Текст книги "Большая Советская Энциклопедия (ТЕ)"
Автор книги: Большая Советская Энциклопедия
Жанр:
Энциклопедии
сообщить о нарушении
Текущая страница: 50 (всего у книги 79 страниц)
Теплофикация
Теплофика'ция, централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства электроэнергии и тепла на теплоэлектроцентралях . Термодинамическая эффективность производства электроэнергии по теплофикационному циклу обусловлена исключением, как правило, отвода тепла в окружающую среду, неизбежного при производстве электроэнергии по конденсационному циклу (см. Конденсационная электростанция ). Благодаря этому существенно (на 40—50%) снижается удельный (в расчёте на 1 квт ×ч ) расход топлива на выработку электроэнергии. По развитию Т. СССР занимает ведущее положение в мире. Мощность теплофикационных турбин , установленных на теплоэлектроцентралях, составляет около 
мощности паровых турбин всех тепловых электростанций страны. За счёт комбинированного производства электроэнергии и тепла в 1974 в СССР получена экономия топлива условного свыше 30 млн. т.
Лит. см. при статьях Теплоснабжение , Теплоэлектроцентраль .
Теплофильтр
Теплофи'льтр, отдельное приспособление или составная часть оптической системы, предназначенные для удаления инфракрасных (тепловых) лучей из светового потока, проходящего через эту систему. Тепловые лучи либо поглощаются (в поглощающих Т.), либо выводятся из светового потока (например, в интерференционных зеркалах «холодного света»). Простейший Т. представляет собой стеклянную пластинку, пропускающую световые (видимые) лучи и поглощающую тепловые. Т. применяют в осветителях биологических микроскопов и микрофотоустановок – для защиты живых микрообъектов от вредного действия тепла, а также в различных проекционных приборах (см. Проекционный аппарат ) – для предотвращения чрезмерного нагрева оригинала, изображение которого проецируется на экран.
Теплоход
Теплохо'д,судно , приводимое в движение двигателем внутреннего сгорания ; наиболее распространённый тип самоходного судна. Мощность от главного судового двигателяТ. передаётся на движитель непосредственно или с помощью редуктора, иногда через соединительные муфты , (механические, гидравлические и др.). Ранее Т. назывались также дизель-электроходы – суда с дизельными главными двигателями и электрической передачей мощности на гребные электродвигатели (см. Электроход ).
Т. впервые построены в России: для работы на р. Волге – винтовой танкер «Вандал» (1903) с 3 двигателями мощностью по 88 квт (120 л. с. ) и электропередачей на гребной вал, танкер «Сармат» (1904) с механическим приводом гребного вала, колёсное буксирное судно «Мысль» (1907) и др.; для работы на Каспийском море– танкер «Дело» (1908) с 2 главными двигателями общей мощностью 735 квт (1000 л. с. ). Первая подводная лодка с 2 четырёхтактными реверсивными двигателями внутреннего сгорания мощностью по 88 квт – русская «Минога» (1908). За рубежом транспортные Т. появились в 1922 – в Дании был сооружен танкер «Зеландия» с 2 двигателями мощностью по 920 квт (1250 л. с. ). В 1913 из 80 Т. мирового флота 70 принадлежали России.
Совершенствование судовых двигателей внутреннего сгорания – повышение их кпд, уменьшение массы, габаритов, повышение надёжности, увеличение агрегатной мощности – способствовало вытеснению Т. судов с паровыми машинами. К 1930 в составе гражданского флота, по данным английского «Регистра судоходства Ллойда», было около 10% Т. По тому же источнику, к середине 1974 доля Т. возросла примерно до 88,5% (учитывая суда вместимостью не менее 100 рег.т ), а их вместимость составила 63% от валовой вместимости мирового самоходного флота. Среди заказанных и строящихся к кон. 1974 судов дедвейтом не менее 2000 т Т. было около 83% по количеству судов, или около 43% по дедвейту, и около 63% по мощности главных двигателей.
В качестве главных двигателей на Т. применяют двух– и четырёхтактные, мало-, средне– и высокооборотные двигатели внутреннего сгорания. В 1975 наибольшая агрегатная мощность судовых двигателей достигла 36300 квт (48 000 л. с. ) на паромах-Т. (Япония), наибольшая мощность установки —2 ´ 29 400 квт (2 × 40000 л. с. ) на контейнеровозах (Япония). При высокой мощности главных двигателей Т. могут конкурировать с турбоходами. В составе вспомогательного оборудования машинного отделения Т. – воздушные компрессоры и баллоны со сжатым воздухом для пуска двигателей, система охлаждения поршней и цилиндров забортной и пресной водой, оборудование для очистки и подачи в двигатель под высоким давлением топлива и смазочного масла. Теплота отходящих газов от двигателей средней и большой мощности на ходу используется для выработки пара в утилизационном котле; пар используют для производства электроэнергии и др. судовых нужд.
Э. Г. Логвинович.
Теплоэлектропроект
Теплоэлектропрое'кт, Всесоюзный проектный институт Министерства энергетики и электрификации СССР, основан в Москве в 1924. Разрабатывает проблемы перспективного развития теплоэнергетики СССР, техническую документацию и технико-экономические обоснования строительства крупных тепловых и атомных электростанций и тепловых сетей, технические задания на новые виды оборудования для электростанций, схемы теплоснабжения промышленных районов, городов и др. населённых пунктов, нормативные и методические материалы. В составе института отделения (в Москве, Ленинграде, Свердловске, Новосибирске, Горьком, Томске, Ташкенте, Киеве, Харькове, Львове, Ростове, Риге), проектные и изыскательные отделы, лаборатории и экспериментальные базы. По проектам института построены и сооружаются также крупные энергетические объекты в ряде зарубежных стран. институт публикует «Труды Теплоэлектропроекта». Награжден орденом Ленина (1962) и орденом Октябрьской Революции (1974).
Теплоэлектроцентраль
Теплоэлектроцентра'ль (ТЭЦ), тепловая электростанция , вырабатывающая не только электрическую энергию, но и тепло, отпускаемое потребителям в виде пара и горячей воды. Использование в практических целях отработавшего тепла двигателей, вращающих электрические генераторы, является отличительной особенностью ТЭЦ и носит название теплофикация . Комбинированное производство энергии двух видов способствует более экономному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии на конденсационных электростанциях (в СССР – ГРЭС) и тепловой энергии на местных котельных установках . Замена местных котельных, нерационально использующих топливо и загрязняющих атмосферу городов и посёлков, централизованной системой теплоснабжения способствует не только значительной экономии топлива, но и повышению чистоты воздушного бассейна , улучшению санитарного состояния населённых мест.
Исходный источник энергии на ТЭЦ – органическое топливо (на паротурбинных и газотурбинных ТЭЦ) либо ядерное топливо (на планируемых атомных ТЭЦ). Преимущественное распространение имеют (1976) паротурбинные ТЭЦ на органическом топливе (рис. 1 ), являющиеся наряду с конденсационными электростанциями основным видом тепловых паротурбинных электростанций (ТПЭС). Различают ТЭЦ промышленного типа – для снабжения теплом промышленных предприятий, и отопительного типа – для отопления жилых и общественных зданий, а также для снабжения их горячей водой. Тепло от промышленных ТЭЦ передаётся на расстояние до нескольких км (преимущественно в виде тепла пара), от отопительных – на расстояние до 20—30 км (в виде тепла горячей воды).
Основное оборудование паротурбинных ТЭЦ – турбоагрегаты, преобразующие энергию рабочего вещества (пара) в электрическую энергию, и котлоагрегаты , вырабатывающие пар для турбин. В состав турбоагрегата входят паровая турбина и синхронный генератор . Паровые турбины, используемые на ТЭЦ, называются теплофикационными турбинами (ТТ). Среди них различают ТТ: с противодавлением, обычно равным 0,7—1,5 Мн/м2 (устанавливаются на ТЭЦ, снабжающих паром промышленные предприятия); с конденсацией и отборами пара под давлением 0,7– 1,5 Мн/м2 (для промышленных потребителей) и 0,05—0,25 Мн /м2 (для коммунально-бытовых потребителей); с конденсацией и отбором пара (отопительным) под давлением 0,05—0,25 Мн/м2.
Отработавшее тепло ТТ с противодавлением можно использовать полностью. Однако электрическая мощность, развиваемая такими турбинами, зависит непосредственно от величины тепловой нагрузки, и при отсутствии последней (как это, например, бывает в летнее время на отопительных ТЭЦ) они не вырабатывают электрической мощности. Поэтому ТТ с противодавлением применяют лишь при наличии достаточно равномерной тепловой нагрузки, обеспеченной на всё время действия ТЭЦ (то есть преимущественно на промышленных ТЭЦ).
У ТТ с конденсацией и отбором пара для снабжения теплом потребителей используется лишь пар отборов, а тепло конденсационного потока пара отдаётся в конденсаторе охлаждающей воде и теряется. Для сокращения потерь тепла такие ТТ большую часть времени должны работать по «тепловому» графику, то есть с минимальным «вентиляционным» пропуском пара в конденсатор. В СССР разработаны и строятся ТТ с конденсацией и отбором пара, в которых использование тепла конденсации предусмотрено: такие ТТ в условиях достаточной тепловой нагрузки могут работать как ТТ с противодавлением. ТТ с конденсацией и отбором пара получили на ТЭЦ преимущественное распространение как универсальные по возможным режимам работы. Их использование позволяет регулировать тепловую и электрическую нагрузки практически независимо; в частном случае, при пониженных тепловых нагрузках или при их отсутствии, ТЭЦ может работать по «электрическому» графику, с необходимой, полной или почти полной электрической мощностью.
Электрическую мощность теплофикационных турбоагрегатов (В отличие от конденсационных) выбирают предпочтительно не по заданной шкале мощностей, а по количеству расходуемого ими свежего пара. Поэтому в СССР крупные теплофикационные турбоагрегаты унифицированы именно по этому параметру. Так, турбоагрегаты Р-100 с противодавлением, ПТ-135 с промышленными и отопительными отборами и Т-175 с отопительным отбором имеют одинаковый расход свежего пара (около 750 т/ч ), но различную электрическую мощность (соответственно 100, 135 и 175 Мвт ). Котлоагрегаты, вырабатывающие пар для таких турбин, имеют одинаковую производительность (около 800 т/ч ). Такая унификация позволяет использовать на одной ТЭЦ турбоагрегаты различных типов с одинаковым тепловым оборудованием котлов и турбин. В СССР унифицируются также котлоагрегаты, используемые для работы на ТПЭС различного назначения. Так, котлоагрегаты производительностью по пару 1000 т/ч используют для снабжения паром как конденсационных турбин на 300 Мвт, так и самых крупных в мире ТТ на 250 Мвт.
Давление свежего пара на ТЭЦ принято в СССР равным ~ 13—14 Мн/м2 (преимущественно) и ~ 24—25 Мн/м2 (на наиболее крупных теплофикационных энергоблоках – мощностью 250 Мвт ). На ТЭЦ с давлением пара 13—14 Мн/м2, в отличие от ГРЭС, отсутствует промежуточный перегрев пара, так как на таких ТЭЦ он не даёт столь существенных технических и экономических преимуществ, как на ГРЭС. Энергоблоки мощностью 250 Мвт на ТЭЦ с отопительной нагрузкой выполняют с промежуточным перегревом пара.
Тепловая нагрузка на отопительных ТЭЦ неравномерна в течение года. В целях снижения затрат на основное энергетическое оборудование часть тепла (40—50%) в периоды повышенной нагрузки подаётся потребителям от пиковых водогрейных котлов . Доля тепла, отпускаемого основным энергетическим оборудованием при наибольшей нагрузке, определяет величину коэффициента теплофикации ТЭЦ (обычно равного 0,5—0,6). Подобным же образом можно покрывать пики тепловой (паровой) промышленной нагрузки (около 10—20% от максимальной) пиковыми паровыми котлами невысокого давления. Отпуск тепла может осуществляться по двум схемам (рис. 2 ). При открытой схеме пар от турбин направляется непосредственно к потребителям. При закрытой схеме тепло к теплоносителю (пару, воде), транспортируемому к потребителям, подводится через теплообменники (паропаровые и пароводяные). Выбор схемы определяется в значительной мере водным режимом ТЭЦ.
На ТЭЦ используют твёрдое, жидкое или газообразное топливо. Вследствие большей близости ТЭЦ к населённым местам на них шире (по сравнению с ГРЭС) используют более ценное, меньше загрязняющее атмосферу твёрдыми выбросами топливо – мазут и газ. Для защиты воздушного бассейна от загрязнения твёрдыми частицами используют (как и на ГРЭС) золоуловители (см. Газов очистка ), для рассеивания в атмосфере твёрдых частиц, окислов серы и азота сооружают дымовые трубы высотой до 200—250 м. ТЭЦ, сооружаемые вблизи потребителей тепла, обычно отстоят от источников водоснабжения на значительном расстоянии. Поэтому на большинстве ТЭЦ применяют оборотную систему водоснабжения с искусственными охладителями – градирнями . Прямоточное водоснабжение на ТЭЦ встречается редко.
На газотурбинных ТЭЦ в качестве привода электрических генераторов используют газовые турбины . Теплоснабжение потребителей осуществляется за счёт тепла, отбираемого при охлаждении воздуха, сжимаемого компрессорами газотурбинной установки, и тепла газов, отработавших в турбине. В качестве ТЭЦ могут работать также парогазовые электростанции (оснащенные паротурбинными и газотурбинными агрегатами) и атомные электростанции .
Наибольшее распространение ТЭЦ получили в СССР. Первые теплопроводы были проложены от электростанций Ленинграда и Москвы (1924, 1928). С 30-х гг. началось проектирование и строительство ТЭЦ мощностью 100—200 Мвт. К концу 1940 мощность всех действующих ТЭЦ достигла 2 Гвт, годовой отпуск тепла – 108Гдж, а протяжённость тепловых сетей – 650 км. В середине 70-х гг. суммарная электрическая мощность ТЭЦ составляет около 60 Гвт (при общей мощности электростанций ~ 220 и тепловых электростанций ~ 180 Гвт ). Годовая выработка электроэнергии на ТЭЦ достигает 330 млрд. квт×ч, отпуск тепла – 4×109Гдж; мощность отдельных новых ТЭЦ – 1,5—1,6 Гвт при часовом отпуске тепла до (1,6—2,0)×104Гдж; удельная выработка электроэнергии при отпуске 1 Гдж тепла – 150—160 квт×ч. Удельный расход условного топлива на производство 1 квт×ч электроэнергии составляет в среднем 290 г (тогда как на ГРЭС – 370 г ); наименьший среднегодовой удельный расход условного топлива на ТЭЦ около 200 г/квт×ч (на лучших ГРЭС – около 300 г/квт×ч ). Такой пониженный (по сравнению с ГРЭС) удельный расход топлива объясняется комбинированным производством энергии двух видов с использованием тепла отработавшего пара. В СССР ТЭЦ дают экономию до 25 млн. т условного топлива в год (~ 11% всего топлива, идущего на производство электроэнергии).
ТЭЦ – основное производственное звено в системе централизованного теплоснабжения. Строительство ТЭЦ – одно из основных направлений развития энергетического хозяйства в СССР и др. социалистических странах. В капиталистических странах ТЭЦ имеют ограниченное распространение (в основном промышленные ТЭЦ).
Лит.: Соколов Е. Я., Теплофикация и тепловые сети, М., 1975; Рыжкин В. Я., Тепловые электрические станции, М., 1976.
В. Я. Рыжкин.
Рис. 2. Простейшие схемы теплоэлектроцентралей с различными турбинами и различными схемами отпуска пара: а – турбина с противодавлением и отбором пара, отпуск тепла – по открытой схеме; б – конденсационная турбина с отбором пара, отпуск тепла – по открытой и закрытой схемам; ПК – паровой котёл; ПП – пароперегреватель; ПТ – паровая турбина; Г – электрический генератор; К – конденсатор; П – регулируемый производственный отбор пара на технологические нужды промышленности; Т – регулируемый теплофикационный отбор на отопление; ТП – тепловой потребитель; ОТ – отопительная нагрузка; КН и ПН – конденсатный и питательный насосы; ПВД и ПНД – подогреватели высокого и низкого давления; Д – деаэратор; ПБ – бак питательной воды; СП – сетевой подогреватель; СН – сетевой насос.
Рис. 1. Общий вид теплоэлектроцентрали.
Теплоэнергетика
Теплоэнерге'тика, отрасль теплотехники , занимающаяся преобразованием теплоты в др. виды энергии, главным образом в механическую и электрическую. Для генерирования механической энергии за счёт теплоты служат теплосиловые установки; полученная в этих установках механическая энергия используется для привода рабочих машин (металлообрабатывающих станков, автомобилей, конвейеров и т. д.) или электромеханических генераторов, с помощью которых вырабатывается электроэнергия. Установки, в которых преобразование теплоты в электроэнергию осуществляется без электромеханических генераторов, называются установками прямого преобразования энергии. К ним относят магнитогидродинамические генераторы , термоэлектрические генераторы , термоэмиссионные преобразователи энергии .
Преобразование теплоты в механическую энергию в теплосиловых установках основано на способности газо– или парообразного тела совершать механическую работу при изменении его объёма. При этом рабочее тело (газ или пар) должно совершить замкнутую последовательность термодинамических процессов (цикл). В результате такого цикла от одного или нескольких источников теплоты отбирается определённое количество теплоты Q1 и одному или нескольким источникам теплоты отдаётся количество теплоты Q2 , меньшее, чем Q1; при этом разность Q1 – Q2 превращается в механическую работу Атеор. Отношение полученной работы к затраченной теплоте называется термическим кпд этого цикла
. (1)
В простейшем случае цикл может быть осуществлен при одном источнике теплоты с температурой T1, отдающем теплоту рабочему телу, и одном источнике теплоты с температурой T2, воспринимающем теплоту от рабочего тела. При этом в температурном интервале T1 – T2 наивысший кпд hк = 1 – T2/T1 среди всех возможных циклов имеет Карно цикл , то есть hк ht. Кпд, равный 1, то есть полное превращение теплоты Q1 в работу, возможен либо при T1 = ¥, либо при T2 = 0. Разумеется, оба эти условия нереализуемы. Важно ещё подчеркнуть, что для земных условий температура Т2 для теплоэнергетических установок должна в лучшем случае приниматься равной температуре Т окружающей среды (воздуха или водоёмов). Получить источник теплоты с температурой Т2 < Т можно лишь с помощью холодильной машины , которая для своего действия в общем случае требует затраты работы. Невозможность полного превращения теплоты в работу при условии, что все тела, участвующие в этих превращениях, будут возвращены в исходные состояния, устанавливается вторым началом термодинамики .
Процессы, протекающие в реальных установках, преобразующих теплоту в др. виды энергии, сопровождаются различными потерями, в результате чего получаемая действительная работа Адейств. оказывается меньше теоретически возможной работы Атеор . Отношение этих работ называется относительным эффективным кпд установки hoe , то есть,
. (2)
Из формул (1) и (2) получаем Адейств = Q1 × ht hoe = Q1 he ,
где hе = hе ×hoe – эффективный кпд установки. При прочих равных условиях эффективность преобразования теплоты в работу зависит от температуры, при которой эта теплота передаётся рабочему телу. Максимальная работа, которая может быть получена за счёт некоторого количества теплоты Q , отбираемого при температуре T1 при заданной температуре среды Т, называется работоспособностью, или эксергией la этой теплоты, то есть
. (3)
Из формулы (3), в частности, видим, что при T1= T эксергия теплоты равна нулю.
В наиболее полном варианте установки, преобразующие теплоту в механическую работу (теплосиловые установки), включают: рабочее тело, осуществляющее замкнутую последовательность термодинамических процессов (цикл); системы подвода теплоты к рабочему телу от какого-либо источника тепловой энергии; одну или несколько машин, воспринимающих работу рабочего тела или отдающих ему работу; систему отвода теплоты от рабочего тела в окружающую среду. По способу передачи теплоты к рабочему телу различают установки с внешним подводом (теплота подводится к рабочему телу от внешнего источника в теплообменнике) и установки с внутренним подводом (рабочее тело – продукты сгорания топлива).
Тепловые электростанции. Основу современной Т. (1975) составляют теплосиловые установки паротурбинных электростанций, которые состоят из котлоагрегата и паровой турбины (так называемые паросиловые установки ). В СССР на таких электростанциях в 1975 было выработано более 80% всей электроэнергии. В крупных городах чаще всего строятся теплофикационные электростанции (ТЭЦ), а в районах с дешёвым топливом – конденсационные электростанции (КЭС).
Отличие ТЭЦ от КЭС состоит в том, что ТЭЦ отдаёт потребителю не только электроэнергию, но и теплоту с сетевой водой, нагретой в бойлерах до 150—170 °С. Сетевая вода по магистральным теплопроводам подаётся в жилые массивы и далее либо непосредственно, либо через промежуточные теплообменники направляется на отопление и горячее водоснабжение. Турбины ТЭЦ помимо регенеративных отборов пара имеют один или несколько регулируемых теплофикационных отборов. Такая турбина работает по графику теплового потребления, и в наиболее холодное время года пропуск пара в конденсатор практически равен нулю. Отопление от ТЭЦ экономичнее, чем от индивидуальных и даже центральных котельных, так как на ТЭЦ сетевая вода подогревается отработавшим паром, температура (а значит, и эксергия) которого лишь немногим выше температуры сетевой воды. В котельных для повышения экономичности используется теплота при максимальной температуре горения топлива.
Упрощённая принципиальная схема конденсационной паротурбинной электростанции изображена на рис. В топке котлоагрегата сжигается топливо (уголь, мазут или природный газ). Необходимый для сгорания воздух, предварительно нагретый уходящими из котлоагрегата газами в рекуперативном воздухоподогревателе, подаётся в топку дутьевым вентилятором. Продукты сгорания отдают свою теплоту также воде и водяному пару в различных элементах котлоагрегата и с температурой 130—150 °С через золоуловитель поступают в дымосос, который выбрасывает их в дымовую трубу. Рабочее тело, преобразующее теплоту в механическую работу, – водяной пар. Перегретый водяной пар поступает из пароперегревателя и направляется в паровую турбину. Давление пара перед турбиной на крупных электростанциях достигает 35 Мн/м2 при температуре 650 °С. В турбине пар поступает через неподвижные сопла в каналы, образованные криволинейными лопатками, закрепленными по окружности ротора, и, отдавая свою энергию, приводит ротор во вращение. Механическая энергия ротора турбины преобразуется в электроэнергию в электромеханическом генераторе. Паровая турбина чаще всего выполняется в двух или трёх корпусах. Пар, поступающий из первого корпуса турбины во второй, иногда вновь направляется в парогенератор для промежуточного перегрева в пароперегревателе. Отработав в турбине, пар конденсируется в конденсаторе, в котором поддерживается давление 0,003—0,005 Мн/м2 и температура 25—29 °С. Полученный конденсат насосом подаётся в систему регенеративных подогревателей (где подогревается до 230—260 °С за счёт теплоты пара, отбираемого из турбины), а затем насосом – в экономайзер. После экономайзера вода поступает в барабан котла, а из него в размещенные на стенах топки экранные трубы, в которых происходит частичное испарение воды и из которых образовавшаяся пароводяная смесь возвращается в барабан, где насыщенный пар отделяется от воды и направляется в пароперегреватель и далее в турбину, а вода возвращается в экранные трубы. Для генерации пара сверхкритических параметров (давлением свыше 24 Мн/м2 ) используют прямоточные котлы .
Охлаждающая вода подаётся в конденсатор из естественных или искусственных водоёмов и, нагревшись в конденсаторе на несколько градусов, сбрасывается в этот же водоём. В конечном итоге температура охлаждающей воды возвращается к прежнему уровню за счёт испарения некоторой её части. При отсутствии достаточно больших водоёмов охлаждающая вода циркулирует в замкнутом контуре, отдавая теплоту воздуху в испарительных охладителях башенного типа – градирнях . В районах с недостатком воды применяют так называемые сухие градирни (градирни Геллерта), в которых охлаждающая вода отдаёт теплоту воздуху через стенку теплообменника.
Одна из основных тенденций развития тепловых электростанций – увеличение мощности единичных агрегатов (парогенераторов и паровых турбин), что позволяет быстрыми темпами наращивать энерговооружённость народного хозяйства. В СССР (1976) на КЭС осваиваются энергетические блоки мощностью 800 Мвт (сооружается блок мощностью 1200 Мвт ), а на ТЭЦ – 250 Мвт.
На газотурбинных электростанциях теплосиловая установка представляет собой газотурбинный двигатель (ГТД). В камеру сгорания ГДТ подаётся топливо (природный газ или мазут) и сжатый в компрессоре до нескольких Мн/м2 воздух. Сгорание топлива ведётся при больших коэффициентах избытка воздуха (2—4), что снижает температуру продуктов сгорания, которые направляются в газовую турбину . После турбины продукты сгорания либо отдают в регенераторе часть своей теплоты воздуху, направляемому в камеру сгорания, либо (в упрощённых схемах) сбрасываются в дымовую трубу. Механическая энергия ротора турбины в электромеханическом генераторе превращается в электрическую энергию и частично расходуется на привод компрессора. Газотурбинные электростанции применяются для энергоснабжения магистральных газопроводов (где есть горючий газ под давлением) и в качестве пиковых электростанций для покрытия нагрузок в часы «пик». К середине 70-х гг. суммарная мощность газотурбинных электростанций в мире превысила 2,5 Гвт.
Перспективны парогазотурбинные установки (ПГУ), в которых осуществляется комбинированный цикл газо– и паротурбинной установок. В зависимости от тепловой схемы различают: ПГУ, в которых пар давлением 0,6—0,7 Мн/м2 из высоконапорного парогенератора направляется в паровую турбину, а продукты сгорания – в газовую турбину, служащую для привода воздушного компрессора и электромеханического генератора; ПГУ, у которых горячие отходящие газы газотурбинной установки поступают в топку парового котла для повышения в ней температуры или же которые служат для подогрева питателя воды в экономайзере котла. В ПГУ по сравнению с паротурбинными установками (тех же мощности и параметров) удельный расход теплоты на 4—6% меньше.
На дизельных электростанциях (ДЭС), в отличие от тепловых и атомных электростанций, электромеханические генераторы приводятся во вращение не турбинами, а двигателями внутреннего сгорания – дизелями . ДЭС служат для снабжения электроэнергией районов, которые удалены от линии электропередачи и где невозможно сооружение тепловых или гидроэлектрических станций. Мощность отдельных стационарных дизельных электростанций превышает 2,2 Мвт.
Атомные электростанции (АЭС). В подавляющем большинстве АЭС паротурбинные. От тепловых электростанций они отличаются тем, что вместо парогенератора с топкой они имеют ядерный реактор , в котором энергия деления ядер урана превращается в теплоту, отдаваемую теплоносителю первого контура, чаще всего воде. В теплообменнике (парогенераторе) этот теплоноситель передаёт теплоту рабочему телу (воде) второго энергопроизводящего контура, в результате чего рабочее тело (вода) испаряется, а полученный водяной пар направляется в паровую турбину. В некоторых случаях, в частности когда реактор охлаждается жидким металлом, между первым и вторым контуром из соображений безопасности вводится ещё один промежуточный контур с каким-либо теплоносителем.
Первая в мире АЭС (мощность 5000 квт ) была построена в СССР в 1954. В 1964 суммарная мощность АЭС в мире составила 5 Гвт, а в 1974 – около 40 Гвт. По прогнозам к 1980 в мире на АЭС будет вырабатываться около 10% всей электроэнергии. Изменение структуры энергетического баланса в пользу АЭС определяется тем, что, хотя стоимость установленного квт на АЭС примерно на 80% выше, чем на др. тепловых электростанциях, расчётные затраты на производство электроэнергии примерно одинаковы. В дальнейшем следует ожидать повышения стоимости химического топлива, что сделает АЭС экономически более выгодными.
Транспортные теплосиловые установки. На автомобильном транспорте в качестве двигателей применяются главным образом теплосиловые установки – поршневые двигатели внутреннего сгорания (ПДВС) с внешним смесеобразованием (карбюраторные двигатели) и с внутренним смесеобразованием (дизели). В ПДВС рабочим телом служат продукты сгорания топлива. В рабочем цилиндре ПДВС осуществляются все процессы, необходимые для преобразования теплоты в механическую энергию: в цилиндр засасывается топливовоздушная смесь; здесь же эта смесь сгорает; образовавшиеся продукты сгорания, расширяясь, совершают полезную работу, отдаваемую через поршень внешним механическим устройствам; продукты сгорания поршнем же выталкиваются из цилиндра в атмосферу. Различие ПДВС прежде всего определяется разными термодинамическими циклами и, как следствие, проявляется в различном конструктивном оформлении. На железнодорожном транспорте до середины 20 в. основным двигателем была паровая машина – поршневая машина, работающая па водяном паре, генерируемом в отд. паровом котле. В 70-х гг. основу локомотивного парка всех промышленно развитых стран составляют тепловозы (локомотивы, оснащенные мощным дизелем) и электровозы . Перспективны газотурбовозы . В судовой энергетике используют все перечисленные выше виды теплосиловых установок – от небольших автомобильных двигателей до паротурбинных установок мощностью в десятки Мвт. В авиации для приведения в движение летательных аппаратов служат следующие тепловые двигатели: поршневые авиационные двигатели , передающие механическую энергию на воздушный винт: турбовинтовые двигатели , основная тяга которых создаётся воздушным винтом, а дополнительная тяга (8—12%) – в результате истечения продуктов сгорания; реактивные двигатели , тяга которых возникает при истечении с большой скоростью рабочего тела (продуктов сгорания топлива) из реактивного сопла (см. также Турбореактивный двигатель , Жидкостный ракетный двигатель , Ракетный двигатель ).
Установки прямого преобразования тепловой энергии. Рассмотренные выше теплосиловые установки преобразуют теплоту в механическую энергию, которая на электростанциях превращается в электроэнергию с помощью электромеханических генераторов либо затрачивается на движение в двигательных установках. Однако возможно непосредственное преобразование теплоты в электроэнергию с помощью так называемых установок прямого преобразования энергии. Наиболее перспективны установки с магнитогидродинамическим генератором (МГД-генератором). Термодинамический цикл электростанции с МГД-генератором, работающим на продуктах сгорания органического топлива, аналогичен циклу газотурбинной установки. В камеру сгорания подаются топливо и сжатый воздух, предварительно подогретый до возможно более высокой температуры либо обогащенный кислородом. Это необходимо, чтобы тем или иным способом получить теоретическую температуру горения топлива – около 3000 К. При такой температуре продукты сгорания, к которым добавляют некоторое количество ионизирующейся добавки – щелочной металл (чаще всего калий), переходят в состояние плазмы и становятся достаточно электропроводными. В канале МГД-генератора кинетическая энергия плазмы непосредственно преобразуется в электроэнергию в результате взаимодействия потока плазмы с неподвижным магнитным полем МГД-генератора. После генератора продукты сгорания тем или иным способом охлаждаются, очищаются от ионизирующейся присадки и сбрасываются в дымовую трубу. Мощность отдельных МГД-генераторов на продуктах сгорания составляет несколько десятков Мвт (1975). Так как температура газов после генератора очень велика (более 2000 К), рационально использовать МГД-установку в комплексе с обычной паротурбинной станцией. В этом случае теплота, отбираемая от газов, идёт на производство пара для паротурбинной установки. Кпд такой комбинированной установки может достигать 50—60%. Такое повышение кпд очень важно также с точки зрения уменьшения тепловых выбросов электростанций в окружающую среду. Так, если принять, что кпд тепловой электростанции составляет около 40%, то при увеличении кпд до 60% количество сбрасываемой теплоты уменьшится примерно в 2,3 раза (при одинаковой электрической мощности станций).
