Зачем ТЭЦ нужен пар?

Мы много раз рассказывали о том, что ТЭЦ работают в режиме когенерации, то есть вырабатывают и тепло, и электричество. При когенерации повышается эффективность, ведь в одном месте получают сразу два вида энергии. Сейчас постараемся объяснить, как это происходит.

На ТЭЦ есть два вида котлов: энергетические — они вырабатывают пар, который идёт в турбины для выработки электричества и тепла; водогрейные — для подогрева воды, которая идёт в наши дома.

Отдельно о котлах и двойной пользе

Начнём с котлов энергетических. Топливо — измельченный уголь, фактически пыль — подается в топку котла. Там он горит, нагревая воду, которая находится в трубах, они называются экраны или поверхности нагрева (мы часто пишем о том, как их меняем). Вода закипает, испаряется и попадает в барабан, где при температуре более +300 °С окончательно разделяется на пар и воду. Пар идет в пароперегреватель и там нагревается ещё больше — выше +500 °С, а уже оттуда попадает в турбину.

Вал турбины раскручивается и передает вращение на ротор генератора, который и вырабатывает электрический ток. Таким образом механическая энергия превращается в электрическую. После турбины просто выбрасывать пар в воздух нецелесообразно. Он остаётся на ТЭЦ, конденсируется, то есть преобразуется обратно в воду, и затем снова поступает в энергетический котёл, где опять нагревается.

Вода, которая отделилась от пара в барабане котла, уже по опускным трубам идёт вниз, снова нагревается в экранных трубах и опять поступает в барабан. И так по кругу.

Почему же котел устроен именно так? Все очень просто. Дело в физике. Представим, что котёл — это кастрюля. Ставим её на плиту и ждём. А что делать, если нам нужен пар, как можно быстрее? Мы увеличиваем площадь нагрева, то есть начинаем греть не только дно кастрюли, но и ее стенки. То же самое и с котлом: греются все стенки котла, отчего вода нагревается быстрее. И температура там не +100 °С, как при бытовом кипении. Например, в барабане температура превышает +300 °С, а давление составляет более 110 килограммов на сантиметр (это как погрузиться в воду на глубину 1100 метров). Вот примерно такое давление.

С тепловой энергией ещё проще. В котлах нет необходимости испарять воду, её нужно просто нагреть. Греется она в специальных устройствах: бойлерах и водогрейных котлах. Водогрейные котлы, как и энергетические, топят угольной пылью, а в бойлерах воду греет тот самый пар из энергетических котлов, который уже поучаствовал в выработке электричества (помните, там температура составляет +300–500 °С).

Уже горячая вода по тепломагистралям — огромным трубам — отправляется в город, в жилые дома и другие здания. Затем вода, уже остывшая, возвращается, её снова нагревают и отправляют. Именно так работает замкнутая система циркуляции.

Предприятия, которые способны работать в режиме комбинированной выработки тепловой и электрической энергии имеют ряд конкурентных преимуществ.

Экология

При одновременной выработке тепловой и электрической энергии на ТЭЦ удельный расход топлива существенно ниже, чем, допустим, на котельных. Чтобы обеспечить Красноярск необходимым теплом и электроэнергией в год требуется около 6 млн тонн угля. Если бы такое же количество электрической и тепловой энергии производилось отдельно на электростанции и котельных, то топлива требовалось бы на 2 млн тонн больше.

Экономика

Когенерация позволяет снизить стоимость тепловой энергии по сравнению с котельной, что в конечном счете отражается на платежах горожан. Например, в 2017 году в нескольких районах Красноярска после того, как потребители котельных «Краскома» вошли в единый контур Сибирской генерирующей компании, тариф снизился в 1,6 раза.

Кроме того, ТЭЦ, зарабатывающие на рынке электроэнергии, способны привлекать в отрасль дополнительные инвестиции, в отличие от убыточных котельных.

Надежность

Теплоэлектроцентрали имеют низкий уровень отказов оборудования, резервное и аварийное топливоснабжение.