Что такое ТЭЦ и каков принцип её работы. Объясняем простыми словами

Эксперт статьи:

ТЭЦ в городах обычно видно издалека: на её территории возвышаются красно-белые трубы высотой до 120 метров. Оттуда нередко валит густой дым.

Также на территории ТЭЦ можно увидеть несколько больших круглых башен, широких у основания и более узких кверху, — это градирни. Их используют в цикле охлаждения отработанного горячего пара.

Схема работы ТЭЦ

Типичная ТЭЦ, работающая на угле, обычно имеет:

• котлы,
• турбоагрегаты (паровые турбины),
• турбогенераторы,
• градирни,
• теплообменники (бойлерные установки),
• трансформаторы.

Если коротко, принцип работы тепловых электростанций заключается в следующем: вода, нагреваясь в котлах — гигантских печах высотой с многоэтажку, — превращается в пар. Этот пар под большим давлением поступает по трубам в турбоагрегат.

В статоре генератора создаётся электрическое напряжение. Он включается в сеть через трансформатор, а затем возникающий ток по высоковольтным линиям отпускается в энергосистему и распределяется по потребителям. Так ток доходит до розеток в квартирах.

Часть пара из турбины охлаждается водой из градирни и превращается в жидкость, которая поступает обратно в котёл. Другая часть пара, пройдя турбину, ещё горячей направляется в бойлерные установки на нагрев воды, которая по магистрали подаётся в систему теплоснабжения — в тепловые пункты, где происходит теплообмен с водой, поступающей из домов.

Виды ТЭЦ

Чаще всего для ТЭЦ используют уголь, реже — природный газ и мазут. Также теплоэнергоцентрали могут работать на ядерном топливе.

Мазут и газ меньше загрязняют атмосферу твёрдыми выбросами. А ядерное топливо рассматривают как источник энергии для ТЭЦ в условиях Крайнего Севера, куда завозить уголь и газ дорого.

Таким образом, в зависимости от вида топлива ТЭЦ делятся:

• на угольные или паротурбинные (распространены в Сибири, на Дальнем Востоке и Урале);
• газотурбинные (распространены в Центре и Крыму, на Юге, Средней Волге, Северо-Западе, Урале);
• мазутные (Мурманская ТЭЦ, Байконурская ТЭЦ);
• ядерные (атомные).

Поскольку ТЭЦ часто строятся, расширяются и реконструируются — в основном из-за устаревания оборудования и роста нагрузки от потребителей, — на многих станциях имеются установки разных типов.

То есть на многих ТЭЦ можно использовать несколько видов топлива. Например, Дягилевская ТЭЦ в Рязани работает на газе, а мазут является для неё резервным источником.

В России также есть ТЭЦ, которые топятся и углём, и газом, и мазутом — например, Рязанская ГРЭС (входит в десятку мощнейших), Смоленская ГРЭС, Хабаровская ТЭЦ-3 и многие другие.

Газовые ТЭЦ дешевле строить и проще обслуживать. Таким станциям не нужны градирни и котлы высокого давления, как на угольных. Но при этом в случае проблем с газом такая ТЭЦ не сможет использовать тяжёлое и твёрдое топливо. Также она производит меньше электроэнергии, чем угольные, и очень шумная в работе.

В РФ есть две таких, ПАТЭС «Академик Ломоносов» (плавучая атомная теплоэлектростанция в порту города Певек) и Билибинская АТЭЦ — обе расположены на Чукотке. Они имеют небольшую мощность: «Академик Ломоносов» — 70 МВт, Билибинская — 36 МВт. При этом они очень дорогие в обслуживании, особенно ПАТЭС:

«Стоимость одного киловатта установленной мощности плавучей атомной станции — $7200. Это никогда не окупится. Это в семь раз выше, чем в теплогенерации», — говорил в 2007 году глава Минэкономразвития Герман Греф.

Также некоторые ТЭЦ используют в качестве топлива торф, щёлок, древесные отходы.

Преимущества ТЭЦ

Одновременная выработка электрической и тепловой энергии позволяет ТЭЦ иметь на 15–20% больший коэффициент полезного действия, чем в сумме у тепловых станций и станций, вырабатывающих только электроэнергию.

Теплоэлектростанции позволяют избавиться от мелких и устаревших котельных, которые производят огромное количество копоти. С возникновением ТЭЦ воздух в городах стал чище.

Кроме того, на новых ТЭЦ могут сжигать и мусор. Но для этого нужны хорошие системы фильтрации, старые станции такими не оборудованы.

История развития ТЭЦ

Первая тепловая электростанция была построена в 1882 году Лондоне. Её создал известный изобретатель Томас Эдисон, который также придумал один из видов электрических ламп накаливания. В том же году стараниями Эдисона такая станция появилась в Нью-Йорке, на Манхэттене.

Первые ТЭС за рубежом довольно быстро закрылись: лондонская просуществовала четыре года, но не выдержала конкуренции с газовиками, а американская сгорела через восемь лет после открытия.

Питерская ТЭС располагалась на барже рядом с Аничковым мостом. Она состояла из парового локомотива и динамо-машины, имела мощность 35 кВт и освещала Невский проспект, Зимний дворец и Царское Село. В 1884 году началось масштабное строительство Центральной ТЭЦ, которая работает до сих пор.

Первая в России теплоэлектроцентраль в привычном понимании была построена в Твери в 1912 году для местной мануфактуры. Станция состояла из двух турбоагрегатов мощностью по 2 МВт с регулируемыми отборами пара и шести паровых котлов. Ныне это Тверская ТЭЦ-1.

Первые теплопроводы до гражданских потребителей проложили от электростанций Ленинграда и Москвы в 1924 и 1928 годах. С 1930-х годов началось проектирование и строительство ТЭЦ мощностью 100–200 МВт.

К концу 1940 года мощность всех действующих ТЭЦ в СССР достигла 2 ГВт, а к середине 70-х она выросла до 60 ГВт.

Сейчас станции мощностью менее 50 МВт считаются «мини-ТЭЦ». При средней нагрузке мощность городских ТЭЦ (исключая крупнейшие) не превышает 300–500 МВт.

Роль ТЭЦ

В современном мире ТЭЦ — это «сердце» любого города. Она обеспечивает жителей электричеством и теплом. При этом станция занимает сравнительно небольшую площадь (по сравнению с ГЭС, например).

Доля ТЭЦ в выработке электричества в России составляет больше 54%, тепла — больше 47%.

Интересные факты

• Крупнейшая тепловая угольная станция в мире — китайская ТЭС Тогто с установленной мощностью 6700 МВт. В России на первом месте по мощности находится газовая Сургутская ГРЭС-2 (почти 5 700 МВт), а из твердотопливных мощнейшей является Рефтинская ГРЭС в Свердловской области (3 800 МВт).

• Трубы ТЭЦ такие высокие, чтобы выводить дым от сгорания топлива на безопасную для людей высоту. А красят их в красно-белые полосы для безопасности самолётов.

• Вода на ТЭЦ проходит предварительную химическую очистку от минеральных примесей и растворенных агрессивных газов для предотвращения накипи и коррозии в трубах котла и паропроводах.

• Некоторым ТЭЦ не нужны градирни: например, станция в городе Бийске Алтайского края географически близка к реке и обходится прямоточной системой водоснабжения. Воду из реки забирают насосами, а возвращают самотёком. Такой способ даёт возможность работать быстрее и наносить меньше вреда экологии.

Эта статья — одна из тысяч в «Энциклопедии "Секрета фирмы"». В этом проекте мы простыми словами рассказываем о сложных терминах и явлениях. Посмотрите другие статьи «Энциклопедии», чтобы лучше понимать мир, в котором мы живём.