3. Какие существуют показатели режимов производства и потребления электрической и тепловой энергии?
Степень загрузки оборудования характеризуется коэффициентом использования установленной мощности (КИУМ). Он равен отношению фактической годовой выработки энергии (электрической или тепловой) к тому количеству энергии, которое было бы выработано, если бы оборудование проработало все 8760 часов в году на номинальной мощности. Например, для энергоблока с номинальной электрической мощностью 1000000 кВт КИУМ будет равен 0,75 в том случае, когда выработка электроэнергии за год составит 1000000∙8760∙0,75 кВт∙ч.
Для определения степени загрузки оборудования можно также рассчитать число часов использования установленной мощности, т.е. число часов, которое понадобилось бы для выработки фактически произведенного за год количества электроэнергии, если бы оборудование работало только на номинальной мощности.
4. Каковы возможность и целесообразность аккумулирования электрической и тепловой энергии?
Одним из главных достоинств электрической энергии является возможность ее превращения в другие виды энергии, например, механическую, световую, тепловую, химическую. Но потребление электроэнергии связано с одним весьма жестким ограничением: передаваемая потребителям с помощью электросетей электрическая энергия должна использоваться в тот же момент, когда она произведена (время передачи по сетям можно не принимать во внимание, так как оно ничтожно).
Имеющиеся в настоящее время аккумуляторы электрической энергии имеют высокую стоимость и небольшую емкость, поэтому непосредственное аккумулирование электроэнергии в промышленных масштабах экономически нецелесообразно и технически почти неосуществимо.
Одним из возможных способов решения этой проблемы может стать строительство гидроаккумулирующих электростанций (ГАЭС), желательно в комплексе с ТЭС или АЭС (рис. 2).
Рис. 2. Общая схема ГАЭС
В ночное время, когда происходит спад электрических нагрузок, часть мощности ТЭС или АЭС расходуется на транспортировку (перекачивание) воды по большим трубопроводам из нижнего озера в верхнее – это насосный режим работы ГАЭС. А во время пиковых нагрузок ГАЭС переходит на генераторный режим, т.е. вырабатывает электроэнергию за счет вращения гидрогенераторов водой, стекающей из верхнего озера в нижнее.
Что касается аккумулирования тепловой энергии, то эта проблема менее острая, так как тепловые сети имеют значительную инерционность вследствие их большого объема. Это означает, что прекращение отпуска тепловой энергии сказывается, например, на температурном режиме отапливаемых помещений не сразу, а спустя какое-то время.
На ряде электростанций сооружаются аккумуляторы тепловой энергии в виде больших емкостей, заполняемых нагретой водой. Такие тепловые аккумуляторы в случае их повреждения могут представлять серьезную опасность.
5. Какие существуют тепловые электростанции по виду используемой первичной природной энергии и по типу двигателя?
По виду используемой первичной природной энергии существуют следующие типы тепловых электростанций:
- тепловые электростанции на органическом топливе (уголь, мазут, природный газ, горючие сланцы и др.); такие электрические станции получили название ТЭС (в узком смысле слова); основные разновидности тепловых электростанций на органическом топливе – это пылеугольные и газомазутные ТЭС; для пылеугольных станций резервным топливом может быть газ;
- тепловые электростанции на ядерном топливе, т.е. атомные электростанции (АЭС);
- тепловые электростанции, использующие нетрадиционные и возобновляемые источники энергии (НВИЭ), в частности, энергию прямого солнечного излучения. Отметим, что первоисточником почти всех видов первичной природной энергии является Солнце. Например, уголь образовался в земной коре из продуктов органического происхождения, прежде всего растительности, а ее рост происходит за счет солнечной энергии. Причиной океанских приливов является вращение Луны вокруг Земли, а последней - вокруг Солнца. Течение рек обусловлено испарением воды с поверхности крупных водоемов за счет солнечной энергии и последующим выпадением осадков в виде дождя, снега.
Рассмотрим использование энергии прямого солнечного излучения для выработки электрической энергии. Солнечные электростанции (СЭС) имеют также другое название – гелиоэлектростанции (ГеЭС). На примере СЭС можно показать главный отличительный признак, по которому те или иные электрические станции относят или не относят к тепловым. Если на электростанции солнечная энергия сначала преобразуется в тепловую путем фокусирования солнечных лучей (т.е. концентрирования потока энергии) и выработки рабочего пара на турбину, то такая станция является тепловой. Но возможен и другой способ выработки электроэнергии на СЭС – путем прямого преобразования энергии солнечного излучения в электрическую с помощью полупроводниковых материалов; в этом случае электростанция не относится к ТЭС.
Таким образом, тепловыми называются электрические станции, на которых происходит преобразование какой-либо первичной природной энергии сначала в тепловую, а в конечном счете - в электрическую энергию.
Среди тепловых электростанций, использующих НВИЭ, наряду с СЭС можно назвать геотермальные ТЭС (ГеоТЭС), использующие энергию подземных горячих источников, и биогазовые теплоэлектростанции, для которых топливом являются газообразные продукты разложения органических веществ животного происхождения.
По типу двигателя тепловые электростанции подразделяются на:
- паротурбинные;
- газотурбинные;
- парогазовые;
- ТЭС с магнитогидродинамическими установками (МГДУ).