудуют подъемными путями для подвоза топлива и частей оборудования. При механизации различных частей вспомогательного оборудования для приведения их в действие применяют паровые или электрич. двигатели. На собственные нужды паровой станции расходуется 5—6% ее мощности (конденсация 2%, топки и искусственная тяга 2%, насосы 1%), при пылевидном топливе на размол его и подачу идут еще 2—3 %. Новейшие тенденции к повышению кпд паровых Э. с. находят в области теплового хозяйства свое выражение в повышении тепло-напряжения поверхности нагрева, подогрева воздуха, введении регенеративного процесса, повышении давления пара до критич. давления и в применении перегрева (до 400—450°). Кпд станции должен быть тем выше, чем больше коэф. использования станции и стоимость топлива; для этого нужно более сложное и дорогое оборудование (большие ежегодные расходы на отчисления по капиталу). При небольших коэф-тах использования Э. с. и стоимости топлива выгоднее простая схема тепловых процессов, не требующая сложного и дорогого оборудования.
2) Станции с двигателями внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания (смотрите) подразделяют на газовые двигатели и двигатели жидкого топлива (сырая нефть, бензин, керосин и тому подобное.). Э. с. с газовыми двигателями (смотрите Двигатели газовые, Газогенераторы) сравнительно редки. Преимущества их перед паровыми Э. с.: отсутствие опасности ов и парокотельной установки с дымовой трубой, малые размеры потребного участка, простота обслуживания, быстрый пуск в ход, небольшой расход воды, бездымная работа; недостатки их: допустимость перегрузки >20%, резкое возрастание расхода газа и понижение кпд при малых нагрузках, не обходимость большого резерва. Э. с. с д иг а-телями Дизеля более распространены. В виду быстрого пуска в ход особенно пригодны в качестве пиковых Э. с. Преимущества по сравнению с паровыми Э. с.: независимость уд. расхода топлива на 1 kWh от величины агрегата, малая зависимость от водоснабжения в виду меньшей потребности в охлаждающей воде и отсутствия влияния на тепловое хозяйство более высокой t° охлаждающей воды (важно для жаркого климата), легкая подача топлива (в виду его высокой калорийности) и небольшое место для хранения его, отсутствие опасности самовозгорания топлива, отсутствие дыма, постоянная готовность к действию и быстрота пуска (в связи с этим устранение расходов на потери холостого хода). Недостатки: неспособность к перегрузкам, при больших мощностях малое число оборотов (удорожание электрич. генераторов), резкое увеличение уд. расхода топлива при малых нагрузках двигателей (отсюда необходимость выбора большого числа агрегатов). Э. с. с двигателями Дизеля целесообразны в странах с низкими ценами на нефть при очень малых размерах строительного участка для местностей с только что начинающейся электрификацией. С развитием за последние годы двигателей Дизеля большей мощности быстро возрастает применение Э. с. с ними в качестве пиковых или резервных.
3) Гидроэлектрические станции (смотрите Гидроэлектрические станции). Себестоимость электрич. энергии, получаемой от тепловых Э. с., зависит не только от расхода топлива, но и от накладных расходов на оплату процентами строительного капитала, амортизации и прочие При использовании водной энергии в лучшем случае экономят расходы на топливо, но если утилизация водного источника и передача энергии от него к месту потребления связаны с значительными первоначальными затратами, то расходы на проценты и, амортизацию могут сделать энергию даже более дорогой, чем получаемая от тепловых Э. с. Широкое развитие использования водной энергии объясняется стремлением экономить топливные ресурсы и экономичностью передачи энергии на большие расстояния. Кроме того (что особенно предусматривается планом развития гидростанций СССР) утилизация гидроэнергии, связанная с созданием крупных плотин, позволяет полнее использовать водные пути сообщения. В целях лучшего использования гидростанций и удешевления их энергии рационально развивать, новые области сбыта энергии (создание около Э. с. комбинатов для производства алюминия, карбида кальция и прочие). Ценность получаемой от гидростанций энергии определяется не только числом kWh, которые она может генерировать, за год, но существенно зависит от того, какой частью мощности можно располагать постоянно (у станций с естественным стоком) или, соответственно, каким образом станция может соответствовать колебаниям потребления (для станций с регулированием стока). При отсутствии регулирования полноценна только та мощность Э. с., которой можно располагать всегда, то есть мощность водного источника в самое маловодное время; для остальной мощности можно рассчитывать за kWh только на ту цену, которая соответствует расходу на топливо на тепловых Э. с.; только при возможности приспособления потребления к генерируемой мощности (например для электрохимич. пром-сти или при совместной работе с тепловыми Э. с.) сбыт остальной энергии м. б. более рентабельным. Для гидростанций с регулированием стока kWh в пределах, ограничиваемых величиной водохранилища, по меньшей мере столь же полноценен, как kWh, генерируемый тепловой Э. с. Кроме того гидростанция с регулированием стока имеет перед тепловой Э. с. преимущество более быстрой приспособляемости к быстрым колебаниям нагрузки (котлы паровой Э. с. не всегда могут достаточно быстро следовать этим колебаниям). Поэтому при совместной работе гидростанций и тепловых Э. с. основную нагрузку поручают паровой станции, а пики—гидростанции с водохранилищем. Новейшие успехи паровой техники значительно понизили расход топлива тепловых Э. с.; однако приобретенное ими т. о. преимущество в конкуренции с гидростанциями не так уж велико; повысились капиталовложения, необходимые для постройки тепловойЭ. с., а усложнение оборудования делает для нее равномерность нагрузки еще более существенной. В связи с этим преимущество гидростанций с водохранилищем в отношении быстрой приспособляемости к колебаниям нагрузки приобретает еще большее значение. Это привело к постройке в новейшее время крупных насосных установок для гид-равлич. аккумулирования генерируемой тепловыми станциями энергии с использованием этого запаса для покрытия пиков. В местностях, снабжаемых энергией преимущественно от тепловых Э. с., для водного источника становится возможной утилизация мощности, во много раз превышающей мощность его в самое маловодное время. Так как кпд гидравлич. турбин близится к максимальному достижимому пределу, то снижение себестоимости электрич. энергии возможно лишь рациональным проектированием Э. с.: уменьшение числа агрегатов с увеличением мощности их (Шаннон 30 000, Коно-винго 40 000, Днепрогэс 77 500 kVA), использование естественного стока, во много раз превышающее мощность в самое маловодное время (при условии наличия тепловых станций для совместной работы или периодической отдачи избыточной энергии для специальных отраслей пром-сти), уменьшение строительной стоимости путем установки распределительных устройств и даже генераторов на открытом воздухе. При совместной работе с паровой Э. с. стремятся к наибольшему использованию гидравлич. мощности потока. Существует несколько небольших гидростанций для использования морских приливов и отливов и запроектирован ряд более крупных станций такого рода (Англия, США). Для электрификации Союза ССР подобные установки вряд ли могут иметь большое практич. значение в виду малого развития у нас береговой линии с значительными приливами и отливами.
4) Ветросиловые Э. с. (смотрите Ветряные двигатели и Ветросиловые станции). Основные типы, а) Э. с. с р а б о т о и по заданному графику нагрузки требуют оборудования аккумуляторной батареей и (при непостоянстве ветра в данной местности) резервными—тепловыми или гидравлическими— двигателями. Э. с. с автоматич. регулированием постоянной скорости вращения двигателя обладают достоинством простого управления электрич. частью. Наиболее совершенны 3. с. с автоматич. регулированием напряжения генератора при изменяющейся скорости двигателя
(схожи с устройствами для осевого освещения ж.-д. поездов), генераторы специальных конструкций (постоянство напряжения при различных скоростях вращения), полная автоматизация переключения сети на питание от генератора, от батареи или на питание при их параллельной работе; б) Э. с. вспомогательные при тепловых: проще типа «а» (отпадают аккумуляторы); необходимы машины постоянного напряжения (или автоматич. регулирование скорости ветряного двигателя) и автоматич. включение для параллельной работы с генераторами тепловых двигателей; в) Э. с. с работой по графику ветра (потребляемая мощность соответственно мощности ветра): просты (без регулирования скорости или напряжения), часто применяются для электронасосов (приводимый от ветродвигателя генератор питает электродвигатель, от которого приводится насос).
Электрическая часть Э. с. Электрические генераторы. На станциях постоянного тока наиболее распространены шунтовые генераторы, генераторы компаунд при резко колеблющейся нагрузке (трамвайные Э. с.); генераторы последовательного возбуждения только в специальных случаях (питание дуговых ламп, передача энергии на расстояние постоянным током высокого напряжения) непригодны для зарядки аккумуляторных батарей (смотрите Динамом,ашина). На станциях переменного тока—почти исключительно синхронные генераторы (смотрите Генератор переменного тока), асинхронные генераторы—только на небольших ветросиловых и гидроэлектрич. станциях: просты, дешевы, не требуют синхронизации, но имеют низкий cos φ (смотрите Индукционные машины). Необходим выбор генераторов в соответствии с эксплуатонными требованиями и с первичными двигателями (соответствие скорости вращения для возможности непосредственного сочленения на одном валу; только для малых и тихоходных—ременная или, за последнее время, вновь чаще зубчатая передача). Возбуждение генераторов переменного тока помощью индивидуальных возбудителей генераторов постоянного тока, сидящих на том же валу, или (для тихоходных генераторов) с приводом от электродвигателя, или возбуждение от станционного генератора постоянного тока, обеспечивающего собственные нужды Э. с. Особого внимания требуют вопросы параллельной работы (при переменном токе синхронизирующие приспособления) и охлаждение генераторов (смотрите Динамомашина и Генератор переменного тока). Для обслуживания собственных нужд Э. с. на крупных Э. с.—отдельный станционный агрегат (первичный двигатель и генератор), проще—станционный генератор (на одном валу с одним из главных рабочих генераторов); на малых и средних Э. с. питание собственных нужд—от главных распределительных шин непосредственно или посредством трансформатора собственных нужд. Аккумуляторные батареи для собственных нужд применяются теперь только для дистанционного управления аппаратурой (выключатели, контрольные и сигнальные аппараты) и освещения безопасности.
Выбор рода тока и напряжения см. Сети электрические, Распределение электрической энергии, Системы переменного тока и Трехпроводные системы. — Аккумуляторные батареи см. Аккумуляторы электрические.
Схемы электрических соединений. 1) П о с т о я н н ы и т о к. Э. с. постоянного тока имеют простые низковольтные распределительные устройства, поэтому система шин обычно одиночная (один комплект из двух шин в 2-проводных установках, из трех шин—в 3-проводных и т. д.). На фигуре 3—схема для двух шунтовых генераторов с зарядом аккумуляторной батареи путем повышения напряжения генераторов и с двойным (двухрычажным) элементным коммутатором; недостаток
Фигура з. такого способа заряда—дорогие, плохо используемые генераторы (применяется в небольших установках); другой способ—батарей делят на группы (2 или 3), включаемые для заряда параллельно, также невыгоден (потери энергии в реостате, в к-ром приходится поглощать избыток напряжения); наиболее рациональный способ—заряд помощью вольтодобавочной машины (смотрите), вращаемой электродвигателем (фигура 4). На фигуре 5—схема Э. с. с двумя генераторами компаунд; здесь необходима особая уравнительная шина (предохраняет генераторы от попадания в их последовательную обмотку уравнительного тока, к-рый мог бы ослабить намагничивание). Типичная схема Э. с. с трехпроводной системой (смотрите) дана на фигуре 6: главный рабочий генератор присоединен к крайним проводам, деление напряжения батарей с двумя двойными
Фигура 4.
элементными коммутаторами, для заряда— вольтодобавочная машина, вращаемая уравнительным агрегатом. * -
2) П е р е м е н н ы и ток. Трехфазные Э. с. низкого напряжения, до 250 V (встречаются при небольших мощностях на заводах), мало отличаются от Э. с. постоянного тока: сложнее только приспособления для параллельной работы в связи с включением фазных ламп и синхроноскопов (смотрите Генератор переменного тот). Схемы Э. с. повышенного напряжения (250— 1 000 V) более сложны; измерительные приборы здесь включают помощью измерительных трансформаторов, выключатели берут масляные. При низком напряжении всегда, а при повышенном и высоком только на небольших Э. с. второстепенного значения применяют систему одиночных шин (недостаток: для всякого, даже небольшого, ремонта приходится выключать всю установку).
Кольцевая система одиночных шин применяется вообще редко (сложность расширения, необходимость секционирования). При высоком напряжении схемы значительно сложнее в связи с большими количествами энергии и необходимостью защиты от пере напряжений (смотрите) и токов короткого замыкания (смотрите). Для высокого напряжения и на всех крупных Э. с.—система двойных шин (2 комплекта шин из двух шин каждый в 2-проводных
установках, из трех шин в 3-проводных и т. д.); преимущество их: можно без перерыва работы Э. с. производить ремонт, чистку, делить Э. с. на 2 части (каждый генератор или-линия м. б помощью переключателей присоединены к любому из двух комплектов шин). Окончательный выбор между одиночными и двойными шинами определяется тем, допускает ли Э. с. перерывы в работе. Двойные шины необходимы, если экс-плоатация Э. с. требует работы ее в виде раздельных независимых групп. На мощных Э. с. несколько комплектов шин, на каждый из которых м. б. переключены любой генератор или линия. Важнейшая задача при разработке схемы соединений трехфазных Э. с.—справиться с сильными токами короткого замыкания при авариях. Важно, чтобы применяемые аппараты не подвергались при этом перегрузкам как в отношении выключаемых мощностей, так и в отношении их термич. и динамич. прочности. Для этого ограничивают величину токов короткого
замыкания и время их воздействия на части установки. Обычно все повышающиеся мощности Э. с. обусловливают дальнейшее повышение
Ш I?
_1_±
о о“
Фигура 7.
Фигура 8.
рабочего напряжения (в связи с увеличением снабжаемого района), благодаря чему токи на главных шинах соответственно уменьшаются. Если при этом надеж-
Фигура 10.
ность работы Э. с. все же недостаточно обеспечена, приходится прибегать к подразделению (секционированию) шин и включению реакторов.
На более крупных Э. с. главные шины подразделяют т. о., чтобы на каждую секцию не приходилась слишком большая генерируемая мощность; отдельные секции соединяют друг с другом реа-шпорами (смотрите). Параллельно соединяемым рабочим шинам располагают вспомогательный комплект шин, к-рый может простираться на все секции рабочих шин. Этим обеспечивается простейшим обра- зом возможность переключения с одной рабочей секции шин на другую. Между отдельными системами шин, или шинными секциями, помещают междушинные выключатели. На фигуре 7 и 8—схемы Э. с. для распределения энергии при напряжении генераторов G (фигура 7—одиночные, фигура 8— двойные шины). На фигуре 9 и 10—схемы Э. с. для распределения энергии при напряжении,
повышенном трансформаторами Т с одиночными и двойными шинами; генератор с трансформатором составляют одно целое; они соединены между собой без какого-либо выключающего органа. Кроме того на стороне генераторов показана вспомогательная шина, через которую в случае надобности м. б. подведена энергия для собственных нужд Э. с. При наличии двойной системы шин, для постоянного обеспечения энергией для собственных нужд Э. с., предусмотрен специальный станционный генератор с совершенно отдельным распределительным устройством. На фигуре 11 и 12—схемы для распределения энергии при двух напряжениях
(генераторном и повышенном помощью трансформаторов); схема позволяет заставлять генераторы по выбору работать с трансформаторами, что обеспечивает значительную надежность установки. На фигуре 13—типичная схема мощной городской Э. с. Показано секционирование шин, включение реакторов и междушинных (междусекционных) выключателей. В дополнение к изображенным выше принципиальным однолинейным схемам на фигуре 14 показана подробная трехлинейная схема трехфазной Э. с. низкого напряжения с одним генератором, на фигуре 15—схема Э. с. с несколькими включаемыми параллельно высоковольтными генераторами (приборы включены через измерительные
трансформаторы, возбудители—компаунд). На фигуре 16—схема для параллельного включения генераторов электрических станций высокого напряжения со сравнением фаз на низком на пряжении и включением на параллельную работу на высоком напряжении.
Э^л ементы оборудования распределительного устройства см. Выключатели электрические, масляные, Разъединитель ^Электрические предохранители, Электрические измерения, Реактор, Реле, Щит распределительный.
Конструкция распределительного устройства. Щитовой тип. На небольших низковольтных Э. с. сохранилась в основном до настоящего времени характерная для первых установок этого рода, с их низким напряжением, конструкция распределительного устройства: все оно сводится к распределительному щиту, на лицевой стороне которого монтируются измерительные приборы и ручки для управления аппаратурой, а непосредственно позади которого располагают шины, выключатели, реостаты и другие элементы распределительного оборудования. Такая же приблизительно конструкция щитового распределительного устройства сохраняется при низком напряжении и для несколько более крупных Э. с., причем только длина щита будет больше в связи с увеличением числа его панелей. Щит помещают в машинном зале у одной из стен его, выбирая для этого длинную или короткую (торцевую) стену в зависимости от местных условий (число и мощность агрегатов,
Фигура 14.
Фигура 15.
удобство обслуживания, возможность будущих расширений, освещение машинного зала дневным светом); преимущество первого расположения (вдоль машинного зала): несколько более короткие кабели между генераторами и распределительным устройством; недостаток— нек-рое затемнение зала, к-рое устраняют освещением с торцевых стен и устройством верхнего света; преимущество поперечного расположения (у торцевой стены): достаточное освещение машинного зала по длинной стене, распределительное устройство не мешает забору воздуха к генераторам; недостатки: кабели длиннее, невозможность (при длинном зале) хорошего обзора агрегатов от щита. Иногда щит поднимают на некоторую высоту, отводя для него площадку (эстраду), расположенную на несколько ступеней выше пола, чтобы дежурный мог легче следить за работой генератора (против этого возражают, что дежурный не должен отвлекаться от наблюдения за щитом тем, что лроисходит в машинном зале). При напряжениях > 525 V высокое напряжение, для обеспечения безопасности обслуживания, уже не желательно подводить к самому щиту: на нем только приборы, питаемые через измерительные трансформаторы, и рукоятки для управления аппаратурой; высоковольтная же аппаратура еще м. б. размещена на открытом железном каркасе (как в низковольтных установках), но последний отделяют от щита проходом для
Фигура 16.
обслуживания. Для более высоких напряжений, из-за ов масляных выключателей, проводится еще большее пространственное отделение щита от высоковольтной аппаратуры с применением бетонных перегородок. Распределительные устройства с выделенными электрическими цепя-м и, получающиеся таким образом, выносятся при этом из машинного зала в отдельное помещение около него или специальную пристройку. Отличие от щитового типа: для локализации аварий каждая цепь (генератора, фидеры) помещена в особой ячейке, отделенной от соседней перегородкой. При еще более высоких напряжениях от такого одноэтажного распределительного устройства переходят к многоэтажному: всю аппаратуру располагают в двух этажах (а иногда и в трех, причем однако обслуживание становится довольно затруднительным) отдельного здания распределительного устройства. Пример двухэтажного устройства—фигура 17 {см. также Подстанция электрическая). При этом существуют конструкции с ячейками для отдельных цепей в каждом этаже; ячейки открытые, обслуживаемые с общего коридора (недостаток; неполная локализация аварий, распространение сажи и копоти); в установках очень большой мощности, чтобы лучше локализировать аварии, применяют для маслосодержащей аппаратуры закрытые со всех сторон ячейки (камеры) или подразделяют общий коридор на части с железными дверями, или утопленный тип маслосодержащей аппаратуры (баки с маслом в отдельных камерах или в общем коридоре, крышки же выведены во внутренние помещения), или распределительное устройство выполняют с разделением фаз (сложно и дорого). Зольный тип распределительного устройства является выражением тенденции избавиться от перегородок (дорогих, затемняющих, затрудняющих хороший обзор): все устройство на поддерживающих железных конструкциях подобно устройству открытого типа (смотрите Подстанция электрическая), но помещено в од-
Фигура 18.
ном общем большом зале; недостаток: распро- | странение копоти и сажи при авариях (для | устранения—масляные выключатели в изолированных камерах). Внимания заслуживают появившиеся сперва в Англии бронированные распределительные устройства (без открытых токоведущих частей; аппаратура, шины и про бронированы с заполнением соответствующих пространств изоляционной массой, мастикой) в виде ящиков, шкафов стационарных и выдвижных и с подвижными тележками. Достоинства: компактность, безопасность, надежность работы, удобства переноса и расширения; недостаток: дороговизна.
Пример на фигуре 18. Открытый тип распределительного устройства (все устройство устанавливается на открытом воздухе) получил за последнее время большое распространение (сш.Подетан-ция электрическая); несмотря на несколько большую (приблизительно на 15%) стоимость стойкой к непогоде аппаратуры для напряжений 35 kV дешевле закрытых типов; достоинства: отсутствие пространственных стеснений, удобная и безопасная эксплуатя.
Автоматические и полуавтоматические Э. с. появились сперва в США, в виду ряда преимуществ начинают распространяться и в Европе несмотря на более низкую по сравнению с США зарплату. Эконвмич. преимущества: некоторые небольшие водные источники м. б. экономично использованы только при отсутствии расходов на персонал. Технические преимущества: регулярность, безопасность и надежность работы, уменьшение ремонта (меньше повреждений от ошибочных операций), повышение кпд, уменьшение капиталовложений на строительную часть (уменьшение кубатуры из-за более компактного расположения элементов оборудования), быстрота выполнения оперативных процессов (включения, выключения и прочие). Недостатки: трудность локализации аварий (в виду сложности схемы), необходимость более квалифицированного персонала (для ремонта и осмотра). На автоматических станциях все оперативные процессы по регулированию эксплуатации происходят механически, без участия человека; на полуавтоматических Э.с. только часть оперативных процессов автоматизирована, часть же операций выполняется присутствующим на Э. с. персоналом; они представляют собой промежуточный тип между автоматич. Э. с. и Э. с. с дистанционным управлением (из удаленного места, надр. с диспетчерского пункта—поста управления). Оборудование для автоматизации делится на: 1) устройства для поддержания определенного рабочего режима; сюда относятся все контролирующие схемы (при изменении нек-рого постоянного режима приходят в действие сигнальные, включающие или регулирующие механизмы, может быть не только поддерживаем какой-либо постоянный режим, но возможно регулирование какой-либо величины в закономерной зависимости от изменения другой величины, например регулирование напряжения в зависимости от нагрузки) и 2) устройства для изменения рабочих режимов (автоматический пуск и остановка вследствие импульса от руки или действием специального приспособления — поплавка, термометра, часового механизма, защитного реле; предпосылка: процессы изменения рабочего режима происходят в известной постоянной последовательности, соблюдение которой и регулируется соответствующими автоматич. устройствами). Комбинация обоих видов устройств дает полную автоматизацию Э.с.; по-луавтоматич. управление Э.с. охватывает обычно только первый вид устройств. Системы автоматического управления. 1) Управление помощью включающих валиков. Всем процессам соответствуют контакты или другие аналогичные приспособления, расположенные на валике и смещенные пространственно один относительно-другого в соответствии с заданным порядком следования процессов друг за другом; движение валика регулируется соответствующими реле, которые после завершения каждого процесса передвигают валик на один шаг дальше; особые предохранительные приспособления корректируют движение валика в случаях неправильного его функционирования. ^Зависимое управление (в порядке последовательного цикла операций). Все зависимые звенья автоматич. устройства расположены в последовательный ряд так, что к органам, от которых зависит осуществление последующих операций, ток начинает подводиться только тогда, когда правильно сработали все предыдущие органы и реле. Т. о. положение всех звень-ев—операций цикла, которые должен быть выполнены ранее,—регулируется принудительно. Эти зависимые звенья м. б. как механич. характера (конечные выключатели, то есть выключатели, действующие в конце какого-либо процесса, например в конце хода поршня, выключатели темп-рные и давления, зависимые механич. запоры, защелки, собачки и тому подобное.), так и электрич. характера в виде контролирующих реле (реле напряжения, частоты, мощности или комбинации их). Поэтому подобные схемы иногда называют цепью реле, каковое название однако не вполне отражает их сущность. Приспособление для
Таблица 2. — Мощность и выработка энергии электрических станций СССР 31/ХИ 1932 г.
Действит. сост. на 31/XII
По стоятельнью теплоцентрали—30 500, 28 коммунальных Э. с. — 205 400. 39 фабрично - заводских Э. с.—428 700. К концу 1932 г. в СССР—восемь электрических станций мощностью > 100 000 kW каждая, вырабатывавшие 30% всей продукции энергии в СССР: Днепрогэс (гидроэлектрическая) мощностью (в k Y) 310 000, Кашира (бурый уголь)—186 000, Шатура (торф)—136 000, Балахна? (торф)—158 000, Штеров-ка (штыб)—152 000, Зу-евка (штыб) — 150 000, Ленинградская V ГЭС (торф)—111 000, Московская I (нефть) — 107 500.
Участие различных сортов топлива в выработке энергии на электрических станциях СССР (к концу 1932 г.): на привозной нефти выработано“ 16,3%, на нефти, добытой на месте,—8.1%, на привозном каменном угле—14,3%, на каменном автоматич. зависимого управления распола- I угле, добытом на месте,—24,2%, на буром угле, гают обычно в непосредственной близости при- | добытом на месте,—12,1%, на торфе—25,0%,.
| Мощность и выработка энергии | 1913 | 1920 | 1928 | 1932 | По плану
ГОЭЛГО |
5-лет-нему плану на 1932* |
| I. Установленная мощность, МW а) Э. с., присоединенные к районным шинам | 250,0 | 260,3 | 626,4 | 3 079,3 | 1 750,0 | 3 200,0 ! |
| б) городские и сельские коммунальные Э. с. | 175,0 | 181,1 | 299,1 | 325,0 | 500,0 | 550,0 1 |
| в) фабричные, ш.-д. и почтовые Э. с. | 750,0 | 774,0 | 949,0 | 1 162,7 | 1 250,0 | 1 750,0 ! |
| Всего. | 1 175,0 | 1 215,4 | 1 874,5 | 4 567,0 | 3 5С0,0 | 5 500,0 |
| II. В ы р~а б о т к а энергии, млн.kWh а) Э. с., присоединенные к районным шинам. | 675,0 | 300,0 | 2 002,0 | 9 200,0 | 4 375,0 | 14 000,0 |
| б) городские и сельские коммунальные Э. с. | 325,0 | 55,0 | 730,0 | 900,0 | 1 250,0 | 1 000,0 |
| в) фабричные, ж.-д. и почтовые Э. с. | 1 500,0 | 145,0 | 2 271,0 | 2 400,0 | 3 125,0 | 7 000,0 |
| Всего. | 2 500,0 | 1
500,0 |
5 003,0 | 12 500,0 | 8 750,0 | 22 000,0 |
|
* Первоначально намеченные на 30/IX 1933 г., сильно перевыполненные цифры. | ||||||
Таблица 3.—Р а с п р е д е л е н и е электрических станций СССР по мощности (на 31/ХП 19 32 г. >
| Установленная мощность в kW | Э. с., присоединенные к районным шинам | Районные станции и самост. теплоцентрали | Коммунальные Э. С. | Фабрично-заводские Э. с. | ||||
| Число | Устан. мощн. | Число | Устан. мощн. | Число | Устан. мощн. | Число | Устан. мощн. | |
| ДоЮ ооо.. | 51 | 225 100 | 4 | 24 000 | 19 | 64 9С0 | 28 | 136 200 |
| От 10 000 » 20 000. | 18 | 237 400 | 5 | 70 100 | 7 | 91 000 | 6 | 76 300 |
| » 20 000 » 50 000. | 19 | 551 000 | 13 | 368 500 | 2 | 49 £00 | 4 | 133 000 |
| » 50 000 » 100 0С0. | 11 | 755 300 | 10 | 672 100 | — | — | 1 | 83 200 |
| Свыше loo ооо. | 8 | 1 810 500 | 8 | 1 310 500 | — | — | — | — |
| Всего. | 107 | 8 079 300 | 40 | 2 445 200 | 28 | 205 400 | 39 | 428 700 |
водимых ими в действие машин, т. к. на этих машинах находятся конечные контакты и не-электрич. реле (темп-рные, давления и т. д.).
Таблица 4.—Р а с и р е д е л е н и е более крупных электрических станций СССР по роду топлива (к концу 19 32 г.). *
| Количе | Общая | |
| ство Э. с. | мощность в kW | Примечание |
| 8 | 252 500 | На привозной нефти |
| 5 | 187 300 | » нефти, добыв, на месте |
| 36 | 519 800 | » привози, каменном угле |
| 34 | 787 900 | » каменном угле, добьп аз- |
| мом на месте | ||
| 2 | 285 000 | » буром угле, добываемом |
| на «месте | ||
| 11 | 638 000 | » торфе |
| * В 1932 г. ок. 91,5% энергии было выработано на тепловых Э. с. | ||
К концу 1932 г. (табл. 2—4) присоединено к районным шинам 107 установок: 36 районных Э. с. общей мощностью (в kvV) 2 414 700, 4 само-
лит.: Веденеев Б., Гидроэлектрич. силовые установки, Л., 1926; В е и к е р т Ф., Установки высокого напряжения, пер. с нем., 2 изд., Л., 1931; Г и н т е р Л., Тепло-электростанции, М., 1925; его же, К вопросу в“ теплофикации центрального района г. Ленинграда, Л., 1929; ГоппеФ., Проектирование небольших электрич. станций и сетей, пер. с нем., Л.,1930; ДарманчевА., Графики нагрузки и энергетич. показатели в эксплоата-ции электрич. станций, М.—Л., 1931; Дмитриев В., Электрич. силовые установки. Основы проектирования центральных электрич. станций, 4 изд., М., 1929; его Hi е, Электрич. силовые установки. Основы проектирования электрич. блок-станций и теплосиловые установки, Л., 1929; Егиазаров И., Гидроэлектрич. силовые установки, Л., 1927; К а ж и н с к и и Б., Ветросиловые установки, М.—Л., 1928; Карпов В., Ветросиловые установки, Л., 1927; КлингенбергГ., Сооружение крупных электростанций, пер. с нем., Л., 1929; Крофт Т., Электрич. станции и подстанции, пер. с англ., иод ред. В. Карпова, 3 изд., М.—Л., 1928; Л о в и н К. и Барсуков Б., Современные американские электрич. станции, М., 1927; Лютер Р., Электросиловые установки. Распределительные устройства, Л., 1926 (литогр.); Меерович, Эксплоатация центральных электрич. станций, М., 1928; М о р э П., Электрич. аппаратура,Электрическое оборудование распределительных устройств, пер. с Франц., М., 1929; Поливанов М., Районные электрич. станции и подстанции, М., 1927;П оярковМ., Центральные электрич. станции, 3 изд., М.—Л., 1933; Рот А., Техника высоких напряжений, пер. с нем., М — Л., 1930; Статистика электрич. станций за 1922—1926 гг.,.
Μ., 1928; Сушкин Η. и Глазунов А., Центральные электростанции и их электрич. оборудование, М., 1927; СЭТ, Справ, книга для электротехников, т. 2, Л., 1931; Т а н е р-Т аненбаумМ., Использование отработавшего тепла, М., 1925; ТейхмюллерИ., Коммутационные схемы электроустановок сильного тока, пер. с нем., Л., 1929; Ф а у л ь Ф., Справ, по электротехнике, лер. с англ., т. 3, Л., 1929; Фентеклюз А., Ветродвигатели, Л., 1927;×олль П. идр., Расчет и проектирование гидросиловых установок, пер. с нем., М., 1929; Шифринсон Б., Теплофикация городов, М., 1929; Skirl W., Приборы и схемы для параллельного включения машин переменного тока, пер. с нем., под ред. В. Ха-щинского, Л., 1926;ГоловВ., Опыт централизованного наблюдения за эксплуатей основной электрич. системы «Электротока», «Изв. Электротока», Л., 1928; П о-ярков М., Снабжение переменным током установок для -обслуживания собственных нужд силовых станций, «Тепло и Сила», М., 1928, 1; ХащинскийВ., Централизованное управление работой соединенных параллельно сетей, «Электричество», М.—Л., 1926, 11, стр. 464; е г о ж е, Знаменательные события в истории развития и кана-.лизации электрич. энергии за последние полвека, там .же, 1930, Юбилейный выпуск, стр. 86; Barth F., Wahl, Projektierung u. Betrieb von Kraftanlagen, 4 Aufl., B., 1925; D r ο n i n F., Centrales 61ectriques, P., 1928; F о w-1 e F., Standard Handbook for Electr. Engineers, 6 ed., N. Y., 1933; К у s e r H., Die el. Kraftubertragung, B. 3, 2 Aufl., B., 1929; L a g r ο n L., Appareillage 61ectrique, P., 1930; M h r g о 1 i s A., Grundlagen der Stadteheizung, B., 1927; Mauduit A., Installations electriques a haute «et basse tension, P., 1926; M о r r о w e L., Electric Power Stations, N. Y., 1927; Munk P., Tarife fiir den Verkauf el. Arbeit, B., 1927; Niethammer F., Schaltanla-gen in el. Betrieben, В. 1, 2·, B., 1920, 1926; Pend e r H., Handbook for el. Engineers, 2 ed., N. Y., 1922; Rush-more D. a. Lof E., Hydroelectric Power Stations, N. Y., 1927; RzihaE.u. Seidener J., Starkstrom-technik, Taschenbuch fiir Elektrotechniker, 7 Aufl., B. 2, B., 1931; Sanderson A., Electr. System Handbook, N. Y., 1930; SchonbergA. u. Clunk E., Landes Elektrizitatswerke, Mch. u. B., 1926; Schupp E., Elektr. Schaltzeng Siemens-Handbiicher, B. 3, B., 1927; Stre-c k e r K., Hilfsbuch fiir die Elektrotechnik, 10 Auflage, B., 1925; T i t z e F., Die elektr. Einrichtungen fiir
«den Eigenbedarf grosser Kraftwerke, BerLn, 1927; Vel-lard L., Stations centrales et sous-stations, Paris, 1925. В. Хащ1нск.й.
Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), теплосиловая установка для комбинированной выработки электрич. и тепловой энергии. Производство электрич. энергии несмотря на внешне громадное развитие техники тепловых электрич. станций—грандиозные Э. с., мощные турбинные и .котельные агрегаты, высокие параметры пара, .далеко проведенную автоматизацию и централизацию процессов—является одним из наименее экономичных технологических процессов, использующим сырье—топливо с исключительно низким кпд. Кпд современных отдельных наилучших центральных Э. с. едва достигает 25%, опускаясь в среднем до 12—16%. Низкий кпд выработки электрич. энергии является следствием низкого коэфициента полезного действия самого теоретического процесса, который в идеальном случае не превосходит 30—40%.
Теоретич. процесс выработки электрич. энергии из тепловой энергии водяного пара представлен на температурно-энтрной диаграмме (Т^-диаграмма, фигура 19). По линии А Б идет процесс подогрева воды, БВ—процесс испарения, ВГ—процесс перегрева пара. Площадь диаграммы АВВГЕЛ между двумя крайними ординатами, осью абсцисс и линией процесса получения пара дает в масштабе количество тепла, затраченное на получение пара из воды при t°, определяемой точкой А. Расширение в паровом двигателе (турбине) при идеальном теоретич. процессе идет по адиабате ГД и затем по линии ДА пар, по выходе из турбины, конденсируется в воду. Из точки А цикл повторяется. При конденсации пара все тепло, в .масштабе равное площади диаграммы А ДЕЛ, передается холодному телу—охлаждающей воде—и теряется. В случае действительного теоретич. процесса расширение политропическое идет по линии ГД и затем конденсация—по линии ДА. Очевидно, что в этом случае с охлаждающей водой теряется большое количество тепла, определяемое в масштабе площадью АДКЛ. На выработку электрич. (механической) энергии в идеальном случае используется количество тепла, определяемое в масштабе площадью АБВГДА и обозначенное буквой w. При политропич. процессе потери тепла больше на площадь ДДЕЕ (в масштабе) и поэтому на эту величину меньше количество тепла, используемое на выработку электрич. энергии. Как показывает диаграмма, теоретич. цикл
использования тепловой энергии для выработки электрической имеет весьма низкий кпд. На выработку электрич. энергии не м. б. использовано все тепло низкого потенциала—площадь ниже 0°С на Т£-диаграмме, и м. б. использована лишь часть тепла только высокого потенциала. Совершенно иное положение с использованием тепловой энергии на тепловое потребление. Процесс получения пара низких параметров для теплового потребления идет по линии АД (фигура 20). Площадь АД ЕЛ дает в масштабе количество тепла, затраченное на получение пара. Тепловое потребление осуществляется путем отнятия тепла от пара и его конденсации по линии АД с использованием на тепловое потребление количества тепла, определяемое площадью АД ЕЛ и обозначенное буквой
q. Кпд идеального теоретич. процесса теплового потребления равен 100%, причем используется полностью тепло низкого потенциала и почти не требуется тепло высокого потенциала. Действительный теоретический процесс идет аналогично. Противоположные свойства обоих процессов использования тепловой энергии, заключающиеся в том, что при выработке электрич. энергии используется тепло только высокого потенциала, невозможность использования тепла низкого потенциала и теплового потребления, использование тепла относительно низкого потенциала и отсутствие необходимости в тепле высокого потенциала позволяют осуществить комбинированный процесс выработки электрич. энергии на тепловом потреблении. В Т&-диаграмме этот процесс протекает т. о.: по линии АБВГ (фигура 21) идет процесс получения пара, по линии ГД—расширение пара в турбине“ по линии ДА—тепловое потребление с одновременной конденсацией пара в воду. Площадь АВВГД определяет в масштабе количество тепловой энергии, использованной
Фигура 21.
для получения электрич. энергии, площадь А ДЕЛ—количество тепловой энергии, использованной для теплового потребления. Затраченное количество тепловой энергии равно сумме этих площадей (АБВГКЛ), следовательно общий кпд комбинированного процесса равен 100%. Так как кпд отдельного процесса теплового потребления также равен 100%, то комбинированный процесс, не увеличивая кпд процесса теплового потребления, повышает кпд выработки электрич. энергии до 100%. В случае действительного теоретич. процесса на тепловое потребление используется площадь АДЕЛ, а на выработку электрич. энергии площадь АБВГД — ДДЕЕ. И в этом случае общий кпд процесса равен 100%. АДКЛ + -f АБВГД- ДДЕЕ^АБВГДЕЛ, то есть отклонения от идеального теоретич. процесса не уменьшают кпд.
Использование теплового потребления для выработки электрич. энергии в комбинированном процессе с теоретич. кпд, равным 100%, предбтавляет энергетич. содержание теплофикации и ее исключительное совершенство и определяет задачу ТЭЦ. Возможность достижения исключительно высокого кпд выработки электрич. энергии на тепловом потреблении ставит задачу максимального использования теплового потребления для этой цели, то есть возможно полной централизации теплоснабжения от мощных ТЭЦ и получения возможно большего количества электрич. энергии на единицу теплового потребления. На долю ТЭЦ падает задача получения максимального количества электрич. энергии на тепловом потреблении. При заданных характером потребления параметрах тепловой энергии, отпускаемой со станции (ТЭЦ), количество электрич. энергии, полученной на единицу теплового потребления, зависит при прочих равных условиях гл. обр. от начальных параметров пара (Г и давления). Располагаемые адиабатич. тепл опадения растут по мере повышения начального давления как относительно, так и абсолютно. При низких относительно начальных давлениях больший эффект дает повышение давления, а при
Таблица 5. — Действительные используемые теплой адения, Cal/яг.
| Нач. | Конеч. дав л., at(a) |
Температура | ||||||
| дав л., at(a) | 300° | 350° | 400° | 450° | 500° | 550° | ||
| 1 | 0,04 | 198 | 213 | 228 | 245 | 262 | 280 | |
| ос J | 1,2 | 113 | 123 | 134 | 147 | 160 | 174 | |
| ύΟ < | 8,0 | 49 | 56 | 62 | 68 | 74 | 80 | |
| 12,0 | 33 | 37 | 41 | 46 | 50 | 54 | ||
| 1,04 | 202 | 221 | 237 | 254 | 273 | 292 | ||
| 50 | 1,2 | 126 | 199 | 152 | 165 | 180 | 197 | |
| эи с | 8,0 | 69 | 78 | 88 | 97 | 107 | 116 | |
| 1 | 12,0 | 55 | 64 | 71 | 79 | 87 | 95 | |
| I | 0,04 | 196 | 218 | 239 | 257 | 276 | 299 ^ | |
| 75 | 1,2 | 126 | 143 | If 8 | 173 | 188 | 203 | |
| 75 ) | 8,0 | 75 | 87 | 98 | 109 | 121 | 133 | |
| 12,0 | 63 | 74 | 83 | 93 | 103 | 104 | ||
| 1 | 0,04 | — | 213 | 236 | 256 | 276 | 296 | |
| i ΛΑ | 1,2 | _ | 142 | 159 | 176 | 191 | 207 | |
| Xl/v < | 3,0 | _ | 90 | 202 | 116 | 128 | 140 | |
| l | 12,0 | _ | 77 | 89 | 100 | 111 | 123 | |
| 1 | 0,04 | — | 203 | 231 | 256 | 274 | 294 | |
| 19 к * | 1,2 | — | 137 | 158 | 176 | 192 | 208 | |
| ΙώΟ ν | 8,0 | *— | 89 | 104 | 118 | 131 | 145 | |
| I | 12,0 | 77 | 91 | 104 | 117 | 129, | ||
*1 Без промежуточного перегрева.
Примечание. В табл. 5 и ниже приняты следующие обозначения: at(a) — абсолютная атмосфера,
at(i)— избыточная атмосфера. более высоких начальных давлениях—повышение t°. Это остается справедливым и для действительного процесса (табл. 5).
Влияние начальных и конечных параметров на выработку электрич. энергии видно из табл. 6, где дано количество вырабатываемой электрич. энергии на 1 MCal уходящего из турбины пара.
Таблица 6. — Количество э л е к т р и ч. энергии, вырабатываемое на 1 MCal тепла уходящего из турбины пара, в kWh/MCal.
| Нач. давл.,
at(a) | Конечн. давл.,
at(a) |
Темпе] | з а т | ура | |||
| В0о° | 350° | 400° | 450° | 500° | 550° | ||
| i | 0,04 | 415 | 436 | 455 | 484 | 510 | 548 |
| 1,2 | 203 | 216 | 232 | 247 | 263 | 282 | |
| 25 ч | 8,0 | 80 | 88 | 95 | 102 | 108 | 114 |
| 1 | 12,0 | 53 | 57 | 61 | 66 | 71 | 76 |
| 1 | 0,04 | 445 | 460 | 490 | 517 | 546 | 578 |
| 50 < | 1,2 | 242 | 255 | 271 | 288 | 307 | 327 |
| 8,0 | 126 | 130 | 142 | 153 | 164 | 176 | |
| 1 | 12,0 | 93 | 104 | 112 | 125 | 131 | 138 |
| 1 | 0,04 | 455 | 477 | 506 | 533 | 562 | 605 |
| 75 ) | 1,2 | 254 | 272 | 291 | 309 | 329 | 349 |
| 8,0 | 188 | 151 | 163 | 177 | 191 | 206 | |
| 1 | 12,0 | 114 | 126 | 137 | 147 | 159 | 172 |
| i | 0,04 | — | 482 | 508 | 537 | 567 | 606 |
| 1,2 | — | 280 | 298 | 320 | 339 | 361 | |
| 100 | 8,0 | — | 163 | 175 | 192 | 267 | 221 |
| 12,0 | — | 136 | 148 | 160 | 174 | 189 | |
| 0,04 | — | 475 | 505 | £33 | 564 | 602 | |
| 1,2 | — | 281 | 303 | 326 | 345 | 364 | |
| 125 | 8,0 | — | 168 | 182 | 199 | 214 | 227 |
| 1 | 12,0 | — | 142 | 157 | 169 | 187 | 201 |
Повышение начальных параметров, как показывают эти данные, имеет тем большее значение, чем выше конечные параметры, то есть гораздо важнее для выработки электрической энергии на тепловом потреблении (ТЭЦ), чем конденсационным способом (конденсационные Э. с.). Существенно также, что повышение начальной i° для более высоких давлений является более выгодным и в свою очередь делает более целесообразным повышение давления. Наконец эти же данные показывают, что большую роль играет также понижение конечных параметров, то есть параметров теплового потребления. Характер использования тепловой энергии и различие требуемых для этого потенциалов (начальные давления и темп-ры) при внесении некоторой диференциации в градации потенциала тепловой энергии позволяют осуществить классификацию теплосиловых станций в соответствии с использованием тепловой энергии.-Тепловая энергия наиболее высокого потенциала используется для выработки электрич. энергии (ниже обозначается буквой W). На тепловое потребление используется тепловая энергия обычно двух различных потенциалов: более высокого—на технологии, цели, в виде пара, обозначаемого далее буквой D, и более низкого—на цели отопления и бытовые нужды, обозначаемого буквой Q. Точная цифровая величина каждой градации потенциала не м. б. дана, т. к. она колеблется в довольно широких пределах: так, для выработки электрич. энергии в настоящее время используется пар в среднем при давлении 30—60 at(a) и t0 перегрева 425—4.5°, поднимаясь значительно выше и опускаясь ниже этих величин; на технологии, нужды потребляется пар в пределах 3—10 at(a), также поднимаясь выше и опускаясь ниже этих пределов, и наконец на цели отопления применяется пар ок. 1,2 at(a). Хотя между этими градациями потенциалов и нет резких границ и они соприкасаются, однако в общем случае W » D » Q.
Возможные типы теплосиловых станций определяются использованием той или иной градации потенциалов или их совокупности. Все возможные комбинации использования таковы: Ж + D+Q. (I)
W + D; W+Q; [D + Q]· (П)
W; [D]; [Q]. (Ш)
Первая группа W + D + Q определяет районную ТЭЦ, обслуживающую электрич. и тепловое потребление (двух видов: технологическое—обычно пар—и отопление—обычно горячая вода) целого района. Этот тип энергетич. установки является наиболее совершенным, т. к. удовлетворяет электрич. и тепловое потребление целого района, обладая при этом в технич. отношении всеми преимуществами мощных Э. с. Во второй группе первая установка W+D определяет т. н. фабрично-заводскую ТЭЦ, обслуживающую обычно одно фабрично-заводское предприятие электрич. энергией и паром для технология. целей. Вторая установка второй группы W + Q соответствует т. н. коммунальной ТЭЦ, удовлетворяющей электрич. потребление и тепловое на цели отопления и бытовые нужды крупного населенного пункта. Третья установка второй группы [D + Q] не является теплосиловой установкой в прямом смысле, т. к. отдает лишь тепловую энергию двух видов. Эта установка определяет весьма часто встречающуюся в США центральную котельную для районного теплоснабжения. Первая установка третьей группы W определяет конденсационную Э. с. Вторая и третья установки третьей группы также не являются теплосиловыми станциями в обычном смысле и представляют: одна фабрично-заводскую котельную [D], а другая—домовую отопительную котельную [Q], Все перечисленные типы в действительности не являются обычно установками вполне чистого типа, отпускающими только тот вид энергии, к-рый указан, и не имеют вполне резких границ, однако именно эти виды энергии, или градации использования потенциала тепловой энергии, являются преобладающими и определяют режим работы, тип и даже конструктивное оформление станции. Так, фабрично-заводская ТЭЦ почти всегда снабжает ф-ку или з-д теплом для целей отопления, однако определяющим реяшм работы и тип станции является удовлетворение электрич. и теплового потребления для технология, целей. Конденсационная Э. с. часто снабжает теплом для целей отопления помимо самой станции также рабочий по селок при ней, отнюдь не превращаясь этим в ТЭЦ, ибо и режим работ, и конструктивное выполнение, и определяющий способ производства электрич. энергии соответствуют конденсационной Э. с. Тип станции определяется количественными соотношениями использования потенциалов тепловой энергии, и установка какого-либо вида может перейти в следующий более высокий тип станции, если количественное нарастание использования потенциала тепловой энергии какой-либо градации достигнет такой величины ее, при которой вся станция и режим ее работ будут определяться также и использованием этой градации потенциала. Так, фабрично-заводская ТЭЦ W + В путем охвата теплового потребления окружающего района— добавления Q—может постепенно превратиться в районную ТЭЦ Q и т. д. Развитие энергетики дает многочисленные примеры таких постепенных превращений станций одного типа в станции другого более совершенного. Приведенная классификация отвечает также в основном история, развитью энергетики. Первый этап определялся существованием отдельных Э. с. (или станций для выработки механич. энергии) и отдельных установок для удовлетворения теплового потребления Ώ и Q. По мере развития энергетики стали появляться наряду с первыми также фабрично-заводские и коммунальные ТЭЦ ТГ + П и W+Q, являющиеся уже более совершенными энергетич. установками, а также центральные котельные D + Q. Наконец последний период развития энергетики СССР знаменуется появлением наиболее совершенного типа энергетич. установок—районных ТЭЦ W + D + Q. Историческое для развития энергетики СССР постановление июньского пленума 1931 г. ЦК ВКП(б) учло исключительные технич. и технико-экономич. совершенства районных ТЭЦ: «ЦК считает, что в дальнейшем плане электрификации страны должен быть во всем объёме учтена задача развернутого строительства мощных ТЭЦ в крупных индустриальных центрах как старых (Москва, Ленинград, Харьков и т. д.), так и новых (Свердловск, Челябинск и т. д.)». Итак наиболее совершенной установкой является районная ТЭЦ, удовлетворяющая электрич. и тепловое потребление двух видов (пар и горячая вода) целого района.
Характер (тип) станции и тип турбинных агрегатов, детали тепловой схемы определяются характером электрич. и теплового потребления районов. Потребление тепловой энергии на тех-
Таблица 7.—Число дней с средней суточной t° по Москве.
| Темп-ра наружного воздуха | Ян варь | Фев раль | Март | Апрель | Май | ‘ Июнь | Июль | Ав густ | Сен тябрь
I |
Ок тябрь | Но ябрь | Де кабрь | Всего |
| - 89,9 -35,0° | 0,03 | J 0,03 | 0,03 | ||||||||||
| - 84,9-:- -30,0° | 0,4 | — | — | _ | _ | _ | __ | — | 0,0 | 0,43 | |||
| - 29,4 4- -25,0° | 1,2 | I 0,3 | — | — | — | — | _ | _ | _ | _ | 0,1 | 0,9 | 2,5 |
| - 24,9 ч- -20,0° | 2,6 | 1,2 | 0,3 | — | j | — | _ | __ | _ | _ | 0,1 | 1,2 | 5,4 |
| - 19,9 -f- -15,0° | 4,8 | 4,0 | 1,5 | — | — 1 | — | _ | _ | _ | _ | 0,6 | 2,9 | 13,8 |
| - 14,9 -f- -10,0° | 6,4 | 6,5 | з;7 | — | — | — | _ | _ | _ | 0,2 | 2,4 | 4,9 | 24,1 |
| - 9,9 -f- - 5,0° | 6,9 | 7,9 | 8,8 | 0,7 | — | — | _ | _ | _ | 0,8 | 5,6 | 7,9 | 38,6 |
| - 4,9-:- 0 ° | 6,6 | 6,5 | 9,8 | 5,7 | 0,1 | — | _ | 0,2 | 5,6 | 11,0 | 9,2 | 54,7 | |
| 0,1 -f- 5,0° | 2,1 | 1,8 | 6,8 | 13,4 | 2,0 | 0,1 | _ | _ | 3,1 | 12,0 | 9,0 | 3,7 | 54,0 |
| 5,1ч- 10,0° | 0,2 | 7,1 | 7,5 | 2,8 | 0,1 | 1,4 | 11,8 | 9,6 | 1,2 | 0,03 | 41,73 | ||
| ю,1ч- 15,0° | — | — | — | 3,0 | 10,9 | 8,9 | 5,4 | 12,5 | И,3 | 2,7 | — | 54,7 | |
| 15,1ч- 20,0° | — | — | — | 0,1 | 7,9 | 12,7 | 15,4 | 12,5 | 3,3 | 0,1 | __ | — | 52,0 |
| 20,14- 25,0° | — | — | — | — | 1,7 | 5,4 | 9,3 | 4,4 | 0,2 | _ | __ | — | 21,0 |
| 25,1ч- 30,0° | — | 0,03 | ! 0,1
1 1 |
0,8 | 0,2 | — | ~ I | — | — | 1,13 | |||
| Средняя t° | -10,8 | - 9,1 | - 4,8 | + 8,4 | j
1 |
- | - | - | + 8,7 | - 2,5 | -8,0 | 1
1 - ! | |
нологич. цели является постоянным в течение года и имеет суточный график с значительными колебаниями нагрузки при наличии одно-, двух- и трехсменных предприятий с сильным понижением нагрузки ночью, с двумя максимумами: утренним ок. 10 ч. и послеобеденным ок. 13—14 ч. Число часов использования максимума потребления составляет в год 4 000—6 000 в зависимости от сменности работы предприятий района. Потребление на цели отопления определяется только метеорологии, условиями и зависит линейно от t° наружного воздуха. Насколько случайными и изменчивыми являются метеорологии, условия, настолько же переменным является и потребление тепловой энергии на цели отопления. В табл. 7 приведены данные о средней длительности стояния t° наружного * воздуха за период около 100 лет по Москве.
Данные табл. 7 показывают, что средние месячные t° наружного воздуха, по которым обычно принято определять расход тепла на цели отопления, в действительности соответствуют громадному диапазону t° с различной продолжительностью их стояния и соответствующему этим t° расходу тепла на цели отопления. Помимо этого средние месячные t° за различные годы сильно колеблются, как показывает табл. 8,
Таблица 8.— Повторяемость (число лет) средних месячных ί°.
| I |
Средняя 4° | |||||||||
| Месяцы | -20 | -18 | -16 | -14 | -32 | -10 | -8 | -6 | -4 | -2 |
| 1 | -18 | -16 | -14 | -12 | -10 | - 8 | -6 | -4 | -2 | -0 |
| 1
J Ноябрь. |
1 | 10 | 18 | 27 | 23 | |||||
| Декабрь. | 1 | 2 | 5 | 10 | 12 | 10 | 15 | 22 | 18 | 2 |
| 1 Январь. | 4 | 4 | 10 | 10 | 20 | 17 | 17 | 5 | 3 | — |
| Февраль. | 1 | — | 7 | 12 | 19 | 15 | 18 | 12 | 2 | 2 |
| Март. | — | — | 1 | 10 | 15 | 29 | 18 | 14 | ||
в которой даны числа лет, имеющих ту или иную среднюю t° данного месяца (Г доведена до 0°). Т. о. тепловое потребление на цели отопления является весьма неустойчивым, зависящим от случайных метеорологии, условий, и не м. б. определено сколько-нибудь точно заранее. Расход тепла на отопление имеет сезонный характер и изменяется от нуля до максимума. Суточный график расхода тепла на цели отопления имеет весьма ровный характер. Число часов использования максимума в год составляет ок. 2 500—2 600 в год," при длительности отопительного сезона для средней полосы Европ. части СССР ок.5 000 ч. В более северных и восточных областях СССР с более суровым климатом длительность отопительного сезона повышается так же, как и величина максимума потребления. Расход тепла на бытовые нужды пока составляет относительно небольшую величину, не определяющую характера суммарного теплового потребления.
Потребление электрич. энергии разбивается также на три части—технологическое, бытовое и осветительное. Первые два имеют характеристики, совпадающие с соответствующим потреблением тепловой энергии. Потребление электроэнергии на цели освещения связано тесно с периодами восхода и захода солнца и незначительно с метеорологии, условиями (облачность). Это потребление резко переменно как в течение суток, так и в течение года. Зимой, когда освещение начинается рано и совпадает со временем работ всех предприятий, имеет место и абсо-
I лютный максимум потребления на освещение и i максимум суммарного потребления электрич.
1 энергии. Это совпадение создает пиковый ха-I рактер зимнего графика и имеет место в период ! между 16 и 19 ч. Летом осветительная нагрузка начинается значительно позже 21—23ч., совпадает с ночной нагрузкой на технологии, цели I и меньше по величине. Сочетание суммарной. электрич. с суммарной тепловой нагрузкой вследствие изменчивого потребления тепловой энергии на цели отопления неопределенно. Го-; довые максимумы электрич. и тепловой нагруз-1 ки не совпадают. Максимум электрич. нагрузки падает на декабрь, тепловой—на январь—февраль. Также не совпадают суточные максимумы:
| i | % | ||||||||||
| — | 1, | ч | О | ||||||||
| _ γλ | |||||||||||
| 1 1 | /; | ч | |||||||||
| —. | 1 1 | iу | _Г± | V | Vw_ | ||||||
| ττι | г | г /г | |||||||||
| ll
f 1 |
А | !У | Т | ft | |||||||
| ’ 1 1
1 |
1 | V | |||||||||
| [ | 1 | 1 | 1 | ||||||||
| N | 1
1 1 |
г | ч | ||||||||
| 1
1 | 1 | ч 1 | ш! | ||||||||
| г
I |
|||||||||||
|
N |
T
1 |
||||||||||
| 1
1 |
|||||||||||
| 1 | — |
, Суммарный злентри-1 чесний графин jj Графин станции “ П или По т Графин станции Нпри Ш Z=0536MWh/un„, | |||||||||
| L | 1 " | ||||||||||
| ц | |||||||||||
| — | ^-
λι |
Li |
т Графин станции Нпри 1V Z= 0,894мт/MCal |
||||||||
|
Ноэфициент заполнения в % | |||||||||||
| V
А |
1— |
/77 Ш 54 П 90 IV 68 | |||||||||
0 2 4 6 8 10 12 14 Ю 18 20 22 24
Часы
Фигура 22.
максимум электрич. нагрузки падает зимой на период 16—19 ч., летом 22—23 ч., максимум тепловой на 9—10 ч. и 13—14 ч. зимой и летом. Этот характер теплового и электрич. потребления определяет целесообразный тип ТЭЦ. ТЭЦ м. б. осуществлена двух типов: либо с выработкой электрич. энергии только на тепловом потреблении (данного района) или помимо выработки на тепловом потреблении также с выработкой части электрич. энергии конденсационным путем. Первый тип м. б. назван противо-давленческой ТЭЦ (П), второй—ТЭЦ с конденсационной частью (КО). При осуществлении ТЭЦ в виде противодавленческой станции ее электрич. мощность вследствие переменного режима теплового потребления на цели отопления также является переменной величиной, и лишь нек-рая часть установленной мощности м. б. надежно гарантирована (возможный мини-
мум тепловой нагрузки). Возможный максимум ее мощности как правило не совпадает ни во времени года ни, что особенно важно, во времени суток с максимумом электрич. нагрузки. Вследствие указанного электрич. потребление района должно покрываться помимо данной ТЭЦ также конденсационной станцией, имеющей добавочную мощность,резервирующую всю разницу между максимумом мощности проти-водавленческой ТЭЦ и возможным минимумом ее рабочей мощности при пониженной нагрузке на отопление в периоды суточных максимумов электрич. нагрузки. Влияние несовпадения суточных графиков видно на фигуре 22 для зимнего при t° —15° и летнего дня на фигуре 23. На фигуре 22 и 23 Z=3/Q, где Э—вырабатываемая электроэнергия в kWh, Q—вырабатываемая тепловая
Фигура 23.
энергия в MCal. Коэф. использования максимума конденсационной мощности при этом (равный коэф-ту заполнения графика) зимой низок, мощность доходит до нуля или до очень малой величины. Летом благодаря несовпадению максимумов использование максимума (использование оборудования) каждой из двух станций значительно ниже суммарного. Каждая из станций должен быть рассчитана на максимум соответствующей нагрузки, и в результате значительная часть установленной мощности как турбинной, так и котельной, то есть всей станции, дублируется. При осуществлении же одной ТЭЦ с конден-сационнойчастью котельная и турбинная мощности м. б. рассчитаны лишь на совмещенный максимум электрич. и тепловой нагрузки; уста новленная мощность получается гораздо меньше. Излишняя установленная мощность станции в первом случае на 30—60% больше (в зависимости от доли теплового потребления на цели отопления), чем при осуществлении одной ТЭЦ с конденсационной частью, с соответствующим увеличением всех затрат на сооружение. Как показывают приведенные графики (фигура 22 и 23), режим конденсационных станций получается весьма тяжелый, с резкими колебаниями нагрузки, что делает работу их менее надежной и экономичной. Перерасход топлива в первом случае (две станции) на 6—10%, при прочих равных условиях, превосходит таковой для случая одной станции. В отдельных случаях ТЭЦ с конденсационной частью могут являться источником наиболее экономичной и совершенной пиковой мощности. Котельная ТЭЦ рассчитывается на возможную максимальную тепловую нагрузку, которая длится весьма малое число часов в году и имеет поэтому, за редким исключением, весьма значительный резерв. Не исключена возможность при благоприятных условиях прекращения отопления на несколько часов (3—4) в сутки без заметного понижения t° внутри помещений. В этом случае освободившаяся часть пара м. б. расширена в турбинах до конденсатора и дать значительную добавочную мощность порядка 20—25% от мощности ТЭЦ. Эта пиковая мощность может быть т. о. получена без добавочного котельного оборудования при наиболее удовлетворительном режиме работы котельной (без растопки котлов, без затраты мазута, как это обычно бывает на пиковых конденсационных станциях). Т. о. наиболее рациональным типом является ТЭЦ с конденсационной частью.
Тепловая схема ТЭЦ определяется типом станции (конденсационная часть), типом турбинных агрегатов и деталями тепловой схемы (способ отдачи тепла, водоприготовление, регенерация и т. д.). Все существующие типы турбинных агрегатов м. б. разделены на три основные группы: конденсационные (К-турбины), противодавленческие (П-турбины) и конденсационные с отбором пара (КО-турбины) в зависимости от их энергетич. характеристики. К-турбины могут удовлетворять только электрич. потребление и потому одни эти турбины не могут обслуживать все электрич. и тепловое потребление района. П-турбины могут удовлетворять тепловое потребление и давать электрич. мощность только в количестве, определяемом тепловой нагрузкой, а потому они также одни не могут обслуживать все электрич. и тепловое потребление района. Наконец КО-турбины могут независимо удовлетворять электрич. (конденсационная часть) и тепловое (отбор) потребление, а потому в состоянии одни обслужить все электрич“. и тепловое потребление районов. Все различные виды турбин по своим энергетич. характеристикам принадлежат к одному из указанных трех типов. Так например, турбина с противодавлением и промежуточным отбором (ПО-турбина) имеет характеристику противо-давленческой турбины (удовлетворение теплового потребления и мощность, определяемая трлько тепловой нагрузкой). Т. н. турбина с ухудшенным вакуумом имеет характеристику противодавленческой турбины с противодавлением ниже атмосферного тогда, когда она удовлетворяет тепловое потребление, и характеристику конденсационной турбины тогда, когда тепловое потребление этой турбиной не удовлетворяется. Турбина двойного давления с впуском пара в промежуточную ступень является конденсационной турбиной с полной ее характеристикой. Потребность в тепле двух параметров (двух потенциалов) на технология. потребление и отопление позволяет осуществить удовлетворение электрич. и тепловой энергии обоих видов с полным их использованием КО-турбиной с двумя регулируемыми отборами пара, или, как ее можно обозначить, К20-тур-
ТипН+ПО
Тип Н+П
50
к
25W
к
Фигура 24.
биной. Для покрытия теплового потребления П-(или ПО-)турбинами приходится осуществлять конденсационную часть в виде К-турбин. Для удовлетворения заданного электрич. и теплового потребления возможны весьма различные комбинации турбинных агрегатов, в основном разбивающиеся на группы КО, КО+ПО, КО + П, К + ПО и К + П, где отдельные турбины могут входить в различных сочетаниях (фигура 24). Обозначая цифрой вверху начальное давление, внизу конечное и принимая условно давление пара для технология, потребления в 10 at(a), а на отопление в 1,2 at(a), можно легко перечислить все или ряд возможных комбинаций какой-либо группы турбинных агрегатов. Так, группа К + П допускает следующие варианты:
ПГо+1С+ К1’2 п“0 + и % + к10 пГо + п + кн
; + К1’3
пГо + пГ.
nfo + п"2 + к1 пД + п“2 + кы
Все группы КО + ПО, КО + П и К + ПО представляют собой двухвальные агрегаты, т. к. требуют обязательно два различных типа турбин для удовлетворения электрического и двух видов теплового потребления; вся группа К + П содержит три типа турбин, то есть представляет трехвальные агрегаты. Группа КО может состоять либо из одного типа турбин—одноваль-ных К20 либо из двух типов—одного с отбором для технология, целей и другого для целей отопления. Установленная мощность станции получается тем больше, чем больше число валов; каждый лишний вал увеличивает установленную мощность на 20—40%. Размеры конденсационных устройств больше в вариантах с К-турбинами, чем с КО-турбинами. Наименьшую установленную мощность имеет одноваль-ный тип КО-турбин (К20). Установленная мощность растет в порядке последовательности групп КО, КО + ПО,КО+П,К + ПО, К + П.В этом же порядке располагаются турбинные агрегаты по экономичности (расходу топлива); наилучшим является тип КО, затем остальные. Одновальные КО-турбины (тип К20) дают наименьшее число установленных турбин, од
50UW
нотипных и взаимозаменяемых, что является наиболее удобным с точки зрения эксплуатации (ремонты, резерв, обслуживание и т. д.), дает возможность полного секционирования, наибольшую простоту тепловой схемы и надежность работы, полное внутреннее резервирование, наиболее удобный режим работы с независимым удовлетворением электрич. и теплового потребления, единый аварийный и ремонтный, электрический и тепловой резерв системы. Благодаря возможности перераспределять в широких пределах нагрузку между обоими отборами (для технология, целей и отопления) возможные ошибки проектных предположений в потребных количествах пара обоих паг-раметров не приносят затруднений в эксплуатации. Сооружение ТЭЦ по очередям м. б. осуществлено без затруднений и без установки излишней мощности первых очередей и т. д. Все это делает К20-турбины наиболее совершенным типом турбинных агрегатов для ТЭЦ. Временный стандарт турбин (Главэнерго) содержит поэтому только группу^ КО-турбин (типы КО и К20).
Наиболее существенным вопросом для ТЭЦ являются способ отдачи тепла со станции и водоподготовка. Снабжение потребителей паром связано с большими потерями конденсата и с его частичным загрязнением. Качество питательной воды для котлов является важнейшим элементом надежной эксплуатации, что для ТЭЦ связано со способом возмещения потерь конденсата. Это приводило к тому, что в первый период проектирования и строительства мощных ТЭЦ удовлетворение тепловых потребителей часто осуществлялось путемотдачи вторичного пара из паропреобразователей. Этому способствовало и то, что котлы повышенного [ок. 25—30 at(a)] и высокого [ок. 60—100 at(a)] давления ранее считали возможным питать только чистым конденсатом. Развитие техники химия, водоочистки и обработки котловой воды сделало вполне надежным питание с большим % добавления химически очищенной воды современных мощных котлов высокой производительности до давлений порядка 60—?0 at(i). Большие осложнения эксплуатации при наличии паропреобразователей (что не освобождало от необходимости иметь химия, водоочистку для питания паропреобразователей и химия, обработку котловой воды), высокая их стоимость и уменьшение экономичности (на 4—6%), вследствие необходимости брать из турбины отборы повышенного давления, привели к тому, что современные ТЭЦ проектируются и строятся без паропреобразователей с возмещением потерь химически очищенной водой. Потребление на цели отопления удовлетворяется обычно горячей водой. Темп-pa подогрева воды достигает в наиболее холодное время t° порядка 125—135°, опускаясь в зависимости от t° наружного воздуха до 60—80° (при качественном регулировании), либо поддерживается всегда в пределах 90—100° (при количественном регулировании). При более распространенном качественном регулировании подогрев воды ведется в двух последовательных подогревателях, или, как их принято называть несмотря на совершенное несоответствие, бойлерах (boiler—по-англий-
ски—паровой котел): основном и пиковом. Весь подогрев ведется нормально в основном подогревателе; при необходимости получать наиболее высокую темп-ру вода догревается в пиковом. Такое решение является наиболее целесообразным для ТЭЦ. Подогрев воды до 135° требует пара давлением не ниже 4 at(a). Изменение давления отбора возможно в довольно ограниченных пределах порядка ± 0,5-У + 1,0. Поэтому при подогреве воды паром из одного отбора пришлось бы его иметь порядкаЗ^ + О^ at(a)-у 3,0 + 1,0 at(a). Вместе с тем наиболее низкие t° (табл. 7) длятся весьма короткий период. Все остальное время подогрев воды требуется до значительно более низких t° и использование отбора более низкого давления дает значительное увеличение выработки на тепловом потреблении. С другой стороны, при t° горячей воды ниже 95—100° можно было бы употреблять для подогрева воды пар давлениеы ниже атмосферного. Однако это привело бы к необходимости иметь на подогревателях отсасывающие воздух устройства, могло бы привести к проникновению в конденсат пара воз-
лает наиболее правильным выбор временным стандартом Главэнерго давления отбора пара для подогрева воды в 1,2 at(a) с возможностью перестановки его до 2,5 at(a). Догрев воды до наиболее высоких t° (125—135°) целесообразно производить паром из отбора на технология, цели или (при отсутствии его или при полной загрузке) непосредственно дросселированным паром из котлов, что не отражается заметно на экономичности работы ТЭЦ, т. к. длится всего несколько десятков часов в год. ТЭЦ должна иметь развитую систему регенеративного подогрева питательной воды, причем помимо подогрева паром из регулируемых отборов для теплового потребления необходимы нерегулируемые отборы. Регенерация является внутренним тепловым потреблением и потому приносит для выработки электрич. энергии такие же выгоды, как и тепловое потребление района, только в соответственно меньшем масштабе. Кроме того регенерация улучшает работу котельного агрегата. Целесообразная принципиальная тепловая схема ТЭЦ дана на фигуре 25.
Тепловая схема станции поддается полному тепловому расчету.^ Расчет схемы, данной на фигура 25 для одной турбины, ведется сл. обр. Задано: а) количество пара, идущего на тепловое потребление (технологическое), Dnp, ш/ч, б) количество тепла, отдаваемого со станции с горячей водой, Q, MCal/час и темп-ры воды и if и в) количество электрич. энергии W, MW. Начальные параметры пара перед турбиной: давление р0 at(a), темп-pa tn, теплосодержание г0 Cal /кг. Давление пара, отдаваемого со станции, рпр=р2. Для подогрева воды, отдаваемой со станции, в основном бойлере—подогревателе—идет пар при давлении рб1=р4 и в пиковом при—рб2. Давление отборов пара для регенерации определяется сл. обр. Для регенерации используются регулируемые отборы, осуществляемые для теплового потребления (р2ир4), и кроме того между этими отборами,между нижним отбором и конденсатором и верхним отбором и начальным давлением, берутся три отбора, давления которых определяются т. о., чтобы t° насыщения для этих отборов делили соответствующие темп-рные интервалы (между темп-рами насыщений) на равные части, то есть:
tH
2 * -а — 2 * νι — 2
В Т^-диаграмме строится процесс турбины и определяются состояния пара во всех точках отбора и при выходе из турбины в конденсатор. Все параметры даны на тепловой схеме. Весь тепловой расчет осуществляется путем составления балансовых ур-ий энергии (тепла), если количество тепла в воде обозначать также буквой t (до не слишком высоких давлений теплосодержание численно равно темп-ре, для высоких давлений заметно отличается от нее). Задачей расчета является определение расхода пара на турбину и из всех отборов в зависимости от тепловой фпр и Q) и электрич. (Ж) нагрузки. Расчет ведется в следующем порядке: вначале рассчитывается подогревательная (бойлерная) установка, затем химочистка и наконец схема регенерации.
Подогревательная (бойлерная) установка. Температура воды между подогревателями (бойлерами) на 5—8° ниже t° насыщения обогревающего основной (Б2) бойлер пара
Чг=^62 — (5 — 7°).
Количество тепла, сообщаемое в первом подогревателе,
Яб1 1
t6 112
и во втором
Qr,2 — ^ Я — Я Qeι·
При учете кпд подогревателя η6 (обычно 97- -98 %)ур-ие баланса тепла первого подогревателя
~ ^б )Щ — Ю3 Яб где, как и везде дальше, расход пара берется в m/ч, тепла в М Cal/ч., теплосодержания в Cal/тсс. Расход пара на первый подогреватель
103 Q61
-=аб1<;
Яб1-^ )П6
где все величины кроме D6l известны. Баланс тепла второго подогревателя
^62 062 "Ь ^6ΐ(^1 ~ ^62)^6 = Ю3 Яб2>
откуда определяется расход пара на второй подогреватель ф т Q62 — a6i Q ( t6i ~~ Бг) Чб г. г
JJ62=Z ———/.-~ττ --- аб2У·
го2 — ^#2 *76
Химочистка должна возмещать все потери конденсата на станции и потери конденсата у тепловых потребителей. Обозначая потери конденсата на станции в долях от всего расхода пара aD и предполагая, что весь конденсат у тепловых потребителей теряется, можно писать, что химочистка должна давать очищенной воды aD -f- Dnp т/ч плюс количество идущего на химочистку пара. Расход пара на химочистку по балансу смешения
(aD -}" Dnp 4- Вхо) txo — [ I)χо Do 4~
+ (aD + Dirp) tbl ‘4 XO ?
откуда
T) _ (txo^Vxo tb) + Dnp (^xo~Vxo^b)_
-^xo „ j t
Vxo lxo ~ lxo
— n 7) _i_ nnP T)
.Г0
где все величины кроме D и Dxo известны. Весь дальнейший расчет ведется т. о., что все величины определяются в ф-ии полного расхода пара на турбину.
I. Подогреватель. Баланс тепла
I>ι(ϊι - ii)ni=(1 + a)D(tn - ί12).
Τ. к. количество питательной воды, выходящей из тепловой схемы, должно покрывать все потери станции, то
jj (1 + a)(tn — t12)
(ii - ίι)»?ι
II. Подогреватель. Баланс тепла D2(i2 - Щ)П2 + агВ(Ц - Ц)щ=(1 + а)Щ1г - ί21), откуда
D2=+ 2) = a2J)
III. Подогреватель. Баланс тепла -®з(^з “ Ч)Пь 4- (αι 4- a%)D(t2 — —
= (1 + а)B(tu - t3i),
откуда
D=^+q)(^2a~f34)-(«l+«2)(f2 ~^з)^3 J) == a D (г3-<з)^з 3
IV. Подогревател ь-д еаэратор. Составляется баланс смешения, причем количество конденсата из конденсатора и V подогревателя определяется как разница между полным расходом пара и всеми отборами
DK + Dd=D - D,- Da- D3- D,-DIIP-
Dpi D^2 Dxo.
Баланс тепла
[(Di + D2 + D3)£3 -f- (D61 + 2-f
+ (Dxo + «D -f- Dnp)txo -f-4* (D — D1 — D2 — D3 — D4 — D6l — D62)t^ +
+ D4i4]?74=(l + a)Dt3i.
Ур-ие баланса тепла деаэратора должно давать также баланс пара и конденсата, как видно из самого ур-ия. Все величины кроме D4 и D известны и легко определяется D4. После решения получается
D4=a4D + a^Dnp -f- a%Q.
V. Подогреватель. Баланс тепла D5(i5 - Щ) - (D - D, - D2 - D3 - D 4 -
D^i D^2 D np D^0)(74 5 После подстановки всех найденных выше величин определяется
D5=a5D + a^Dnp + a*?Q.
Уравнение мощности. Подстановка всех величин в ур-аие мощности в - xd,wM + (1-х) d,w + 21гУ А.,
где х—коэф. холостого хода, йэ=—г—— —
удельный расход пара при экономил, нагрузке, WM—максимальная (номинальная) мощность турбины, W—заданная нагрузка турбины, т— индекс суммирования, Dm—отборы пара из всех точек отборов турбины, позволяет определить полный расход пара на турбину в зависимости от тепловой и электрич. нагрузок, т. к. все величины Dm выражены через D, Dnp и Q. В результате подстановки получается D=A + BW+CDnp + EQ.
Для любого числа турбин т и за любой период времени п часов ур-ие мощности в=xdtW„ Σ тп + (1 - Х)й:,э + 2 Dm,
где все величины (D, Э и Dm) отнесены ко всему периоду п часов и окончательно расход пара получается таким же образом, как и раньше Ό=ΑΣηιη + ΒΘ + CDnp + EQ.
Лит.: Типизация паровых турбин и тепловой схемы больших электростанций. Сборник подред. А. Горянова, ч. 1--2, М.—Л., 1933; Якуб Б., Теплоэлектроцентрали, М.—Л., 1933; его же, Теплофикация и теплоэлектроцентрали, М., 1931; его же, Типы станций и типы турбин, «Тепло и Сила», М., 1933, 6; Шифринсон Б., Теплофикация городов, М., 1929; Дарманчев А., Графики нагрузки, М.—Л., 1933; Рубинштейн Я., Регенеративный подогрев воды, «Известия ВТИ», М., 1929,1144 и 9152; Ромадин В., Деаэрация питательной воды, «Тепло и Сила», М., 19 29, 10 и 11; Грановский Р., Испарители, там же, 1929, 2; Пазовые турбины, Проект стандарта и комментарии, М., 1934; Якуб Б., Высокие давления и температуры, «Тепло и Сила», М., 1932, 12; Рубинштейн Я., «Энергетич. обозрение», 1934, вып. 4; Раков К., Пар высокого давления, «Генплан Электрификации», т. 7, М., 1932; RenfordA., Druckverteilung u. Dampfverbrauch bei Teillast von Ge-gendruck und Entnahmedampfturbinen, «Archiv fur War-mewirtschaft», B., 1927, 10, 1928, 1; Alden V. and В a b ke W., Steam Turbine Plant Practice in the United States, «Transactions of the American Society of Mechanical Engineers», N. Y., 1933, v. 55; Thomson p. and Yan-Duzen R., High Temperatures Experience at Detroit, «Combustion», N. Y., 19 33, y. 11,5. Б. Якуб.