Тепловая электроэнергетика. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических видов топлива (угля, газа, мазута, торфа, горючих сланцев), основное использование в промышленности и коммунальном хозяйстве. Принцип работы тепловых электростанций заключается в том, что в результате сжигания топлива в специальной камере сгорания выделяется тепло, которое превращает воду в пар в специальной системе труб, расположенных в паровом котле. Давление пара вращает ротор турбины, передающей энергию вращения на вал генератора, который вырабатывает электрический ток. После этого пар конденсируется и снова становится водой, которая возвращается в систему труб. Получается замкнутый процесс.
К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:
- Конденсационные (КЭС или старая аббревиатура ГРЭС);
- Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения.
Преимущества:
- относительно свободное территориальное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов;
- способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний мощности;
- площади отчуждения и вывода из хозяйственного оборота земли под сооружение и эксплуатацию, как правило, меньше, чем это необходимо для АЭС и ГЭС.
Однако ТЭС оказывают прямое и крайне неблагоприятное влияние на экологическую обстановку и являются самыми «грязными» источниками электроэнергии. Наибольший ущерб экологии окружающих регионов приносят станции на угле, среди самых экологически «чистых» ТЭС оказываются станции, использующие в своем технологическом процессе природный газ.
Размещение генерирующих мощностей электроэнергетики зависит от двух основных факторов: ресурсного и потребительского. До появления линий электропередач электроэнергетика ориентировалась главным образом на потребителей, используя привозное топливо. В настоящее время, после постройки сетей высоковольтных ЛЭП и создания единой энергетической системы России (ЕЭС) большее внимание при размещении электростанций уделяется ресурсному фактору.
В России электростанции начали создаваться в конце XIX и начале XX веков, однако, бурный рост теплоэнергетики пришелся на 20-е годы XX столетия. Первая тепловая электростанция была построена в СССР в 1922 году и называлась «Уткина заводь». Электростанция № 3, которую переоборудовали для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, является первой в России теплоэлектроцентралью.
Техническое содействие зарубежным странам в строительстве тепловых электростанций пришлось на конце 50-х годов прошлого века. Начиная с 1956 года были введены в эксплуатацию тепловые электростанции в таких странах, как Болгария, Венгрия, Польша, Греция, Вьетнам, Китай, Монголия, Иран, Ирак. Диапазон введенных мощностей от 8 МВт до 5200 МВт, данные ТЭС были построены на основе традиционного и комбинированного цикла, используя все виды топлива (каменный уголь и бурый уголь, лигниты, мазут, дизельное топливо).
В настоящее время введены новые стандарты экологической безопасности для ТЭС, которые предусматривают обязательное оборудование станций многоступенчатыми системами улавливания и утилизации вредных пылевых и газовых выбросов (фильтры, катализаторные каскады), а также получили широкое распространение установки принципиально новых типов:
- Газотурбинные установки (ГТУ), где вместо паровых турбин действуют газовые турбины на жидком или газообразном топливе;
- Парогазотурбинные установки (ПТУ), в которых тепло отработавших газов используется для подогрева воды с целью получения пара низкого давления в парогенераторах;
- Магнитогидродинамические генераторы (МГДГ) для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую.