), tapi semuanya menggunakan 3-4 jenis bahan bakar. Ini adalah gas alam, batu bara (keras dan coklat), bahan bakar minyak dan gambut. Jenis bahan bakar yang paling umum adalah gas dan batu bara.
Mari kita mulai dengan batu bara. Batubara telah dikenal umat manusia sejak zaman dahulu kala. Orang-orang telah lama memanaskan rumah mereka dengan itu. Hal ini terutama disebabkan oleh ketersediaan bahan bakar itu sendiri - beberapa endapan batubara dapat diakses hanya dengan menghilangkan 2-3 meter lapisan atas bumi. Selain itu, sudah lamanya penggunaan batubara sebagai bahan bakar juga disebabkan karena batubara mudah disimpan. Anda tidak memerlukan perangkat atau bangunan mewah apa pun, cukup taruh di tumpukan.
Batubara mulai aktif digunakan dalam industri sejak akhir abad ke-18. Dengan berkembangnya transportasi kereta api, batu bara juga mulai digunakan di sana. Di fasilitas produksi mana pun, penting untuk memiliki balkon tempat gambaran umum perusahaan dapat dilihat. Balkon penjaga penjara.
Pembangkit listrik tenaga batu bara pertama mulai dibangun pada akhir abad ke-19, dan batu bara masih aktif digunakan di pembangkit listrik tenaga panas.
Pada pembangkit listrik tenaga panas pertama, batu bara dibakar dalam ketel uap di atas perapian. Pertama, petugas pemadam kebakaran melemparkan batu bara ke dalam kotak api dengan sekop, dan terak juga dibuang secara manual. Kemudian gerbang mekanis muncul. Batubara dituangkan ke dalamnya dari atas hopper, jeruji dipindahkan dan terak jatuh dari ujung yang lain ke dalam penerima terak. Hal ini sangat memudahkan pekerjaan para stoker.
Pembangkit listrik berbahan bakar gas.
Gas adalah bahan bakar yang, seperti batu bara, banyak digunakan di pembangkit listrik tenaga panas. Gas dibandingkan batubara mempunyai kelebihan.
Pertama, dengan membakar gas, kita menghasilkan lebih sedikit emisi berbahaya. Hampir tidak ada komponen seperti abu dan terak.
Kedua, pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas disederhanakan, karena pekerjaan seperti persiapan debu dihilangkan. Selain pabrik penyiapan debu, di . Gas praktis tidak perlu dipersiapkan untuk pembakaran. Selain itu, pembangkit listrik tenaga panas yang menggunakan bahan bakar gas lebih mudah bermanuver dibandingkan pembangkit listrik tenaga panas yang menggunakan batu bara dalam hal perubahan beban.
Dari segi efisiensi, dapat dikatakan bahwa pembangkit listrik tenaga panas modern yang beroperasi dengan siklus CCGT (pembangkit gas-uap) hanya dapat beroperasi dengan bahan bakar gas. CCGT dipasang, dan di situlah bahan bakar dibakar, dan bukan di boiler, seperti di pembangkit listrik lama. Tidak mungkin membakar debu batu bara di sana. Meskipun patut dikatakan bahwa saat ini gas sintetis dapat diperoleh dari batu bara, yang sudah dapat dioperasikan oleh beberapa model turbin gas asing.
Bahan bakar minyak, gambut, solar dan jenis bahan bakar lainnya di pembangkit listrik tenaga panas.
Pada pertengahan abad kedua puluh, beberapa pembangkit listrik tenaga panas secara aktif menggunakan bahan bakar minyak sebagai bahan bakar. Saat ini bahan bakar minyak tidak digunakan sebagai bahan bakar utama karena harganya yang mahal. Namun bahan bakar minyak terus digunakan sebagai bahan bakar pemanas di pembangkit listrik tenaga batu bara. Bahan bakar minyak dari segi sifat operasionalnya hampir sama dengan gas alam. Perlu dicatat bahwa ketika bahan bakar minyak dibakar, banyak oksida belerang yang dilepaskan, karena mengandung kandungan belerang yang tinggi.
Selain itu, pada abad terakhir, beberapa pembangkit listrik tenaga panas menggunakan gambut sebagai bahan bakar. Namun karena kekhasan operasional dan kerugian ekonomi, sekarang praktis tidak digunakan.
Bahan bakar diesel hanya digunakan jika tidak diperlukan listrik dalam jumlah besar. Misalnya saja di wilayah utara dan kepulauan negara kita. Atau di mana pasokan listrik sementara diperlukan. Diesel, seperti bahan bakar minyak, sekarang mahal.
Anda juga dapat melihat Rusia secara lengkap.
Pembangkit listrik termal adalah pembangkit listrik yang menghasilkan energi listrik sebagai hasil konversi energi panas yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar organik (Gbr. E.1).
Ada pembangkit listrik turbin uap termal (TPES), pembangkit listrik turbin gas (GTPP), dan pembangkit listrik siklus gabungan (CGPP). Mari kita lihat lebih dekat TPES.
Gambar.D.1 diagram TPP
Pada TPES, energi panas digunakan pada pembangkit uap untuk menghasilkan uap air bertekanan tinggi, yang menggerakkan rotor turbin uap yang dihubungkan dengan rotor generator listrik. Bahan bakar yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas tersebut adalah batu bara, bahan bakar minyak, gas alam, lignit (batubara coklat), gambut, dan serpih. Efisiensinya mencapai 40%, daya – 3 GW. TPES yang mempunyai turbin kondensasi sebagai penggerak generator listrik dan tidak menggunakan panas uap buangan untuk menyuplai energi panas ke konsumen luar disebut pembangkit listrik kondensasi (nama resmi di Federasi Rusia adalah State District Electric Station, atau GRES) . Pembangkit listrik distrik negara bagian menghasilkan sekitar 2/3 listrik yang dihasilkan di pembangkit listrik tenaga panas.
TPES yang dilengkapi dengan turbin pemanas dan melepaskan panas dari uap buangan ke konsumen industri atau kota disebut pembangkit listrik dan panas gabungan (CHP); mereka menghasilkan sekitar 1/3 listrik yang dihasilkan di pembangkit listrik tenaga panas.
Ada empat jenis batubara yang dikenal. Berdasarkan peningkatan kandungan karbon dan nilai kalor, jenis-jenis tersebut disusun sebagai berikut: gambut, batubara coklat, batubara bituminus (lemak), atau batubara keras, dan antrasit. Dalam pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas, dua jenis pertama terutama digunakan.
Batubara bukanlah karbon murni secara kimia; ia juga mengandung bahan anorganik (batubara coklat mengandung hingga 40% karbon), yang tersisa setelah pembakaran batubara dalam bentuk abu. Batubara mungkin mengandung belerang, kadang-kadang sebagai besi sulfida dan kadang-kadang sebagai bagian dari komponen organik batubara. Batubara biasanya mengandung unsur arsenik, selenium, dan radioaktif. Faktanya, batu bara merupakan bahan bakar fosil yang paling kotor.
Ketika batu bara dibakar, karbon dioksida, karbon monoksida, serta sejumlah besar sulfur oksida, partikel tersuspensi, dan nitrogen oksida terbentuk. Oksida belerang merusak pohon, berbagai bahan dan memiliki efek berbahaya bagi manusia.
Partikel yang dilepaskan ke atmosfer ketika batu bara dibakar di pembangkit listrik disebut “fly ash”. Emisi abu dikontrol dengan ketat. Sekitar 10% partikel tersuspensi benar-benar memasuki atmosfer.
Pembangkit listrik tenaga batu bara berkapasitas 1.000 MW membakar 4-5 juta ton batu bara per tahun.
Karena tidak ada penambangan batu bara di Wilayah Altai, kami berasumsi bahwa batu bara tersebut didatangkan dari daerah lain, dan jalan dibangun untuk tujuan ini, sehingga mengubah lanskap alam.
LAMPIRAN E
Listrik dihasilkan di pembangkit listrik dengan menggunakan energi yang tersembunyi di berbagai sumber daya alam. Seperti dapat dilihat dari tabel. 1.2 Hal ini terjadi terutama pada pembangkit listrik tenaga panas (TPP) dan pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN) yang beroperasi berdasarkan siklus termal.
Jenis pembangkit listrik termal
Berdasarkan jenis energi yang dihasilkan dan dilepaskan, pembangkit listrik tenaga panas dibagi menjadi dua jenis utama: pembangkit listrik kondensasi (CHP), yang ditujukan hanya untuk produksi listrik, dan pembangkit listrik tenaga panas, atau pembangkit listrik tenaga panas gabungan (CHP). Pembangkit listrik kondensasi yang menggunakan bahan bakar fosil dibangun di dekat tempat produksinya, dan gabungan pembangkit listrik dan panas berlokasi di dekat konsumen panas - perusahaan industri dan kawasan pemukiman. Pembangkit CHP juga beroperasi dengan bahan bakar fosil, namun tidak seperti CPP, pembangkit ini menghasilkan energi listrik dan panas dalam bentuk air panas dan uap untuk keperluan produksi dan pemanasan. Jenis bahan bakar utama pembangkit listrik ini meliputi: batubara padat - keras, antrasit, semi antrasit, batubara coklat, gambut, serpih; cair - bahan bakar minyak dan gas - alam, kokas, tanur tinggi, dll. gas.
Tabel 1.2. Pembangkit listrik di dunia
|
Indeks |
2010 (perkiraan) |
||
|
Bagian dari total keluaran pembangkit listrik, % NPP Pembangkit listrik tenaga panas berbahan bakar gas TPP pada bahan bakar minyak |
|||
|
Pembangkitan listrik menurut wilayah, % Eropa Barat Eropa Timur Asia dan Australia Amerika Timur Tengah dan Afrika |
|||
|
Kapasitas terpasang pembangkit listrik di dunia (total), GW Termasuk,% PLTN Pembangkit listrik tenaga panas berbahan bakar gas TPP pada bahan bakar minyak Pembangkit listrik tenaga panas menggunakan batu bara dan jenis bahan bakar lainnya Pembangkit listrik tenaga air dan pembangkit listrik yang menggunakan jenis bahan bakar terbarukan lainnya |
|||
|
Pembangkitan listrik (total), miliar kWh |
Pembangkit listrik tenaga nuklir, sebagian besar berjenis kondensasi, menggunakan energi bahan bakar nuklir.
Tergantung pada jenis pembangkit listrik termal untuk menggerakkan generator listrik, pembangkit listrik dibagi menjadi turbin uap (STU), turbin gas (GTU), siklus gabungan (CCG) dan pembangkit listrik dengan mesin pembakaran internal (ICE).
Tergantung pada durasi pekerjaan TPP sepanjang tahun Berdasarkan cakupan jadwal beban energi, yang ditandai dengan jumlah jam penggunaan kapasitas terpasang τ pada stasiun, pembangkit listrik biasanya diklasifikasikan menjadi: dasar (τ pada stasiun > 6000 jam/tahun); setengah puncak (τ di stasiun = 2000 – 5000 jam/tahun); puncak (τ di st< 2000 ч/год).
Pembangkit listrik dasar adalah pembangkit listrik yang memikul beban konstan maksimum yang mungkin hampir sepanjang tahun. Dalam industri energi global, pembangkit listrik tenaga nuklir, pembangkit listrik tenaga panas yang sangat ekonomis, dan pembangkit listrik tenaga panas digunakan sebagai pembangkit listrik dasar ketika beroperasi sesuai dengan jadwal termal. Beban puncak ditanggung oleh pembangkit listrik tenaga air, pembangkit listrik penyimpanan pompa, pembangkit turbin gas, yang memiliki kemampuan manuver dan mobilitas, yaitu. mulai dan berhenti dengan cepat. Pembangkit listrik puncak dinyalakan pada jam-jam yang diperlukan untuk menutupi bagian puncak dari jadwal beban listrik harian. Pembangkit listrik setengah puncak, ketika total beban listrik berkurang, dialihkan ke daya yang dikurangi atau dijadikan cadangan.
Menurut struktur teknologinya, pembangkit listrik termal dibagi menjadi blok dan non-blok. Dengan diagram blok, peralatan utama dan bantu pembangkit turbin uap tidak mempunyai hubungan teknologi dengan peralatan instalasi pembangkit listrik lainnya. Untuk pembangkit listrik berbahan bakar fosil, uap disuplai ke setiap turbin dari satu atau dua boiler yang terhubung dengannya. Dengan skema TPP non-blok, uap dari semua boiler masuk ke saluran utama dan dari sana didistribusikan ke turbin individu.
Pada pembangkit listrik kondensasi yang merupakan bagian dari sistem tenaga besar, hanya sistem blok dengan uap superheating menengah yang digunakan. Sirkuit non-blok dengan sambungan silang antara uap dan air digunakan tanpa panas berlebih.
Prinsip operasi dan karakteristik energi utama pembangkit listrik termal
Listrik pada pembangkit listrik dihasilkan dengan menggunakan energi yang tersembunyi pada berbagai sumber daya alam (batubara, gas, minyak bumi, bahan bakar minyak, uranium, dll), menurut prinsip yang cukup sederhana, dengan menerapkan teknologi konversi energi. Diagram umum pembangkit listrik tenaga panas (lihat Gambar 1.1) mencerminkan urutan konversi satu jenis energi menjadi energi lain dan penggunaan fluida kerja (air, uap) dalam siklus pembangkit listrik tenaga panas. Bahan bakar (dalam hal ini batu bara) terbakar di dalam ketel, memanaskan air dan mengubahnya menjadi uap. Uap disuplai ke turbin, yang mengubah energi panas uap menjadi energi mekanik dan menggerakkan generator yang menghasilkan listrik (lihat bagian 4.1).
Pembangkit listrik tenaga panas modern adalah perusahaan kompleks yang mencakup sejumlah besar peralatan berbeda. Komposisi peralatan pembangkit listrik tergantung pada sirkuit termal yang dipilih, jenis bahan bakar yang digunakan dan jenis sistem pasokan air.
Peralatan utama pembangkit listrik meliputi: unit boiler dan turbin dengan generator listrik dan kondensor. Unit-unit ini distandarisasi dalam hal daya, parameter uap, produktivitas, tegangan dan arus, dll. Jenis dan jumlah peralatan utama pembangkit listrik termal sesuai dengan daya yang ditentukan dan mode pengoperasian yang dimaksudkan. Terdapat juga peralatan bantu yang digunakan untuk menyuplai panas ke konsumen dan menggunakan uap turbin untuk memanaskan air umpan boiler dan memenuhi kebutuhan pembangkit listrik itu sendiri. Ini termasuk peralatan untuk sistem pasokan bahan bakar, unit pengumpan deaerasi, unit kondensasi, unit pemanas (untuk pembangkit listrik termal), sistem pasokan air teknis, sistem pasokan minyak, pemanasan regeneratif air umpan, pengolahan air kimia, distribusi dan transmisi. listrik (lihat Bagian 4).
Semua pembangkit turbin uap menggunakan pemanasan regeneratif air umpan, yang secara signifikan meningkatkan efisiensi termal dan keseluruhan pembangkit listrik, karena di sirkuit dengan pemanasan regeneratif, aliran uap yang dikeluarkan dari turbin ke pemanas regeneratif melakukan pekerjaan tanpa kehilangan sumber dingin. (kondensator). Pada saat yang sama, untuk tenaga listrik turbogenerator yang sama, aliran uap di kondensor berkurang dan, sebagai akibatnya, efisiensi. instalasi semakin meningkat.
Jenis ketel uap yang digunakan (lihat bagian 2) tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan di pembangkit listrik. Untuk bahan bakar yang paling umum (batubara fosil, gas, bahan bakar minyak, penggilingan gambut), digunakan boiler dengan tata letak berbentuk U, T dan menara serta ruang bakar yang dirancang untuk jenis bahan bakar tertentu. Untuk bahan bakar dengan abu titik leleh rendah, digunakan boiler dengan penghilangan abu cair. Pada saat yang sama, pengumpulan abu yang tinggi (hingga 90%) di kotak api tercapai dan keausan abrasif pada permukaan pemanas berkurang. Untuk alasan yang sama, ketel uap dengan pengaturan empat jalur digunakan untuk bahan bakar dengan kadar abu tinggi, seperti limbah persiapan batu serpih dan batu bara. Pembangkit listrik tenaga panas biasanya menggunakan drum atau boiler aliran langsung.
Turbin dan generator listrik dicocokkan dalam skala daya. Setiap turbin memiliki jenis generator tertentu. Untuk pembangkit listrik kondensasi termal blok, kekuatan turbin sesuai dengan kekuatan blok, dan jumlah blok ditentukan oleh kekuatan pembangkit listrik tertentu. Unit modern menggunakan turbin kondensasi 150, 200, 300, 500, 800 dan 1200 MW dengan pemanasan ulang uap.
Pembangkit listrik termal menggunakan turbin (lihat ayat 4.2) dengan tekanan balik (tipe P), dengan kondensasi dan ekstraksi uap industri (tipe P), dengan kondensasi dan satu atau dua ekstraksi pemanasan (tipe T), serta dengan kondensasi, industri dan pasangan ekstraksi pemanas (tipe PT). Turbin PT juga dapat memiliki satu atau dua saluran keluar pemanas. Pemilihan jenis turbin tergantung pada besarnya dan rasio beban termal. Jika beban pemanas mendominasi, maka selain turbin PT, dapat dipasang turbin tipe T dengan ekstraksi panas, dan jika beban industri mendominasi, dapat dipasang turbin tipe PR dan R dengan ekstraksi industri dan tekanan balik.
Saat ini, di pembangkit listrik tenaga panas, yang paling umum adalah instalasi dengan daya listrik 100 dan 50 MW, yang beroperasi pada parameter awal 12,7 MPa, 540–560°C. Untuk pembangkit listrik tenaga panas di kota-kota besar telah dibuat instalasi dengan kapasitas listrik 175–185 MW dan 250 MW (dengan turbin T-250-240). Instalasi dengan turbin T-250-240 bersifat modular dan beroperasi pada parameter awal superkritis (23,5 MPa, 540/540°C).
Ciri pengoperasian pembangkit listrik dalam jaringan adalah bahwa jumlah total energi listrik yang dihasilkannya pada setiap saat harus sepenuhnya sesuai dengan energi yang dikonsumsi. Bagian utama pembangkit listrik beroperasi secara paralel dalam sistem energi terpadu, mencakup total beban listrik sistem, dan pembangkit listrik termal secara bersamaan mencakup beban panas di wilayahnya. Ada pembangkit listrik lokal yang dirancang untuk melayani wilayah tersebut dan tidak terhubung ke jaringan listrik umum.
Representasi grafis dari ketergantungan konsumsi daya terhadap waktu disebut grafik beban listrik. Grafik beban listrik harian (Gbr. 1.5) bervariasi tergantung pada waktu dalam setahun, hari dalam seminggu dan biasanya ditandai dengan beban minimum pada malam hari dan beban maksimum pada jam sibuk (bagian puncak grafik). Selain grafik harian, grafik tahunan beban listrik (Gbr. 1.6), yang dibuat berdasarkan data dari grafik harian, juga sangat penting.
Grafik beban listrik digunakan ketika merencanakan beban listrik pembangkit dan sistem tenaga listrik, mendistribusikan beban antara masing-masing pembangkit listrik dan unit, dalam perhitungan untuk memilih komposisi peralatan kerja dan cadangan, menentukan daya terpasang yang diperlukan dan cadangan yang diperlukan, jumlah dan unit. kekuatan unit, ketika mengembangkan rencana perbaikan peralatan dan menentukan cadangan perbaikan, dll.
Saat beroperasi pada beban penuh, peralatan pembangkit listrik mengembangkan nilai atau selama mungkin daya (kinerja), yang merupakan karakteristik paspor utama unit. Pada daya (kinerja) maksimum ini, unit harus beroperasi dalam waktu lama pada nilai nominal parameter utama. Salah satu ciri utama pembangkit listrik adalah kapasitas terpasangnya, yang didefinisikan sebagai jumlah kapasitas pengenal semua generator listrik dan peralatan pemanas, dengan mempertimbangkan cadangan.
Pengoperasian pembangkit listrik juga ditandai dengan jumlah jam penggunaan kapasitas terpasang, yang bergantung pada mode pengoperasian pembangkit listrik. Untuk pembangkit listrik yang memikul beban dasar, jumlah jam penggunaan kapasitas terpasang adalah 6000–7500 jam/tahun, dan untuk pembangkit listrik yang beroperasi dalam mode cakupan beban puncak – kurang dari 2000–3000 jam/tahun.
Beban dimana unit beroperasi dengan efisiensi terbesar disebut beban ekonomi. Nilai beban jangka panjang bisa sama dengan beban ekonomi. Kadang-kadang dimungkinkan untuk mengoperasikan peralatan dalam waktu singkat dengan beban 10–20% lebih tinggi dari beban tetapan dengan efisiensi lebih rendah. Jika peralatan pembangkit listrik beroperasi secara stabil dengan beban desain pada nilai nominal parameter utama atau ketika berubah dalam batas yang dapat diterima, maka mode ini disebut stasioner.
Mode pengoperasian dengan beban tetap, tetapi berbeda dari beban desain, atau dengan beban tidak tetap disebut non-stasioner atau mode variabel. Dalam mode variabel, beberapa parameter tetap tidak berubah dan memiliki nilai nominal, sementara parameter lainnya berubah dalam batas tertentu yang dapat diterima. Jadi, pada beban parsial unit, tekanan dan suhu uap di depan turbin dapat tetap nominal, sedangkan kevakuman di kondensor dan parameter uap di ekstraksi akan berubah sebanding dengan beban. Mode non-stasioner juga dimungkinkan ketika semua parameter utama berubah. Mode seperti itu terjadi, misalnya, ketika memulai dan menghentikan peralatan, membuang dan menambah beban pada turbogenerator, ketika beroperasi pada parameter geser dan disebut non-stasioner.
Beban termal pembangkit listrik digunakan untuk proses teknologi dan instalasi industri, untuk pemanasan dan ventilasi bangunan industri, perumahan dan umum, AC dan kebutuhan rumah tangga. Untuk keperluan produksi, biasanya diperlukan tekanan uap 0,15 hingga 1,6 MPa. Namun, untuk mengurangi kerugian selama transportasi dan menghindari perlunya drainase air terus menerus dari komunikasi, uap yang dikeluarkan dari pembangkit listrik agak terlalu panas. Pembangkit listrik termal biasanya menyuplai air panas dengan suhu 70 hingga 180°C untuk pemanas, ventilasi, dan kebutuhan rumah tangga.
Beban panas yang ditentukan oleh konsumsi panas untuk proses produksi dan kebutuhan domestik (penyediaan air panas) bergantung pada suhu udara luar. Dalam kondisi Ukraina di musim panas, beban ini (serta listrik) lebih sedikit dibandingkan di musim dingin. Beban panas industri dan domestik berubah pada siang hari, selain itu, rata-rata beban panas harian pembangkit listrik, yang dihabiskan untuk kebutuhan domestik, berubah pada hari kerja dan akhir pekan. Grafik khas perubahan beban panas harian perusahaan industri dan pasokan air panas ke kawasan perumahan ditunjukkan pada Gambar 1.7 dan 1.8.
Efisiensi pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas dicirikan oleh berbagai indikator teknis dan ekonomi, beberapa di antaranya menilai kesempurnaan proses termal (efisiensi, konsumsi panas dan bahan bakar), sementara yang lain mencirikan kondisi di mana pembangkit listrik tenaga panas beroperasi. Misalnya, pada Gambar. 1.9 (a,b) menunjukkan perkiraan keseimbangan panas pembangkit listrik termal dan CPP.
Seperti dapat dilihat dari gambar, gabungan pembangkitan energi listrik dan panas memberikan peningkatan efisiensi termal pembangkit listrik yang signifikan karena pengurangan kehilangan panas pada kondensor turbin.
Indikator paling penting dan lengkap dari pengoperasian pembangkit listrik termal adalah biaya listrik dan panas.
Pembangkit listrik tenaga panas mempunyai kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan jenis pembangkit listrik lainnya. Keunggulan TPP berikut ini dapat ditunjukkan:
- sebaran wilayah yang relatif bebas terkait dengan sebaran sumber bahan bakar yang luas;
- kemampuan (tidak seperti pembangkit listrik tenaga air) untuk menghasilkan energi tanpa fluktuasi energi musiman;
- luas pemindahtanganan dan penarikan tanah dari peredaran ekonomi untuk pembangunan dan pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas, pada umumnya, jauh lebih kecil daripada yang dibutuhkan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir dan pembangkit listrik tenaga air;
- Pembangkit listrik tenaga panas dibangun jauh lebih cepat daripada pembangkit listrik tenaga air atau pembangkit listrik tenaga nuklir, dan biaya spesifik per unit kapasitas terpasang lebih rendah dibandingkan pembangkit listrik tenaga nuklir.
- Pada saat yang sama, pembangkit listrik tenaga panas memiliki kelemahan utama:
- pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas biasanya membutuhkan lebih banyak personel daripada pembangkit listrik tenaga air, yang terkait dengan pemeliharaan siklus bahan bakar skala besar;
- pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas bergantung pada pasokan sumber bahan bakar (batubara, bahan bakar minyak, gas, gambut, serpih minyak);
- variabilitas mode pengoperasian pembangkit listrik termal mengurangi efisiensi, meningkatkan konsumsi bahan bakar dan menyebabkan peningkatan keausan peralatan;
- pembangkit listrik tenaga panas yang ada memiliki efisiensi yang relatif rendah. (kebanyakan sampai 40%);
- Pembangkit listrik tenaga panas mempunyai dampak langsung dan merugikan terhadap lingkungan serta bukan merupakan sumber listrik yang ramah lingkungan.
- Kerusakan lingkungan hidup di wilayah sekitar yang paling besar disebabkan oleh pembangkit listrik yang menggunakan bahan bakar batubara, khususnya batubara dengan kandungan abu tinggi. Di antara pembangkit listrik tenaga panas, yang “terbersih” adalah yang menggunakan gas alam dalam proses teknologinya.
Menurut para ahli, pembangkit listrik tenaga panas di seluruh dunia setiap tahunnya mengeluarkan sekitar 200–250 juta ton abu, lebih dari 60 juta ton sulfur dioksida, sejumlah besar nitrogen oksida dan karbon dioksida (menyebabkan apa yang disebut efek rumah kaca dan menyebabkan jangka panjang). -istilah perubahan iklim global), ke atmosfer. Selain itu, kini telah diketahui bahwa kelebihan radiasi latar di sekitar pembangkit listrik tenaga panas yang menggunakan batubara, rata-rata, 100 kali lebih tinggi di dunia dibandingkan dengan pembangkit listrik tenaga nuklir dengan kapasitas yang sama (batubara hampir selalu mengandung uranium, thorium dan a isotop radioaktif karbon sebagai jejak pengotor). Namun, teknologi konstruksi, peralatan dan pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas yang berkembang dengan baik, serta biaya konstruksi yang lebih rendah, mengarah pada fakta bahwa pembangkit listrik tenaga panas menyumbang sebagian besar produksi listrik dunia. Oleh karena itu, banyak perhatian diberikan untuk meningkatkan teknologi TPP dan mengurangi dampak negatifnya terhadap lingkungan di seluruh dunia (lihat bagian 6).
Menurut definisi yang diterima secara umum, pembangkit listrik termal- ini adalah pembangkit listrik yang menghasilkan listrik dengan mengubah energi kimia bahan bakar menjadi energi mekanik putaran poros generator listrik.
Pertama TPP muncul pada akhir abad ke-19 di New York (1882), dan pada tahun 1883 pembangkit listrik tenaga panas pertama dibangun di Rusia (St. Petersburg). Sejak kemunculannya, pembangkit listrik tenaga panaslah yang paling banyak tersebar luas, mengingat kebutuhan energi yang terus meningkat di awal era teknogenik. Hingga pertengahan tahun 70-an abad terakhir, pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas merupakan metode dominan dalam menghasilkan listrik. Misalnya, di AS dan Uni Soviet, pangsa pembangkit listrik tenaga panas di antara seluruh listrik yang diterima adalah 80%, dan di seluruh dunia - sekitar 73-75%.
Definisi yang diberikan di atas, meskipun luas, tidak selalu jelas. Kami akan mencoba menjelaskan dengan kata-kata kami sendiri prinsip umum pengoperasian pembangkit listrik tenaga panas jenis apa pun.
Pembangkit listrik di pembangkit listrik tenaga panas terjadi melalui banyak tahapan yang berurutan, namun prinsip umum pengoperasiannya sangat sederhana. Pertama, bahan bakar dibakar di ruang bakar khusus (steam boiler), yang melepaskan sejumlah besar panas, yang mengubah air yang bersirkulasi melalui sistem pipa khusus yang terletak di dalam boiler menjadi uap. Tekanan uap yang terus meningkat memutar rotor turbin, yang mentransfer energi putaran ke poros generator, dan sebagai hasilnya, dihasilkan arus listrik.
Sistem uap/air ditutup. Uap, setelah melewati turbin, mengembun dan berubah kembali menjadi air, yang selanjutnya melewati sistem pemanas dan kembali masuk ke ketel uap.
Ada beberapa jenis pembangkit listrik termal. Saat ini, di antara pembangkit listrik tenaga panas, yang paling banyak adalah yang terbesar pembangkit listrik turbin uap termal (TPES). Pada pembangkit listrik jenis ini, energi panas dari bahan bakar yang dibakar digunakan dalam pembangkit uap, di mana tekanan uap air yang sangat tinggi dicapai, yang menggerakkan rotor turbin dan, karenanya, generator. Sebagai bahan bakar, pembangkit listrik tenaga panas tersebut menggunakan bahan bakar minyak atau solar, serta gas alam, batu bara, gambut, serpih, dengan kata lain, semua jenis bahan bakar. Efisiensi TPES sekitar 40% dan kapasitasnya bisa mencapai 3-6 GW.
GRES (pembangkit listrik distrik negara bagian)- nama yang cukup terkenal dan familiar. Ini tidak lebih dari pembangkit listrik turbin uap termal, dilengkapi dengan turbin kondensasi khusus yang tidak memanfaatkan energi gas buang dan tidak mengubahnya menjadi panas, misalnya untuk memanaskan bangunan. Pembangkit listrik semacam ini disebut juga pembangkit listrik kondensasi.
Dalam kasus yang sama jika TPES dilengkapi dengan turbin pemanas khusus yang mengubah energi sekunder limbah uap menjadi energi panas yang digunakan untuk kebutuhan pelayanan kota atau industri, kemudian digabungkan menjadi pembangkit listrik dan panas atau gabungan pembangkit listrik dan panas. Misalnya, di Uni Soviet, pembangkit listrik distrik negara bagian menyumbang sekitar 65% listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik turbin uap, dan karenanya, 35% - oleh pembangkit listrik tenaga panas.
Ada juga jenis pembangkit listrik tenaga panas lainnya. Pada pembangkit listrik turbin gas atau GTPP, generator diputar oleh turbin gas. Gas alam atau bahan bakar cair (diesel, bahan bakar minyak) digunakan sebagai bahan bakar di pembangkit listrik tenaga panas tersebut. Namun efisiensi pembangkit listrik tersebut tidak terlalu tinggi, sekitar 27-29%, sehingga digunakan terutama sebagai sumber listrik cadangan untuk menutupi beban puncak pada jaringan listrik, atau untuk menyuplai listrik ke pemukiman kecil.
Pembangkit listrik tenaga panas dengan unit turbin uap dan gas (SGPP). Ini adalah pembangkit listrik tipe gabungan. Dilengkapi dengan mekanisme turbin uap dan turbin gas, dan efisiensinya mencapai 41-44%. Pembangkit listrik ini juga memungkinkan pemulihan panas dan mengubahnya menjadi energi panas yang digunakan untuk memanaskan bangunan.
Kerugian utama dari semua pembangkit listrik tenaga panas adalah jenis bahan bakar yang digunakan. Semua jenis bahan bakar yang digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas merupakan sumber daya alam tak tergantikan yang perlahan namun pasti akan habis. Oleh karena itu, saat ini, seiring dengan penggunaan pembangkit listrik tenaga nuklir, sedang dikembangkan mekanisme pembangkitan listrik dengan menggunakan sumber energi terbarukan atau alternatif lainnya.
Mari kita ikuti tur Cheboksary CHPP-2 dan melihat bagaimana listrik dan panas dihasilkan:
Izinkan saya mengingatkan Anda bahwa pipa tersebut adalah struktur industri tertinggi di Cheboksary. Sudah 250 meter!
Mari kita mulai dengan masalah umum, yang utamanya mencakup keamanan.
Tentu saja, pembangkit listrik tenaga panas, seperti pembangkit listrik tenaga air, adalah perusahaan yang sensitif, dan mereka tidak diperbolehkan masuk begitu saja.
Dan jika Anda diizinkan masuk, bahkan dalam tur, Anda tetap harus menjalani pengarahan keselamatan:
Ya, ini bukan hal yang aneh bagi kami (seperti halnya pembangkit listrik tenaga panas itu sendiri bukanlah hal yang aneh, saya bekerja di sana sekitar 30 tahun yang lalu;)).
Ya, peringatan keras lainnya, saya tidak bisa mengabaikannya:
Teknologi
Anehnya, zat kerja utama di semua pembangkit listrik tenaga panas adalah air.
Karena mudah berubah menjadi uap dan kembali.
Teknologinya sama untuk semua orang: Anda perlu mendapatkan uap yang akan memutar turbin. Sebuah generator ditempatkan pada sumbu turbin.
Di pembangkit listrik tenaga nuklir, air dipanaskan oleh pelepasan panas selama peluruhan bahan bakar radioaktif.
Dan yang termal - karena pembakaran gas, bahan bakar minyak dan bahkan, hingga saat ini, batu bara.
Di mana membuang limbah uap? Namun, kembali ke dalam air dan kembali ke dalam kuali!
Di mana menaruh panas dari uap buangan? Ya, untuk memanaskan air yang masuk ke boiler - untuk meningkatkan efisiensi seluruh instalasi secara keseluruhan.
Dan untuk memanaskan air di jaringan pemanas dan pasokan air (air panas)!
Jadi selama musim pemanasan, manfaat ganda diperoleh dari pembangkit listrik termal - listrik dan panas. Oleh karena itu, produksi gabungan semacam itu disebut pembangkit listrik dan panas gabungan (CHP).
Namun di musim panas, tidak mungkin menggunakan semua panas secara menguntungkan, sehingga uap yang keluar dari turbin didinginkan, berubah menjadi air, di menara pendingin, setelah itu air dikembalikan ke siklus produksi tertutup. Dan di kolam hangat di menara pendingin mereka juga membudidayakan ikan;)
Untuk mencegah keausan pada jaringan pemanas dan boiler, air menjalani persiapan khusus di bengkel kimia:
Dan pompa sirkulasi mengalirkan air ke seluruh lingkaran setan:
Boiler kami dapat beroperasi dengan bahan bakar gas (pipa kuning) dan bahan bakar minyak (hitam). Sejak tahun 1994 mereka beroperasi dengan bahan bakar gas. Ya, kami memiliki 5 boiler!
Untuk pembakaran, burner memerlukan suplai udara (pipa biru).
Air mendidih, dan uap (jalur uap merah) melewati penukar panas khusus - pemanas super uap, yang meningkatkan suhu uap hingga 565 derajat, dan tekanannya, hingga 130 atmosfer. Ini bukan pressure cooker di dapur! Satu lubang kecil pada saluran uap akan mengakibatkan kecelakaan besar; aliran tipis uap super panas memotong logam seperti mentega!
Dan uap tersebut sudah disuplai ke turbin (di stasiun besar, beberapa boiler dapat bekerja pada manifold uap umum, yang darinya beberapa turbin diberi daya).
Ruang ketel uap selalu berisik, karena pembakaran dan perebusan adalah proses yang sangat kejam.
Dan ketel uap itu sendiri (TGME-464) adalah bangunan megah setinggi bangunan dua puluh lantai, dan keseluruhannya hanya dapat ditampilkan dalam panorama banyak bingkai:
Pemandangan lain dari ruang bawah tanah:
Panel kontrol ketel terlihat seperti ini:
Di dinding jauh terdapat diagram mnemonik dari seluruh proses teknis dengan lampu yang menunjukkan keadaan katup, instrumen klasik dengan perekam pada pita kertas, papan alarm, dan indikator lainnya.
Dan pada remote control itu sendiri, tombol dan tuts klasik bersebelahan dengan layar komputer tempat sistem kendali (SCADA) berputar. Ada juga sakelar yang paling penting, dilindungi oleh selubung merah: “Boiler stop” dan “Main steam valve” (MSV):
Turbin
Kami memiliki 4 turbin.
Mereka memiliki desain yang sangat kompleks agar tidak kehilangan sedikit pun energi kinetik uap super panas.
Tapi tidak ada yang terlihat dari luar - semuanya ditutupi dengan casing kosong:
Diperlukan selubung pelindung yang serius - turbin berputar dengan kecepatan tinggi 3000 rpm. Selain itu, uap super panas melewatinya (saya katakan di atas betapa berbahayanya!). Dan ada banyak jalur uap di sekitar turbin:
Dalam penukar panas ini, air jaringan dipanaskan dengan uap limbah:
Ngomong-ngomong, di foto saya punya turbin tertua CHPP-2, jadi jangan kaget dengan tampilan brutal perangkat yang akan ditampilkan di bawah ini:
Ini adalah mekanisme kontrol turbin (TCM), yang mengatur pasokan uap dan, karenanya, mengontrol beban. Dulu dibalik dengan tangan:
Dan ini adalah Stop valve (harus dikokang secara manual dalam waktu lama setelah diaktifkan):
Turbin kecil terdiri dari satu silinder (seperangkat bilah), turbin sedang - dua, besar - tiga (silinder bertekanan tinggi, sedang dan rendah).
Dari setiap silinder, uap masuk ke ekstraksi antara dan dikirim ke penukar panas - pemanas air:
Dan harus ada ruang hampa di bagian ekor turbin - semakin baik, semakin tinggi efisiensi turbin:
Kevakuman terbentuk karena kondensasi sisa uap di unit kondensasi.
Jadi kami berjalan di sepanjang jalur air menuju pembangkit listrik tenaga panas. Mohon diperhatikan juga bagian uap yang digunakan untuk memanaskan air jaringan konsumen (PSG):
Tampilan lain dengan banyak titik kontrol. Jangan lupa bahwa banyak tekanan dan suhu pada turbin perlu dikontrol, tidak hanya uapnya, tetapi juga oli pada bantalan setiap bagian:
Ya, dan ini remote controlnya. Biasanya terletak di ruangan yang sama dengan boiler. Terlepas dari kenyataan bahwa boiler dan turbin itu sendiri terletak di ruangan yang berbeda, manajemen bengkel boiler-turbin tidak dapat dibagi menjadi beberapa bagian yang terpisah - semuanya terlalu terhubung dengan uap super panas!
Omong-omong, pada kendali jarak jauh kita melihat sepasang turbin sedang dengan dua silinder.
Otomatisasi
Sebaliknya, proses di pembangkit listrik tenaga panas lebih cepat dan lebih bertanggung jawab (omong-omong, apakah semua orang ingat suara keras yang terdengar di seluruh penjuru kota, mirip dengan pesawat terbang? Jadi inilah katup uap yang sesekali beroperasi, melepaskan tekanan uap yang berlebihan. Bayangkan bagaimana ini terdengar dari dekat!).
Oleh karena itu, otomatisasi di sini masih terlambat dan terutama terbatas pada pengumpulan data. Dan pada panel kontrol kita melihat campur aduk berbagai SCADA dan pengontrol industri yang terlibat dalam peraturan daerah. Tapi prosesnya sedang berlangsung!
Listrik
Mari kita lihat kembali tampilan umum bengkel turbin:
Perlu diketahui bahwa di sebelah kiri di bawah casing kuning terdapat generator listrik.
Apa yang terjadi selanjutnya dengan listrik?
Itu dikirim ke jaringan federal melalui sejumlah perangkat distribusi:
Toko listrik adalah tempat yang sangat sulit. Lihat saja panorama panel kontrol:
Perlindungan relai dan otomatisasi adalah segalanya bagi kami!
Pada titik ini tur tamasya dapat diselesaikan dan masih ada beberapa kata yang dapat disampaikan tentang masalah-masalah yang mendesak.
Teknologi panas dan utilitas
Jadi, kami mengetahui bahwa CHP menghasilkan listrik dan panas. Keduanya tentu saja dipasok ke konsumen. Sekarang kita terutama tertarik pada panas.
Setelah perestroika, privatisasi, dan pembagian seluruh industri Soviet menjadi bagian-bagian terpisah, di banyak tempat ternyata pembangkit listrik tetap berada di bawah departemen Chubais, dan jaringan pemanas kota menjadi milik kota. Dan mereka membentuk perantara yang mengambil uang untuk mengangkut panas. Dan bagaimana uang ini dibelanjakan untuk perbaikan tahunan sistem pemanas yang 70% sudah usang hampir tidak layak untuk diceritakan.
Jadi, karena utang jutaan dolar dari perantara NOVEK di Novocheboksarsk, TGK-5 telah beralih ke kontrak langsung dengan konsumen.
Hal ini belum terjadi di Cheboksary. Selain itu, “Utility Technologies” Cheboksary saat ini memiliki proyek untuk pengembangan rumah boiler dan jaringan pemanas senilai 38 miliar (TGK-5 dapat menanganinya hanya dalam tiga).
Semua miliaran ini akan dimasukkan dalam tarif pemanas, yang ditetapkan oleh pemerintah kota “untuk alasan keadilan sosial.” Sementara itu, kini biaya panas yang dihasilkan oleh CHPP-2 1,5 kali lebih murah dibandingkan dengan rumah boiler KT. Dan situasi ini harus terus berlanjut di masa depan, karena semakin besar pembangkit listrik, semakin efisien pembangkit tersebut (khususnya, biaya pengoperasian yang lebih rendah + pemulihan panas akibat produksi listrik).
Bagaimana dari sudut pandang lingkungan hidup?
Tentu saja, satu pembangkit listrik tenaga panas besar dengan cerobong asap yang tinggi lebih baik dari segi lingkungan daripada selusin rumah ketel kecil dengan cerobong asap kecil, yang asapnya praktis akan tetap ada di kota.
Hal terburuk dalam hal ekologi adalah pemanasan individu yang sekarang populer.
Boiler rumah kecil tidak menghasilkan pembakaran bahan bakar yang sempurna seperti pembangkit listrik termal besar, dan semua gas buang tidak hanya tertinggal di kota, tetapi juga di atas jendela.
Selain itu, hanya sedikit orang yang memikirkan meningkatnya bahaya peralatan gas tambahan yang dipasang di setiap apartemen.
Pintu keluar yang mana?
Di banyak negara, regulator berbasis apartemen digunakan untuk pemanas sentral, yang memungkinkan konsumsi panas lebih hemat.
Sayangnya, dengan selera perantara saat ini dan memburuknya jaringan pemanas, keuntungan dari pemanas sentral mulai menghilang. Namun tetap saja, dari sudut pandang global, pemanasan individu lebih tepat dilakukan di pondok musim panas.
Pos industri lainnya: