Конспект лекций ташкент- 2015

Преобразование энергии
Преобразование энергии, как показывает классификация, может быть прямым, одно- или многоступенчатым. Наименее распространены системы с прямым преобразованием. Для большинства систем с преобразованием энергии справедливы следующие условия их построения:
- в преобразовании участвует один вид (или несколько видов при многоступенчатом преобразовании) энергии;
- преобразование энергии прямое (или многоступенчатое для сис­тем с непрямым преобразованием энергии);
- основной вид преобразования - механический;
- источник первичной энергии - окружающая среда;
- геометрические размеры преобразователей ограничены (конечны);
- масштаб времени преобразования и потребления одновременны или соизмеримы.
Например, в соответствии с этими условиями, системы с прямым преобразованием механической энергии потребляют механическую энергию извне, концентрируют ее, распределяют между потребителями и используют в том же виде.
Разумеется, в этом процессе могут быть произведены преобразования формы энергии, например, поступательное, возвратно-поступательное или колебательное движение среды преобразуется во вращательное движение преобразователя и наоборот. На основе этого могут быть построены различные устройства, которые будут иметь одинаковую структурно-функциональную модель (рис. 1.1).

Рис.1.1 Общая модель преобразования энергии

1.1. ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию горения органического топлива.

Традиционные ТЭС делятся на:

• 
  паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
  
• 
  газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
  
• 
  парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется сочетанием газотурбинной и паротурбинной установок
  
• 
  теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), в которых наряду с электрической энергией вырабатывается тепловая.
  

Выработка электричества в паротурбинной ТЭС происходит при участии множества последовательных этапов, но общий принцип её работы достаточно прост. Вначале топливо сжигается в котельной установке (парогенераторе) в специальной камере сгорания под паровым котлом, при этом выделяется большое количество тепла, которое превращает воду, циркулирующую по специальным системам труб расположенным внутри котла, в пар. Пар по паропроводу передается к паровой турбине. Давление пара вращает ротор паровой турбины, которая передает энергию вращения на вал электрического генератора, и в котором вырабатывается электрическая энергия.
Система пар/вода/пар замкнута. Пар, после прохождения через турбину, отдав ей энергию тепла, конденсируется и превращается в воду, которая дополнительно проходит через систему подогревателей и вновь попадает в паровой котел. Цикл замкнулся.
На ТЭС сжигают три вида топлива: газообразное, жидкое и твердое (рис.1.2).

Рис.1.2. Виды энергетического топлива
Есть два вида паровых тепловых электростанций. Больше распространены тепловые паротурбинные электростанции конденсационного типа – конденсационные (КЭС). На таких ТЭС вырабатывается только электрическая энергия. КПД этих электростанций составляет 32–38% (рис. 1.3).


Рис.1.3. Схема работы тепловой электростанции

Рис.1.4. Принципиальная схема работы ТЭЦ отопительного типа
Кроме того, существуют тепловые электрические централи (ТЭЦ), которые утилизируют тепло после паровой турбины и выдают ее в виде тепловой энергии, идущей на промышленные предприятия и отопление зданий. Таким образом ТЭЦ вырабатывает, наряду с электрической, и тепловую энергию. КПД ТЭЦ составляет 55–70% (рис. 1.4).
В диапазоне различных мощностей существуют газотурбинные электростанции комбинированного цикла (рис.1.5), использующие как газовые, так и паровых турбины.

Рис. 1.5. Схема газотурбинной электростанции комбинированного цикла – парогазовой установки