Аккумулирующие электрические станции

   МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 

   УО  «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ» 
 
 
 

   Кафедра технологии важнейших отраслей промышленности 
 
 
 
 
 

   РЕФЕРАТ 

   На  тему:

   АККУМУЛИРУЮЩИЕ  ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ 
 
 
 
 
 
 
 

   ВЫПОЛНИЛ:

   Студент ФФБД,                       (подпись, дата)                     А.И. Аксенова

   1 курс, ДФМ-1 
 
 
 

   Проверила,                                                                            С.В. Некраха

   Старший преподаватель          (подпись, дата)                       
 
 
 
 
 

Минск 2011

 

   

   Содержание 

 

 

    Введение 

       Рождение  энергетики произошло несколько  миллионов лет тому назад, когда  люди научились использовать огонь.  Огонь давал им тепло  и свет, был источником вдохновения и оптимизма, оружием против врагов и диких зверей, лечебным средством, помощником в земледелии, консервантом продуктов, технологическим средством и т.д.

       На  протяжении многих лет огонь поддерживался  путем сжигания растительных энергоносителей (древесины, кустарников, камыша, травы, сухих водорослей и т.п.), а затем  была обнаружена возможность использовать для поддержания огня ископаемые вещества: каменный уголь, нефть, сланцы, торф.

       С развитием возможностей и техники  стали появляться электростанции. Электрическая станция - это совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 

       Производство электроэнергии на электрических станциях и ее потребление различными приемниками представляют собой процессы, взаимосвязанные таким образом, что в силу физических закономерностей мощность потребления электроэнергии в какой-либо момент времени должна быть равна генерируемой мощности.

       При идеальном равномерном потреблении  электроэнергии должна происходить равномерная работа определенного числа электростанций. В действительности работа большинства отдельных электроприемников неравномерна и суммарное потребление электроэнергии также неравномерно. Можно привести множество примеров неравномерности работы установок и приборов, потребляющих электроэнергию. Завод, работающий в одну или две смены, неравномерно потребляет электрическую энергию в течение суток. В ночное время потребляемая им мощность близка к нулю. Улицы и квартиры освещают только в определенные часы суток. Работа электробытовых приборов, вентиляторов, пылесосов, электрических печей, нагревательных приборов, телевизоров, радиоприемников также неравномерна. В утренние и вечерние часы коммунальная нагрузка наибольшая.

       Анализ  тенденций в потреблении электрической  энергии показывает, что в дальнейшем неравномерность потребления будет  увеличиваться по мере роста благосостояния населения и связанного с ним  увеличения коммунально-бытовой нагрузки, по мере повышения электровооруженности труда. Сокращение числа рабочих дней в неделе также способствует повышению неравномерности потребления электроэнергии. Такое положение характерно не только для нашей страны. В большинстве стран Западной Европы неравномерность в потреблении электроэнергии такова, что в течение часа изменение нагрузки достигает 30% от максимальной мощности и в перспективе также ожидается увеличение неравномерности.

       Энергетики  по возможности принимают меры по выравниванию графика суммарной  нагрузки потребителей. Так, вводится дифференцированная стоимость электроэнергии в зависимости от того, в какой  период времени она потребляется. Если электроэнергия потребляется в  моменты максимумов нагрузки, то и  стоимость ее устанавливается выше. Это повышает заинтересованность потребителей в таких перестройках работы, которые  бы способствовали уменьшению электрической  нагрузки в моменты максимумов потребления  в энергосистеме. В целом возможности  выравнивания потребления электроэнергии невелики. Следовательно, электроэнергетические  системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций.

       В промышленно развитых странах большая  часть электроэнергии (80%) вырабатывается на ТЭС, для которых наиболее желателен равномерный график нагрузки. Периодические включения и отключения ТЭС не позволяют решить задачу регулирования мощности из-за большой продолжительности этих процессов. На запуск тепловой станции в лучшем случае требуются часы. Кроме того, работа крупных ТЭС в резко переменном режиме нежелательна, так как приводит к повышенному расходу топлива, повышенному износу теплосилового оборудования и, следовательно, снижению его надежности. Поэтому в настоящее время и в ближайшем будущем дефицит в маневренных мощностях («пик» нагрузки) покрывается ГЭС, у которых набор полной мощности с нуля можно произвести за 1—2 мин. Именно они максимально аккумулируют электроэнергию.

 

   

1 Гидроаккумулирующие  электрические станции и принципы  работы 

       Из-за постоянных изменений мощностей  нагрузки электроэнергетические системы должны быть достаточно маневренными, способными быстро изменять мощность электростанций. А это достигается в ГЭС. Регулирование мощности ГЭС производится следующим образом. В периоды времени, когда в системе имеются провалы нагрузки, ГЭС работают с незначительной мощностью и вода заполняет водохранилище. При этом запасается энергия. С наступлением пиков включаются агрегаты станции и вырабатывается энергия.

        Накопление энергии в водохранилищах на равнинных реках приводит к затоплению обширных территорий, что во многих случаях крайне нежелательно. Небольшие реки малопригодны для регулирования мощности в системе, так как они не успевают заполнить водой водохранилище. Задачу снятия пиков решают гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), работающие следующим образом:

       Гидроаккумулирующая электростанция (схема): а — вертикальный разрез; б — план: 1 — верхний аккумулирующий бассейн; 2 — водоприёмник; 3 — напорный водовод; 4 — здание электростанции; 5 — нижнее питающее водохранилище; 6 — плотина с водосбросом; 7 — нормальный подпорный уровень воды; 8 — уровень сработки. 

       В интервалы времени, когда электрическая  нагрузка в объединенных системах минимальна, ГАЭС перекачивает воду из нижнего  водохранилища в верхнее и потребляет при этом электроэнергию из системы. В режиме непродолжительных «пиков» - максимальных значений нагрузки -  ГАЭС работает в генераторном режиме и расходует запасенную в верхнем водохранилище воду.

       На  первых ГАЭС   для выработки электроэнергии использовали турбины Т и генераторы Г, а для перекачки воды в верхний бассейн — электрические двигатели Д к насосы Н. Такие станции называли четырехмашинными — по числу устанавливаемых машин. В силу независимости работы генератора и насоса иногда четырехмашинная схема оказывается экономически наиболее выгодной. Совмещение функций генератора и двигателя привело к трехмашинной компоновке ГАЭС.

       ГАЭС  стали особенно эффективными после  появления обратимых гидротурбин, выполняющих функции и турбин, и насосов. Число машин при этом сведено к двум. Однако станции с двухмашинной компоновкой имеют более низкое значение КПД из-за необходимости создавать в насосном режиме примерно в1,3—1,4 раза больший напор на преодоление трения в водоводах. В генераторном режиме напор из-за трения в водоводах меньше. Для того чтобы агрегат одинаково эффективно работал как в генераторном, так и в насосном режимах, можно в насосном режиме увеличить его частоту вращения. Применение разных частот вращения в обратимых генераторах привело к усложнению и удорожанию их конструкции. КПД агрегата можно повысить также, устанавливая в насосном режиме более крутой угол наклона лопастей турбины. При реверсивной работе агрегатов возникает ряд технических и эксплуатационных трудностей, например, связанных с охлаждением. Предназначенные для охлаждения вентиляторы успешно работают только в одном направлении вращения.

       Перспективы применения ГАЭС во многом зависят  от КПД, под которым применительно к этим станциям понимается отношение энергии, выработанной станцией в генераторном режиме, к энергии, израсходованной в насосном режиме. Первые ГАЭС в начале XX в. имели КПД не выше 40%, у современных ГАЭС КПД составляет 70—75%. К преимуществам ГАЭС кроме относительно высокого значения КПД относится также и низкая стоимость строительных работ. В отличие от обычных ГЭС здесь нет необходимости перекрывать реки, возводить высокие плотины с длинными туннелями и т. п.

       Ориентировочно  на 1 кВт установленной мощности на крупных речных ГЭС требуется 10 м³ бетона, а на крупных ГАЭС — всего лишь несколько десятых кубометров бетона.

       ГАЭС  и ветровые электростанции, отличающиеся непостоянством вырабатываемой мощности, удачно сочетаются между собой. При  этом трудно рассчитывать на мощность ветровых станций в часы «пик»  в энергосистеме. Если же вырабатываемую на этих станциях электроэнергию запасать на ГАЭС в виде воды, перекачиваемой в верхний бассейн, то выработанная на ветровых электростанциях за какой-либо промежуток времени энергия может быть использована в соответствии с потребностями системы.

       Преимущества  ГАЭС позволяют широко применять  их для аккумулирования энергии.  
 
 
 

 

       

       2 Установки, аккумулирующие энергию 

       Существуют  два вида установок, аккумулирующих энергию:

• Механические;
• Электрические.

 

       Механические  установки, аккумулирующие энергию:

       В пиковые часы потребления электроэнергии наряду с ГАЭС можно использовать супермаховики.     

         Супермаховик — это маховик, который можно разгонять до огромной скорости, не боясь его разрыва. Он состоит из концентрических колец, навитых из кварцевого волокна и насаженных друг на друга с небольшими зазорами, заполненными эластичным веществом типа резины для предохранения обода от расслоения. Супермаховик соединен с валом генератора и помещен в герметичный корпус, в котором поддерживается вакуум. Устройство работает как генератор, когда возрастает потребление энергии в системе, и как электродвигатель, когда энергию целесообразно аккумулировать. По некоторым расчетам, затраты на 1 кВт установленной мощности супермаховика меньше, чем при гидроаккумулировании. Разработан проект супермаховика массой 1,96 МН и диаметром 5 м, в котором предусматривается накопление энергии до 20 МВтч. Рабочая частота вращения супермаховика—3500 мин .