Энергетика является одной из главных отраслей в экономике государства, так как обеспечивает жизнедеятельность населения и промышленных объектов. Стабильно функционирующая энергетическая система – признак экономически развитого государства.
Объекты энергетики должны бесперебойно обеспечивать население и промышленные объекты электричеством и теплом. Аварии, поломки, выходы из строя любой электростанции влекут за собой многомиллионные потери из-за упущенной выгоды.
Поэтому одной из главных задач обеспечения деятельности энергетических объектов является контроль над процессами, протекающими при производстве энергии.
Контролируемые параметры:
влажность газа (водорода) и содержание примесей в охлаждающем устройстве турбогенераторов;
содержание вредных, опасных и взрывоопасных газов в помещениях котельных, а также содержание кислорода в воздухе рабочей зоны;
температура поверхности трубопроводов;
радиационная безопасность персонала на АЭС.
Энергетика, в зависимости от вида вырабатываемой энергии, подразделятся на теплоэнергетику и электроэнергетику.
Существуют объекты энергетики, которые вырабатывают только электроэнергию (АЭС, ГРЭС) или только тепловую энергию. Однако большинство объектов вырабатывают как элекро-, так и тепловую энергию.
Рассмотрим основные технологические процессы, обеспечивающие выработку энергии на различных объектах энергетики.
Технологический процесс выработки энергии на атомных электростанциях (АЭС)
Наиболее распространены АЭС с водо-водяным энергетическим реактором.
Принцип их действия: энергия, выделяемая в активной зоне реактора, передаётся теплоносителю первого контура. Далее теплоноситель поступает в теплообменник (парогенератор), где нагревает до кипения воду второго контура. Полученный при этом пар поступает в турбины, вращающие электрогенераторы. На выходе из турбин пар поступает в конденсатор, где охлаждается большим количеством воды, поступающим из водохранилища.
Технологический процесс выработки электроэнергии на ГЭС
Принцип работы ГЭС достаточно прост. Цепь гидротехнических сооружений обеспечивает необходимый напор воды, поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию.
Необходимый напор воды образуется посредством строительства плотины, и как следствие, концентрации реки в определенном месте, или деривацией — естественным током воды. В некоторых случаях для получения необходимого напора воды используют совместно и плотину, и деривацию.
Непосредственно в самом здании гидроэлектростанции располагается все энергетическое оборудование. В зависимости от назначения, оно имеет свое определенное деление. В машинном зале расположены гидроагрегаты, непосредственно преобразующие энергию тока воды в электрическую энергию. Есть еще всевозможное дополнительное оборудование, устройства управления и контроля за работой ГЭС, трансформаторная станция, распределительные устройства и многое другое.
Технология выработки энергии на конденсационных электростанциях
Закрепившееся название конденсационных электростанций — ГРЭС (государственная районная электростанция). С течением времени термин ГРЭС потерял свой первоначальный смысл («районная») и в современном понимании означает, как правило, конденсационную электростанцию (КЭС) большой мощности.
Принцип действия: вода, нагреваемая в паровом котле до состояния перегретого пара (520—565 градусов Цельсия), вращает паровую турбину, приводящую в движение турбогенератор.
Избыточное тепло выбрасывается в атмосферу (близлежащие водоёмы) через конденсационные установки, в отличие от теплофикационных электростанций, отдающих избыточное тепло на нужды близлежащих объектов (например, отопление домов).
Технология выработки энергии на тепловых электростанциях
Тепловая электростанция — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счет преобразования химической энергии топлива в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — разновидность тепловой электростанции, которая производит не только электроэнергию, но и является источником тепловой энергии в централизованных системах теплоснабжения (в виде пара и горячей воды, в том числе и для обеспечения горячего водоснабжения и отопления жилых и промышленных объектов). Как правило, ТЭЦ должна работать по теплофикационному графику, то есть выработка электрической энергии зависит от выработки тепловой энергии.
Теплоэлектростанции применяются как основные источники тепла и электроэнергии. В мощных теплоэлектростанциях используются турбины — турбогенераторы, работающие на тяжелом топливе или газе. Теплоэлектростанции малой и средней мощности создаются на основе газо-поршневых или газотурбинных силовых установок.
Охлаждение турбогенераторов
Как было отмечено выше, в некоторых случаях в качестве генератора энергии используется турбогенератор.
Турбогенераторы мощностью до 30 МВт имеют замкнутую систему воздушного охлаждения; при мощности свыше 30 МВт воздушную среду заменяют водородной (с избыточным давлением около 5 кН/м2). Использование водорода в качестве теплоносителя позволяет увеличить съём тепла с охлаждаемых поверхностей (так как теплоёмкость водорода в несколько раз превышает теплоёмкость воздуха) и, соответственно, повысить мощность турбогенератора при заданных размерах. Циркуляция теплоносителя обеспечивается вентиляторами, расположенными на одном валу с турбогенератором. Тепло снимается с поверхностей изолированных проводников и стальных сердечников. Нагревшийся теплоноситель поступает в специальный охладитель (при водородном охлаждении он встраивается в турбогенератор, и вся система охлаждения тщательно герметизируется). Для интенсификации охлаждения при мощности турбогенератора свыше 150 МВт давление водорода в системе повышают до 300–500 кН/м2, а при мощности свыше 300 МВт используют внутреннее охлаждение проводников обмотки водородом или дистиллированной водой. При водородном охлаждении проводники обмотки делают с боковыми вырезами-каналами, а при водяном охлаждении применяют полые проводники. В крупных турбогенераторах охлаждение обычно комбинированное: например, обмотки статора и ротора охлаждаются водой, а сердечник статора – водородом.
Одной из основных причин аварийных остановок и разрушений турбогенераторов, синхронных компенсаторов и электрических машин большой мощности, охлаждаемых газами, в частности изобарным водородом, как в нашей стране, так и за рубежом, является интенсивное загрязнение охлаждающего водорода влагой с содержанием примесей кислорода и турбинного масла. Только за последние годы на электростанциях России и стран СНГ произошло 28 аварий с разрушением турбогенераторов, охлаждаемых водородом. Эти аварии были связаны с высоким содержанием влаги в газовом объеме генератора и эпизодическим контролем осушки охлаждающего водорода. В настоящее время на отечественных электростанциях измерение температуры точки росы в генераторах, согласно требованиям «Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей» (ПТЭ), должно выполняться персоналом электростанции один раз в неделю.
Согласно ПТЭ, чистота водорода должна быть не ниже: в корпусах генераторов с непосредственным водородным охлаждением и синхронных компенсаторов всех типов — 98%, в корпусах генераторов с косвенным водородным охлаждением при избыточном давлении водорода 0,5 кгс/см (50 кПа) и выше — 97%, при избыточном давлении водорода до 0,5 кгс/см (50 кПа) — 95%.
Температура точки росы водорода при рабочем давлении или воздуха в корпусе турбогенератора должна быть не выше 15°С по т.р. и всегда ниже значения температуры воды на входе в газоохладители.
Температура точки росы воздуха в корпусе генератора с полным водяным охлаждением должна быть не выше значения, устанавливаемого заводской инструкцией по эксплуатации.
Содержание кислорода в водороде в корпусе генератора (синхронного компенсатора) должно быть не более 1,2%, а в поплавковом гидрозатворе, бачке продувки и водородоотделительном баке маслоочистительной установки генератора — не более 2%.
Перечень загрязняющих примесей, поступающих в газовый объем турбогенератора
