112704.pptx

1. Електричні системи і мережі

Лекція 5 – Улаштування електричних систем
та мереж

2. Електричні станції

Джерелами електричної енергії в електроенергетичних системах є
електричні станції, призначені для вироблення електричної енергії шляхом
перетворення механічної, теплової, ядерної та інших видів енергії енергоносіїв на
електричну. Первинними джерелами енергії на електричних станціях є енергія
органічного палива, ядерна енергія, енергія руху води у річках, морях та океанах,
енергія вітру, сонця, теплова енергія землі тощо.
На електричних станціях енергію ресурсів або безпосередньо перетворюють
на електричну енергію, або спочатку перетворюють в теплову енергію перегрітого
пару, а потім – в електричну енергію. Відповідно до типу енергоносія та способу
його перетворення на електричну енергію електричні станції поділяють на
теплові, атомні, гідравлічні, вітрові, сонячні та інші.
На теплових електричних станціях (ТЕС) теплову та електричну енергію
виробляють шляхом спалення органічних видів палива. Відповідно до типу
первинних двигунів теплові електричні станції поділяють на паротурбінні,
газотурбінні, парогазові та дизельні електричні станції.
На паротурбінних станціях енергію спалювання органічного палива
перетворюють на теплову енергію перегрітої пари, яку у парогенераторах
перетворюють на механічну енергію обертових мас турбіни, а потім – на
електричну енергію.

3. Схема теплової конденсаційної станції

4.

Принципова схема роботи ТЕЦ
опалювального типу

5.

Принципова схема роботи АЕС

6. Електричні станції

Газотурбінною (ГТС) називають електричну станцію, в якій органічне паливо
(газ) спалюють безпосередньо в турбіні генератора. Така технологія виключає необхідність
проміжного перетворення енергії палива в теплову енергію пару. ГТС характеризуються
високою маневреністю та відносно малою потужністю агрегатів. Разом з тим ГТС
характеризуються відносно високим розходом палива та шумовим забрудненням
середовища.
Парогазові електричні станції (ПГС) суміщають у своїй конструкції
технології паротурбінних та газотурбінних агрегатів, які функціонують сумісно. Тут гази,
які утворюються в результаті горіння палива, приводять в дію турбіну газотурбінної
установки. Далі, отримані гази, що зберігають досить високу температуру, нагрівають пар,
внаслідок чого створюється його високий тиск, достатній для роботи парової турбіни, до
валу якої приєднаний другий генератор. Таким чином, загальний к. к. д. електростанції на
базі парогазових установок сягає майже 60%. Для порівняння, к. к. д. звичайних
газотурбінних електростанцій становить 40%.
Дизельні електричні станції використовують рідке паливо, яке спалюють у
дизельних двигунах, які обертають ротори генераторів. Такі станції характеризуються
малою потужністю, зазвичай, їх застосовують для живлення автономних споживачів, а
також для організації резервного живлення споживачів особливо важливої категорії.
Принцип роботи гідравлічних електричних станцій (ГЕС) оснований на
перетворенні механічної енергії руху води річок в електричну енергію. Напір води на
турбінах ГЕС створюється за допомогою гребель або деривації. На наступному слайді
наведено типову схему поперечного розрізу греблі ГЕС.

7. Поперечний розріз греблі Київської ГЕС

8. Електричні станції

На гідроакумулюючих електричних станціях (ГАЕС) встановлюють
двонаправлені силові агрегати. Умовна схема ГАЕС наведена на рис. Така станція може
працювати у двох режимах – генераторному та насосному. В режимі генерації енергія
потоку води з верхнього басейну у нижній перетворюється в електричну енергію так
само як і на звичайній ГЕС. В насосному режимі вода з нижнього басейну перекачується у
верхній для створення запасу потенціальної енергії води.
Використання ГАЕС дозволяє ефективно регулювати режими роботи
енергосистем та енергооб’єднань. В режимах малих навантажень (зазвичай, у нічний
період) надлишкова електрична енергія споживається насосами ГАЕС та перетворюється
у потенціальну енергію руху води з верхнього басейну. Далі, у період максимальних
навантажень, енергія води верхнього басейну перетворюється на електричну енергію та
передається в електричну систему.
Рисунок - Типова схема ГАЕС

9. Електричні станції

За аналогічним принципом працюють повітряноакумулюючі газотурбінні
електричні станції (ПАГТУ). Такі станції в насосному режимі закачують повітря у
резервуари з надлишковим тиском. В генераційному режимі стиснуте повітря
додається до природного газу, який спалюють в ГТУ. Додавання стиснутого повітря
дозволяє знизити витрати палива, підвищити потужність та к. к. д. такої станції.
Теплові, атомні та гідравлічні електричні станції відносять до класу традиційних.
На сьогодні більша частка електричної енергії вироблюється на традиційних
електричних станціях. Інші способи виробництва електроенергії відносять до
нетрадиційних, або альтернативних. Основними серед них є вітрові, сонячні,
геотермальні, приливні, хвильові та інші електростанції.
На вітрових електричних станціях (ВЕС) на електричну енергію
перетворюють кінетичну енергію вітру. На наступному слайді показана сучасна
вітрова електростанція, скомпонована з великої кількості вітроагрегатів, поєднаних на
паралельну роботу.
Сонячні електричні станції (СЕС) перетворюють на теплову енергію сонячного
випромінювання, направленого за допомогою системи дзеркал на парогенератор.
Далі, у паровій турбіні теплова енергія перетворюється на електричну. Найбільшого
поширення в світовій практиці набули сонячні електростанції баштового типу. На
таких електростанціях сонячне випромінювання за допомогою системи дзеркал –
геліостатів концентрується на парогенераторі, розташованому на башті. На
наступному слайді показана сучасна сонячна електростанція баштового типу.

10. Електричні станції

Останнім часом широкого поширення набули сонячні електричні станції із
безпосереднім перетворенням енергії сонячного випромінювання на
електричну енергію за допомогою фотоелементів (фотоСЕС). Така
електростанція представлена, наприклад, на рисунку нижче.

11.

Електричні станції
Геотермальні електростанції для виробництва електричної
енергії використовують теплову енергію внутрішніх шарів Землі. На
приливних електростанціях на електрику перетворюються енергія
приливів морів та океанів. Для виробництва електричної енергій
використовують також енергію морських хвиль на хвильових електричних
станціях. Останнім часом широкого поширення отримали теплові
електричні станції на біопаливі. На таких станціях спалюють біогаз,
який виробляють з органічних відходів.
АЕС (25,39%)
13835 МВт
ТЕС (50,67%)
27616 МВт
ТЕЦ (12,19%)
6646,2 МВт
ГЕС (8,46%)
4610,6 МВт
СЕС ( 1,03%)
563,4 МВт
ГАЕС (1,58%)
ВЕС (0,68%) 861,5 МВт
371,7 МВт
Рисунок - Встановлені потужності
електростанцій України

12. Ілюстрація переробки речовин на ТЕС

13. Покриття графіків навантаження електричними станціями різних типів  

Покриття графіків навантаження
електричними станціями різних типів
P
Pmax
Pсер
Пікова частина
ГЕС, ГАЕС, ГТУ
Напівпікова частина
ТЕС
ГАЕС
(насос)
Pmin
Базисна частина
АЕС, КЕС, ТЕЦ, ВЕС, СЕС
ГЕС за умовами водотоку
0:00
6:00
12:00
18:00
24:00
t, год

14. Зіставлення встановлених потужностей та обсягів виробництва електричної енергії електростанціями різних типів

1,8%
ВЕС+ СЕС
0,6%
9,8%
ГЕС
7,5%
63,7%
ТЕС+ ТЕЦ
49,1%
24,7%
АЕС
42,8%
вст.потужність
обсяги виробництва

15. Електричні генератори

Відповідно до типу первинного двигуна електричні генератори поділяють на
турбогенератори та гідрогенератори.
Турбогенератори у поєднанні з паровими або газовими турбінами
утворюють турбоагрегати. Турбогенератори, зазвичай, є швидкохідними
машинами з однією парою полюсів і частотою обертання ротору 3000 об/хв. На
АЕС встановлюють, зазвичай, чотириполюсні синхронні машини з частотою
обертання ротору 1500 об/хв. Швидкохідність турбогенераторів визначає
особливості їх конструктивного виконання. Першою чергою це стосується
горизонтального розташування валу з неявнополюсним виконанням ротору. На
рис. 2.13 зображено макет синхронного турбоагегату.
Чинні нормативи, зокрема ГОСТ 533-2000, визначають шкалу номінальних
потужностей турбогенераторів, яка складається з наступного ряду: 1200, 2500,
3200, 4000, 6000, 6300, 110000, 160000, 220000, 320000, 500000, 800000, 1000000,
1200000 кВт.
Гідравлічні турбіни, зазвичай, виконують з відносно малою частотою
обертання (60-600 об/хв). Частота обертання тим менша, чим менший натиск
води та чим більша потужність турбіни. Гідрогенератори виконують з
явнополюсними роторами (з великою кількістю пар полюсів) та, зазвичай, з
вертикальним розташуванням валу.

16. Електричні генератори

Макет синхронного турбогенератора
Схема гідроагрегату

17. Електричні генератори

На ГАЕС використовують обертові синхронні генератори, які можуть працювати у двох
режимах – генераторному (під час вироблення електричної енергії) та в насосному (під час
акумулювання енергії).
Серед інших типів синхронних генераторів, які використовують на електричних станціях, слід
виділити дизель-генератори, поєднані через муфту з дизельними двигунами внутрішнього
спалення. Такі агрегати являють собою явнополюсні машини з горизонтальним розташуванням
валу. Особливість конструкції дизель-генераторів полягає в тому, що поршнева конструкція
дизельних двигунів визначає нерівномірний обертовий момент на валу.
Окрім представлених вище синхронних генераторів, як джерела електричної енергії
використовують асинхронні електричні машини. Зазвичай, асинхронні генератори
використовують у складі вітроагрегатів вітрових електричних станцій.
Використання саме асинхронних генераторів на ВЕС, першою чергою, пов’язано з меншими
масогабаритними характеристиками асинхронних машин порівняно з синхронними, що дозволяє
встановлювати їх на баштових конструкціях вітроустановок. Водночас, використання асинхронних
генераторів вимагає використання більш складної системи управління асинхронним генератором
у складі електроенергетичної системи.
Серед перспективних способів перетворення енергії на електростанціях є застосування
магнітогідродинамічних генераторів (МГД-генераторів). Принцип роботи МГД-генераторів
оснований на створенні в генераторі магнітного поля, що обертається за допомогою
струмопровідної речовини, наприклад, електроліту або високотемпературної плазми. МГДгенератори на високотемпературній плазмі являють собою прямі перетворювачі теплової енергії в
електричну без проміжного перетворення у механічну енергію роторів турбін. Це дозволяє суттєво
підвищити к. к. д. таких станцій.