CENTRAL DE ENERGÍA DE CONDENSACIÓN (CPP), una central térmica de turbina de vapor, cuya finalidad es la producción de electricidad. energía mediante turbinas de condensación. El calor liberado durante la combustión del combustible se transfiere en la unidad de caldera (generador de vapor) al fluido de trabajo, generalmente vapor de agua. La energía térmica del vapor de agua se convierte en la turbina de condensación en energía mecánica y esta última en energía eléctrica. generador - en energía eléctrica. El vapor que sale de la turbina se condensa, el condensado de vapor se bombea primero mediante bombas de condensado y luego mediante bombas de alimentación a la caldera de vapor (grupo de caldera, generador de vapor). Eso. Se crea un camino cerrado de vapor-agua: una caldera de vapor con un sobrecalentador - tuberías de vapor desde la caldera a la turbina - turbina - condensador - bombas de condensado y alimentación - tuberías de alimentación. caldera de agua-vapor. El diagrama del camino vapor-agua es el principal. tecnológico diagrama de una central eléctrica de turbina de vapor y se denomina diagrama térmico IES (Fig. 1).

Ventajas:

1. El combustible utilizado es bastante económico.

2. Requieren menos inversión de capital en comparación con otras centrales eléctricas.

3. Puede construirse en cualquier lugar independientemente de la disponibilidad de combustible. El combustible se puede transportar hasta la ubicación de la central eléctrica por ferrocarril o por transporte por carretera.

4. Ocupan un área menor en comparación con las centrales hidroeléctricas.

5. El costo de generar electricidad es menor que el de las centrales diésel.

Defectos:

1. Contaminan la atmósfera liberándolos al aire. gran número humo y hollín.

2. Mayores costos operativos en comparación con las centrales hidroeléctricas.

Diagrama IES. Ventajas, desventajas, aplicación.

IES – central eléctrica de condensación. (Subtipo térmico) Diseñado para generar únicamente energía eléctrica.

lo mas simple diagrama de circuito En la figura se muestra una IES alimentada con carbón.

lo mas simple diagrama termico IES: T - combustible; B - aire; UG - gases de escape; SHZ - escoria y ceniza; PC - caldera de vapor; PE - sobrecalentador de vapor; PT - turbina de vapor; G - generador eléctrico; K - condensador; KN - bomba de condensado; PN - bomba de alimentación

Las centrales eléctricas de condensación térmica tienen una eficiencia baja (30-40%), ya que la mayor parte de la energía se pierde con los gases de combustión y el agua de refrigeración del condensador. Es ventajoso construir centrales nucleares muy cerca de los sitios de producción de combustible.

Diagrama de central nuclear.

Central nuclear (NPP): una instalación nuclear para la producción de energía en modos y condiciones de uso específicos, ubicada dentro del territorio definido por el proyecto, en la que se utilizan un reactor nuclear (reactores) y un complejo para este propósito. sistemas necesarios, dispositivos, equipos y estructuras con los trabajadores necesarios.

En las centrales térmicas, la energía química del combustible quemado se convierte en la caldera en energía de vapor de agua, que acciona una turbina (turbina de vapor conectada a un generador). La energía mecánica de rotación es convertida por el generador en energía eléctrica. El combustible para las centrales eléctricas es carbón, turba, esquisto bituminoso, así como gas y fueloil. En el sector energético doméstico representa hasta el 60% de la generación eléctrica.

Las principales características de IES son: la lejanía de los consumidores de electricidad, que determina principalmente la producción de energía en voltajes altos y ultra altos, y el principio de bloques para la construcción de una central eléctrica. El poder de las centrales eléctricas modernas suele ser tal que cada una de ellas puede suministrar electricidad a una gran región del país. De ahí que otro nombre para las centrales eléctricas de este tipo sea central eléctrica de distrito estatal (GRES).

La figura muestra un principio simplificado. esquema tecnológico unidad de potencia . La unidad de potencia es como una planta de energía separada con su propia unidad principal y equipo auxiliar y un centro de control: un tablero de bloques. Por lo general, no se proporcionan conexiones entre unidades de energía vecinas en términos tecnológicos.

Diagrama de flujo esquemático de IES:
1 - sistema de almacenamiento y suministro de combustible; 2 - sistema de preparación de combustible; 3 - caldera; 4 - turbina; 5 - condensador; 6 - bomba de circulación; 7 - bomba de condensado; 8 - bomba de alimentación; 9 - quemadores de caldera; 10 - ventilador; 11 - extractor de humos; 12 - calentador de aire; 13 - economizador de agua; 14 - calentador de baja presión;
15 - desaireador; 16 - calentador de alta presión

La construcción de IES según el principio de bloques proporciona ciertas ventajas técnicas y económicas, que son las siguientes:
1) el uso de vapor con parámetros altos y ultra altos se facilita gracias a un sistema de tuberías de vapor más simple, lo cual es especialmente importante para el desarrollo de unidades de alta potencia;
2) el esquema tecnológico de la central eléctrica se simplifica y se vuelve más claro, como resultado de lo cual aumenta la confiabilidad de la operación y la operación se vuelve más fácil;
3) el equipo termomecánico de respaldo se reduce y, en algunos casos, puede estar completamente ausente;
4) se reduce el volumen de trabajos de construcción e instalación;
5) se reducen los costos de capital para la construcción de una central eléctrica;
6) se garantiza una ampliación conveniente de la central eléctrica y, si es necesario, las nuevas unidades de energía pueden diferir de las anteriores en sus parámetros.

El esquema tecnológico del IES consta de varios sistemas: suministro de combustible; preparación de combustible; circuito principal de vapor-agua junto con un generador de vapor y una turbina; suministro de agua circulante; tratamiento de agua; recogida de cenizas y retirada de cenizas y, finalmente, la parte eléctrica de la estación.

Mecanismos e instalaciones que proporcionan funcionamiento normal Todos estos elementos están incluidos en el llamado sistema de necesidades propias de la estación (unidad de potencia).

Las mayores pérdidas de energía en IES se producen en el circuito principal de vapor-agua, es decir, en el condensador, donde el vapor de escape, que todavía contiene una gran cantidad de calor gastado durante la formación del vapor, lo devuelve al agua en circulación. Calidez con agua circulante arrastrado a cuerpos de agua, es decir, perdido. Estas pérdidas determinan principalmente la eficiencia de la central eléctrica, que para las centrales térmicas más modernas no supera el 40-42%.

La electricidad generada por la central eléctrica se suministra a un voltaje de 110 - 750 kV y sólo una parte de ella se selecciona para sus propias necesidades a través de un transformador propio conectado a los terminales del generador.

Los generadores y transformadores elevadores se combinan en unidades de potencia y se conectan a un interruptor de alto voltaje, que generalmente es un interruptor abierto (OSG). Las opciones para la ubicación de las estructuras principales pueden ser diferentes, como se ilustra en la figura.

Arroz. 1.3. Opciones para la ubicación de las principales instalaciones del IES:
1 - edificio principal; 2 - almacenamiento de combustible; 3 - chimeneas; Transformadores de 4 bloques;
5, 6 - dispositivos de distribución; 7 - estaciones de bombeo;
8 - soportes intermedios de líneas eléctricas.

Las IES modernas están equipadas principalmente con unidades de potencia de 200 a 800 MW. El uso de unidades grandes permite garantizar un rápido aumento de la capacidad de las centrales eléctricas, un coste aceptable de la electricidad y el coste de un kilovatio instalado de energía de la central.

Las centrales térmicas más grandes tienen una capacidad de 4 a 6,4 millones de kW con unidades de potencia de 500 y 800 MW. La potencia máxima de una IES está determinada por las condiciones del suministro de agua y la influencia de las emisiones de la planta en ambiente.

Los CES modernos tienen un impacto muy activo en el medio ambiente: la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera. Su influencia en la atmósfera se expresa en el gran consumo de oxígeno del aire para la combustión de combustibles y en la emisión de una cantidad importante de productos de combustión. Se trata principalmente de óxidos gaseosos de carbono, azufre y nitrógeno, algunos de los cuales tienen una alta actividad química. Las cenizas volantes que pasan a través de los recolectores de cenizas contaminan el aire. La menor contaminación del aire (para estaciones de la misma potencia) se observa cuando se quema gas y la mayor cuando se quema combustible sólido con bajo poder calorífico y alto contenido de cenizas. También es necesario tener en cuenta las grandes pérdidas de calor a la atmósfera, así como los campos electromagnéticos creados. instalaciones electricas voltaje alto y ultra alto.

IES contamina la hidrosfera en grandes cantidades agua tibia, vertidos de condensadores de turbinas, así como de aguas residuales industriales, aunque se someten a una limpieza exhaustiva.

Para la litosfera, la influencia del CES se refleja no sólo en el hecho de que para el funcionamiento de la estación se extraen grandes masas de combustible, se enajenan y construyen terrenos, sino también en el hecho de que se necesita mucho espacio para la Entierro de grandes masas de cenizas y escorias (al quemar combustibles sólidos).

El impacto de las IES en el medio ambiente es extremadamente grande. Por ejemplo, la magnitud de la contaminación térmica del agua y el aire se puede juzgar por el hecho de que alrededor del 60% del calor que se obtiene en la caldera cuando se quema toda la masa de combustible se pierde fuera de la estación. Teniendo en cuenta el tamaño de la producción de electricidad en las centrales térmicas y los volúmenes de combustible quemados, se puede suponer que pueden influir en el clima. grandes áreas países. Al mismo tiempo, el problema de reciclar parte de las emisiones térmicas se resuelve calentando invernaderos y creando estanques de peces con calefacción. En la producción se utilizan cenizas y escorias. materiales de construcción etc.

DIAGRAMA TECNOLÓGICO PRINCIPAL DE IES

En IES, las calderas y turbinas están conectadas en bloques: una caldera-turbina (monobloques) o dos caldera-turbina (dobles bloques). El diagrama tecnológico de principios generales de la central térmica de condensación IES (GRZS) se presenta en la Fig. 1.7.

Se suministra combustible al horno de la caldera de vapor PC (Fig. 1.7): GT gaseoso, HT líquido o HT sólido. Existe un almacén ST para almacenamiento de combustibles líquidos y sólidos. Los gases calentados que se forman durante la combustión del combustible emiten calor a las superficies de la caldera, calientan el agua en la caldera y sobrecalientan el vapor formado en ella. A continuación, los gases se envían a tubo de lámpara Dt y se liberan a la atmósfera. Si en una central eléctrica se quema combustible sólido, los gases, antes de entrar en la chimenea, pasan a través de recolectores de cenizas para proteger el medio ambiente (principalmente la atmósfera) de la contaminación. El vapor, después de pasar por el sobrecalentador PI, pasa a través de líneas de vapor hasta una turbina de vapor, que tiene cilindros de alta presión (HPC), media presión (MCP) y baja presión (LPC). El vapor de la caldera ingresa al HPC, después de pasar a través del cual se envía nuevamente a la caldera y luego al sobrecalentador intermedio PPP a lo largo del "hilo frío" de la línea de vapor de sobrecalentamiento intermedio. Después de pasar por el sobrecalentador intermedio, el vapor regresa nuevamente a la turbina a través del "hilo caliente" de la línea de vapor de sobrecalentamiento intermedio y ingresa al centro de calefacción central. Desde el CSD, el vapor se dirige a través de tuberías de transferencia de vapor al CSD y sale al condensador /(, donde se condensa.

El condensador se enfría mediante circulación de agua. El agua de circulación llega al condensador mediante las bombas de circulación de la unidad de calefacción central. En un esquema de suministro de agua con circulación de flujo directo, el agua se toma del depósito B (ríos, mares, lagos) y, después de salir del condensador, se devuelve al depósito. Con un circuito inverso de suministro de agua circulante, el agua de refrigeración del condensador se envía al enfriador de agua circulante (torre de enfriamiento, estanque de enfriamiento, piscina de aspersión), se enfría en el enfriador y luego se devuelve al condensador mediante bombas de circulación. Las pérdidas de agua circulante se compensan suministrando agua adicional desde su fuente.

Se mantiene un vacío en el condensador y el vapor se condensa. Con la ayuda de las bombas de condensado K.N, el condensado se envía al desaireador D, donde se limpia de los gases disueltos en él, en particular el oxígeno. El contenido de oxígeno en el agua y el vapor de las centrales térmicas es inaceptable, ya que el oxígeno tiene un efecto agresivo sobre el metal de tuberías y equipos. Desde el desaireador, el agua de alimentación se dirige a la caldera de vapor mediante bombas de alimentación PN. Las pérdidas de agua que se producen en el circuito caldera-tubería de vapor-turbina-caldera desaireadora se reponen mediante dispositivos de tratamiento de agua (tratamiento químico del agua). El agua de los dispositivos de tratamiento de agua se envía para alimentar el circuito de trabajo de la central térmica a través del desaireador de agua caliente químicamente purificada.

El generador G, ubicado en el mismo eje que la turbina de vapor, genera corriente eléctrica, que se envía a través de los terminales del generador a la central eléctrica del distrito estatal, en la mayoría de los casos al transformador elevador PTr. En este caso, el voltaje corriente eléctrica aumenta y aparece la posibilidad de transmitir electricidad a largas distancias a través de líneas de transmisión de energía conectadas a la aparamenta elevadora. Los cuadros de alta tensión se construyen principalmente tipo abierto y se denominan interruptores abiertos (OSD). Los motores eléctricos de los mecanismos de accionamiento eléctrico, la iluminación de las centrales eléctricas y otros consumidores de su propio consumo o de sus propias necesidades son alimentados por transformadores TrSR, generalmente conectados a las salidas de los generadores de las centrales eléctricas de los distritos estatales.

Cuando se operan centrales térmicas que utilizan combustibles sólidos, se deben tomar medidas para proteger el medio ambiente de la contaminación por cenizas y escorias. La escoria y las cenizas de las centrales eléctricas que queman combustible sólido se lavan con agua, se mezclan con ella formando una pulpa y se envían a los vertederos de cenizas y escorias de la planta de Ashgabat, donde las cenizas y la escoria caen de la pulpa. “El agua clarificada se envía a la central eléctrica para su reutilización mediante bombas de agua clarificada o por gravedad.

Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia

Institución educativa estatal

Educación profesional superior

UNIVERSIDAD ESTATAL DE VLADIMIR

Nombrado en honor a A.G. y N.G. Stoletov

Departamento de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería de Energía

Cálculo y trabajo gráfico.

“Desarrollo de un esquema de distribución de energía para IES”

Trabajo completado:

gr. EEb-110

Belov a.m.

Revisé el trabajo:

Chebryakova Yu.S.

Vladímir 2012

1.Introducción

Propósito y ventajas de ES

Diagrama tecnológico de ES.

Equipo principal de ES y su finalidad.

Ejemplos del ES más grande de la Federación de Rusia.

Impacto de los SE en el medio ambiente

Elección diagrama de bloques ES

Selección de equipo principal.

3.1. Selección de generadores.

3.2. Selección de transformadores de comunicación.

3.3. Selección de transformadores auxiliares.

3.4. Selección de interruptores y seccionadores.

Conclusión

4.1. Lista de equipos seleccionados con parámetros y símbolos en el diagrama.

4.2. Ventajas y desventajas del esquema de suministro de energía seleccionado.

4.3. Esquema de suministro de energía a la red (formato A3)

Lista de literatura usada

Introducción

1. Objeto y ventajas de IES

En las centrales térmicas, la energía química del combustible quemado se convierte en la caldera en energía de vapor de agua, que acciona una turbina (turbina de vapor conectada a un generador). La energía mecánica de rotación es convertida por el generador en energía eléctrica. El combustible para las centrales eléctricas es carbón, turba, esquisto bituminoso, así como gas y fueloil. En el sector energético nacional, los CPP representan más del 60% de la generación de electricidad.

Las principales características de IES son: la lejanía de los consumidores de electricidad, que determina principalmente la producción de energía en voltajes altos y ultra altos, y el principio de bloques de construcción de una central eléctrica. El poder de las centrales eléctricas modernas suele ser tal que cada una de ellas puede suministrar electricidad a una gran región del país. De ahí que otro nombre para las centrales eléctricas de este tipo sea central eléctrica de distrito estatal (SDPP).

Las IES modernas están equipadas principalmente con unidades de potencia de 200 a 800 MW. El uso de unidades grandes permite garantizar un rápido aumento de la capacidad de las centrales eléctricas, un coste aceptable de la electricidad y el coste de un kilovatio instalado de energía de la central.

Requisitos técnicos y económicos básicos para IES - alta confiabilidad, maniobrabilidad y eficiencia. El requisito de alta confiabilidad y maniobrabilidad está determinado por el hecho de que la electricidad producida por la IES se consume inmediatamente, es decir, la IES debe producir tanta electricidad como sus consumidores necesitan en este momento.

Las mayores pérdidas de energía en IES se producen en el circuito principal de vapor-agua, es decir, en el condensador, donde el vapor de escape, que todavía contiene una gran cantidad de calor gastado durante la formación del vapor, lo devuelve al agua en circulación. El calor se transporta con el agua en circulación hacia los depósitos, es decir, se pierde. Estas pérdidas determinan principalmente la eficiencia de la central eléctrica, que no supera el 40-42% incluso para las centrales térmicas más modernas.

La electricidad generada por la central eléctrica se suministra a un voltaje de 110 - 750 kV y sólo una parte de ella se selecciona para sus propias necesidades a través de un transformador propio conectado a los terminales del generador. Los generadores y transformadores elevadores se combinan en unidades de potencia y se conectan a un interruptor de alto voltaje, que generalmente es un interruptor abierto (OSG).

Esquema tecnológico de IES

La figura muestra un diagrama esquemático simplificado de la unidad de potencia IES.

T - combustible; B - aire; UG - gases de escape; SHZ - escoria y ceniza; PC - caldera de vapor; PE - sobrecalentador de vapor; PT - turbina de vapor; G - generador eléctrico; K - condensador; KN - bomba de condensado; PN - bomba de alimentación.

El calor liberado durante la combustión del combustible se transfiere en la unidad de caldera (generador de vapor) al fluido de trabajo, generalmente vapor de agua. La energía térmica del vapor de agua se convierte en energía mecánica en una turbina de condensación y esta última en energía eléctrica en un generador eléctrico. El vapor que sale de la turbina se condensa, el condensado de vapor se bombea primero mediante bombas de condensado y luego mediante bombas de alimentación a la caldera de vapor (grupo de caldera, generador de vapor). De esta manera, se crea un camino cerrado vapor-agua: caldera de vapor con sobrecalentador - tuberías de vapor desde la caldera a la turbina - turbina - condensador - bombas de condensado y alimentación - tuberías agua de alimentación- caldera de vapor. El diagrama del circuito vapor-agua es el diagrama tecnológico principal de una central eléctrica con turbina de vapor y se denomina diagrama térmico IES.

Equipo principal de IES y su finalidad.

El equipo principal de las IES (unidades de calderas y turbinas) se encuentra en el edificio principal, calderas y una unidad de preparación de polvo (en las IES que queman, por ejemplo, carbón en forma de polvo), en la sala de calderas, unidades de turbinas y sus Equipo auxiliar: en la sala de turbinas de la central eléctrica. En las centrales térmicas se instala principalmente una caldera por turbina. La caldera con la unidad de turbina y su equipo auxiliar forman una parte separada: una central eléctrica monobloque. En las centrales térmicas sin sobrecalentamiento de vapor intermedio con unidades de turbina con una capacidad de 100 MW o menos en la URSS, se utilizó un esquema centralizado sin bloques, en el que el vapor de 113 calderas se desvía hacia una tubería de vapor común y desde allí se distribuye entre las turbinas. . Las dimensiones del edificio principal vienen determinadas por los equipos colocados en él y oscilan entre 30 y 100 de longitud por unidad, dependiendo de su potencia. metro, ancho de 70 a 100 metro. La altura de la sala de máquinas es de unos 30 metro, sala de calderas - 50 metro y más.

La rentabilidad de la distribución del edificio principal se estima aproximadamente por la capacidad cúbica específica, equivalente a aproximadamente 0,7-0,8 en una central eléctrica alimentada con carbón pulverizado. metro 3 /kW, y en gas y petróleo – alrededor de 0,6 – 0,7 metro 3 /kW Algunos de los equipos auxiliares de la sala de calderas (extractores de humos, ventiladores, recolectores de cenizas, ciclones de polvo y separadores de polvo del sistema de preparación de polvo) se instalan fuera del edificio, al aire libre.

Las CPP se construyen directamente al lado de fuentes de suministro de agua. En el territorio de la IES, además del edificio principal, se encuentran estructuras y dispositivos para el suministro técnico de agua y tratamiento químico de agua, instalaciones de combustible, transformadores eléctricos, dispositivos de distribución, laboratorios y talleres, almacenes de materiales, locales de oficinas para el personal de servicio. IES. El suministro de combustible al territorio del CPP suele realizarse por ferrocarril. d.composiciones. Las cenizas y escorias de la cámara de combustión y de los colectores de cenizas se eliminan hidráulicamente.

Ejemplos de las IES más grandes de la Federación de Rusia.

Nombre plantas de energía		energía eléctrica METROW.	Tipo de combustible
Surgutskaya GRES-1			Gas asociado, combustible para turbinas de gas
Kostromskaya GRES			Gas natural, fueloil
Surgutskaya GRES-2			Agotado gas asociado
Reftinskaya GRES			Carbón de Ekibastuz
Riazánskaya GRES			Lignito, gas, fueloil
Permskaya GRES			Gas natural
Central eléctrica del distrito estatal de Stavropol			Gas natural, fueloil
Konakovskaya GRES			Gas natural

Las centrales térmicas más grandes tienen actualmente una capacidad de hasta 4 millones de kW. Se están construyendo centrales eléctricas con una capacidad de 4 a 6,4 millones de kW con unidades de potencia de 500 y 800 MW. La potencia máxima de una IES está determinada por las condiciones del suministro de agua y el impacto de las emisiones de la planta en el medio ambiente.

Impacto de las IES en el medio ambiente

Los CES modernos tienen un impacto muy activo en el medio ambiente: la atmósfera, la hidrosfera y la litosfera. El impacto sobre la atmósfera se refleja en el gran consumo de oxígeno del aire para la combustión de combustibles y la emisión de una importante cantidad de productos de combustión. Estos son óxidos gaseosos de carbono, azufre y nitrógeno. Las cenizas volantes que pasan a través de los recolectores de cenizas contaminan el aire. La menor contaminación del aire se observa cuando se quema gas y la mayor cuando se quema combustibles sólidos con bajo poder calorífico y alto contenido de cenizas. También es necesario tener en cuenta las grandes pérdidas de calor a la atmósfera, así como los campos electromagnéticos creados por las instalaciones eléctricas de alta y ultraalta tensión.

IES contamina la hidrosfera con grandes masas de agua tibia descargadas de los condensadores de las turbinas, así como con aguas residuales industriales, aunque se someten a una purificación exhaustiva.

Para la litosfera, la influencia del CES se refleja no sólo en el hecho de que para el funcionamiento de la estación se extraen grandes masas de combustible, se enajenan y construyen terrenos, sino también en el hecho de que se necesita mucho espacio para la Entierro de grandes masas de cenizas y escorias (al quemar combustibles sólidos).

El impacto de las IES en el medio ambiente es extremadamente grande. Por ejemplo, la magnitud de la contaminación térmica del agua y el aire se puede juzgar por el hecho de que alrededor del 60% del calor que se obtiene en la caldera cuando se quema toda la masa de combustible se pierde fuera de la estación. Teniendo en cuenta el tamaño de la producción de electricidad en las centrales térmicas y los volúmenes de combustible quemado, se puede suponer que pueden influir en el clima de grandes zonas del país. Al mismo tiempo, el problema de reciclar parte de las emisiones térmicas se resuelve calentando invernaderos y creando estanques de peces con calefacción. Las cenizas y las escorias se utilizan en la producción de materiales de construcción, etc.

1. Selección de diagrama de bloques de kes.

Estructural diagrama electrico Depende de la composición del equipo (número de generadores, transformadores), la distribución de generadores y carga entre cuadros (aparamentas) de diferentes voltajes y la conexión entre estos cuadros.

La figura muestra un diagrama de bloques de una central eléctrica con distribución preferencial de electricidad en alta tensión (AT). La ausencia de consumidores cerca de dicha central eléctrica permite abandonar el GRU. Los esquemas de suministro de energía IES se caracterizan por una conexión en bloque de generadores con transformadores. Todos los generadores están conectados en bloques con transformadores elevadores.

La electricidad se suministra en alta y media tensión y la comunicación entre los cuadros se realiza mediante un autotransformador de comunicación.

1. Selección de equipo principal.

   Selección de generadores.

Según las instrucciones, la capacidad instalada de la central es de 1500 MW.

generador	velocidad nominal	Potencia nominal (aparente)	Tensión nominal		Corriente nominal	Diagrama de conexión del devanado
	3000 rpm
	3000 rpm

Elijo dos generadores con una capacidad de 500 MW cada uno: tGRAMOB-500-2У3

La serie TGV incluye turbogeneradores con capacidades de 200, 300 y 500 MW. La carcasa del estator es cilíndrica, soldada y estanca al gas. La carcasa del estator de un turbogenerador de 500 MW consta de tres partes: una central y dos cajas unidas a los extremos. La carcasa del estator se llena de hidrógeno bajo presión.

El núcleo del estator está montado sobre prismas longitudinales. Para reducir la vibración, la carcasa interior se instala en la carcasa del estator sobre ballestas ubicadas en varias filas a lo largo de la máquina. El núcleo consta de paquetes separados separados por canales radiales anulares.

El núcleo se presiona mediante bridas de presión macizas de acero no magnético.

El devanado del estator es trifásico, de dos capas, tipo varilla, con paso acortado. Las partes frontales del devanado son tipo cesta.

Las barras de enrollado refrigeradas directamente por gas disponen de conductos de ventilación formados por tubos de acero aislados y amagnéticos.

Las varillas de bobinado refrigeradas por agua se componen de conductores de cobre macizos y huecos. El aislamiento de las varillas es termoendurecible tipo VES-2.

El rotor está fabricado en acero de alta calidad. El cilindro del rotor tiene ranuras radiales con paredes paralelas. El devanado del rotor refrigerado por gas está hecho de tiras de cobre de perfil especial. Los turbogeneradores de 200 y 300 MW utilizan un compresor centrífugo de una etapa ubicado en el eje del rotor.

Para un turbogenerador de 500 MW, se adopta la refrigeración directa por agua del devanado del rotor, hecho de conductores de cobre rectangulares con un orificio interno redondo. El agua entra por el extremo del rotor. El conductor de corriente y parcialmente los anillos colectores también se enfrían con agua.

Los anillos de sujeción para sujetar las partes frontales del devanado del rotor se montan directamente en el cilindro del rotor y se fijan con una llave dentada.

Selección de transformadores de comunicación.

La potencia del transformador está determinada.

donde, S tr - potencia del transformador; S g - potencia del generador S sn - potencia auxiliar; El 5% de la energía se utiliza para necesidades propias.

Potencia reactiva de los generadores:

Q g =P g tgφ=5000.62=310MVar

P sn = P g 0,05 = 5000,1 = 50 MVA

Qsn=Psntgφ=250,62=15,5MVar

Pn=Pg 0,02=5000,02=10MVA

Qn=Pntgφ=100,62=6,2MVar

Seleccionamos dos transformadores TC-630000\500 - U1

Transformadores trifásicos de aceite de dos devanados serie TDT (Ts) con una capacidad de 25.000; 400 000 y 630 000 kVA, clase de voltaje 500 kV están diseñados para operación estacionaria en instalación al aire libre y están diseñados para operación a largo plazo con una carga nominal en un bloque con un generador. U - para trabajar en áreas con clima templado, categoría de alojamiento 1 (al aire libre).

Seleccione el transformador TNTs-630000\220-U1

Selección de transformadores auxiliares.

La potencia del transformador se determina:

Selección de transformadores TRDNS 63000/35

Transformador trifásico. P - Presencia de devanado dividido bajo voltaje. D – circulación de aire forzada y circulación de aceite natural. Doble cuerda. N - presencia de un sistema de regulación de voltaje. C – para sistemas auxiliares de centrales eléctricas. Potencia nominal, 63000 kV*A. Clase de tensión del devanado AT, 35 kV.

Selección de interruptores y seccionadores.

Al elegir interruptores, se tiene en cuenta la tensión de funcionamiento. Y también la corriente a la que debe funcionar el interruptor. En este caso se debe tener en cuenta la corriente de interrupción. El interruptor debe garantizar un apagado de emergencia oportuno del equipo. La corriente nominal está determinada por:

Los seccionadores se seleccionan de manera similar a los interruptores.

Tipo de interruptor (desconectador)	Nominal tensión, kV	Nominal	Corriente de corte nominal, A
VNV-750A-40/3150U1
VVD-330B-40/3150U1
VVU-35B-40/3150U1
RNV-750I/4000U1
RND-330/3200 U1
RND-35/2000 U1

24 de octubre de 2012

La energía eléctrica hace tiempo que entró en nuestras vidas. Incluso el filósofo griego Tales en el siglo VII a. C. descubrió que el ámbar frotado sobre lana comienza a atraer objetos. Pero por mucho tiempo Nadie prestó atención a este hecho. Sólo en 1600 apareció por primera vez el término "Electricidad", y en 1650 Otto von Guericke creó una máquina electrostática en forma de una bola de azufre montada sobre una varilla de metal, que permitió observar no solo el efecto de la atracción, sino también el efecto de repulsión. Esta fue la primera máquina electrostática simple.

Han pasado muchos años desde entonces, pero incluso hoy, en un mundo lleno de terabytes de información, cuando puedes descubrir por ti mismo todo lo que te interesa, para muchos sigue siendo un misterio cómo se produce la electricidad, cómo llega a nuestro hogar. , oficina, empresa...

Consideraremos estos procesos en varias partes.

Parte I. Generación de energía eléctrica.

¿De dónde viene? energía eléctrica? Esta energía surge de otros tipos de energía: térmica, mecánica, nuclear, química y muchas otras. EN escala industrial La energía eléctrica se obtiene en las centrales eléctricas. Consideremos sólo los tipos más comunes de centrales eléctricas.

1) Centrales térmicas. Hoy en día, todos ellos se pueden combinar en un solo término: Planta de energía del distrito estatal (Planta de energía del distrito estatal). Por supuesto, hoy este término ha perdido su significado original, pero no ha pasado a la eternidad, sino que se ha quedado con nosotros.

Las centrales térmicas se dividen en varios subtipos:

A) Planta de energía de condensación (CPS) - planta de energía térmica Este tipo de central eléctrica, que produce únicamente energía eléctrica, debe su nombre a las peculiaridades de su principio de funcionamiento.

Principio de funcionamiento: El aire y el combustible (gaseoso, líquido o sólido) se suministran a la caldera mediante bombas. El resultado es una mezcla de combustible y aire que arde en la caldera y libera una gran cantidad de calor. En este caso el agua pasa sistema de tuberías, que se encuentra dentro de la caldera. El calor liberado se transfiere a esta agua, mientras su temperatura aumenta y se lleva a ebullición. El vapor que se produjo en la caldera regresa a la caldera para sobrecalentarla por encima del punto de ebullición del agua (a una presión determinada), luego a través de líneas de vapor va a la turbina de vapor, en la que el vapor sí funciona. Al mismo tiempo, se expande, su temperatura y presión disminuyen. Así, la energía potencial del vapor se transfiere a la turbina y, por tanto, se convierte en energía cinética. La turbina, a su vez, acciona el rotor de un generador de corriente alterna trifásico, que se encuentra en el mismo eje que la turbina y produce energía.

Echemos un vistazo más de cerca a algunos elementos de IES.

Turbina de vapor.

El flujo de vapor de agua ingresa a través de paletas guía a palas curvas fijadas alrededor de la circunferencia del rotor y, actuando sobre ellas, hace que el rotor gire. Como puede ver, hay espacios entre las filas de omóplatos. Están ahí porque este rotor se retira de la carcasa. También están integradas en el cuerpo hileras de palas, pero están inmóviles y sirven para crear ángulo deseado caída de vapor sobre las aspas en movimiento.

Las turbinas de vapor de condensación se utilizan para convertir la mayor cantidad posible de calor del vapor en trabajo mecánico. Funcionan liberando (agotando) el vapor gastado en un condensador donde se mantiene el vacío.

Una turbina y un generador que están ubicados en el mismo eje se denominan turbogenerador. Generador de corriente alterna trifásico (máquina síncrona).

Consta de:

Lo que aumenta el voltaje al valor estándar (35-110-220-330-500-750 kV). En este caso, la corriente disminuye significativamente (por ejemplo, cuando el voltaje aumenta 2 veces, la corriente disminuye 4 veces), lo que permite transmitir energía a largas distancias. Cabe señalar que cuando hablamos de clase de voltaje, nos referimos a voltaje lineal (fase a fase).

La potencia activa producida por el generador se regula cambiando la cantidad de portador de energía y la corriente en el devanado del rotor cambia. Para aumentar la potencia activa de salida, es necesario aumentar el suministro de vapor a la turbina y aumentará la corriente en el devanado del rotor. No debemos olvidar que el generador es síncrono, lo que significa que su frecuencia es siempre igual a la frecuencia de la corriente en el sistema eléctrico, y cambiar los parámetros del portador de energía no afectará su frecuencia de rotación.

Además, el generador también produce potencia reactiva. Se puede utilizar para regular el voltaje de salida dentro de límites pequeños (es decir, no es el medio principal para regular el voltaje en el sistema eléctrico). Funciona de esta manera. Cuando el devanado del rotor está sobreexcitado, es decir cuando el voltaje en el rotor aumenta por encima del valor nominal, la potencia reactiva "excesiva" se libera al sistema de energía, y cuando el devanado del rotor está subexcitado, entonces potencia reactiva consumido por el generador.

Así, en corriente alterna estamos hablando de potencia total(medida en voltios-amperios - VA), que es igual a la raíz cuadrada de la suma de la potencia activa (medida en vatios - W) y reactiva (medida en voltios-amperios reactivos - VAR).

El agua del depósito sirve para eliminar el calor del condensador. Sin embargo, las piscinas de chapoteo se utilizan a menudo para estos fines.

o torres de enfriamiento. Las torres de enfriamiento pueden ser del tipo torre Fig.8

o ventilador Fig.9

Las torres de refrigeración están diseñadas casi de la misma manera, con la única diferencia de que el agua fluye sobre los radiadores, les transfiere calor y se enfrían mediante el aire forzado. En este caso, parte del agua se evapora y es transportada a la atmósfera.
La eficiencia de dicha central eléctrica no supera el 30%.

B) Central eléctrica con turbinas de gas.

En una central eléctrica de turbina de gas, el turbogenerador no es impulsado por vapor, sino directamente por los gases producidos durante la combustión del combustible. En este caso, sólo puedes utilizar gas natural De lo contrario, la turbina fallará rápidamente debido a su contaminación con productos de combustión. Eficiencia por carga máxima 25-33%

Se puede obtener una eficiencia mucho mayor (hasta un 60%) combinando ciclos de vapor y gas. Estas plantas se denominan plantas de ciclo combinado. En lugar de una caldera convencional, tienen instalada una caldera de recuperación de calor, que no tiene quemadores propios. Recibe calor del escape turbina de gas. Actualmente, las CCGT se están introduciendo activamente en nuestras vidas, pero hasta ahora hay pocas en Rusia.

EN) Centrales térmicas (hace mucho tiempo que se han convertido en parte integral de las grandes ciudades). Fig.11

La central térmica está diseñada estructuralmente como una central de condensación (CPS). La peculiaridad de una central eléctrica de este tipo es que puede generar energía tanto térmica como eléctrica simultáneamente. Dependiendo del tipo turbina de vapor, existir varias maneras selecciones de vapor, que le permiten tomar vapor con diferentes parámetros. En este caso, parte del vapor o todo el vapor (según el tipo de turbina) ingresa al calentador de red, le transfiere calor y allí se condensa. Las turbinas de cogeneración permiten regular la cantidad de vapor para necesidades térmicas o industriales, lo que permite que la central térmica funcione en varios modos de carga:

térmica: la producción de energía eléctrica depende completamente de la producción de vapor para las necesidades de calefacción industrial o urbana.

eléctrica: la carga eléctrica es independiente de la carga térmica. Además, las plantas de cogeneración pueden funcionar en modo de condensación total. Esto puede ser necesario, por ejemplo, si en verano hay una fuerte escasez de potencia activa. Este modo no es rentable para las centrales térmicas, porque la eficiencia se reduce significativamente.

La producción simultánea de energía eléctrica y calor (cogeneración) es un proceso rentable en el que se aumenta significativamente la eficiencia de la estación. Por ejemplo, la eficiencia calculada de CES es como máximo del 30% y la de CHP es de aproximadamente el 80%. Además, la cogeneración permite reducir las emisiones térmicas inactivas, lo que tiene un efecto positivo en la ecología de la zona en la que se ubica la central térmica (en comparación con si existiera una central térmica de capacidad similar).

Echemos un vistazo más de cerca a la turbina de vapor.

A la calefacción urbana turbinas de vapor Las turbinas incluyen:

Contrapresión;

Extracción de vapor regulable;

Selección y contrapresión.

Las turbinas con contrapresión funcionan expulsando vapor no a un condensador, como en IES, sino a un calentador de red, es decir, todo el vapor que pasa por la turbina se destina a necesidades de calefacción. El diseño de tales turbinas tiene un inconveniente importante: el programa de carga eléctrica depende completamente del programa de carga térmica, es decir, dichos dispositivos no pueden participar en la regulación operativa de la frecuencia de la corriente en el sistema eléctrico.

En las turbinas con extracción controlada de vapor, éste se extrae a la cantidad correcta en etapas intermedias, mientras se seleccionan aquellas etapas para la selección de vapor que sean adecuadas en en este caso. Este tipo de turbina es independiente de la carga térmica y el control de la potencia activa de salida se puede ajustar dentro de límites mayores que en las plantas de cogeneración de contrapresión.

Las turbinas de extracción y contrapresión combinan las funciones de los dos primeros tipos de turbinas.

Las turbinas de cogeneración de las centrales térmicas no siempre son capaces de cambiar carga térmica. Para cubrir picos de carga y, en ocasiones, aumentar energía eléctrica Al cambiar las turbinas al modo de condensación, se instalan calderas para calentar agua en las centrales térmicas.

2) Centrales nucleares.

En Rusia existen actualmente 3 tipos de plantas de reactores. Principio general su trabajo es más o menos similar al trabajo de ies(En los viejos tiempos, las centrales nucleares se llamaban centrales eléctricas de distrito estatal). La única diferencia fundamental es que energía termal No se produce en calderas que utilizan combustibles fósiles, sino en reactores nucleares.

Veamos los dos tipos de reactores más comunes en Rusia.

1) reactor RBMK.

Una característica distintiva de este reactor es que el vapor para hacer girar la turbina se obtiene directamente en el núcleo del reactor.

Núcleo RBMK. Fig.13

Consta de columnas verticales de grafito en las que hay orificios longitudinales, en los que se insertan tubos de aleación de circonio y acero inoxidable. El grafito actúa como moderador de neutrones. Todos los canales se dividen en canales de combustible y CPS (sistema de control y protección). Tienen diferentes circuitos de refrigeración. En los canales de combustible se inserta un casete (FA - conjunto combustible) con varillas (TVEL - elemento combustible) en cuyo interior se encuentran bolitas de uranio en una carcasa herméticamente sellada. Está claro que de ellos se obtiene la energía térmica, que se transfiere a un refrigerante que circula continuamente de abajo hacia arriba a alta presión: agua corriente, pero muy bien purificada de impurezas.

El agua, que pasa a través de los canales de combustible, se evapora parcialmente, la mezcla de vapor y agua ingresa desde todos los canales de combustible individuales a 2 tambores separadores, donde el vapor se separa del agua. El agua vuelve a entrar al reactor mediante bombas de circulación (4 en total por circuito) y el vapor pasa a través de líneas de vapor hasta 2 turbinas. Luego, el vapor se condensa en un condensador y se convierte en agua, que regresa al reactor.

La potencia térmica del reactor se controla únicamente con la ayuda de barras absorbentes de neutrones de boro, que se mueven en los canales de las barras de control. El agua que enfría estos canales llega de arriba a abajo.

Como habrás notado, nunca he mencionado la vasija del reactor todavía. El caso es que, de hecho, el RBMK no tiene casco. La zona activa de la que les acabo de hablar está colocada en un pozo de hormigón y encima se cierra con una tapa que pesa 2000 toneladas.

La figura anterior muestra la protección biológica superior del reactor. Pero no debes esperar que al levantar uno de los bloques puedas ver el respiradero de color amarillo verdoso de la zona activa, no. La tapa en sí se encuentra mucho más abajo y encima, en el espacio hasta la parte superior. protección biológica Queda un espacio para las comunicaciones del canal y las varillas absorbentes se eliminaron por completo.

Se deja espacio entre las columnas de grafito para expansión térmica grafito En este espacio circula una mezcla de gases nitrógeno y helio. Su composición se utiliza para juzgar la estanqueidad de los canales de combustible. El núcleo del RBMK está diseñado para romper no más de 5 canales; si se despresurizan más, la cubierta del reactor se romperá y los canales restantes se abrirán. Tal desarrollo de los acontecimientos provocará una repetición de la tragedia de Chernobyl (aquí no me refiero a la desastre provocado por el hombre y sus consecuencias).

Veamos las ventajas del RBMK:

—Gracias a la regulación de la potencia térmica canal por canal, es posible cambiar los elementos combustibles sin detener el reactor. Cada día, normalmente, se cambian varios conjuntos.

—Baja presión en el CMPC (circuito múltiple circulación forzada), lo que contribuye a una menor ocurrencia de accidentes asociados a su despresurización.

— Ausencia de vasija del reactor de difícil fabricación.

Veamos las desventajas del RBMK:

—Durante la operación se descubrieron numerosos errores en la geometría del núcleo, que no se pueden eliminar por completo en las unidades de energía existentes de primera y segunda generación (Leningrado, Kursk, Chernobyl, Smolensk). Las unidades de energía RBMK de tercera generación (solo hay una, en la tercera unidad de energía de la central nuclear de Smolensk) están libres de estas deficiencias.

—El reactor es de circuito único. Es decir, las turbinas hacen girar el vapor producido directamente en el reactor. Esto significa que contiene componentes radiactivos. Si la turbina se despresuriza (y esto ocurrió en la central nuclear de Chernobyl en 1993), su reparación será muy complicada, y quizás imposible.

—La vida útil del reactor está determinada por la vida útil del grafito (30-40 años). Luego viene su degradación, que se manifiesta en su hinchazón. Este proceso ya está causando serias preocupaciones en la unidad de potencia RBMK más antigua, Leningrado-1, construida en 1973 (ya tiene 39 años). La salida más probable a esta situación es tapar el enésimo número de canales para reducir la expansión térmica del grafito.

—El moderador de grafito es un material inflamable.

-En vista a gran cantidad válvulas de cierre, el reactor es difícil de controlar.

— En la 1ª y 2ª generación hay inestabilidad cuando funcionan a bajas potencias.

En general, podemos decir que el RBMK es un buen reactor para su época. Actualmente se ha decidido no construir unidades de energía con este tipo de reactor.

2) Reactor VVER.

Actualmente, el RBMK está siendo sustituido por el VVER. Tiene importantes ventajas en comparación con el RBMK.

El núcleo está completamente contenido en una carcasa muy duradera, que se fabrica en la planta y se entrega completamente terminada por ferrocarril y luego por carretera a la unidad de potencia en construcción. El moderador es agua limpia bajo presión. El reactor consta de 2 circuitos: el agua del primer circuito a alta presión enfría los elementos combustibles, transfiriendo calor al segundo circuito mediante un generador de vapor (realiza la función de un intercambiador de calor entre 2 circuitos aislados). En él, el agua del circuito secundario hierve, se convierte en vapor y pasa a la turbina. En el circuito primario el agua no hierve, ya que está a muy alta presión. El vapor de escape se condensa en el condensador y regresa al generador de vapor. Circuito de doble circuito tiene ventajas significativas en comparación con el circuito único:

El vapor que llega a la turbina no es radiactivo.

La potencia del reactor puede controlarse no sólo mediante varillas absorbentes, sino también mediante la solución. ácido bórico, lo que hace que el reactor sea más estable.

Los elementos del circuito primario están ubicados muy cerca unos de otros, por lo que pueden colocarse en una carcasa de contención común. En caso de roturas en el circuito primario, los elementos radiactivos entrarán en la contención y no serán liberados al medio ambiente. Además, la contención protege al reactor de influencia externa(por ejemplo, por la caída de una avioneta o una explosión fuera del perímetro de la estación).

El reactor no es difícil de operar.

También hay desventajas:

—A diferencia del RBMK, el combustible no se puede cambiar mientras el reactor está en funcionamiento, porque está ubicado en una vivienda común y no en canales separados, como en el RBMK. El tiempo de recarga de combustible suele coincidir con el tiempo reparaciones actuales, lo que reduce el impacto de este factor sobre el factor de capacidad (factor de potencia instalada).

—El circuito primario está bajo alta presión, lo que potencialmente podría causar mayor escala accidentes durante la despresurización que RBMK.

—La vasija del reactor es muy difícil de transportar desde la planta de fabricación hasta el lugar de construcción de la central nuclear.

Bueno, hemos visto el trabajo de las centrales térmicas, ahora veamos el trabajo.

El principio de funcionamiento de una central hidroeléctrica es bastante sencillo. Una cadena de estructuras hidráulicas proporciona la presión necesaria del agua que fluye hacia las palas de una turbina hidráulica, que impulsa los generadores que producen electricidad.

La presión de agua requerida se forma mediante la construcción de una presa, y como resultado de la concentración del río en un lugar determinado, o por desvío, el flujo natural del agua. En algunos casos, tanto una presa como un desvío se utilizan juntos para obtener la presión de agua requerida. Las centrales hidroeléctricas tienen una flexibilidad muy alta de la energía generada, así como un bajo costo de la electricidad generada. Esta característica de las centrales hidroeléctricas llevó a la creación de otro tipo de central eléctrica: la central de almacenamiento por bombeo. Estas estaciones son capaces de acumular la electricidad generada y utilizarla en los momentos de máxima carga. El principio de funcionamiento de tales centrales eléctricas es el siguiente: en ciertos períodos (generalmente por la noche), las centrales hidroeléctricas funcionan como bombas, consumen energía eléctrica del sistema eléctrico y bombean agua a piscinas superiores especialmente equipadas. Cuando surge la demanda (durante los picos de carga), el agua de ellos fluye hacia tubería de presión y acciona las turbinas. Los PSPP se realizan exclusivamente función importante en el sistema eléctrico (regulación de frecuencia), pero no son muy utilizados en nuestro país, porque terminan consumiendo más energía de la que producen. Es decir, una estación de este tipo no es rentable para el propietario. Por ejemplo, en la central eléctrica de Zagorskaya la capacidad de los generadores hidráulicos en modo generador es de 1.200 MW y en modo bombeo, de 1.320 MW. Sin embargo, este tipo de centrales es más adecuado para aumentar o disminuir rápidamente la potencia generada, por lo que es ventajoso construirlas cerca, por ejemplo, de centrales nucleares, ya que estas últimas funcionan en modo básico.

Hemos analizado exactamente cómo se produce la energía eléctrica. Es hora de hacerse una pregunta seria: "¿Qué tipo de estaciones se adapta mejor a todos?" requisitos modernos¿En términos de fiabilidad, respeto al medio ambiente y, además, también tendrá un bajo coste energético? Todos responderán a esta pregunta de manera diferente. Déjame darte mi lista de "lo mejor de lo mejor".

1) Planta de cogeneración que utiliza gas natural. La eficiencia de estas estaciones es muy alta, el costo del combustible también es alto, pero el gas natural es uno de los tipos de combustible más "limpios", y esto es muy importante para la ecología de la ciudad, dentro de cuyos límites se encuentra la energía térmica. Generalmente se ubican las plantas.

2) HPP y PSPP. Las ventajas respecto a las centrales térmicas son evidentes, ya que este tipo de estaciones no contaminan la atmósfera y producen la energía “más barata”, que, además, es un recurso renovable.

3) Central eléctrica CCGT que utiliza gas natural. Mayoría alta eficiencia entre las centrales térmicas, además de la pequeña cantidad de combustible consumido, solucionará parcialmente el problema de la contaminación térmica de la biosfera y las limitadas reservas de combustibles fósiles.

4) Central nuclear. En funcionamiento normal, una central nuclear emite entre 3 y 5 veces menos sustancias radiactivas al medio ambiente que una central térmica de la misma potencia, por lo que la sustitución parcial de las centrales térmicas por centrales nucleares está completamente justificada.

5) GRE. Actualmente, este tipo de estaciones utilizan gas natural como combustible. Esto no tiene ningún sentido, ya que con el mismo éxito en los hornos de las centrales eléctricas regionales estatales se puede utilizar gas de petróleo asociado (APG) o quemar carbón, cuyas reservas son enormes en comparación con las reservas de gas natural.

Con esto concluye la primera parte del artículo.

Material elaborado por:
estudiante del grupo ES-11b Universidad Estatal del Suroeste Agibalov Sergey.