Тепловому потребителю

Любая деятельность человека, требующая производства энергии и ее превращения в форму, пригодную для конечного использования в жилищах, на предприятиях пли в средствах транспорта, оказывает побочные влияния, которые при достижении определенного уровня наносят ущерб одному или нескольким аспектам окружающей среды. Однако справедливо также и то, что человек может регулировать уровень побочных влияний. Такие влияния прежде всего возникают на ТЭС, преобразующих энергию различных видов органического топлива в электрическую. Здесь необходимо найти пути снижения вредных выбросов в атмосферу газов и твердых частиц и уменьшения теплового загрязнения воды в реках и озерах.

Приведенные схемы не ограничивают их возможные варианты в соответствии с различием топогеологических условий, существующих и проектируемых водохранилищ и требованиями по снижению теплового загрязнения воды. Перспективно также использование создаваемых при энергокомплексах водохранилищ для удовлетворения потребностей орошения, водоснабжения, рыбного хозяйства и других целей.

В свою очередь оптимальное управление каскадами ГЭС в составе энергосистемы позволяет также решать задачи охраны природы — минимизацию выброса вредных веществ и «теплового загрязнения» окружающей среды и др. Однако цели управления ГЭС и ТЭС на уровне энергосистемы в первую очередь должны соответствовать отраслевой стратегии управления, к которой относится лишь ограниченный круг природоохранных задач.

Влияние КЭС на окружающую среду чрезвычайно велико. Например, о масштабах теплового загрязнения воды и воздуха можно судить по тому, что около 60 % тепла, которое получается в котле при сгорании всей массы топлива, теряется за пределами станции. Учитывая размеры производства электроэнергии на КЭС, объемы сжигаемого топлива, можно предположить, что они в состоянии влиять на климат больших районов страны. В то же время решается задача утилизации части тепловых выбросов путем отопления теплиц, создания подогревных прудовых рыбохо-зяйств. Золу и шлаки используют в производстве строительных материалов и т. д.

Как отмечалось в материалах ряда международных конференций (например, Стокгольмской конференции ООН по окружающей человека среде), любая деятельность человека, требующая производства энергии и се превращения в форму, пригодную для конечного использования в жилищах, на предприятиях или в средствах транспорта, оказывает побочные влияния, которые при достижении определенного уровня наносят ущерб одному или нескольким аспектам окружающей среды. Это, конечно, так, но справедливо также и то, что человек может регулировать уровень побочных влияний. Такие влияния прежде всего возникают на тепловых электрических станциях, преобразующих энергию различных видов органического топлива в электрическую. Здесь необходимо найти пути уменьшения вредных выбросов в атмосферу газов и твердых частиц и уменьшения теплового загрязнения воды в реках и озерах.

Анализ теплового загрязнения района КАТЭКа предполагал •определение количества тепла, выделенного при работе ТЭС комплекса, и сравнение его с величиной суммарной солнечной радиации для данной территории, площадь которой в одном варианте была ограничена зоной активного влияния, в другом — размерами всей территории КАТЭКа. Для района КАТЭКа среднегодовая величина суммарной солнечной радиации, приходящейся на верхнюю границу атмосферы после перераспределения в системе Земля — Космос, равна примерно 265 Вт/м2. Количество тепла, сбрасываемого станциями, можно определить либо по количеству топлива, сжигаемого в единицу времени, либо по электрической мощности комплекса.

И это еще не все. Существует опасность «теплового загрязнения» атмосферы. Человек сжигает ископаемые топлива. Он разложил огромный камин, теплота которого образует искусственную энергию планеты. Количество ее пока невелико — всего лишь 0,1 % той энергии, которую Земля получает от Солнца. Увеличение этой искусственной энергии в 50 раз подогреет Землю в среднем на 3,5 °С и может повлечь за собой необратимые процессы, в частности таяние ледников.

Кроме малой утечки радиоактивности, газоохлаждающие реакторы имеют другое существенное преимущество перед легководными реакторами: термический КПД практически такой же, как и в ТЭС на органическом топ-' ливе аналогичной мощности. Таким образом, в конденсатор отводится такое количество теплоты, которое позволяет использовать оборотную систему с градирнями, что существенно для предотвращения теплового загрязнения водотоков и водоемов. В добавление к этому техническая реализация газоохлаждаемых реакторов естественным образом приводит к разработке следующего поколения ядерных реакторов — реакторов - размножителей на быстрых нейтронах.

Первый из способов крупномасштабного отвода теплоты, который будет здесь рассмотрен, — это прямоточное охлаждение. Метод часто применяется в США для отвода теплоты из конденсаторов электростанций. Воду, взятую из водотока или водоема, прокачивают через трубки конденсатора, где она отбирает скрытую теплоту пара, конденсирующегося на наружной поверхности трубок. Нагретую воду затем сбрасывают обратно в водоток или водоем. При этом не предпринимается никаких мер для того, чтобы ослабить негативное воздействие теплового загрязнения. Единственная задача состоит в том, чтобы предотвратить рециркуляцию нагретой воды через трубки конденсатора. С экономической точки зрения система прямоточного водоснабжения привле-

Одной из мер по ограничению теплового загрязнения является использование низкопотенциальной теплоты, в частности для строительства тепличных комбинатов при ТЭС и АЭС.

Несмотря на некоторое расширение использования сбросной теплоты электростанций на народнохозяйственные цели, масштабы ее применения пока еще не окажут заметного влияния на решение проблемы ограничения теплового загрязнения биосферы.

Электростанции, предназначенные для комбинированной выработки электрической энергии и отпуска пара, а также горячей воды тепловому потребителю имеют паровые турбины с промежуточными отборами пара или с противодавлением. На таких установках теплота отработавшего пара частично или даже полностью используется для теплоснабжения, вследствие чего потери теплоты с охлаждающей подои сокращаются или вообще не существуют (на установках с турбогенераторами с противодавлением). Однако доля энергии пара, п]образованная в электрическую, при одних и тех же начальных параметрах на установках с теплофикационными турбинами ниже, чем на установках с конденсационными турбинами. Теплоэлектростанции, на которых отработавший пар наряду с выработкой электроэнергии используется для теплоснабжения, называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Обычно ТЭЦ строят вблизи потребителя теплоты — промышленных предприятий или жилых массивов, если ТЭЦ предназначены для теплофикации города (района).

В схемах с турбинами с противодавлением (типа Р) ( 1.7, а) весь отработавший пар подается тепловому потребителю, поэтому существует прямая зависимость между вырабатываемой электрической энергией и расходом этого пара. При пониженных электрических нагрузках часть пара необходимо пропускать помимо турбины через редук-ционно-охладительное устройство (РОУ); при высоких электрических нагрузках и небольшой потребности в паре у теплового потребителя недостающая электроэнергия должна вырабатьшаться на электростанциях с турбинами конденсационного типа. Таким образом, установка будет использоваться достаточно эффективно только в том случае, если она рассчитана на ту часть тепловой нагрузки, которая сохраняется в течение большей части года. Давление пара за турбиной должно быть выбрано таким, какое требуется потребителю.

На АЭС теплота может поступать к потребителю с паром от паропре-образователей и с горячей водой от сетевых подогревательных установок (см. гл. 5). На 1.9 приведена схема подвода типлоты тепловому потребителю (ТП) на ACT. Теплообменники первого контура ТП (второго контура ACT) размещены в корпусе реактора. На блоках ACT мощностью 500 МВт (АСТ-500), построенных в нашей стране, в контуре реактора давление равно 1,6 МПа, в 1-м контуре теплоносителя 1,2 МПа, а в линиях, подающих горячую воду потребителю теплоты, 1,6 МПа. Так как это давление выше, чем в промежуточном контуре (между контурами реактора и теплового потребителя), возможность попадания радиоактивной среды к ТП при появлении неплотностей исключена.

На ТЭЦ подведенная к рабочей среде теплота включает в себя не только энергию, необходимую для выработки электроэнергии, но и теплоту, отдаваемую тепловому потребителю. Поэтому тепловая экономичность ТЭЦ характеризуется показателями тепловой экономичности по производству электроэнергии и отдельно показателями по производству теплоты.

где <2 п — количество теплоты, отведенное тепловому потребителю с отработавшим в турбине паром, кДж/с; т? — коэффициент, учитывающий потери теплоты в тегаюобменных аппаратах и коммуникациях на линиях от турбины до теплового потребителя.

Применительно к АТЭЦ (2.30) и (2.31) действительны, когда к тепловому потребителю подается теплота только с отработавшим в турбине паром (см. 1.8, а и б); если наряду с этим к тепловому потребителю подводится теплота от теплоносителя, уж(! охлажденного в ПГ (см. 1.8, в), то формула для определения КПД электростанции по производству электроэнергии примет вид

где Q — количество теплоты, переданное тепловому потребителю со средой, отводящей теплоту непосредственно от теп поносителя.

Общий расход теплоты на производство элекг)юэнергии в турбогенераторной установке боТЭц и на сташши в целом бсттэц ДДЯ условий, когда тепловому потребителю подается теплота тэлько с отработавшим в турбине паром, определяется из уравнений

Для условий, когда теплота подается тепловому потребителю с отработавшим паром и одновременно отбирается непосредственно от теплоносителя первого контура (схема 1.8, в),

Выражение (2.35) можно применить как к обычным станциям, так и к АЭС. Отвод теплоты тепловому потребителю непосредственно от теплоносителя первого контура может быть только на АЭС (такие схемы применяются сейчас на АТЭЦ, на которых теплота используется для опреснения морской воды) .

Общее количество энергии, подведенное к рабочей среде теплофикационной турбогенераторной установки, включает в себя энергию, затрачиваемую на создание внутренней мощности турбины N. , теплоту,, отдаваемую тепловому потребителю, Q /т? и потери в конденсате-ребк-