1. Теплоенергетика. Основні поняття.

Теплоенергетика, галузь теплотехніки, що займається перетворенням теплоти в інші види енергії, головним чином у механічну й електричну. Для генерування механічної енергії за рахунок теплоти використовують теплосилові установки; отримана в цих установках механічна енергія використовується для приведення вдію робочих машин (металообробних верстатів, автомобілів, конвеєрів і т.д.) чи електромеханічних генераторів, за допомогою яких виробляється електроенергія. Установки, у яких перетворення теплоти в електроенергію здійснюється без електромеханічних генераторів, називаються установками прямого перетворення енергії. До них відносять магнітогідродинамічні генератори, термоелектричні генератори, термоемисійні перетворювачі енергії.

Перетворення теплоти в механічну енергію в теплосилових установках засновано на здатності газо- чи пароподібного тіла робити механічну роботу при зміні його об’єму. При цьому робоче тіло повинне зробити замкнуту послідовність термодинамічних процесів (цикл). У результаті такого циклу від одного чи декількох джерел теплоти відбирається визначена кількість теплоти Q1 і одному чи декільком джерелам теплоти віддається кількість теплоти Q2, менше, ніж Q1; при цьому різниця Q1 – Q2 перетворюється в механічну роботу Атеор. Відношення отриманої роботи до витраченої теплоти називається термічним ККД цього циклу

(1)

У найпростішому випадку цикл може бути здійснений при одному джерелі теплоти з температурою T1, що віддає теплоту робочому тілу, і одному джерелі теплоти з температурою T2, що сприймає теплоту від робочого тіла. При цьому в температурному інтервалі T1 - T2 найвищий ККД hк = 1 - T2/T1 серед усіх можливих циклів має Карно цикл, тобто hк ht. Кпд, рівний 1, тобто повне перетворення теплоти Q1 у роботу, можливий або при T1 = ¥;, або при T2= 0. Зрозуміло, що жодну з цих умов на практиці реалізувати неможливо. Важливо ще підкреслити, що для земних умов температура Т2 для теплоенергетичних установок повинна в кращому випадку прийматися рівній температурі Т0 навколишнього середовища. Одержати джерело теплоти з температурою Т2 < Т0 можна лише за допомогою холодильной машини, яка для своєї дії в загальному випадку вимагає витрати роботи. Неможливість повного перетворення теплоти в роботу за умови, що всі тіла, що беруть участь у цих перетвореннях, будуть повернуті у вихідні стани, встановлюється другим законом термодинаміки.

Процеси, що протікають у реальних установках, що перетворять теплоту в інші види енергії, супроводжуються різними втратами, у результаті чого одержувана дійсна робота Адійсн. виявляється меншою за теоретично можливу роботу Атеор. Відношення цих робіт називається відносним ефективної ККД установки hoe, тобто,

(2)

Теплові електростанції. Основу сучасної теплоенергетики складають теплосилові установки паротурбінних електростанцій, що складаються з котла і турбіни. У СРСР на таких електростанціях у 1975 було вироблено більш 80% всієї електроенергії. У великих містах найчастіше будуються ії (ТЕЦ), а в районах з дешевим паливом - конденсаційні електростанциї (КЕС).

Відмінність ТЕЦ від КЕС полягає в тому, що ТЕЦ віддає споживачу не тільки електроенергію, але і теплоту з мережною водою, нагрітої в бойлерах до 150-170 °С. Мережна вода по магістральних теплопроводах подається в житлові масиви і далі або безпосередньо, або через проміжні теплообмінники направляється на опалення і гаряче водопостачання. Турбіни ТЕЦ крім регенеративних доборів пари мають один чи кілька регульованих теплофікаційних доборів. Така турбіна працює за графіком теплового споживання, і в найбільш холодний час року пропуск пари в конденсатор практично дорівнює нулю. Опалення від ТЕЦ економичныше,ніж від індивідуальних і навіть центральних котелень, тому що на ТЕЦ мережна вода підігрівається парою, що відробила. У котельнях для підвищення економічності використовується теплота при максимальній температурі горіння палива.

Одна з основних тенденцій розвитку теплових електростанцій - збільшення потужності одиничних агрегатів (парогенераторів і парових турбін), що дозволяє швидкими темпами нарощувати енергооснащеність народного господарства. У СРСР (1976) на КЕС освоюються енергетичні блоки потужністю 800 Мвт, а на ТЕЦ - 250 Мвт.

На дизельних електростанціях (ДЕС), на відміну від теплових і атомних електростанцій, електромеханічні генератори приводяться в обертання не турбінами, а двигунами внутрішнього згоряння - дизелями. ДЕС служать для постачання електроенергією районів, що не підключені до ліній електропередач і вмісцях, де неможливе спорудження теплових чи гідроелектричних станцій. Потужність окремих стаціонарних дизельних електростанций перевищує 2,2 Мвт.

Установки прямого перетворення теплової енергії. Розглянуті вище теплосилові установки перетворять теплоту в механічну енергію, що на електростанціях перетворюється в електроенергію за допомогою електромеханічних генераторів або затрачається на рух у рухових установках. Однак можливо безпосереднє перетворення теплоти в електроенергію за допомогою так званих установок прямого перетворення енергії. Найбільш перспективні установки з магнітогідродинамічним генератором (МГД-генератором). Термодинамічний цикл електростанції з МГД-генератором, що працює на продуктах згоряння органічного палива, аналогічний циклу газотурбінної установки. У камеру згорання подаються паливо і стиснене повітря, попередньо підігріте до максимально можливої температури або збагачений киснем. Це необхідно, для того щоб одержати теоретичну температуру горіння палива - близько 3000 С. Потужність окремих МГД-генераторів на продуктах згоряння складає кілька десятків Мвт (1975). Тому що температура газів після генератора дуже велика (більш 2000 С), раціонально використовувати МГД-установку в комплексі зі звичайною паротурбінною станцією. У цьому випадку теплота, що відбирається від газів, йде на виробництво пари для паротурбінної установки. ККД такої комбінованої установки може досягати 50-60%. Таке підвищення ККД дуже важливо також з погляду зменшення теплових викидів електростанцій у навколишнє середовище. Так, якщо прийняти, що ККД теплової електростанції складає близько 40%, те при збільшенні ККД до 60% кількість теплоти, що скидається, зменшиться приблизно в 2,3 рази (при однаковій електричній потужності станцій).

2. Коротка історія розвитку енергетики України.

Наведемо основні історичні події Української енергетики в цілому і теплоене­ргетики зокрема

1978 р. Вперше в Києві встановлено електричну машину і 4 дугових електричних ліхтарі.

1880 р.

Створено Електротехнічний відділ Імператорського російського технічного товариства (РТТ), а також його відділення в Києві, Одесі, Катеринославі (Дніпропетровську), Миколаєві. Вийшов перший номер журналу 'Электричество'

1890 р.

Пуск перших електростанцій в Україні (Київ, Костянтинівка, Катеринослав, Львів)

1892 р.

В Києві ведено в дію перший у Росії і другий у Європі електричний трамвай

1913 р.

Потужність електростанцій України становила 304,3 тис.кВт

1920 р.

Прийняття плану ГОЕЛРО, що передбачав будівництво 4 теплових електростанцій у Донбасі і ДніпроГЕСу

1926 р.

Пуск першого агрегату Штерівської ДРЕС

1929 р.

Споруджена перша ПЛ-110 кВ Штерівська ДРЕС-Кадіївка

1	2	3	4	5	6