Конденсационная электростан­ция

КОНДЕНСАЦИОННАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ (КЭС), тепловая паротурбинная электростанция, в которой энергия первичных источников (природный газ, ископаемый уголь, мазут и др.) преобразуется в электрическую энергию с использованием конденсационной турбины. КЭС вырабатывает только электроэнергию (в отличие от теплоэлектроцентралей). Технологический процесс превращения энергии на КЭС производится на основе Ранкина цикла. Принципиальная схема КЭС показана на рисунке. Топливо сжигается в топке котлоагрегата (парогенератора), который предназначен для получения водяного пара высоких давления (13-35 МПа) и температуры (540-600 °С). Пар по паропроводу поступает в конденсационную турбину, валопровод которой соединён с ротором турбогенератора (скорость вращения 1500-3000 об/мин), где механическая энергия преобразуется в электрическую. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор и охлаждается водой, забираемой из источника водоснабжения (река, озеро, море, пруд-охладитель). Воздух, попадающий в конденсатор, удаляется с помощью эжектора. В процессе конденсации пара потребляется до 45 м³/с охлаждающей воды (температура воды 10-20 °С). Конденсат пара (вода) конденсатным насосом подаётся в деаэратор, предназначенный для удаления из него газов (в первую очередь воздуха), вызывающих интенсивную коррозию труб котла, затем вода направляется в теплообменники, где подогревается отбираемым из турбины паром (до температуры 240-300 °С), и опять поступает в котлоагрегат. Для компенсации потерь воды в конденсатор дополнительно подаётся очищенная вода. Таким образом, создаётся замкнутый пароводяной тракт КЭС (котлоагрегат - паропровод - турбина - конденсатор - конденсатный и питательный насосы - теплообменники подогрева конденсата и питательной воды - трубопроводы воды - котлоагрегат), называемый технологической схемой КЭС.

Обычно КЭС состоят из отдельных энергоблоков мощностью до 1200-1500 МВт. Часть отводимой с выводов генераторов электроэнергии потребляется вспомогательным оборудованием КЭС: насосами, вентиляторами, транспортёрами, дробилками угля и др. Расход электроэнергии на собственные нужды КЭС зависит от типа сжигаемого органического топлива, давления пара, типа привода питательных насосов (электрический или турбинный) и др.; он составляет в среднем (в процентах от общего производства электричества) для пылеугольной КЭС до 7%, для газомазутной - до 4%. Значительная часть энергии на собственные нужды (около половины) расходуется на привод питательных насосов (при паротурбинном приводе расход наименьший). Остальная электроэнергия отводится к трансформаторам повышения напряжения и далее по линиям электропередачи поступает в энергосистему к потребителям.

Основную и большую часть вспомогательного оборудования КЭС размещают в главном корпусе электростанции, размеры которого зависят от вида сжигаемого топлива, типа и расположения котлов, турбин и электрогенераторов. Отдельным звеном технологической схемы КЭС является устанавливаемая рядом с источником водоснабжения береговая насосная станция. Высокопроизводительные водяные насосы, которые обеспечивают подачу охлаждающей воды в конденсатор, располагают в машинном зале главного корпуса КЭС.

Топливо на территорию КЭС обычно подаётся по газопроводу и железнодорожными составами. Золу и шлаки из топочной камеры и золоуловителей удаляют гидравлическим способом. На территории КЭС прокладывают железнодорожные пути и автомобильные дороги, инженерные наземные и подземные коммуникации. Площадь территории, занимаемой сооружениями КЭС, составляет, в зависимости от мощности электростанции, вида топлива и других условий, 25-70 га.

Кпд КЭС, как правило, не превышает 40% (для сравнения: кпд АЭС 32%), что объясняется значительными потерями теплоты в окружающую среду (прежде всего при конденсации отработавшего пара паровых турбин в конденсаторах). Поэтому для совершенствования технологического процесса применяют внедрение вторичного промежуточного перегрева пара в котле, повышение температуры конденсата, снижение давления при конденсации пара в конденсаторе и т. п.

Кроме КЭС, работающих на органическом топливе, различают также атомные КЭС (АКЭС), в которых роль парового котла выполняет ядерный реактор и соединённый с ним парогенератор; геотермальные КЭС (ГеоКЭС), использующие термальные подземные воды для подачи выделяемого из них пара в паровые турбины; солнечные КЭС, в которых солнечное излучение концентрируется зеркалами на стенках парогенератора.

КЭС являются основными производителями электроэнергии в Российской Федерации и большинстве промышленных стран мира. КЭС, работающие в энергосистемах Российской Федерации, называют также ГРЭС. Первые паротурбинные КЭС были построены почти одновременно в США и России в конце 19 - начале 20 века. План ГОЭЛРО позволил развернуть в СССР строительство ряда крупных КЭС: Каширской ГРЭС, Шатурской имени В. И. Ленина, Конаковской, Костромской (с энергоблоками 1200 МВт) и других электростанций. Основными направлениями создания КЭС за рубежом являются: строительство мощных парогазовых электростанций, работающих на природном газе с кпд около 60% (Германия, Великобритания, Южная Корея и др.); сооружение крупных угольных КЭС на критических параметрах пара (давление пара до 35 МПа, температура пара до 720 °С) с двойным промежуточным перегревом пара и дополнительным совершенствованием тепловой схемы (Дания, Великобритания, Германия, США); строительство мощных АКЭС с водо-водяными реакторами (Франция, Индия, Иран, Китай и др.); проектирование КЭС с использованием альтернативных источников энергии. На ряде КЭС (например, «Wabash», США) организована реконструкция топок котлов с применением кипящего слоя угля (снижение SO₂ на 90%). На некоторых КЭС (например, «Avedore», Дания) реализовано комбинированное сжигание угля, природного газа и биомассы (солома, древесные отходы).

Лит.: Рыжкин В. Я. Тепловые электрические станции. М., 1987; Тепловые электрические станции / Под редакцией В. М. Лавыгина, А. С. Седлова, С. В. Цанева. 2-е изд. М., 2007.