И в свет разрешаю на основании "Единых правил", п. 14 Зам первого проректора начальник организационно-методического управления В. Б. Юскаев конспект

Вид материала

Конспект

Содержание 6.5 Себестоимость энергии, вырабатываемой на ТЭС В - суммарный расход топлива (за год, месяц); В 7.1 Характеристика природных вод 7.2 Основные показатели качества воды Сухой остаток 7.3 Качество природных вод 7.4 Технологические методы обработки воды Осветление воды Коагуляция воды. Умягчением воды 8.1 Общие положения 8.2 Гидроэлектрические станции 8.3 Гидравлическое аккумулирование энергии

Подобный материал:

• И в свет разрешаю на основании "Единых правил", п 14 Заместитель первого проректора-, 427.3kb.
• И в свет разрешаю на основании "Единых правил", п 14 Заместитель первого проректора-, 350.14kb.
• И в свет разрешаю на основании «Единых правил», п 14 Заместитель первого проректора, 1301.38kb.
• Альнейшем исполнитель, в лице первого проректора-проректора по научной работе Лысака, 69.99kb.
• Копбаев Кайрат Рашидович заместитель начальника Главного управления начальник организационно-аналитического, 1180.28kb.
• Копбаев Кайрат Рашидович заместитель начальника Главного управления начальник организационно-аналитического, 956.76kb.
• Копбаев Кайрат Рашидович заместитель начальника Главного управления начальник организационно-аналитического, 1044.49kb.
• Копбаев Кайрат Рашидович заместитель начальника Главного управления начальник организационно-аналитического, 834.36kb.
• План работы методического объединения учителей иностранного языка Линник Лариса Александровна, 227.63kb.
• План 2005 р., поз. Формат 60х84/16. Ум друк арк. Підп до друку Зам. № Обл вид арк., 1751.92kb.

6.5 Себестоимость энергии, вырабатываемой на ТЭС

Под себестоимостью электрической или тепловой энергии, вырабатываемой на тепловой электростанции, понимают совокупность всех годовых затрат на ее эксплуатацию, приходящихся на единицу вырабатываемой энергии.

Основные статьи этих затрат следующие: затраты на сжигаемое топливо в котлах ТЭС; амортизационные отчисления; затраты на производство текущих ремонтов оборудования, зданий и сооружений станции; заработная плата обслуживающего персонала; общестанционные (затраты на управленческий персонал, пожарной и сторожевой охраны, хознужды) и прочие расходы (приобретение смазочных материалов, масла, химикатов, стоимость воды, спецодежды).

Для тепловых электростанций основной составляющей себестоимости электрической и тепловой энергии является стоимость топлива (примерно 50-75%).

Эксплуатационные расходы электростанции принято делить на постоянные (не зависящие от количества произведенной энергии) и переменные (зависящие от выработки энергии).

К постоянным расходам относят: амортизационные отчисления, заработную плату, административно-хозяйственные расходы, налоги и сборы и др.; к переменным - стоимость израсходованного топлива и электроэнергии, стоимость эксплуатационных материалов, стоимость воды. Удельный вес переменных расходов достигает 60-80% от суммарных затрат тепловой электростанции.

Так, на одной и той же электростанции себестоимость электроэнергии (при прочих равных условиях) будет наиболее высокой в пиковом режиме и наиболее низкой при работе станции в качестве базовой.

Одной из основных составляющих себестоимости является заработная плата постоянного производственного персонала (заработная плата персонала, занятого ремонтными работами, учитывается соответственно в амортизационных отчислениях и издержках на текущий ремонт).

Назначение амортизационных отчислений сводится к восстановлению основных фондов, которые постепенно утрачивают свою ценность (под влиянием физического и морального износа) в процессе эксплуатации ТЭС; эти отчисления включают затраты на капитальный и средний ремонты и на модернизацию оборудования.

Для теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), вырабатывающих электрическую и тепловую энергию, необходимо определять себестоимость каждого из этих видов энергии. Распределение затрат по указанному методу производится следующим образом:

- затраты на топливо распределяются пропорционально расходам топлива, отнесенным на производство электроэнергии и отпуск тепла. Это соотношение характеризуется коэффициентом _Т:

,

где В - суммарный расход топлива (за год, месяц);

В_э - расход топлива на производство электроэнергии за тот же период;

- соответственно затраты на топливо, отнесенные на производство электроэнергии:

,

где S_Т - сумма затрат на топливо, израсходованное ТЭЦ;

- тогда затраты на топливо, отнесенные на отпуск тепла:

,

или

.

Себестоимость единицы электроэнергии, отпускаемой ТЭЦ, определяется делением годовых затрат на производство электроэнергии S_э на отпуск электроэнергии с шин станции:

, коп/кВт·ч.

Себестоимость единицы тепловой энергии, отпускаемой ТЭЦ, определяется аналогично:

, грн/Гкал.


6.6 Основные требования, предъявляемые к эксплуатации и управлению ТЭС


Важнейшими требованиями, которым должна отвечать эксплуатация тепловой электрической станции, являются следующие:

- выполнение плана выработки электрической и тепловой энергии и поддержание установленного режима нагрузок;

- обеспечение бесперебойного и надежного энергоснабжения потребителей;

- обеспечение требуемого качества электрической и тепловой энергии;

- соблюдение наиболее экономичных режимов работы основных и вспомогательных установок станции;

7 Вода как глобальный источник энергии


7.1 Характеристика природных вод


Различают поверхностные и подземные (грунтовые) воды. Наибольшее практическое значение для промышленности имеют воды поверхностных источников, которыми являются реки, озера, искусственные водоемы (водохранилища, пруды) и моря. Качество речной воды зависит от характера питания реки, которое может включать в себя: поверхностный сток, горноснеговые и ледниковые воды, сток с болот, дождевые и снеговые стоки с поверхности почвы, грунтовое питание водами подземных источников, сточные воды промышленных предприятий и населенных пунктов. Для большинства рек химический состав воды сильно зависит от гидрометеорологических условий и времени года, так как поверхностный сток, возникающий за счет атмосферных осадков, в отдельные периоды года является основным.

Состав подземных вод в значительно меньшей степени, чем поверхностных, зависит от гидрометеорологических условий. Подземные воды отличаются почти полным отсутствием взвешенных веществ и повышенным содержанием свободной углекислоты.

Вода стоячих открытых водоемов - водохранилищ и озер - имеет разнообразный состав. Это зависит от многих условий: климата (влажный или сухой), величины притока в водоем речной воды и ее качества, величины стока воды из водоема, количества испаряющейся из него воды.

Общее количество воды на земле оценивается в 2 млрд км³ Около 3/5 этого количества сосредоточено в морях и океанах. Из пресных вод земной поверхности около 25 млн км³ составляют ледяные массы континентов (Антарктики, Гренландии и др.). Реки и почвенные воды вместе составляют около 0,25 млн км³ и столько же приходится на долю озер. Атмосфера содержит около 0,13 млн км³ воды в виде пара.

В результате испарения громадные количества воды постоянно переходят в атмосферу. В этом процессе участвует и растительный мир земли. По всему земному шару ежегодно испаряется примерно 0,38 млн км³ воды и выпадает такое количество осадков, которое соответствует покрывающему весь земной шар слою воды толщиной 74 см.


7.2 Основные показатели качества воды


Щелочность. Щелочностью называется общее содержание в ней веществ, обусловливающих при диссоциации или в результате гидролиза повышенную концентрацию ионов ОН^-. В природных водах щелочность обусловливается присутствием в них ионов НСО₃^-, SiO₃, HSiO₃^-, а также присутствием солей некоторых слабых органических кислот, называемых гуматами. В умягченных и котловых водах, кроме перечисленных веществ, щелочность обусловливается также ионами РО₄^3- и ОН^-.

Жесткость. Жесткостью воды называется суммарное содержание в воде катионов кальция и магния, выраженное количеством миллиграмм-эквивалентов в 1 л (мг/экв/л), микрограмм-эквивалентов в 1 л (мкг-экв/л) и грамм-эквивалентов в 1 м³ (г-экв 1м³).

Мягкие воды (химически обработанная, питательная, конденсат и т.п.) обладают лишь остаточной жесткостью.

Высокая жесткость воды приносит в быту ряд неудобств. Известно, например, что мыло в жесткой воде сворачивается и не дает обильной пены, обычной при употреблении сравнительно мягких вод.

Сухой остаток. Сухим остатком воды называется суммарное количество нелетучих веществ, присутствующих в воде в коллоидном и молекулярно-дисперсном состоянии, выраженное в мг/л или г/м³.

Сухой остаток определяют путем осторожного выпаривания профильтрованной пробы воды и последующего высушивания сухих веществ при 110-120⁰С. Количество этих веществ, определенное взвешиванием и пересчитанное на 1 л воды, и дает сухой остаток. Следовательно, в понятие сухого остатка не входят растворенные в воде газы, а также летучие и взвешенные вещества.

Окисляемость. Окисляемость в некоторой мере характеризует загрязненность воды органическими веществами. Она обычно выражается количеством миллиграммов кислорода, потребных для окисления в определенных условиях органических веществ, содержащихся в 1 л исследуемой воды. Окисляемость не отвечает (неидентичная) содержанию в воде органических веществ, так как при условиях ее определения не происходит полного разрушения (окисления) всех органических веществ.

Прозрачность. Прозрачность косвенно характеризует количество содержащихся в воде взвешенных веществ. Она выражается в сантиметрах высоты столба воды, налитой в специальный стеклянный цилиндр, сквозь который (столб) еще возможно чтение печатного шрифта (прозрачность по шрифту) или наблюдение крестообразно расположенных черных полосок толщиной в 1 мм на белом матовом кружке на дне цилиндра (прозрачность по кресту).


7.3 Качество природных вод


Содержащиеся в природных водах вещества можно разделить на следующие три группы: грубодисперсные (взвешенные) вещества, коллоиды и молекулярно-дисперсные вещества.

Если в каком-либо веществе (среде) распределено другое вещество в виде мелких частичек, то такая система называется дисперсной. Совокупность распределенных частичек называется дисперсной фазой, а вещество, в котором они распределены, -дисперсионной средой. Так, имеющийся в воде осадок будет являться дисперсной фазой, а вода - дисперсионной средой.

Если с течением времени не наблюдается разделения дисперсной фазы и дисперсионной среды, система считается устойчивой. Устойчивость дисперсной системы в значительной мере зависит от размера частичек дисперсной фазы. Если они очень велики по сравнению с молекулами воды, то система будет неустойчивой и распределенное вещество выпадет в осадок или всплывет на поверхность в зависимости от величины его удельного веса. Такие неустойчивые системы называются взвесями. Взвеси разделяются на суспензии и эмульсии. В первом случае дисперсной фазой является твердое вещество (например, порошок мела, взболтанный с водой), во втором - жидкость (капельки масла в воде).

Использование воды, загрязненной взвешенными веществами, затрудняет осуществление процессов ее химической обработки. Поэтому первой технологической операцией обработки такой воды является ее освобождение от грубодисперсных загрязнений. При анализе природных вод эти загрязнения обычно характеризуются весовым количеством, содержащимся в единице объема воды (мг/л, г/л), без указания их химического состава.

В коллоидном состоянии присутствуют в воде вещества как органического, так и минерального происхождения. Среди первых следует отметить вещества, известные под названием гуминовых, которыми особенно богаты воды болотного происхождения. Они окрашивают воду в желтый или коричневый цвет, а также вызывают помутнение воды, связанное с рассеиванием света. Загрязнению воды органическими веществами способствуют процессы отмирания и распада различных водных организмов, а также сброс в водоемы промышленных неочищенных сточных вод. Из неорганических веществ в коллоидном состоянии часто присутствуют в воде соединения железа, кремния и алюминия. Коллоидные загрязнения затрудняют работу паровых котлов, повышая склонность котловой воды к вспениванию и уносу ее паром. Поэтому они по возможности удаляются из воды при ее обработке.

К группе молекулярно-дисперсных веществ относятся растворенные в воде соли и газы (Са(НСО₃)₂ Mg(НСО₃)₂, СаС1₂, МgС1₂, СаS0₄, МgSO₄, Nа₂SO₄, NаС1).


7.4 Технологические методы обработки воды


Деаэрацией (дегазацией) воды называется производственный процесс, имеющий целью удаление из нее растворенных агрессивных газов - кислорода и углекислоты. Удаление из воды одного кислорода называется обескислороживанием воды. Деаэрация воды осуществляется термическим способом, обескислороживание - химическим и десорбционным способом.

Термическая дегазация воды основана на уменьшении по закону Генри растворимости в воде газов с повышением температуры. Дегазация воды осуществляется в аппаратах, называемых деаэраторами (дегазаторами).

Осветление воды. Осветлением называют процесс удаления из воды грубодисперсных и коллоидных примесей, являющихся причиной мутности воды. Удаление грубодисперсных загрязнений (собственно осветление) может быть осуществлено осаждением и фильтрованием.

При осаждении частички твердых веществ под действием силы тяжести оседают на дно резервуара, в котором осветляемая вода находится в состоянии покоя или медленного движения по горизонтали или снизу вверх. Следовательно, осаждением можно удалить только тонущие в воде частички. Осаждение требует длительного времени, больших объемов резервуаров и не может обеспечить полного удаления грубодисперсных примесей.

Фильтрованием называют процесс осветления воды путем пропуска ее через пористое вещество, на поверхности и в порах которого она оставляет грубодисперсные примеси. Аппарат, в котором производится фильтрование, называется фильтром, а пористое вещество, содержащееся в нем, - фильтрующей средой, или фильтрующим материалом. Фильтры, служащие для целей осветления воды, называются осветлительными фильтрами. Интенсивность работы фильтра характеризуется скоростью фильтрования воды v, выражаемой в м/ч.

Коагуляция воды. Коагуляцией называется процесс укрупнения (слипания, свертывания) коллоидных частиц, завершающийся выпадением вещества в осадок, удаляемый осаждением или фильтрованием. Процесс, противоположный коагуляции, т.е. переход твердого вещества (например, осадка) в коллоидное состояние, называется пептизацией. В технологии водоприготовления под коагуляцией понимают обработку воды специальными реагентами с целью удаления из нее коллоидных и грубодисперсных примесей.

Применяют две принципиально отличные схемы коагуляционных установок: коагуляция в отстойнике и коагуляция на осветлительных фильтрах (прямоточная схема).

Умягчением воды называется удаление из нее катионов кальция и магния. Умягчение воды методом осаждения накипеобразователей основано на связывании катионов кальция и магния ионами С0₃^2- и ОН^- с образованием труднорастворимых соединений СаСО₃ и Мg(ОН)₂, выпадающих в осадок и удаляемых из воды. Ионы С0₃^2- и ОН^- вводятся в обрабатываемую воду с различными реагентами-осадителями, в качестве которых применяют негашеную (СаО) или гашеную (Са(ОН)₂) (пушонка) известь, едкий натр (каустическая сода) NаОН, углекислый натрий (кальцинированная сода) Nа₂СО₃. В зависимости от этого различают следующие способы обработки воды:

Способ обработки .............. Применяемые реагенты

Известковый ................ Только известь

Содоизвестковый . ............ Nа₂СО₃+СаО

Едконатровый ................ NаОН

Содоедконатровый ............. Nа₂СО₃+NаОН

Известковоедконатровый .......СаО+NаОН

8 Гидроэнергетика


8.1 Общие положения


Гидравлическая энергия рек представляет собой работу, которую совершает текущая в них вода.



Рисунок 8.1 - Схематический продольный профиль участка реки: L- длина участка; Н - падение участка; i - уклон поверхности воды; Q₁ и Q₂ - расходы воды в створах 1-1 и 2-2


Силой, осуществляющей работу водяного потока, является вес воды. Действие силы воды определяется падением водотока, т.е. разностью уровней воды в начале 1-1 и конце 2-2 рассматриваемого участка (рис.8.1). Если падение участка реки длиной L, м, составляет Н, м, то при расходе воды Q, м³/с, равном его среднему значению в начале и конце участка, работа текущей воды в течение одной секунды, т.е. мощность водотока - N, Вт или Дж/с, на рассматриваемом участке составляет

, кВт,

где  - плотность воды, кг/м³;

g - ускорение свободного падения, м/с².


Эта зависимость оценивает потенциальные или теоретические гидроэнергоресурсы, т.е. без учета потерь водной энергии при ее преобразовании в электрическую.

Мощность используемого гидроэлектростанцией участка реки может быть получена, если в ней учесть потери воды, напора и энергии следующим образом:

N=9,81 QH_под_т_г,, кВт,

где Q - расход воды, м³/с, используемой ГЭС для получения электроэнергии; Н_под - подведенный к турбинам напор, определяемый разностью уровней верхнего и нижнего бьефов с учетом гидравлических потерь в водопроводящих сооружениях, _т - КПД турбин; _г - КПД генераторов.



Рисунок 8.2 - Плотинные схемы концентрации напора: а- русловая схема; б - приплотинная схема


КПД гидротурбин зависит от их мощности, конструкции, диаметра рабочего колеса, изменения напоров. Для средних и крупных гидротурбин наибольший КПД достигает значений от 0,89 до 0,95; для гидрогенераторов в зависимости от их мощности КПД колеблется в пределах 0,92-0,98.


8.2 Гидроэлектрические станции


Гидроэлектростанция представляет собой комплекс сооружений и оборудования, при помощи которых осуществляются концентрация водной энергии и ее преобразование в электроэнергию.

На равнинных реках, уклоны которых малы по сравнению с горными, концентрация гидроэнергии выполняется по плотинной схеме, в которой разность уровней между верхним и нижним бьефами, определяющая напор ГЭС, создается плотиной. При этом образуется водохранилище.

При гидроэнергетическом использовании горных и предгорных рек с относительно большими уклонами часто применяются деривационные схемы концентрации напора, при этом верхняя часть используемого участка также подпирается плотиной, образующей водохранилище.

Вода из верхнего бьефа направляется в деривационный водовод, гидравлический уклон которого значительно меньше уклона реки. Благодаря различным уклонам, в конце используемого участка создается разность уровней воды в реке и водоводе, определяющая напор деривационной ГЭС (рис.8.3).



Рисунок 8.3 - Деривационные схемы концентрации насоса: а- с безнапорной деривацией; б - с напорной деривацией; 1 - плотина; 2 - водоприемник; 3 - деривация; 4 – турбинные трубопроводы; 5- здание ГЭС; 6 - уравнительный резервуар


8.3 Гидравлическое аккумулирование энергии


Гидроаккумулирующие гидроэлектростанции (ГАЭС) в отличие от обычных гидроэлектростанций являются не только комплексом сооружений и оборудования для генерирования электроэнергии, но и ее потребления для преобразования в потенциальную энергию поднятой воды. Процессы потребления, преобразования и последующего генерирования электроэнергии, осуществляемые ГАЭМ, называются гидроаккумулированием. Работа ГАЭМ, как и других аккумуляторов электроэнергии, заключается в смене двух раздельных во времени режимов: накопления энергии или заряда и ее отдачи потребителям - разряда ГАЭС.

Заряд ГАЭС представляет собой подъем воды гидромашинами с электрическим приводом из нижнего в верхнее водохранилище. Эти водохранилища называются также резервуарами или бассейнами. Такой режим работы происходит во время снижения электропотребления ночью, в выходные и праздничные дни, а также в сезонном интервале времени. При разряде, происходящем в часы максимума нагрузки или аварии на других станциях или электрических сетях энергосистемы, потенциальная энергия поднятой воды преобразуется в электрическую. При этом вода срабатывается из верхнего в нижний резервуар, т.е. пропускается через турбины или обратимые гидромашины, которые работают совместно с реверсивными электромашинами, генерирующими электрический ток, как и на обычных гидроэлектростанциях. Таким образом, гидроаккумуляторы при заряде работают как насосные станции, а при разряде - в качестве гидроэлектростанций. При этом мощность турбинного режима выражается той же формулой, что и для ГЭС, а для насосного режима - формулой мощности насосных станций:

,

где N_н - мощность насосного режима, кВт; Н_н - подведенный напор, м, определяемый суммой статического напора и его гидравлических потерь; _н - КПД насосного режима; Q – подача воды, м³/с.

ГАЭС можно классифицировать по следующим основным признакам:

- по возможности использования речного стока для выработки электроэнергии совместно с гидроаккумулированием;

- по продолжительности одного цикла заряда - разряда ГАЭС;

- по типу основного гидроэнергетического оборудования.



Рисунок 8.4 - Основные схемы и элементы ГАЭС: 1 - верхний резервуар; 2 - напорный трубопровод; 3 - нижний резервуар; 4 - здание ГАЭС; 5 - здание насосной станции


По возможности использования речного стока ГАЭС разделяются на совмещенные и несовмещенные с гидроэлектростанциями. Если источником энергии, получаемой при заряде ГАЭС, являются только другие станции, то такие ГАЭС являются несовмещенными гидроэлектростанциями.

Естественный приток воды в верхний резервуар этих ГАЭС практически отсутствует (рис.8.4а), а высота подъема и высота сработки воды из одного в другой резервуар одинаковы. Такие станции иногда называются ГАЭС чистого аккумулирования, а также полного аккумулирования. При совмещенном или "неполном" гидроаккумулировании к воде, перекачиваемой из нижнего в верхний резервуар, добавляется речной сток, который увеличивает энергию разряда на выработку электроэнергии обычной ГЭС (рис.8.4б). Верхним резервуаром в этом случае может быть водохранилище в виде подпертого бьефа или озера, которое также регулирует сток, а нижний резервуар создается в нижнем путем его подпора нижележащей ступенью ГЭС или специально созданной плотиной. Такие совмещенные установки называются ГАЭС смешанного типа, или ГЭС-ГАЭС.

В рассматриваемой схеме ГЭС-ГАЭС увеличение мощности и выработки энергии используемого речного стока достигается за счет многократного перемещения воды из нижнего бьефа в верхний.

В районах, бедных гидроресурсами и нуждающихся в пиковых мощностях, получили преимущественное распространение ГАЭС несовмещенного типа. Такие станции строятся вблизи центров электропотребления при наличии благоприятных естественных условий. Они определяются, главным образом, возможностью концентрации наибольшего напора с расположением верхнего и нижнего резервуаров.

По длительности цикла гидроаккумулирования, определяемого временем полной сработки и наполнения полезного объема резервуаров, ГАЭС разделяются на станции суточного, недельного и сезонного водоаккумулирования.

Для ГАЭС несовмещенного гидроаккумулирования с искусственно создаваемыми резервуарами характерно суточное аккумулирование, которое иногда сочетается с его недельным циклом. ГАЭС суточного аккумулирования используются также в двухтактном режиме, т.е. в течение суток заряд осуществляется дважды - не только ночью, но и в часы дневного снижения нагрузки. В двухтактном режиме возможно увеличение мощности и энергии разряда ГАЭС, но при этом возрастают затраты на заряд, так как во время дневного провала нагрузки расход топлива и стоимость электроэнергии, используемой для заряда, выше, чем в ночное время.

При недельном цикле гидроаккумулирования заряд ГАЭС осуществляется ночью во время выходных суток, а разряд-днем в рабочие дни. Возможно также дополнение недельного заряда суточным подзарядом в часы наибольшего снижения нагрузки рабочих суток.

Кроме суточного и недельного гидроаккумулирования, имеется возможность его применения более длительно-сезонный цикл. Это соответствует случаю, когда значительное затопление основного русла реки для создания водохранилища ограничивается местными условиями. При этом возможно создание сравнительно небольшого речного водохранилища и вблизи него надпойменного или верхового бассейна сезонного аккумулирования. Заполнение этого бассейна производится во время половодья, а сработка - в межень. При этом подача воды для заполнения бассейна может вестись на меньшем напоре, чем ее сработка при разряде ГЭС-ГАЭС.

Помимо рассмотренных выше энергетических факторов гидроаккумулирования важное значение имеют также потери энергии при ее преобразовании из электрической в механическую и потенциальную энергию поднятой воды, а затем снова в электроэнергию. Эти потери определяют расход и экономию топлива в энергосистеме за счет гидроаккумулирования, что существенно влияет на его эффективность.

Показателем потерь энергии при гидроаккумулировании является коэффициент полезного действия _гаэс, равный отношению электроэнергии, полученной при разряде, к электроэнергии, расходуемой на заряд.

Значение КПД ГАЭС может быть получено по потерям энергии на отдельных этапах ее преобразования. Помимо потерь энергии в водоводах, электрическом и механическом оборудовании, имеются также потери во вспомогательном оборудовании.

Для современных ГАЭС с крупными обратимыми агрегатами и одинаковой частотой вращения этот коэффициент достигает 75% и более.