どの発電所が火力発電所ですか。 火力発電所はどのように動くのでしょうか？ tesの種類とその特徴

火力発電所とは何ですか、またその動作原理は何ですか? このようなオブジェクトの一般的な定義は、およそ次のように聞こえます。これらは、自然エネルギーを電気エネルギーに処理する発電所です。 天然由来の燃料もこれらの目的に使用されます。

火力発電所の動作原理。 簡単な説明

今日、まさにこのような施設で燃焼が最も広く行われ、熱エネルギーが放出されます。 火力発電所の仕事は、このエネルギーを使用して電気エネルギーを生成することです。

火力発電所の動作原理は、熱エネルギーを生成するだけでなく、熱エネルギーを生成し、熱水などの形で消費者に供給することでもあります。 また、これらのエネルギー施設は全電力の約76％を発電しています。 このように広く使用されているのは、ステーションの運営に使用できる化石燃料の入手可能性が非常に高いためです。 2 番目の理由は、燃料を採取場所からステーション自体に輸送する作業が非常にシンプルで合理化された作業であるためです。 火力発電所の動作原理は、作動流体の廃熱を消費者への二次供給に利用できるように設計されています。

駅の種類別の分け方

サーマルステーションは、生成する熱の種類に応じてタイプに分類できることは注目に値します。 火力発電所の動作原理が電気エネルギーを生成することのみである場合 (つまり、消費者に熱エネルギーを供給しない場合)、それは復水式発電所 (CES) と呼ばれます。

電気エネルギーの生産、蒸気の供給、消費者への温水の供給を目的とした施設には、凝縮タービンの代わりに蒸気タービンが設置されています。 ステーションのそのような要素には、中間蒸気抽出装置または背圧装置もあります。 このタイプの火力発電所 (CHP) の主な利点と動作原理は、廃蒸気も熱源として使用され、消費者に供給されることです。 これにより、熱損失と冷却水の量が削減されます。

火力発電所の基本動作原理

動作原理自体の検討に進む前に、どのような種類のステーションについて話しているのかを理解する必要があります。 このような設備の標準設計には、蒸気の中間過熱などのシステムが含まれます。 中間過熱のある回路の熱効率は、中間過熱のないシステムよりも高くなるため、これが必要です。 簡単に言えば、そのようなスキームを備えた火力発電所の動作原理は、同じ初期および最終の指定パラメーターを使用した場合、それを使用しない場合よりもはるかに効率的になります。 これらすべてから、ステーションの運営の基礎は有機燃料と加熱された空気であると結論付けることができます。

仕事のスキーム

火力発電所の動作原理は次のように構成されています。 燃料物質と酸化剤は、加熱された空気によって最も多くの場合その役割を果たしますが、連続的な流れでボイラー炉に供給されます。 石炭、石油、重油、ガス、シェール、泥炭などの物質は燃料として機能します。 ロシア連邦の領土で最も一般的な燃料について言えば、それは石炭粉塵です。 また、火力発電所の動作原理は、燃料の燃焼により発生する熱で蒸気ボイラー内の水を加熱するように構成されています。 加熱の結果、液体は飽和蒸気に変換され、蒸気出口から蒸気タービンに入ります。 ステーションにあるこの装置の主な目的は、入ってくる蒸気のエネルギーを機械エネルギーに変換することです。

タービンの可動要素はすべてシャフトに密接に接続されており、その結果、単一の機構として回転します。 シャフトを回転させるために、蒸気タービンは蒸気の運動エネルギーをローターに伝達します。

ステーションの機械部分

火力発電所の機械部分の設計と動作原理は、ローターの動作に関連しています。 タービンから出てくる蒸気は非常に高い圧力と温度を持っています。 このため、蒸気の高い内部エネルギーが生成され、ボイラーからタービンノズルに流れ込みます。 連続流でノズルを通過する蒸気のジェットが、多くの場合音速を超える高速でタービンブレードに作用します。 これらの要素はディスクにしっかりと固定されており、ディスクはシャフトに密接に接続されています。 この時点で、蒸気の機械エネルギーがロータータービンの機械エネルギーに変換されます。 火力発電所の動作原理についてより正確に話すと、機械的衝撃はタービン発電機のローターに影響を与えます。 これは、従来のローターと発電機のシャフトが互いにしっかりと結合されているという事実によるものです。 そして、発電機などの装置で機械エネルギーを電気エネルギーに変換する、非常によく知られた単純でわかりやすいプロセスがあります。

ローター後の蒸気の動き

水蒸気がタービンを通過すると、圧力と温度が大幅に低下し、ステーションの次の部分である復水器に入ります。 この要素の内部では、蒸気が液体に戻されます。 このタスクを実行するために、凝縮器内に冷却水があり、装置の壁内を通るパイプを通じてそこに供給されます。 蒸気は水に戻された後、復水ポンプによって汲み出され、次の区画である脱気装置に入ります。 汲み上げられた水が蓄熱式ヒーターを通過することに注意することも重要です。

脱気装置の主な役割は、入ってくる水からガスを除去することです。 洗浄動作と同時に、蓄熱式ヒーターと同じ方法で液体が加熱されます。 この目的には、タービンに入る蒸気から得られる蒸気の熱が使用されます。 脱気操作の主な目的は、液体中の酸​​素と二酸化炭素の含有量を許容可能な値まで減らすことです。 これにより、水と蒸気が供給される経路の腐食速度が低下します。

石炭ステーション

火力発電所の動作原理は、使用される燃料の種類に大きく依存します。 技術的な観点から見ると、実現が最も難しい物質は石炭です。 それにもかかわらず、このような施設では原材料が主な電力源であり、その数はステーション全体の約30％を占めています。 さらに、そのようなオブジェクトの数を増やすことが計画されています。 ステーションの運用に必要な機能コンパートメントの数が他のタイプのステーションよりもはるかに多いことも注目に値します。

火力発電所は石炭燃料でどのように稼働するのでしょうか?

駅を継続的に運営するために、石炭は線路に沿って常に搬入され、特別な荷降ろし装置を使用して荷降ろされます。 それから、陸揚げされた石炭が倉庫に供給されるなどの要素があります。 次に、燃料は破砕プラントに入ります。 必要に応じて、石炭を倉庫に配送するプロセスをバイパスし、石炭を荷降ろし装置から直接破砕機に移送することも可能です。 この段階を通過した後、粉砕された原料は原料炭バンカーに入ります。 次のステップは、フィーダーを介して原料を微粉炭ミルに供給することです。 次に、粉炭は空気輸送方式により粉炭バンカーに供給されます。 この経路に沿って、物質は分離器やサイクロンなどの要素をバイパスし、ホッパーからフィーダーを通ってバーナーに直接流れます。 サイクロンを通過した空気はミルファンによって吸引され、ボイラーの燃焼室に供給されます。

また、ガスの動きはおおよそ次のようになります。 燃焼ボイラーの室内で発生した揮発性物質は、ボイラープラントのガスダクトなどを経て、蒸気再熱装置を使用する場合には一次過熱器、二次過熱器に供給されます。 このコンパートメントおよび水エコノマイザー内では、ガスが熱を放出して作動流体を加熱します。 次に空気過熱器と呼ばれる素子を取り付けます。 ここでは、ガスの熱エネルギーを使用して流入空気を加熱します。 これらすべての要素を通過した後、揮発性物質は灰収集器に入り、そこで灰が取り除かれます。 その後、スモークポンプでガスを吸い出し、ガス管を使って大気中に放出します。

火力発電所と原子力発電所

火力発電所の共通点は何か、火力発電所と原子力発電所の動作原理に類似点はあるのか、という疑問がよく聞かれます。

それらの類似点について言えば、いくつかあります。 まず、どちらも化石や排泄される天然資源を仕事に利用するように作られています。 さらに、両方のオブジェクトが電気エネルギーだけでなく熱エネルギーも生成することを目的としていることに注意してください。 火力発電所と原子力発電所は、運転プロセスにタービンや蒸気発生器が関与しているという点でも動作原理が似ています。 さらに、いくつかの違いがあるだけです。 例えば、火力発電所は原子力発電所に比べて建設費や電気代がはるかに安いという事実が挙げられます。 しかし一方で、原子力発電所は、廃棄物が適切に処理され、事故が起こらない限り、大気を汚染しません。 一方、火力発電所はその動作原理上、常に有害物質を大気中に排出しています。

ここに原子力発電所と火力発電所の運転の大きな違いがあります。 熱施設では、燃料の燃焼による熱エネルギーが水に伝達されるか、蒸気に変換されることがほとんどですが、原子力発電所では、エネルギーはウラン原子の分裂から得られます。 得られたエネルギーはさまざまな物質を加熱するために使用されますが、ここで水が使用されることはほとんどありません。 さらに、すべての物質は密閉された密閉回路内に含まれています。

地域暖房

一部の火力発電所では、発電所自体だけでなく、隣接する村がある場合にはその村の暖房を処理するシステムが設計に含まれている場合があります。 この設備のネットワーク ヒーターにはタービンから蒸気が取り込まれ、凝縮水を除去するための特別なラインもあります。 水は特別なパイプラインシステムを通じて供給および排出されます。 このようにして生成される電気エネルギーは、発電機から取り出され、昇圧変圧器を通って消費者に送られます。

基本装備

火力発電所で動作する主な要素について言えば、ボイラー室、および発電機とコンデンサーを組み合わせたタービンユニットです。 主装置と追加装置の主な違いは、出力、生産性、蒸気パラメータ、電圧、電流などの標準パラメータがあることです。また、主要素の種類と数にも注意してください。 1 つの火力発電所からどれだけの電力を得る必要があるか、またその運転モードに応じて選択されます。 火力発電所の動作原理をアニメーションで見ると、この問題をより詳しく理解できます。

ロシアの主な発電所は火力発電所（CHP）です。 これらの設備はロシアの電力の約 67% を生成します。 それらの配置は燃料と消費者の要因に影響されます。 最も強力な発電所は、燃料が生産される場所にあります。 高カロリーの可搬性燃料を使用する火力発電所は消費者を対象としています。

火力発電所は広く入手可能な燃料資源を使用し、比較的自由に配置でき、季節変動なく発電できます。 建設は迅速に行われ、人件費と材料費が少なくて済みます。 しかし、TPPには重大な欠点があります。 これらは再生不可能な資源を使用し、効率が低く (30 ～ 35%)、環境に非常に悪影響を及ぼします。 世界中の火力発電所は、毎年 2 億～2 億 5,000 万トンの灰と約 6,000 万トンの二酸化硫黄 6 を大気中に排出し、また大量の酸素を吸収します。 微量線量の石炭には、ほとんどの場合、U 238、Th 232、および放射性炭素同位体が含まれていることが確立されています。 ロシアのほとんどの火力発電所には、硫黄酸化物や窒素酸化物から排ガスを浄化する効果的なシステムが装備されていません。 天然ガスで稼働する施設は、石炭、シェール、燃料油プラントよりも環境にはるかにクリーンですが、ガスパイプラインの設置（特に北部地域）は環境に悪影響を及ぼします。

火力発電所燃料エネルギーを電気エネルギーと (一般に) 熱エネルギーに変換する装置と装置の複合体です。

火力発電所は非常に多様性があり、さまざまな基準に従って分類できます。

1. 供給するエネルギーの目的と種類に応じて、発電所は地域用と産業用に分けられます。

地域発電所は、地域内のあらゆる種類の消費者 (産業企業、交通機関、人口など) にサービスを提供する独立した公共発電所です。 主に電力を生成する地域復水発電所は、多くの場合、その歴史的な名前である GRES (州地域発電所) を保持しています。 電気エネルギーと熱エネルギー (蒸気または熱水の形で) を生成する地域発電所は、熱電併給プラント (CHP) と呼ばれます。 CHP プラントは、電気と熱を組み合わせて生産するための設備です。 効率は 70% に達しますが、IES では 30 ～ 35% です。 CHP プラントは消費者と結びついています。 熱伝達（蒸気、熱水）の半径は15〜20kmです。 CHP プラントの最大電力は CPP の最大電力よりも低くなります。

原則として、州地区発電所および地区火力発電所の容量は 100 万 kW 以上です。

産業用発電所は、化学製造工場などの特定の生産企業またはその複合施設に熱および電気エネルギーを供給する発電所です。 産業用発電所は、それらがサービスを提供する産業企業の一部です。 その容量は、産業企業の熱エネルギーと電気エネルギーのニーズによって決まり、一般に、地域の火力発電所の容量よりも大幅に小さくなります。 多くの場合、産業用発電所は一般の電力ネットワーク上で動作しますが、電力システムのディスパッチャに従属していません。 以下では地区発電所のみを考慮します。

2. 火力発電所は、使用する燃料の種類に応じて、有機燃料を使用する発電所と核燃料を使用する発電所に分けられます。

化石燃料を使って稼働する火力発電所をこう呼びます。 復水発電所 (CPS)。 核燃料は原子力発電所（NPP）で使用されます。 この意味で、以下ではこの用語を使用しますが、火力発電所、原子力発電所、ガスタービン発電所（GTPP）、複合サイクル発電所（CGPP）も、熱を変換する原理で動作する火力発電所です。エネルギーを電気エネルギーに変換します。

熱設備の中で主な役割を担うのは復水発電所 (CPS) です。 これらは燃料源と消費者の両方に引き寄せられるため、非常に広範囲に広がっています。 IES が大きいほど、より遠くまで電力を伝送できます。 出力が増加すると、燃料とエネルギー係数の影響が増加します。

火力発電所の有機燃料としては、気体、液体、固体燃料が使用されます。 燃料基地への注目は、安価で輸送不可能な燃料資源（カンスク・アチンスク盆地の褐炭）が存在する場合、または泥炭、シェール、燃料油を使用する発電所の場合（このようなCPPは通常、石油精製センターと連携している）に発生します。 ）。 ロシア、特にヨーロッパ地域のほとんどの火力発電所は、主燃料として天然ガスを消費し、予備燃料として重油を消費しますが、後者はコストが高いため、極端な場合にのみ使用されます。 このような火力発電所を軽油発電所と呼びます。 多くの地域、主にロシアのアジア地域では、主な燃料は一般炭、すなわち低カロリー炭または高カロリー石炭廃棄物（無煙炭、AS）です。 このような石炭は燃焼前に特殊な粉砕機で粉砕されて粉状になるため、このような火力発電所は微粉炭と呼ばれます。

3. 火力発電所で熱エネルギーをタービンユニットのローターの回転の機械エネルギーに変換するために使用される火力発電所の種類に基づいて、蒸気タービン、ガスタービン、複合サイクル発電所が区別されます。

蒸気タービン発電所の基礎となるのは蒸気タービン ユニット (STU) です。STU は、最も複雑で強力かつ非常に高度なエネルギー機械である蒸気タービンを使用して、熱エネルギーを機械エネルギーに変換します。 PTU は、火力発電所、火力発電所、原子力発電所の主要な要素です。

ガスタービン火力発電所（GTPP）ガスタービンユニット（GTU）が装備されており、ガス燃料、または極端な場合には液体（ディーゼル）燃料で動作します。 ガスタービンプラントの背後のガスの温度は非常に高いため、外部の消費者に熱エネルギーを供給するために使用できます。 このような発電所はGTU-CHPと呼ばれます。 現在、ロシアには、容量600MWのガスタービン発電所（モスクワ州エレクトロゴルスクのクラッソンにちなんで名付けられたGRES-3）が1基と、ガスタービンコージェネレーションプラント（モスクワ州エレクトロスタル市）が1基ある。

コンバインドサイクル火力発電所ガスタービンユニットと蒸気タービンユニットを組み合わせた複合サイクルガスタービンユニット（CCGT）を搭載しており、高効率を実現しています。 CCGT-CHP プラントは、復水プラント (CCP-CHP) として、または熱エネルギー供給付き (CCP-CHP) として設計できます。 ロシアでは、450 MW の容量を備えた CCGT-CHP (PGU-450T) が 1 基だけ稼働しています。 ネビンノムイスク州地区発電所は、170 MW の容量を持つ PGU-170 発電装置を運転しており、サンクトペテルブルクの南火力発電所には、300 MW の容量を持つ PGU-300 発電装置があります。

4.蒸気パイプラインの技術スキームによれば、火力発電所はブロック火力発電所と相互接続火力発電所に分けられます。

モジュール式火力発電所は、通常は同じタイプの個別の発電所、つまり電源ユニットで構成されます。 パワーユニットでは、各ボイラーは蒸気をそのタービンにのみ供給し、そこから凝縮後にボイラーのみに戻ります。 いわゆる中間過熱蒸気を有するすべての強力な州地区発電所および火力発電所は、ブロック計画に従って建設されます。 相互接続を備えた火力発電所のボイラーとタービンの動作は、異なる方法で保証されます。火力発電所のすべてのボイラーは 1 つの共通の蒸気ライン (コレクター) に蒸気を供給し、火力発電所のすべての蒸気タービンはそこから電力を供給されます。 このスキームによれば、中間過熱のないCESと、未臨界の初期蒸気パラメータを備えたほぼすべてのCHPプラントが構築されます。

5. 初期圧力のレベルに基づいて、亜臨界圧力と超臨界圧力 (SCP) の火力発電所が区別されます。

臨界圧力は 22.1 MPa (225.6 at) です。 ロシアの熱電産業では、初期パラメータが標準化されています。火力発電所と熱電併給プラントは、8.8 MPa と 12.8 MPa (90 気圧と 130 atm) の亜臨界圧力、および 23.5 MPa (240 atm) の SKD に合わせて建設されています。 。 超臨界パラメータを備えた TPP は、技術的な理由から、中間過熱を伴ってブロック図に従って実行されます。 多くの場合、火力発電所または熱電併給所はいくつかの段階で建設され、そのパラメーターは新しい段階の試運転ごとに改善されます。

有機燃料で稼働する典型的な復水式火力発電所を考えてみましょう (図 3.1)。

米。 3.1. 軽油と油の熱平衡

微粉炭（カッコ内数字）火力発電所

燃料がボイラーに供給され、それを燃焼させるために、酸化剤、つまり酸素を含む空気がここに供給されます。 空気は大気中から取り込まれます。 組成と燃焼熱に応じて、1 kg の燃料を完全に燃焼させるには 10 ～ 15 kg の空気が必要です。したがって、空気は発電のための天然の「原料」でもあり、その電気を燃焼に供給します。ゾーンでは強力な高性能スーパーチャージャーが必要です。 燃料の炭素Cが酸化物CO 2 やCOに、水素H 2 が水蒸気H 2 Oに、硫黄Sが酸化物SO 2 やSO 3 などに変換される化学燃焼反応の結果、燃料が燃焼します。製品はさまざまな高温ガスの混合物として形成されます。 火力発電所で生成される電力の源となるのは、燃料の燃焼生成物の熱エネルギーです。

次に、ボイラー内では、排ガスからパイプ内を移動する水に熱が伝達されます。 残念ながら、技術的および経済的理由から、燃料の燃焼の結果として放出される熱エネルギーのすべてを水に伝達できるわけではありません。 燃料の燃焼生成物 (排ガス) は、130 ～ 160 °C の温度に冷却され、煙突を通って火力発電所から排出されます。 排ガスによって運ばれる熱の割合は、使用する燃料の種類、動作モード、動作の質によって異なりますが、5 ～ 15% です。

熱エネルギーの一部がボイラー内に残り、水に伝達されることで、高い初期パラメータの蒸気が確実に形成されます。 この蒸気は蒸気タービンに送られます。 タービンの出口では、復水器と呼ばれる装置を使用して深真空が維持されます。蒸気タービンの背後の圧力は 3 ～ 8 kPa です (大気圧が 100 kPa レベルであることを思い出してください)。 したがって、高圧でタービンに入った蒸気は、圧力が低い復水器に移動して膨張します。 蒸気の位置エネルギーが機械的仕事に確実に変換されるのは、蒸気の膨張です。 蒸気タービンは、蒸気の膨張エネルギーをローターの回転に変換するように設計されています。 タービンローターは発電機のローターに接続されており、その固定子巻線で電気エネルギーが生成され、火力発電所の運転による最終有用生成物（財）となります。

復水器はタービンの後ろに低圧を提供するだけでなく、蒸気を凝縮（水に変える）させるため、作動するには大量の冷水が必要です。 火力発電所に供給される第3の「原料」であり、火力発電所の運転にとって燃料と同様に重要なものです。 したがって、火力発電所は既存の自然水源（川、海）の近くに建設されるか、人工水源（冷却池、空冷塔など）が建設されます。

火力発電所における主な熱損失は、凝縮熱が冷却水に伝達され、冷却水が環境に放出することで発生します。 火力発電所に燃料で供給される熱の50％以上は冷却水の熱で失われます。 さらに、その結​​果、環境の熱汚染が引き起こされます。

燃料の熱エネルギーの一部は、火力発電所内で熱の形で（たとえば、火力発電所に供給される燃料油を鉄道タンク内の濃厚な状態で加熱するため）、または電気の形で消費されます（たとえば、さまざまな目的でポンプの電気モーターを駆動するため)。 損失のこの部分は自分自身のニーズと呼ばれます。

火力発電所を正常に運転するには、「原材料」（燃料、冷却水、空気）に加えて、潤滑システムの作動用の油、タービンの調整と保護、試薬（樹脂）など、多くの材料が必要です。作動液の洗浄用、多数の補修材。

最後に、強力な火力発電所は、継続的な運転、機器のメンテナンス、技術的および経済的指標の分析、供給、管理などを行う多数の人員によって保守されています。 おおよそ、1 MW の設備容量には 1 人が必要であると想定できます。したがって、強力な火力発電所のスタッフは数千人になります。 復水蒸気タービン発電所には、次の 4 つの必須要素が含まれます。

· エネルギーボイラー、または単にボイラー。高圧下で供給水、燃料および燃焼用の大気を供給します。 燃焼プロセスはボイラー炉内で行われ、燃料の化学エネルギーが熱エネルギーと放射エネルギーに変換されます。 給水はボイラー内部にあるパイプシステムを通って流れます。 燃焼する燃料は強力な熱源となり、給水に伝達されます。 後者は沸点まで加熱されて蒸発します。 同じボイラー内で生じる蒸気は沸点を超えて過熱されます。 この蒸気は温度 540°C、圧力 13 ～ 24 MPa で、1 つまたは複数のパイプラインを通って蒸気タービンに供給されます。

・蒸気タービン、発電機、励磁機からなるタービンユニット。 蒸気タービンは、蒸気を極低圧（大気圧の約20分の1）まで膨張させ、圧縮加熱された蒸気の位置エネルギーをタービンローターの回転の運動エネルギーに変換します。 タービンは発電機を駆動し、発電機ローターの回転の運動エネルギーを電流に変換します。 発電機は、電気巻線に電流が生成されるステーターと、励磁機によって電力を供給される回転電磁石であるローターで構成されます。

· 凝縮器は、タービンから来る蒸気を凝縮して深真空を作り出す働きをします。 これにより、得られた水をその後圧縮するためのエネルギー消費を大幅に削減し、同時に蒸気の効率、つまり蒸気の効率を高めることが可能になります。 ボイラーで生成された蒸気からより多くの電力を得ることができます。

· ボイラーに給水を供給し、タービンの前に高圧を作り出す給水ポンプ。

したがって、PTU では、燃焼燃料の化学エネルギーを電気エネルギーに変換する連続サイクルが作動流体上で発生します。

実際の STP には、リストされている要素に加えて、効率を高めるために必要な多数のポンプ、熱交換器、その他のデバイスがさらに含まれています。 ガス火力発電所で電気を生み出す技術プロセスを図に示します。 3.2.

検討中の発電所（図 3.2）の主な要素は、高パラメータの蒸気を生成するボイラー プラントです。 蒸気の熱をタービンローターの回転による機械エネルギーに変換するタービンまたは蒸気タービンユニット、および発電を行う電気機器（発電機、変圧器など）。

ボイラー設備の主要な要素はボイラーです。 ボイラー運転用のガスは、主要ガスパイプライン（図示せず）に接続されたガス供給ステーションからガス供給ポイント（GDP）1 に供給されます。ここで、その圧力は数気圧まで減圧され、バーナーに供給されます。 2 ボイラーの底部にあります（このようなバーナーは炉床バーナーと呼ばれます）。

米。 3.2. ガス火力発電所における電気生産の技術プロセス

ボイラー自体は、長方形の断面のガスダクトを備えた U 字型の構造です。 その左側の部分は火室と呼ばれます。 火室の内部は空いており、その中で燃料 (この場合はガス) が燃焼します。 これを行うために、特別な送風機２８が、エアヒーター２５で加熱された熱風をバーナーに連続的に供給する。 図 3.2 はいわゆる回転エアヒーターを示しており、その蓄熱パッキンは回転の前半で排気ガスによって加熱され、回転の後半では大気から来る空気を加熱します。 空気温度を上げるために再循環が使用されます。ボイラーから出る排ガスの一部は特別な再循環ファンによって使用されます。 29 主空気に供給され、混合されます。 熱風はガスと混合され、ボイラーのバーナーを通って火室（燃料が燃焼する部屋）に供給されます。 燃焼するとトーチが形成され、強力な放射エネルギー源となります。 したがって、燃料が燃焼すると、その化学エネルギーがトーチの熱エネルギーと放射エネルギーに変換されます。

炉の壁には、エコノマイザ 24 から給水が供給されるパイプであるスクリーン 19 が並んでいます。この図は、スクリーン内で給水がボイラー パイプ システムを 1 回だけ通過する、いわゆる直流ボイラーを示しています。 、加熱されて蒸発し、乾燥した飽和蒸気になります。 ドラムボイラーはスクリーン内で給水を繰り返し循環させ、ドラム内でボイラー水から蒸気を分離するドラムボイラーが広く使用されています。

ボイラーの火室の後ろの空間はパイプで非常に密に満たされており、その中を蒸気または水が移動します。 これらのパイプは外側から高温の​​排ガスによって洗浄され、煙突 26 に向かって移動するにつれて徐々に冷却されます。

乾燥した飽和蒸気は、天井 20、スクリーン 21、および対流要素 22 で構成される主過熱器に入ります。 メイン過熱器では、その温度が上昇し、したがって位置エネルギーが上昇します。 対流式過熱器の出口で得られる高パラメータの蒸気はボイラーを出て、蒸気ラインを通って蒸気タービンに入ります。

強力な蒸気タービンは通常、いくつかの個別のタービン、つまりシリンダーで構成されています。

17 蒸気は最初のシリンダーである高圧シリンダー (HPC) にボイラーから直接供給されるため、高いパラメーター (SKD タービンの場合 - 23.5 MPa、540 °C、つまり 240 at/540 °C) を持ちます。 HPC 出口の蒸気圧力は 3 ～ 3.5 MPa (30 ～ 35 at)、温度は 300 ～ 340 °C です。 蒸気がタービン内でこれらのパラメータを超えて復水器内の圧力まで膨張し続けると、蒸気が非常に湿り、最終シリンダーの部品の浸食摩耗によりタービンの長期運転が不可能になります。 したがって、HPC から、比較的冷たい蒸気が、いわゆる中間過熱器 23 内のボイラーに戻ります。そこで、蒸気は再びボイラーの高温ガスの影響を受け、その温度は最初の温度 (540℃) まで上昇します。 ℃）。 生成された蒸気は中圧シリンダー (MPC) 16 に送られます。MPC 内で 0.2 ～ 0.3 MPa (2 ～ 3 気圧) の圧力まで膨張した後、蒸気は 1 つまたは複数の同一の低圧シリンダー (LPC) 15 に入ります。

したがって、タービン内で膨張する蒸気は、発電機１４の回転子に接続された回転子を回転させ、その固定子巻線に電流が発生する。 変圧器は電圧を上げて送電線の損失を減らし、生成されたエネルギーの一部を火力発電所自身の需要に供給するために転送し、残りの電力を電力システムに放出します。

ボイラーとタービンは両方とも、非常に高品質の給水と蒸気でのみ動作でき、他の物質の不純物は無視できる程度です。 さらに、蒸気の消費量は膨大です（たとえば、1200 MW の発電装置では、1 秒間に 1 トン以上の水が蒸発し、タービンを通過して凝縮します）。 したがって、パワーユニットの正常な動作は、高純度の作動流体の閉鎖循環サイクルを作成することによってのみ可能になります。

タービンＬＰＣから出た蒸気は、熱交換器である復水器１２に入り、その管を通って循環ポンプ９によって川、貯水池、または特殊な冷却装置（冷却塔）から冷却水が供給され続ける。

冷却塔は、最大高さ 150 m、出口直径 40 ～ 70 m の鉄筋コンクリート製の中空排気塔（図 3.3）であり、導風板を通って下から入る空気に重力が発生します。

冷却塔内の高さ10～20mには灌水（スプリンクラー）装置が設置されています。 空気が上向きに移動すると、液滴の一部 (約 1.5 ～ 2%) が蒸発し、それによって凝縮器から出てくる水が冷却され、そこで加熱されます。 冷却された水は下のプールに集められ、前室10に流れ込み、そこから循環ポンプ9によって凝縮器12に供給されます（図3.2）。

米。 3.3. 自然通風による冷却塔の設計

米。 3.4. 冷却塔の外観

循環水と併せて、冷却水を河川から復水器に入り下流に排出する直流給水を採用しています。 タービンから復水器の環状部に入った蒸気は凝縮して下に流れます。 得られた凝縮水は、凝縮水ポンプ６によって低圧再生加熱器（ＬＰＨ）３群を介して脱気器８に供給される。ＬＰＨでは、蒸気の凝縮熱により凝縮水の温度が上昇する。タービン。 これにより、ボイラーでの燃料消費量を削減し、発電所の効率を向上させることができます。 脱気装置 8 では、ボイラーの動作を妨害する脱気装置に溶解したガスが凝縮液から除去されます。 同時に、脱気タンクはボイラー給水の容器でもあります。

脱気器からの給水は、電気モーターまたは特殊な蒸気タービンで駆動される給水ポンプ 7 によって高圧加熱器 (HPH) 群に供給されます。

HDPE および HDPE における凝縮水の再生加熱は、火力発電所の効率を向上させるための主要かつ非常に収益性の高い方法です。 タービン内で入口から抽出パイプラインまで膨張した蒸気は、一定の電力を生成し、蓄熱式ヒーターに入ると、その凝縮熱が給水（冷却水ではなく）に伝達され、その温度が上昇します。それによりボイラーでの燃料消費量を節約します。 HPH の後ろのボイラー給水の温度、つまり ボイラーに入る前の温度は、初期パラメータに応じて 240 ～ 280°C です。 これにより、燃料の化学エネルギーをタービンローターの回転の機械エネルギーに変換する技術的な蒸気と水のサイクルが終了します。

火力発電所には、内燃機関を備えた蒸気タービンとガスタービンが装備されています。 最も一般的なのは蒸気タービンを備えた火力発電所で、以下に分類されます。 凝縮（KES）- 給水加熱用の一部を除き、タービンを回転させて電気エネルギーを生成するために使用されるすべての蒸気。 暖房発電所- 熱電併給プラント（CHP）。電気および熱エネルギーの消費者にとっての電力源であり、その消費地域に設置されています。

復水発電所

復水発電所は、州地区発電所 (GRES) と呼ばれることがよくあります。 IES は主に、タービンから排出された蒸気を冷却および凝縮するために使用される燃料抽出エリアまたは貯留層の近くに設置されます。

復水発電所の特徴

1. ほとんどの場合、電気エネルギーの消費者からかなりの距離があるため、主に 110 ～ 750 kV の電圧で送電する必要があります。
2. これは、運用の信頼性の向上と運用の容易化、および建設と設置作業の量の削減からなる、重大な技術的および経済的利点を提供するステーション建設のブロック原則です。
3. ステーションの正常な機能を保証するメカニズムと設備がそのシステムを構成します。

IES は、固体 (石炭、泥炭)、液体 (重油、石油) 燃料またはガスで動作できます。

燃料の供給と固体燃料の準備は、固体燃料を倉庫から燃料準備システムに輸送することから構成されます。 このシステムでは、燃料を粉砕してボイラー火炉のバーナーに噴射します。 燃焼プロセスを維持するために、特殊なファンによって空気が火室に送り込まれ、排気ガスによって加熱され、排煙装置によって火室から吸い出されます。

液体燃料は、特別なポンプによって加熱された形で倉庫から直接バーナーに供給されます。

ガス燃料の調製は、主に燃焼前のガス圧力の調整から構成されます。 ガス田または貯蔵施設からのガスは、ガスパイプラインを通じてステーションのガス供給ポイント (GDP) まで輸送されます。 ガスの分配とパラメータの調整は水圧破砕現場で行われます。

蒸気・水回路のプロセス

主蒸気・水回路では以下のプロセスが行われます。

1. 火室での燃料の燃焼は熱の放出を伴い、ボイラーパイプ内を流れる水が加熱されます。
2. 水は、温度 540 ～ 560 °C、圧力 13 ～ 25 MPa の蒸気に変わります。
3. ボイラーで生成された蒸気はタービンに供給され、そこで機械的仕事を行い、タービンシャフトを回転させます。 その結果、タービンと共通のシャフト上に位置する発電機ローターも回転します。
4. 圧力 0.003 ～ 0.005 MPa、温度 120 ～ 140°C でタービンから排出された蒸気は復水器に入り、そこで水に変わり、脱気器にポンプで送られます。
5. 脱気装置では、溶存ガス、主に酸素が除去されますが、酸素は腐食性のため危険です。循環水供給システムにより、復水器内の蒸気が外部源 (貯水池、川、自噴井) からの水で確実に冷却されます。 。 凝縮器の出口で温度が 25 ～ 36 °C を超えない冷却水が給水システムに排出されます。

火力発電所の運転に関する興味深いビデオを以下でご覧いただけます。

蒸気の損失を補うために、事前に化学浄化を受けた補給水がポンプによって主蒸気水システムに供給されます。

蒸気水設備の通常の運転、特に超臨界蒸気パラメータの場合、ボイラーに供給される水の品質が重要であるため、タービンの凝縮水は脱塩フィルターのシステムを通過することに注意してください。 水処理システムは、化粧水と凝縮水を浄化し、そこから溶存ガスを除去するように設計されています。

固体燃料を使用するステーションでは、特殊なポンプを備えた特殊なスラグおよび灰除去システムによって、スラグおよび灰の形の燃焼生成物がボイラー炉から除去されます。

ガスや重油を燃焼させる場合には、このようなシステムは必要ありません。

IES では大幅なエネルギー損失が発生します。 熱損失は、排気ガス (最大 10%) と同様に、凝縮器 (炉内で放出される総熱量の最大 40 ～ 50%) で特に高くなります。 高い蒸気圧力と温度パラメータを備えた最新の IES の効率は 42% に達します。

IES の電気部分は、主要な電気機器 (発電機、) と、バスバー、スイッチング、およびそれらの間で行われるその他の機器を含む補助的な電気機器のセットを表します。

ステーションの発電機は、昇圧変圧器を備えたブロックに接続されており、間に機器はありません。

この点に関して、発電機電圧開閉装置は IES では建設されていません。

110 ～ 750 kV の開閉装置は、接続数、電圧、送電電力、および必要な信頼性レベルに応じて、標準の電気接続図に従って作成されます。 ブロック間の相互接続は、燃料、水、蒸気と同様に、最高レベルの開閉装置または電力システム内でのみ行われます。

この点において、各電源ユニットは個別の自律ステーションと考えることができます。

ステーション自体の必要に応じて電力を供給するために、各ブロックの発電機からタップが作られます。 発電機の電圧は強力な電気モーター (200 kW 以上) に電力を供給するために使用され、380/220 V システムは低電力モーターや照明設備に電力を供給するために使用されます。ステーション独自のニーズに応じた電気回路は異なる場合があります。

火力発電所の内部からの働きについてのもう 1 つの興味深いビデオ:

熱電併給プラント

熱電併給プラントは電気エネルギーと熱エネルギーを組み合わせた発電源であり、CES が大幅に大きくなります (最大 75%)。 これはこれで説明できます。 タービンで排出される蒸気の一部は、工業生産（技術）、暖房、給湯のニーズに使用されます。

この蒸気は、産業および家庭のニーズに直接供給されるか、特別なボイラー (ヒーター) で水を予熱するために部分的に使用され、そこから水は加熱ネットワークを介して熱エネルギーの消費者に送られます。

IES と比較したエネルギー生産技術の主な違いは、蒸気と水の回路の特異性です。 タービン蒸気の中間抽出と、その主要部分が発電機開閉装置 (GRU) を介して発電機電圧で分配されるエネルギー供給方法を提供します。

他の電力系統ステーションとの通信は、昇圧変圧器を介して昇圧された電圧で実行されます。 1 台の発電機の修理中または緊急停止中に、不足した電力が同じ変圧器を介して電力システムから転送されることがあります。

CHP の動作の信頼性を高めるために、バスバーの切断が行われています。

したがって、タイヤに事故が発生し、セクションの 1 つが修理された場合でも、2 番目のセクションは動作を続け、残りの通電ラインを通じて消費者に電力を供給します。

このような計画によれば、産業用の発電機は最大 60 MW の発電機を備え、半径 10 km 以内のローカル負荷に電力を供給するように設計されています。

最新の大型のものでは、最大 250 MW の出力を持つ発電機が使用され、ステーションの合計出力は 500 ～ 2500 MW になります。

これらは市の境界外に建設され、電力は 35 ～ 220 kV の電圧で送電され、GRU は提供されず、すべての発電機は昇圧変圧器を備えたブロックに接続されています。 ブロック負荷の近くの小さなローカル負荷に電力を供給する必要がある場合は、ブロックからのタップが発電機と変圧器の間に提供されます。 主開閉装置といくつかの発電機がブロック図に従って接続されている、複合ステーション方式も可能です。

2012 年 10 月 24 日

電気エネルギーは長い間私たちの生活に浸透してきました。 紀元前 7 世紀のギリシャの哲学者タレスでさえ、羊毛にこすりつけた琥珀が物体を引き寄せ始めることを発見しました。 しかし長い間、誰もこの事実に注目しませんでした。 「電気」という用語が初めて登場したのは 1600 年になってからであり、1650 年にオットー フォン ゲーリッケは、金属棒に取り付けられた硫黄球の形をした静電機械を作成しました。これにより、引力の効果だけでなく、しかし、反発の効果もあります。 これは最初の単純な静電機械でした。

それから長い年月が経ちましたが、テラバイト単位の情報で満たされ、興味のあることはすべて自分で調べることができる今日でも、電気がどのように作られ、どのようにして家庭に届けられるのかは多くの人にとって謎のままです。 、オフィス、企業...

これらのプロセスを数回に分けて説明します。

パート I. 電気エネルギーの生成。

電気エネルギーはどこから来るのでしょうか? このエネルギーは、熱、機械、核、化学など、他の種類のエネルギーからも現れます。 産業規模では、電気エネルギーは発電所で得られます。 最も一般的なタイプの発電所だけを考えてみましょう。

1) 火力発電所。 現在、それらはすべて、州地区発電所（州地区発電所）という 1 つの用語にまとめることができます。 もちろん、今日ではこの用語は本来の意味を失いましたが、永遠になったわけではなく、私たちの中に残り続けています。

火力発電所はいくつかのサブタイプに分類されます。

A)復水発電所 (CPP) は、電気エネルギーのみを生成する火力発電所であり、このタイプの発電所の名前は、その動作原理の特殊性に由来しています。

動作原理: 空気と燃料 (気体、液体、固体) はポンプを使用してボイラーに供給されます。 その結果、燃料と空気の混合気がボイラー炉内で燃焼し、大量の熱が放出されます。 この場合、水はボイラーの内部にあるパイプシステムを通過します。 放出された熱はこの水に伝わり、温度が上昇して沸騰します。 ボイラーで生成された蒸気はボイラーに戻り、（一定の圧力で）水の沸点以上に過熱され、蒸気ラインを通って蒸気タービンに送られ、そこで蒸気が機能します。 同時に膨張し、温度と圧力が低下します。 したがって、蒸気の位置エネルギーがタービンに伝達され、運動エネルギーに変わります。 次に、タービンは、タービンと同じシャフト上に配置され、エネルギーを生成する三相交流発電機のローターを駆動します。

IES のいくつかの要素を詳しく見てみましょう。

蒸気タービン。

水蒸気の流れは、ガイドベーンを通ってローターの周囲に固定された湾曲したブレード上に入り、ローターに作用してローターを回転させます。 ご覧のとおり、肩甲骨の列の間に隙間があります。 このローターがハウジングから取り外されているため、これらが存在します。 ブレードの列も本体に組み込まれていますが、これらは固定されており、移動するブレードに蒸気の望ましい入射角を作り出す役割を果たします。

復水蒸気タービンは、蒸気の熱をできるだけ多く機械仕事に変換するために使用されます。 これらは、真空が維持されている凝縮器に使用済み蒸気を放出 (排出) することによって動作します。

タービンと発電機が同じ軸上にあるものをタービン発電機といいます。 三相交流発電機（同期機）。

内容は次のとおりです。

これにより、電圧が標準値（35-110-220-330-500-750 kV）まで増加します。 この場合、電流が大幅に減少するため（例えば、電圧が2倍になると電流は4倍に減少する）、長距離の電力伝送が可能になります。 電圧クラスについて話すときは、線形 (相間) 電圧を意味することに注意してください。

発電機によって生成される有効電力は、エネルギーキャリアの量を変更することによって調整され、ローター巻線の電流が変化します。 有効電力出力を増加するには、タービンへの蒸気供給を増加する必要があり、回転子巻線の電流が増加します。 発電機は同期していることを忘れてはなりません。つまり、その周波数は常に電力システムの電流の周波数と等しく、エネルギーキャリアのパラメータを変更してもその回転周波数には影響しません。

さらに、発電機は無効電力も生成します。 これは、小さな制限内で出力電圧を調整するために使用できます (つまり、電力システムの電圧を調整する主な手段ではありません)。 このように機能します。 ローター巻線が過励磁された場合、つまり ローターの電圧が公称値を超えて上昇すると、「過剰な」無効電力が電力システムに放出され、ローター巻線の励磁が不足すると、無効電力が発電機によって消費されます。

したがって、交流では、皮相電力 (ボルトアンペア - VA で測定) について話しています。これは、有効電力 (ワット - W で測定) と無効電力 (無効電力 - で測定) の合計の平方根に等しくなります。 VAR）パワー。

貯水器内の水は、凝縮器から熱を除去する役割を果たします。 ただし、スプラッシュプールはこれらの目的によく使用されます。

または冷却塔。 冷却塔はタワー型も可能 図8

またはファン 図9

冷却塔は冷却塔とほぼ同じように設計されていますが、唯一の違いは、水がラジエーターを流れて熱を伝え、強制空気によって冷却されることです。 この場合、水の一部は蒸発して大気中に運ばれます。
このような発電所の効率は 30% を超えません。

B) ガスタービン発電所。

ガスタービン発電所では、タービン発電機は蒸気ではなく、燃料の燃焼中に生成されるガスによって直接駆動されます。 この場合、天然ガスのみを使用できます。そうしないと、燃焼生成物による汚染によりタービンがすぐに故障します。 最大負荷時の効率 25 ～ 33%

蒸気とガスのサイクルを組み合わせることで、さらに高い効率 (最大 60%) を得ることができます。 このようなプラントは複合サイクルプラントと呼ばれます。 従来のボイラーの代わりに、独自のバーナーを持たない廃熱ボイラーが設置されています。 ガスタービンの排気から熱を受け取ります。 現在、CCGTは私たちの生活に積極的に導入されていますが、ロシアでは今のところCCGTはほとんどありません。

で） 火力発電所 (ずっと前に大都市に不可欠な部分になりました)。図11

火力発電所は構造的に復水式発電所（CPS）として設計されています。 このタイプの発電所の特徴は、熱エネルギーと電気エネルギーの両方を同時に生成できることです。 蒸気タービンの種類に応じて、蒸気を取り出すためのさまざまな方法があり、異なるパラメータの蒸気を蒸気から取り出すことができます。 この場合、蒸気の一部または全部（タービンの種類に応じて）がネットワークヒーターに入り、熱を伝え、そこで凝縮します。 コージェネレーション タービンを使用すると、熱または産業のニーズに合わせて蒸気の量を調整できるため、CHP プラントをいくつかの負荷モードで動作させることができます。

熱 - 電気エネルギーの生成は、産業用または地域暖房のニーズに対応する蒸気の生成に完全に依存しています。

電気 - 電気負荷は熱負荷から独立しています。 さらに、CHP プラントは完全凝縮モードで運転できます。 これは、夏に有効電力が急激に不足する場合などに必要になる場合があります。 このモードは火力発電所にとって不採算です。 効率が大幅に低下します。

電気エネルギーと熱の同時生成 (コジェネレーション) は、ステーションの効率が大幅に向上する有益なプロセスです。 例えば、CES の計算効率は最大 30%、CHP の効率は約 80% となります。 さらに、コージェネレーションによりアイドル熱の排出を削減できるため、火力発電所が設置されている地域の生態系にプラスの効果をもたらします（同等の容量の火力発電所がある場合と比較）。

蒸気タービンを詳しく見てみましょう。

コージェネレーション蒸気タービンには、次のようなタービンが含まれます。

背圧;

調整可能な蒸気抽出。

選択とバックプレッシャー。

背圧のあるタービンは、IES のように蒸気を凝縮器に排出するのではなく、ネットワーク ヒーターに排出することによって動作します。つまり、タービンを通過する蒸気はすべて加熱の必要に使われます。 このようなタービンの設計には重大な欠点があります。電気負荷スケジュールは熱負荷スケジュールに完全に依存します。つまり、このような装置は電力システムの電流周波数の動作調整に参加できません。

制御された蒸気抽出を備えたタービンでは、中間段階で必要な量の蒸気が抽出され、この場合に適した蒸気抽出のステップが選択されます。 このタイプのタービンは熱負荷から独立しており、出力有効電力の制御は背圧 CHP プラントよりも大きな制限内で調整できます。

抽出タービンと背圧タービンは、最初の 2 種類のタービンの機能を組み合わせたものです。

CHP プラントのコージェネレーション タービンは、必ずしも短時間で熱負荷を変更できるわけではありません。 負荷のピークをカバーするため、また場合によってはタービンを復水モードに切り替えて電力を増加させるために、火力発電所にはピーク水加熱ボイラーが設置されています。

２）原子力発電所。

ロシアには現在3種類の原子炉プラントがある。 それらの動作の一般原理は、IES の動作とほぼ同様です (昔は、原子力発電所は州地区発電所と呼ばれていました)。 唯一の根本的な違いは、熱エネルギーが有機燃料を使用するボイラーではなく原子炉で得られることです。

ロシアで最も一般的な 2 種類の原子炉を見てみましょう。

1) RBMKリアクター.

この原子炉の特徴は、タービンを回すための蒸気を炉心内で直接得られることです。

RBMKコア。 図13

縦穴のある黒鉛柱を立て、そこにジルコニウム合金とステンレス鋼のパイプを挿入したものです。 グラファイトは中性子減速材として機能します。 すべてのチャネルは燃料チャネルと CPS (制御および保護システム) チャネルに分かれています。 それぞれ異なる冷却回路を備えています。 密封シェルに入ったウランペレットであるロッド（TVEL - 燃料要素）を内部に備えたカセット（FA - 燃料集合体）が燃料チャネルに挿入されます。 熱エネルギーが得られるのはそれらからであることは明らかであり、それは高圧下で下から上に連続的に循環する冷却剤、つまり普通の水ですが、不純物が非常によく浄化されている冷却剤に伝達されます。

燃料チャネルを通過する水は部分的に蒸発し、蒸気と水の混合物がすべての個別の燃料チャネルから 2 つの分離ドラムに入り、そこで蒸気と水が分離されます。 水は再び循環ポンプ (ループごとに合計 4 つ) を使用して原子炉に流入し、蒸気は蒸気ラインを通って 2 つのタービンに送られます。 その後、蒸気は凝縮器で凝縮して水になり、原子炉に戻ります。

原子炉の熱出力は、制御棒チャネル内を移動するホウ素中性子吸収棒の助けを借りてのみ制御されます。 これらのチャネルを冷却する水は上から下に流れます。

お気づきかと思いますが、私は原子炉容器についてまだ一度も言及したことがありません。 実際、RBMKには船体がありません。 先ほどお話ししたアクティブゾーンはコンクリート立坑の中に置かれ、その上に重さ2000トンの蓋が閉められています。

上の図は、リアクターの上部の生物学的保護を示しています。 しかし、ブロックの 1 つを持ち上げると、アクティブ ゾーンの黄緑色の通気口が見えるようになるとは期待すべきではありません。 カバー自体はかなり下に位置し、その上の、上部生物学的保護までのスペースには、連絡チャネルと完全に除去された吸収ロッドのための隙間が残っています。

グラファイトの熱膨張のためにグラファイト柱の間にスペースが残されます。 この空間には窒素とヘリウムの混合ガスが循環します。 その組成は、燃料チャネルの気密性を判断するために使用されます。 RBMK 炉心は 5 チャネル以下が破裂するように設計されており、それ以上のチャネルが減圧されると、原子炉カバーが破れ、残りのチャネルが開きます。 このような出来事の発展は、チェルノブイリの悲劇の繰り返しを引き起こすでしょう（ここで私は人為的災害そのものを意味するのではなく、その結果を意味します）。

RBMK の利点を見てみましょう。

—チャネルごとの火力発電制御のおかげで、原子炉を停止せずに燃料集合体を交換することが可能です。 通常、毎日、いくつかの議会が変更されます。

—CMPC（多重強制循環回路）内の圧力が低くなり、減圧に伴う事故の発生が軽減されます。

— 製造が困難な原子炉容器がないこと。

RBMK の欠点を見てみましょう。

—運用中に、炉心の形状に多数のエラーが発見されました。これは、第1世代と第2世代の既存の電源装置（レニングラード、クルスク、チェルノブイリ、スモレンスク）では完全には除去できませんでした。 第 3 世代の RBMK 発電装置 (スモレンスク原子力発電所の第 3 発電装置に 1 つだけあります) には、これらの欠点がありません。

—リアクトルは単回路です。 つまり、タービンは原子炉内で直接生成される蒸気によって回転します。 つまり、放射性成分が含まれているということになります。 タービンが減圧した場合（これは 1993 年にチェルノブイリ原子力発電所で起こりました）、修理は非常に複雑になり、おそらく不可能になります。

—反応器の耐用年数は黒鉛の耐用年数によって決まります（30～40年）。 次に、劣化が起こり、膨張として現れます。 このプロセスは、1973 年に建設された最古の RBMK 動力装置であるレニングラード 1 ですでに深刻な懸念を引き起こしています (すでに 39 年前です)。 この状況を打開する最も可能性の高い方法は、n 番目の数のチャネルを塞いでグラファイトの熱膨張を低減することです。

—黒鉛減速材は可燃性の物質です。

—遮断弁の数が膨大なため、反応器の制御が困難です。

— 第 1 世代と第 2 世代では、低電力で動作すると不安定になります。

一般に、RBMK は当時としては優れた原子炉であると言えます。 現時点では、このタイプの原子炉を備えた発電装置を建設しないことが決定されています。

2) VVER リアクター。

現在、RBMK は VVER に置き換えられています。 RBMK と比較して大きな利点があります。

コアは非常に耐久性のあるケーシングに完全に収められており、工場で製造され、完全に完成した形で鉄道と道路で建設中のパワーユニットに輸送されます。 減速材は加圧されたきれいな水です。 原子炉は 2 つの回路で構成されています。高圧下の最初の回路からの水が燃料集合体を冷却し、蒸気発生器を使用して熱を 2 番目の回路に伝達します (2 つの隔離された回路間で熱交換器の機能を実行します)。 その中で、二次回路の水が沸騰し、蒸気に変わり、タービンに送られます。 一次回路では非常に高い圧力がかかっているため、水は沸騰しません。 排気蒸気は復水器で凝縮され、蒸気発生器に戻ります。 二重回路回路には、単一回路回路と比較して大きな利点があります。

タービンに向かう蒸気には放射性物質は含まれません。

反応器の出力は吸収棒だけでなく、反応器をより安定させるホウ酸溶液によっても制御できます。

一次回路要素は互いに非常に近接して配置されているため、共通の格納容器内に配置できます。 一次回路が破損した場合、放射性元素は格納容器に入り、環境中に放出されません。 さらに、格納容器は原子炉を外部の影響（小型航空機の落下やステーションの周囲での爆発など）から保護します。

原子炉の操作は難しくありません。

次のような欠点もあります。

—RBMKとは異なり、原子炉の運転中に燃料を交換することはできません。 これは、RBMK のように個別のチャネルではなく、共通のハウジング内にあります。 燃料再装填の時間は通常、定期修理の時間と一致するため、設備利用率に対するこの要因の影響が軽減されます。

―一次回路は高圧となっており、減圧時にRBMKよりも大規模な事故が発生する可能性があります。

――原子炉容器は製造工場から原子力発電所の建設現場まで運ぶのが非常に困難です。

さて、火力発電所の仕事を見てきましたが、次はその仕事を見てみましょう。

水力発電所の動作原理は非常に単純です。 一連の水力構造は、水力タービンのブレードに流れる水に必要な圧力を提供し、発電機を駆動して電気を生成します。

必要な水圧は、ダムの建設によって形成され、川を特定の場所に集中させたり、自然な水の流れを分流したりすることによって形成されます。 必要な水圧を得るためにダムと分水路の両方が併用される場合もあります。 水力発電所は発電電力の柔軟性が非常に高く、発電コストも低い。 水力発電所のこの特徴は、別のタイプの発電所である揚水発電所の創設につながりました。 このようなステーションは、発電した電力を蓄積し、ピーク負荷時にそれを使用することができます。 このような発電所の動作原理は次のとおりです。特定の時間帯 (通常は夜間) に、揚水発電所の水力発電ユニットがポンプのように動作し、電力システムからの電気エネルギーを消費し、水を特別に装備された上部プールに汲み上げます。 需要が発生すると（ピーク負荷時）、そこからの水が圧力パイプラインに入り、タービンを駆動します。 揚水発電機はエネルギーシステムにおいて非常に重要な機能（周波数調整）を果たしていますが、わが国ではあまり普及していません。 最終的には、生成する電力よりも多くの電力を消費することになります。 つまり、このタイプのステーションは所有者にとって利益がありません。 たとえば、ザゴルスカヤ揚水発電所では、発電機モードの水素化装置の容量は 1200 MW、ポンプ モードでは 1320 MW です。 ただし、このタイプの発電所は、生成される電力を迅速に増減させるのに最適であるため、原子力発電所などの近くに建設するのが有利です。原子力発電所は基本モードで動作するためです。

私たちは、電気エネルギーがどのように生成されるかを正確に調べてきました。 「信頼性、環境への優しさに関する現代の要件をすべて満たし、さらにエネルギーコストも低いステーションはどれでしょうか?」という真剣な質問を自問する時期が来ています。 この質問に対する答えは人それぞれ異なります。 私の「最高の中の最高」のリストを紹介しましょう。

1) 天然ガスを燃料とする CHP。 このような発電所の効率は非常に高く、燃料コストも高くなりますが、天然ガスは最も「クリーンな」燃料の 1 つであり、これは都市のエコロジーにとって非常に重要です。植物は通常配置されています。

2) HPP と PSPP。 このタイプのステーションは大気を汚染せず、「最も安価な」エネルギーを生成し、さらに再生可能な資源であるため、火力発電所に対する利点は明らかです。

3) 天然ガスを利用した CCGT 発電所。 火力発電所の中で最高の効率と少量の燃料消費により、生物圏の熱汚染と限られた化石燃料の埋蔵量の問題が部分的に解決されます。

4) 原子力発電所。 通常の運転では、原子力発電所が環境中に放出する放射性物質は、同じ出力の火力発電所に比べて 3 ～ 5 倍少ないため、火力発電所を原子力発電所に部分的に置き換えることは完全に正当化されます。

5) グレ。 現在、このようなステーションでは燃料として天然ガスが使用されています。 これは全く意味がありません。なぜなら、州地区の発電所の炉でも同様の成功を収めれば、天然ガスの埋蔵量に比べて莫大な埋蔵量を誇る石油ガス（APG）を利用したり、石炭を燃やすことができるからです。

これで記事の最初の部分は終わりです。

資料の準備者:
グループES-11bの学生、サウスウェスト州立大学アギバロフ・セルゲイ。

CHPは、電気を生成するだけでなく、冬には家庭に熱を供給する火力発電所です。 クラスノヤルスク火力発電所の例を使用して、ほぼすべての火力発電所がどのように機能するかを見てみましょう。

クラスノヤルスクには 3 つの火力発電所があり、その総電力量はわずか 1146 MW にすぎません (比較のために、ノボシビルスク CHPP 5 だけでも 1200 MW の容量があります)。しかし、私にとって注目に値したのはクラスノヤルスク CHPP-3 でした。新しい - 1 年も経っていません。最初でこれまでのところ唯一の電源ユニットがシステム オペレーターによって認定され、商業運転を開始しました。 そのため、まだ埃っぽい美しい駅を撮影することができ、火力発電所について多くのことを学ぶことができました。

この投稿では、KrasTPP-3 に関する技術情報に加えて、ほぼすべての熱電併給プラントの動作原理そのものを明らかにしたいと思います。

1. 煙突は3本あり、一番高い煙突の高さは275メートル、二番目に高い煙突は180メートルです。

CHPという略語自体は、この発電所が電気だけでなく熱（温水、暖房）も生成していることを意味しており、厳しい冬で知られる我が国では熱生成のほうが優先事項である可能性すらあります。

2. クラスノヤルスク CHPP-3 の設備電気容量は 208 MW、設備熱容量は 631.5 Gcal/h です。

火力発電所の動作原理を簡単に説明すると、次のようになります。

すべては燃料から始まります。 石炭、ガス、泥炭、オイルシェールは、さまざまな発電所で燃料として使用できます。 私たちの場合、これはステーションから 162 km 離れたボロジノ露天掘り鉱山で採掘された B2 褐炭です。 石炭は鉄道で輸送されます。 その一部は貯蔵され、他の部分はコンベアに沿って発電装置に送られ、そこで石炭自体がまず粉砕されて粉砕され、次に燃焼室である蒸気ボイラーに供給されます。

蒸気ボイラーは、連続的に供給される給水から大気圧を超える圧力で蒸気を生成する装置です。 これは燃料の燃焼中に放出される熱によって起こります。 ボイラー自体は非常に印象的です。 KrasCHETS-3 では、ボイラーの高さは 78 メートル (26 階建て)、重量は 7,000 トンを超えます。

6. 蒸気ボイラー ブランド Ep-670、タガンログで製造。 ボイラー能力 1時間あたり670トンの蒸気

構造を理解できるように、ウェブサイト energoworld.ru から発電所の蒸気ボイラーの簡略図を借用しました。

1 - 燃焼室（炉）; 2 - 水平ガスダクト; 3 - 対流シャフト; 4 - 燃焼スクリーン。 5 - 天井スクリーン。 6 - 排水管。 7 - ドラム。 8 – 輻射対流式過熱器。 9 - 対流過熱器。 10 - 節水装置。 11 - エアヒーター。 12 - 送風ファン。 13 - 下部スクリーンコレクター。 14 - スラグチェスト。 15 - コールドクラウン。 16 - バーナー。 この図には灰収集装置と排煙装置は示されていません。

7. 上から見た図

10. ボイラードラムがはっきりと見えます。 ドラムは、水と蒸気が入った円筒形の水平容器で、蒸発ミラーと呼ばれる表面によって分離されています。

蒸気出力が高いため、ボイラーには蒸発と過熱の両方の加熱面が発達しています。 その火室は角柱状で、自然に循環する四角形です。

ボイラーの動作原理について少し説明します。

給水はドラムに入り、エコノマイザーを通過し、排水管を通ってパイプスクリーンの下部コレクターに下降します。これらのパイプを通って水は上昇し、それに応じて火室内でトーチが燃焼するため加熱されます。 水は蒸気と水の混合物に変わり、その一部は遠隔サイクロンに送られ、残りの一部はドラムに戻ります。 どちらの場合も、この混合物は水と蒸気に分かれます。 蒸気は過熱器に入り、水はその経路を繰り返します。

11. 冷却された排ガス (約 130 度) は炉から出て電気集塵器に入ります。 電気集塵機では、灰からガスが精製され、灰は灰捨て場に除去され、精製された排ガスは大気中に放出されます。 排ガス浄化効果は99.7％です。
写真は同じ電気集塵機です。

過熱器を通過する蒸気は 545 度の温度に加熱されてタービンに入り、その圧力を受けてタービン発電機のローターが回転し、それに応じて電気が発生します。 復水発電所（GRES）では、水循環システムが完全に閉じられていることに注意してください。 タービンを通過する蒸気はすべて冷却され、凝縮されます。 水は再び液体に戻って再利用されます。 しかし、火力発電所のタービンでは、すべての蒸気が復水器に入るわけではありません。 蒸気抽出が実行されます - 生産（あらゆる生産での高温蒸気の使用）および加熱（給湯ネットワーク）。 これにより、CHP は経済的に収益性が高くなりますが、欠点もあります。 熱電併給プラントの欠点は、エンドユーザーの近くに建設しなければならないことです。 暖房器具の設置には多額の費用がかかります。

12. クラスノヤルスク CHPP-3 は直接流技術給水システムを使用しており、これにより冷却塔の使用を放棄することが可能になります。 つまり、凝縮器を冷却しボイラーで使用する水はエニセイから直接取られますが、その前に精製と脱塩が行われます。 使用後、水は散逸放出システム (川の熱汚染を減らすために温水と冷水を混合する) を通って運河を通ってエニセイ川に戻されます。

14. タービン発電機

火力発電所の動作原理をわかりやすく説明できたと思います。 ここで、KrasTPP-3 自体について少し説明します。

発電所の建設は 1981 年に始まりましたが、ロシアでよくあることですが、ソ連の崩壊と危機のため、予定通りに火力発電所を建設することができませんでした。 1992年から2012年まで、このステーションはボイラーハウスとして機能し、水を加熱していましたが、昨年3月1日に初めて発電できるようになりました。

クラスノヤルスク CHPP-3 はエニセイ TGC-13 に属します。 この火力発電所には約 560 人が雇用されています。 現在、クラスノヤルスク CHPP-3 は、クラスノヤルスクのソヴィエツキー地区、特にセヴェルヌイ、ヴズリョートカ、ポクロフスキー、イノケンチェフスキーマイクロディストリクトの産業企業と住宅および公共部門に熱供給を提供しています。

17.

19. CPU

20. KrasTPP-3には温水ボイラーも4台あります

21. 火室ののぞき穴

23. そしてこの写真はパワーユニットの屋根から撮影したものです。 大きいパイプは高さ180m、小さいパイプは起動ボイラー室のパイプです。

24. トランスフォーマー

25. KrasTPP-3では開閉装置として220kV密閉型ガス絶縁開閉装置(GRUE)が使用されています。

26. 建物内

28. 開閉装置の全体図

29. それだけです。 ご清聴ありがとうございました