Sähkögeneraattorin toimintaperiaate lämpövoimalaitoksessa. Lämpövoimalan rakentaminen. Lämpövoimalaitokset ja ydinvoimalat

Tiivistelmä aiheesta "Johdatus ohjaukseen"

Täydennetty opiskelija Mikhailov D.A.

Novosibirskin valtion teknillinen yliopisto

Novosibirsk, 2008

Johdanto

Sähkövoimala on voimalaitos, jota käytetään muuttamaan luonnonenergiaa sähköenergiaksi. Voimalaitoksen tyyppi määräytyy ensisijaisesti luonnonenergian tyypin mukaan. Yleisimpiä ovat lämpövoimalaitokset (TPP), jotka käyttävät fossiilisten polttoaineiden (hiili, öljy, kaasu jne.) polttamisesta vapautuvaa lämpöenergiaa. Lämpövoimalaitokset tuottavat noin 76 % planeetallamme tuotetusta sähköstä. Tämä johtuu fossiilisten polttoaineiden läsnäolosta melkein kaikilla planeettamme alueilla; mahdollisuus kuljettaa orgaanista polttoainetta louhintapaikalta voimalaitokseen, joka sijaitsee lähellä energiankuluttajia; lämpövoimaloiden tekninen kehitys, korkeatehoisten lämpövoimaloiden rakentamisen varmistaminen; mahdollisuus käyttää työnesteen hukkalämpöä ja toimittaa se kuluttajille sähköenergian lisäksi myös lämpöenergiaa (höyryllä tai kuumalla vedellä) jne. Lämpövoimalaitoksia, jotka on tarkoitettu vain sähkön tuotantoon, kutsutaan lauhdevoimalaitoksiksi (CPP). Yhdistettyyn sähköenergian tuotantoon ja höyryn sekä kuuman veden toimittamiseen lämmönkuluttajille tarkoitetuissa voimalaitoksissa on höyryturbiinit välihöyrynpoistolla tai vastapaineella. Tällaisissa asennuksissa poistohöyryn lämpö käytetään osittain tai jopa kokonaan lämmön syöttöön, minkä seurauksena jäähdytysveden aiheuttamat lämpöhäviöt vähenevät. Kuitenkin sähköksi muunnetun höyryenergian osuus, jolla on samat alkuparametrit, lämpöturbiinilaitteistoissa on pienempi kuin lauhduturbiinien laitteistoissa. Lämpövoimalaitoksia, joissa poistohöyryä yhdessä tuotetun sähkön kanssa käytetään lämmöntuotantoon, kutsutaan sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksiksi (CHP).

Lämpövoimalaitosten toimintaperiaatteet

Kuvassa 1 on tyypillinen lämpökaavio orgaanisella polttoaineella toimivasta lauhdutusyksiköstä.

Kuva 1 Lämpövoimalaitoksen kaavamainen lämpökaavio

1 - höyrykattila; 2 – turbiini; 3 – sähkögeneraattori; 4 - kondensaattori; 5 – lauhdepumppu; 6 – matalapainelämmittimet; 7 – ilmanpoisto; 8 – syöttöpumppu; 9 – korkeapainelämmittimet; 10 - tyhjennyspumppu.

Tätä piiriä kutsutaan piiriksi, jossa höyryn tulistaminen on välitöntä. Kuten termodynamiikan kurssista tiedetään, tällaisen piirin lämpöhyötysuhde samoilla alku- ja loppuparametreilla ja väliylikuumenemisparametrien oikealla valinnalla on korkeampi kuin piirissä, jossa ei ole väliylikuumenemista.

Tarkastellaan lämpövoimaloiden toimintaperiaatteita. Polttoaine ja hapetin, joka on yleensä lämmitettyä ilmaa, virtaa jatkuvasti kattilan tulipesään (1). Polttoaineena käytetään hiiltä, turvetta, kaasua, öljyliuskea tai polttoöljyä. Useimmat maamme lämpövoimalaitokset käyttävät polttoaineena hiilipölyä. Polttoaineen palamisesta syntyvästä lämmöstä johtuen höyrykattilassa oleva vesi lämpenee, haihtuu ja syntyvä kyllästynyt höyry virtaa höyrylinjan kautta höyryturbiiniin (2). Sen tarkoituksena on muuntaa höyryn lämpöenergia mekaaniseksi energiaksi.

Kaikki turbiinin liikkuvat osat on liitetty jäykästi akseliin ja pyörivät sen mukana. Turbiinissa höyrysuihkujen liike-energia siirtyy roottoriin seuraavasti. Turbiinin suuttimiin (kanaviin) tulee kattilasta korkeapaineista ja -lämpöistä höyryä, jolla on korkea sisäenergia. Suurinopeuksinen, usein äänen nopeuden yläpuolella oleva höyrysuihku virtaa jatkuvasti ulos suuttimista ja menee sisään turbiinin siipiin, jotka on asennettu akseliin jäykästi kiinnitetylle kiekolle. Tässä tapauksessa höyryvirran mekaaninen energia muunnetaan turbiinin roottorin mekaaniseksi energiaksi tai tarkemmin sanottuna turbogeneraattorin roottorin mekaaniseksi energiaksi, koska turbiinin ja sähkögeneraattorin (3) akselit ovat yhteydessä toisiinsa. Sähkögeneraattorissa mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi.

Höyryturbiinin jälkeen lauhduttimeen (4) tulee vesihöyryä jo alhaisessa paineessa ja lämpötilassa. Tässä höyry muutetaan lauhduttimen sisällä olevien putkien kautta pumpatun jäähdytysveden avulla vedeksi, joka syötetään kondensaattoripumpulla (5) regeneratiivisten lämmittimien (6) kautta ilmanpoistoon (7).

Ilmanpoistajaa käytetään siihen liuenneiden kaasujen poistamiseen vedestä; samaan aikaan siinä, kuten regeneratiivisissa lämmittimissä, syöttövesi lämmitetään höyryllä, joka on otettu tähän tarkoitukseen turbiinin ulostulosta. Ilmanpoisto suoritetaan sen happi- ja hiilidioksidipitoisuuden saattamiseksi hyväksyttäville arvoille ja siten korroosion vähentämiseksi vesi- ja höyrypoluissa.

Ilmastoitu vesi syötetään kattilalaitokseen syöttöpumpulla (8) lämmittimien (9) kautta. Lämmittimiin (9) muodostuva lämmityshöyryn lauhde johdetaan kaskadissa ilmanpoistoon ja lämmittimien (6) lämmityshöyryn lauhde syötetään tyhjennyspumpulla (10) linjaan, jonka kautta lauhde poistuu. lauhduttimesta (4) virtaa.

Teknisesti vaikeinta on hiilivoimaloiden toiminnan organisointi. Samaan aikaan tällaisten voimalaitosten osuus kotimaisesta energiasektorista on korkea (~30 %) ja sitä on tarkoitus lisätä.

Tällaisen hiilivoimalaitoksen tekninen kaavio on esitetty kuvassa 2.

Kuva 2 Hiilipölyvoimalaitoksen teknologinen kaavio

1 – junavaunut; 2 – purkulaitteet; 3 – varasto; 4 – hihnakuljettimet; 5 – murskauslaitos; 6 – raakahiilen bunkkerit; 7 – hiilijauhemyllyt; 8 – erotin; 9 – sykloni; 10 – hiilipölybunkkeri; 11 – syöttölaitteet; 12 – myllyn tuuletin; 13 – kattilan palotila; 14 – puhallin; 15 – tuhkankerääjät; 16 – savunpoistolaitteet; 17 – savupiippu; 18 – matalapainelämmittimet; 19 – korkeapainelämmittimet; 20 – ilmanpoisto; 21 – syöttöpumput; 22 – turbiini; 23 – turbiinilauhdutin; 24 – lauhdepumppu; 25 – kiertovesipumput; 26 – vastaanotto hyvin; 27 – jätekaivo; 28 – kemianmyymälä; 29 – verkkolämmittimet; 30 – putki; 31 – kondenssiveden poistoputki; 32 – sähkökytkinlaitteet; 33 – pohjapumput.

Rautatievaunuissa (1) oleva polttoaine syötetään purkulaitteisiin (2), josta se lähetetään varastoon (3) hihnakuljettimilla (4) ja varastosta polttoaine syötetään murskauslaitokseen (5). Polttoainetta on mahdollista syöttää murskauslaitokseen ja suoraan purkamislaitteista. Murskauslaitokselta polttoaine virtaa raakahiilen bunkkereihin (6) ja sieltä syöttölaitteiden kautta jauhetun kivihiilen myllyihin (7). Hiilipöly kuljetetaan pneumaattisesti erottimen (8) ja syklonin (9) kautta hiilipölysuppiloon (10) ja sieltä syöttölaitteiden (11) kautta polttimiin. Myllypuhaltimella (12) imetään ilma syklonista ja syötetään kattilan (13) polttokammioon.

Polttokammiossa palamisen aikana muodostuneet kaasut kulkevat siitä poistuttuaan peräkkäin kattilalaitteiston kaasukanavien läpi, joissa höyrytulistimessa (ensisijainen ja toisio, jos suoritetaan höyryn välitulituskierto) ja vesi. ekonomaiserissä ne luovuttavat lämpöä työnesteeseen ja ilmanlämmittimessä - syötetään höyrykattilaan ilmaan. Sitten tuhkankeräilijöissä (15) kaasut puhdistetaan lentotuhkasta ja vapautuvat savupiipun (17) kautta savupiipun (16) kautta ilmaan.

Polttokammion, ilmanlämmittimen ja tuhkankeräinten alle putoava kuona ja tuhka pestään pois vedellä ja virtaavat kanavien kautta keräilypumppuihin (33), jotka pumppaavat ne tuhka- kaatopaikoille.

Palamiseen tarvittava ilma syötetään höyrykattilan ilmanlämmittimiin puhaltimella (14). Ilma otetaan yleensä kattilahuoneen yläosasta ja (suurtehoisten höyrykattiloiden tapauksessa) kattilahuoneen ulkopuolelta.

Tulistettu höyry höyrykattilasta (13) tulee turbiiniin (22).

Turbiinin lauhduttimesta (23) tuleva lauhde syötetään lauhdepumpuilla (24) matalapaineisten regeneratiivisten lämmittimien (18) kautta ilmanpoistoon (20) ja sieltä syöttöpumpuilla (21) korkeapainelämmittimien (19) kautta kattilan ekonomaiseri.

Tässä järjestelmässä höyryn ja lauhteen häviöt korvataan kemiallisesti demineralisoidulla vedellä, joka syötetään turbiinin lauhduttimen takana olevaan lauhdelinjaan.

Jäähdytysvesi syötetään lauhduttimeen vesisyötön vastaanottokaivosta (26) kiertovesipumpuilla (25). Lämmitetty vesi johdetaan saman lähteen jätekaivoon (27) tietylle etäisyydelle ottopaikasta, mikä riittää varmistamaan, että lämmitetty vesi ei sekoitu otetun veden kanssa. Lisävesien kemiallisen käsittelyn laitteet sijaitsevat kemianpajassa (28).

Suunnitelmissa voi olla pieni verkkolämpölaitteisto voimalaitoksen ja viereisen kylän kaukolämpöä varten. Höyryä syötetään tämän laitteiston verkkolämmittimiin (29) turbiinien poistoista ja lauhde poistuu linjan (31) kautta. Verkkovesi syötetään lämmittimeen ja poistetaan siitä putkia (30) pitkin.

Syntynyt sähköenergia siirretään sähkögeneraattorista ulkopuolisille kuluttajille nostosähkömuuntajien kautta.

Voimalaitoksen sähkömoottoreiden, valaistuslaitteiden ja laitteiden syöttämiseksi sähköllä on sähköinen apukytkinlaite (32).

Johtopäätös

Abstraktissa esitellään lämpövoimalaitosten toiminnan perusperiaatteet. Voimalaitoksen lämpökaaviota tarkastellaan lauhdutusvoimalaitoksen toiminnan esimerkillä sekä teknologinen kaavio hiilivoimalaitoksen esimerkillä. Sähköenergian ja lämmön tuotannon tekniset periaatteet esitetään.

Tämän höyryturbiinin juoksupyörän lavat ovat selvästi näkyvissä.

Lämpövoimalaitos (CHP) käyttää fossiilisten polttoaineiden - hiilen, öljyn ja maakaasun - polttamisesta vapautuvaa energiaa veden muuntamiseen korkeapainehöyryksi. Tämä höyry, jonka paine on noin 240 kilogrammaa neliösenttimetriä kohden ja jonka lämpötila on 524 °C (1000 °F), käyttää turbiinia. Turbiini pyörittää generaattorissa jättimäistä magneettia, joka tuottaa sähköä.

Nykyaikaiset lämpövoimalaitokset muuttavat noin 40 prosenttia polttoaineen palamisen aikana vapautuvasta lämmöstä sähköksi, loput päätyvät ympäristöön. Euroopassa monet lämpövoimalaitokset käyttävät hukkalämpöä läheisten kotien ja yritysten lämmittämiseen. Sähkön ja lämmön yhteistuotanto lisää voimalaitoksen energiantuotantoa jopa 80 prosenttia.

Höyryturbiinilaitos sähkögeneraattorilla

Tyypillinen höyryturbiini sisältää kaksi ryhmää siipiä. Suoraan kattilasta tuleva korkeapainehöyry tulee turbiinin virtausreitille ja pyörittää juoksupyöriä ensimmäisen siipiryhmän kanssa. Sitten höyry kuumennetaan tulistimessa ja se tulee jälleen turbiinin virtausreitille pyörittämään juoksupyöriä toisella siipiryhmällä, jotka toimivat pienemmällä höyrynpaineella.

Poikkileikkausnäkymä

Tyypillistä lämpövoimalaitoksen (CHP) generaattoria käyttää suoraan höyryturbiini, joka pyörii 3000 kierrosta minuutissa. Tämän tyyppisissä generaattoreissa magneetti, jota kutsutaan myös roottoriksi, pyörii, mutta käämit (staattori) ovat paikallaan. Jäähdytysjärjestelmä estää generaattoria ylikuumenemasta.

Sähköntuotanto höyryllä

Lämpövoimalaitoksella polttoaine palaa kattilassa, jolloin syntyy korkean lämpötilan liekki. Vesi kulkee putkien läpi liekin läpi, lämpenee ja muuttuu korkeapaineiseksi höyryksi. Höyry pyörittää turbiinia tuottaen mekaanista energiaa, jonka generaattori muuntaa sähköksi. Turbiinista poistuttuaan höyry tulee lauhduttimeen, jossa se huuhtelee putket kylmällä juoksevalla vedellä ja muuttuu sen seurauksena taas nesteeksi.

Öljy-, hiili- tai kaasukattila

Kattilan sisällä

Kattila on täytetty monimutkaisin kaarevilla putkilla, joiden läpi lämmitetty vesi kulkee. Putkien monimutkaisen konfiguraation avulla voit lisätä merkittävästi veteen siirretyn lämmön määrää ja sen seurauksena tuottaa paljon enemmän höyryä.

Sähkövoimalaitos on voimalaitos, joka muuttaa luonnonenergian sähköenergiaksi. Yleisimmät ovat lämpövoimalaitokset (TPP), jotka käyttävät orgaanisen polttoaineen (kiinteän, nestemäisen ja kaasumaisen) palamisesta vapautuvaa lämpöenergiaa.

Lämpövoimalaitokset tuottavat noin 76 % planeetallamme tuotetusta sähköstä. Tämä johtuu fossiilisten polttoaineiden läsnäolosta melkein kaikilla planeettamme alueilla; mahdollisuus kuljettaa orgaanista polttoainetta louhintapaikalta voimalaitokseen, joka sijaitsee lähellä energiankuluttajia; lämpövoimaloiden tekninen kehitys, korkeatehoisten lämpövoimaloiden rakentamisen varmistaminen; mahdollisuus käyttää työnesteen hukkalämpöä ja toimittaa se kuluttajille sähköenergian lisäksi myös lämpöenergiaa (höyryllä tai kuumalla vedellä) jne.

Energian korkea tekninen taso voidaan varmistaa vain harmonisella tuotantokapasiteetin rakenteella: energiajärjestelmään tulee sisältyä halpaa sähköä tuottavat, mutta vakavia kuormituksen vaihteluväliä ja -nopeutta rajoittavia ydinvoimalaitoksia sekä energiaa tuottavia lämpövoimalaitoksia. lämpö ja sähkö, joiden määrä riippuu energian kysynnästä, lämpö ja tehokkaat raskailla polttoaineilla toimivat höyryturbiinivoimayksiköt sekä liikkuvat autonomiset kaasuturbiiniyksiköt, jotka kattavat lyhytaikaisia kuormituspiikkejä.

1.1 Sähkövoimalaitostyypit ja niiden ominaisuudet.

Kuvassa Kuvassa 1 on esitetty fossiilisia polttoaineita käyttävien lämpövoimalaitosten luokittelu.

Kuva 1. Fossiilisia polttoaineita käyttävien lämpövoimalaitosten tyypit.

Kuva 2 Lämpövoimalaitoksen kaavamainen lämpökaavio

Lämpövoimalaitos on joukko laitteita ja laitteita, jotka muuttavat polttoaineen energian sähkö- ja (yleensä) lämpöenergiaksi.

Lämpövoimalaitoksille on ominaista suuri monimuotoisuus ja ne voidaan luokitella eri kriteerien mukaan.

Voimalaitokset jaetaan käyttötarkoituksensa ja toimitetun energian tyypin mukaan alueellisiin ja teollisiin.

Aluevoimalaitokset ovat itsenäisiä julkisia voimalaitoksia, jotka palvelevat alueen kaikenlaisia kuluttajia (teollisuusyrityksiä, liikennettä, väestöä jne.). Alueen lauhdevoimalaitokset, jotka tuottavat pääasiassa sähköä, säilyttävät usein historiallisen nimensä - GRES (osavaltion piirivoimalaitokset). Sähköä ja lämpöä (höyryn tai kuuman veden muodossa) tuottavia kaukovoimalaitoksia kutsutaan lämmön ja sähkön yhteislaitoksiksi (CHP). Valtion piirivoimaloiden ja kaukolämmön voimalaitosten kapasiteetti on pääsääntöisesti yli 1 miljoona kW.

Teollisuusvoimalaitokset ovat voimalaitoksia, jotka toimittavat lämpö- ja sähköenergiaa tietyille tuotantoyrityksille tai niiden kokonaisuuksille, esimerkiksi kemikaalien tuotantolaitokselle. Teollisuusvoimalat ovat osa niiden palvelemia teollisuusyrityksiä. Niiden kapasiteetti määräytyy teollisuusyritysten lämpö- ja sähköenergian tarpeiden mukaan, ja se on pääsääntöisesti huomattavasti pienempi kuin kaukolämpövoimaloiden. Usein teollisuusvoimalaitokset toimivat yleissähköverkossa, mutta eivät ole sähköjärjestelmän välittäjän alaisia.

Lämpövoimalaitokset jaetaan käytetyn polttoainetyypin mukaan fossiilisilla polttoaineilla ja ydinpolttoaineilla toimiviin voimalaitoksiin.

Fossiilisilla polttoaineilla toimivia lauhdevoimaloita, jolloin ydinvoimaloita (NPP) ei ollut, kutsuttiin historiallisesti lämpövoimalaitoksiksi (TES - lämpövoimala). Tässä mielessä tätä termiä käytetään jäljempänä, vaikka lämpövoimalaitokset, ydinvoimalaitokset, kaasuturbiinivoimalat (GTPP) ja kombivoimalaitokset (CGPP) ovat myös lämpövoimalaitoksia, jotka toimivat lämmön muuntamisen periaatteella. energiasta sähköenergiaksi.

Lämpövoimalaitosten orgaanisena polttoaineena käytetään kaasumaisia, nestemäisiä ja kiinteitä polttoaineita. Suurin osa Venäjän lämpövoimaloista, erityisesti Euroopan osassa, kuluttaa pääpolttoaineena maakaasua ja varapolttoaineena polttoöljyä, joka käyttää jälkimmäistä sen korkeiden kustannusten vuoksi vain ääritapauksissa; Tällaisia lämpövoimaloita kutsutaan kaasuöljyvoimaloksi. Monilla alueilla, pääasiassa Venäjän Aasian osassa, pääpolttoaine on lämpöhiili - vähäkalorinen kivihiili tai korkeakalorisen kivihiilen louhinnasta syntyvä jäte (antrasiittihiili - ASh). Koska ennen polttoa tällaiset hiilet jauhetaan erityisissä myllyissä pölyisiksi, tällaisia lämpövoimaloita kutsutaan jauheeksi kivihiileksi.

Lämpövoimalaitoksissa käytettyjen lämpövoimalaitosten tyypin mukaan lämpöenergian muuttamiseksi turbiiniyksiköiden roottoreiden mekaaniseksi pyörimisenergiaksi erotetaan höyryturbiinit, kaasuturbiinit ja kombivoimalaitokset.

Höyryturbiinivoimaloiden perustana ovat höyryturbiiniyksiköt (STU), jotka käyttävät monimutkaisinta, tehokkainta ja erittäin kehittyneintä energiakonetta - höyryturbiinia - lämpöenergian muuttamiseksi mekaaniseksi energiaksi. PTU on lämpövoimalaitosten, sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitosten sekä ydinvoimaloiden pääelementti.

STP:itä, joissa on lauhduturbiinit sähkögeneraattoreiden käyttövoimana ja jotka eivät käytä poistohöyryn lämpöä lämpöenergian toimittamiseen ulkoisille kuluttajille, kutsutaan lauhdutusvoimalaitoksiksi. Lämmitysturbiineilla varustettuja STU:ita, jotka luovuttavat poistohöyryn lämpöä teollisuuden tai kuntien kuluttajille, kutsutaan sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitoksiksi (CHP).

Kaasuturbiinilämpövoimalaitokset (GTPP) on varustettu kaasuturbiiniyksiköillä (GTU), jotka toimivat kaasumaisella tai ääritapauksissa nestemäisellä (diesel) polttoaineella. Koska kaasuturbiinilaitoksen takana olevien kaasujen lämpötila on melko korkea, niitä voidaan käyttää lämpöenergian toimittamiseen ulkopuolisille kuluttajille. Tällaisia voimalaitoksia kutsutaan nimellä GTU-CHP. Tällä hetkellä Venäjällä on yksi kaasuturbiinivoimalaitos (GRES-3 nimetty Klassonin mukaan, Elektrogorsk, Moskovan alue), jonka kapasiteetti on 600 MW, ja yksi kaasuturbiinin yhteistuotantolaitos (Elektrostalin kaupungissa, Moskovan alueella).

Perinteinen moderni kaasuturbiiniyksikkö (GTU) on yhdistelmä ilmakompressorista, polttokammiosta ja kaasuturbiinista sekä sen toiminnan varmistavista apujärjestelmistä. Kaasuturbiiniyksikön ja sähkögeneraattorin yhdistelmää kutsutaan kaasuturbiiniyksiköksi.

Yhdistelmäkiertoiset lämpövoimalaitokset on varustettu yhdistelmäkaasuyksiköillä (CCG), jotka ovat kaasuturbiinien ja höyryturbiinien yhdistelmä, mikä mahdollistaa korkean hyötysuhteen. CCGT-CHP-laitokset voidaan suunnitella lauhdutuslaitoksiksi (CCP-CHP) ja lämpöenergiansyötöllä (CCP-CHP). Tällä hetkellä Venäjällä toimii neljä uutta CCGT-CHP-laitosta (Pietarin luoteis-CHPP, Kaliningrad, Mosenergo OJSC:n CHPP-27 ja Sochinskaya), ja Tjumenin CHPP:lle on rakennettu myös yhteistuotantolaitos CCGT-laitos. Vuonna 2007 Ivanovo CCGT-KES otettiin käyttöön.

Modulaariset lämpövoimalaitokset koostuvat erillisistä, yleensä samantyyppisistä voimalaitoksista - voimayksiköistä. Voimayksikössä jokainen kattila syöttää höyryä vain turbiiniinsa, josta se palaa lauhdutuksen jälkeen vain kattilaansa. Kaikki voimakkaat osavaltion piirivoimalaitokset ja lämpövoimalaitokset, joissa on ns. höyryn välitulistus, rakennetaan lohkokaavion mukaan. Kattiloiden ja turbiinien toiminta lämpövoimalaitoksilla, joissa on ristikytkentä, varmistetaan eri tavalla: kaikki lämpövoimalaitoksen kattilat syöttävät höyryä yhteen yhteiseen höyrylinjaan (keräimeen) ja kaikki lämpövoimalaitoksen höyryturbiinit saavat voimansa siitä. Tämän järjestelmän mukaan rakennetaan CES:t ilman välivaiheen ylikuumenemista ja lähes kaikki CHP-laitokset, joilla on alikriittiset alkuhöyryparametrit.

Alkupainetason perusteella erotetaan alikriittisen paineen, ylikriittisen paineen (SCP) ja supersuperkriittisten parametrien (SSCP) lämpövoimalaitokset.

Kriittinen paine on 22,1 MPa (225,6 at). Venäjän lämpö- ja sähköteollisuudessa alkuparametrit on standardoitu: lämpövoimalaitokset ja sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset rakennetaan alikriittisille paineille 8,8 ja 12,8 MPa (90 ja 130 atm) ja SKD:lle - 23,5 MPa (240 atm) . Ylikriittisten parametrien lämpövoimaloita täydennetään teknisistä syistä väliylilämmityksellä ja lohkokaavion mukaan. Ylikriittisiä parametreja ovat perinteisesti yli 24 MPa:n paine (35 MPa asti) ja yli 5600C (6200C asti) lämpötila, joiden käyttö vaatii uusia materiaaleja ja uusia laitemalleja. Usein lämpövoimalaitokset tai sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset eri parametritasoilla rakennetaan useissa vaiheissa - jonoissa, joiden parametrit kasvavat jokaisen uuden jonon myötä.

Lämpövoimalaitokset voidaan varustaa höyry- ja kaasuturbiineilla, polttomoottoreilla. Yleisimmät ovat lämpöasemat höyryturbiineilla, jotka puolestaan jaetaan: tiivistys (KES)— kaikki höyry, jossa, lukuun ottamatta pieniä valintoja syöttöveden lämmittämiseen, käytetään turbiinin pyörittämiseen ja sähköenergian tuottamiseen; lämpövoimaloita- sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset (CHP), jotka ovat sähkö- ja lämpöenergian kuluttajien voimanlähde ja sijaitsevat heidän kulutusalueellaan.

Lauhdevoimalaitokset

Lauhdevoimaloita kutsutaan usein osavaltion piirivoimalaitoksiksi (GRES). IES sijaitsevat pääasiassa lähellä polttoaineenottoalueita tai säiliöitä, joita käytetään turbiineista poistuvan höyryn jäähdyttämiseen ja lauhduttamiseen.

Lauhdevoimaloiden ominaispiirteet

suurimmaksi osaksi sähköenergian kuluttajiin on huomattava etäisyys, mikä edellyttää sähkönsiirtoa pääasiassa 110-750 kV jännitteillä;
asemarakentamisen lohkoperiaate, joka tarjoaa merkittäviä teknisiä ja taloudellisia etuja, jotka muodostuvat käyttövarmuuden lisäämisestä ja käytön helpottamisesta sekä rakennus- ja asennustöiden määrän vähentämisestä.
Aseman normaalin toiminnan varmistavat mekanismit ja asennukset muodostavat sen järjestelmän.

IES voi toimia kiinteällä (hiili, turve), nestemäisellä (polttoöljy, öljy) polttoaineella tai kaasulla.

Kiinteän polttoaineen syöttö ja valmistus koostuu sen kuljettamisesta varastosta polttoaineen esikäsittelyjärjestelmään. Tässä järjestelmässä polttoaine saatetaan jauhemaiseen tilaan, jotta se ruiskutetaan edelleen kattilan tulipesän polttimiin. Paloprosessin ylläpitämiseksi erityinen puhallin pakottaa tulipesään ilmaa, jota lämmittää pakokaasut, jotka savunpoisto imee tulipesästä.

Nestemäinen polttoaine syötetään polttimiin suoraan varastosta lämmitetyssä muodossa erityisillä pumpuilla.

Kaasupolttoaineen valmistus koostuu pääasiassa kaasun paineen säätämisestä ennen polttoa. Kaasu kentältä tai varastosta kuljetetaan kaasuputken kautta aseman kaasunjakelupisteeseen (GDP). Kaasun jakelu ja sen parametrien säätö suoritetaan hydraulisella murtumispaikalla.

Prosessit höyry-vesikierrossa

Päähöyry-vesipiiri suorittaa seuraavat prosessit:

Polttoaineen palamiseen tulipesässä liittyy lämmön vapautuminen, joka lämmittää kattilan putkissa virtaavan veden.
Vesi muuttuu höyryksi, jonka paine on 13...25 MPa lämpötilassa 540...560 °C.
Kattilassa tuotettu höyry johdetaan turbiiniin, jossa se suorittaa mekaanista työtä - se pyörittää turbiinin akselia. Tämän seurauksena myös generaattorin roottori, joka sijaitsee turbiinin kanssa yhteisellä akselilla, pyörii.
Turbiinista 0,003...0,005 MPa:n paineella 120...140°C lämpötilassa poistunut höyry menee lauhduttimeen, jossa se muuttuu vedeksi, joka pumpataan ilmanpoistoon.
Ilmanpoistajassa poistetaan liuenneet kaasut ja ensisijaisesti happi, joka on vaarallista syövyttävyydestään johtuen Kierrättävä vesihuoltojärjestelmä varmistaa, että lauhduttimessa oleva höyry jäähdytetään vedellä, joka on peräisin ulkoisesta lähteestä (säiliö, joki, arteesinen kaivo) . Jäähtynyt vesi, jonka lämpötila on enintään 25...36 °C lauhduttimen ulostulossa, johdetaan vesijärjestelmään.

Mielenkiintoinen video lämpövoimalaitoksen toiminnasta on katsottavissa alla:

Höyryhäviöiden kompensoimiseksi päähöyry-vesijärjestelmään syötetään pumpun avulla kemiallisesti puhdistettua lisävettä.

On huomattava, että höyry-vesilaitteistojen normaalissa toiminnassa, erityisesti ylikriittisten höyryparametrien kanssa, kattilaan syötettävän veden laatu on tärkeää, joten turbiinin lauhde johdetaan suolanpoistosuodattimien järjestelmän läpi. Vedenkäsittelyjärjestelmä on suunniteltu puhdistamaan meikki- ja lauhdevesi sekä poistamaan siitä liuenneet kaasut.

Kiinteää polttoainetta käyttävillä asemilla kuonan ja tuhkan muodossa olevat palamistuotteet poistetaan kattilauunista erityisellä pumpuilla varustetulla kuona- ja tuhkanpoistojärjestelmällä.

Kun poltetaan kaasua ja polttoöljyä, tällaista järjestelmää ei tarvita.

IES:ssä on merkittäviä energiahäviöitä. Erityisen suuret lämpöhäviöt ovat lauhduttimessa (jopa 40...50 % uunissa vapautuvasta kokonaislämmöstä) sekä pakokaasuissa (jopa 10 %). Nykyaikaisen IES:n tehokkuus korkealla höyrypaine- ja lämpötilaparametrilla saavuttaa 42%.

IES:n sähköosa edustaa sarjaa pääsähkölaitteita (generaattoreita, ) ja aputarpeita varten tarkoitettuja sähkölaitteita, mukaan lukien kiskot, kytkimet ja muut laitteet kaikkine liitäntöineen.

Aseman generaattorit on kytketty lohkoihin, joissa on porrasmuuntajat ilman laitteita niiden välissä.

Tässä suhteessa IES:ään ei rakenneta generaattorijännitekojeistoa.

Kojeistot 110-750 kV, riippuen liitäntöjen määrästä, jännitteestä, siirrettävästä tehosta ja vaaditusta luotettavuustasosta, valmistetaan vakiosähkökytkentäkaavioiden mukaan. Lohkojen väliset ristikytkennät tapahtuvat vain korkeimman tason kojeistoissa tai sähköjärjestelmässä sekä polttoaineelle, vedelle ja höyrylle.

Tässä suhteessa jokaista voimayksikköä voidaan pitää erillisenä autonomisena asemana.

Sähkön tuottamiseksi aseman omiin tarpeisiin tehdään hanat kunkin korttelin generaattoreista. Generaattorijännitettä käytetään voimakkaiden sähkömoottoreiden (200 kW tai enemmän) tehonlähteenä, kun taas 380/220 V järjestelmää käytetään teholtaan alhaisempiin moottoreihin ja valaistusjärjestelmiin. Aseman omien tarpeiden sähköpiirit voivat olla erilaisia.

Toinen mielenkiintoinen video lämpövoimalaitoksen toiminnasta sisältäpäin:

Sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset

Lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitoksilla, jotka ovat sähkön ja lämpöenergian yhdistetyn tuotannon lähteitä, on huomattavasti suurempi CES (jopa 75 %). Tämä selittyy tällä. että osa turbiineissa poistettavasta höyrystä käytetään teollisen tuotannon (teknologian), lämmityksen ja kuuman veden huoltoon.

Tämä höyry toimitetaan joko suoraan teollisuuden ja kotitalouksien tarpeisiin tai käytetään osittain veden esilämmittämiseen erityisissä kattiloissa (lämmittimissä), joista vesi lähetetään lämpöverkon kautta lämpöenergian kuluttajille.

Suurin ero energiantuotantotekniikan välillä IES:ään verrattuna on höyry-vesikierron spesifisyys. Tarjoaa turbiinihöyryn välipoistoa sekä energian toimitusmenetelmää, jonka mukaan suurin osa siitä jaetaan generaattorin jännitteellä generaattorin kytkinlaitteen (GRU) kautta.

Tiedonsiirto muiden voimajärjestelmän asemien kanssa tapahtuu korotetulla jännitteellä porrasmuuntajien kautta. Yhden generaattorin korjausten tai hätäpysäytysten yhteydessä puuttuva teho voidaan siirtää sähköjärjestelmästä samojen muuntajien kautta.

CHP-toiminnan luotettavuuden lisäämiseksi on järjestetty kiskojen leikkaus.

Siten renkaissa tapahtuvan onnettomuuden ja sitä seuraavan yhden osion korjauksen sattuessa toinen osa pysyy toiminnassa ja antaa virtaa kuluttajille jäljellä olevien jännitteellisten linjojen kautta.

Tällaisten suunnitelmien mukaan teollisuusgeneraattoreita rakennetaan enintään 60 MW:n generaattoreilla, jotka on suunniteltu syöttämään paikallisia kuormia 10 km:n säteellä.

Suuret nykyaikaiset käyttävät generaattoreita, joiden teho on jopa 250 MW ja joiden kokonaisteho on 500-2500 MW.

Nämä on rakennettu kaupungin rajojen ulkopuolelle ja sähköä siirretään 35-220 kV jännitteellä, GRU:ta ei ole, kaikki generaattorit on kytketty lohkoihin, joissa on porrasmuuntaja. Jos on tarpeen antaa virtaa pienelle paikalliselle kuormitukselle lähellä lohkokuormaa, generaattorin ja muuntajan väliin on järjestetty lohkoista hanat. Myös yhdistetyt asemamallit ovat mahdollisia, joissa on pääkytkinlaitteisto ja useita generaattoreita kytkettynä lohkokaavioiden mukaisesti.

Sähköä tuotetaan voimalaitoksissa käyttämällä erilaisiin luonnonvaroihin piilevää energiaa. Kuten taulukosta näkyy. 1.2 tämä tapahtuu pääasiassa lämpövoimalaitoksissa (TPP) ja ydinvoimalaitoksissa (NPP), jotka toimivat lämpökierron mukaisesti.

Lämpövoimalaitosten tyypit

Tuotetun ja vapautuvan energian tyypin mukaan lämpövoimalaitokset jaetaan kahteen päätyyppiin: lauhdevoimalaitokset (CHP), jotka on tarkoitettu vain sähkön tuotantoon, ja lämpölaitokset tai sähkön ja lämmön yhteistuotantolaitokset (CHP). Fossiilisilla polttoaineilla toimivia lauhdevoimaloita rakennetaan lähelle sen tuotantopaikkoja, ja lämmön ja sähkön yhteistuotantolaitokset sijaitsevat lähellä lämmönkuluttajia - teollisuusyrityksiä ja asuinalueita. CHP-laitokset toimivat myös fossiilisilla polttoaineilla, mutta toisin kuin CPP-laitokset, ne tuottavat sekä sähköä että lämpöenergiaa kuuman veden ja höyryn muodossa tuotanto- ja lämmitystarkoituksiin. Näiden voimalaitosten pääpolttoainetyyppejä ovat: kiinteä - kivihiili, antrasiitti, puoliantrasiitti, ruskohiili, turve, liuske; nestemäinen - polttoöljy ja kaasumainen - luonnollinen, koksi, masuuni jne. kaasua.

Taulukko 1.2. Sähköntuotanto maailmassa

Indeksi			2010 (ennuste)
Osuus voimalaitosten kokonaistuotannosta, % Ydinvoimalaitos Kaasulla toimiva lämpövoimalaitos TPP polttoöljyllä
Sähköntuotanto alueittain, % Länsi-Eurooppa Itä-Eurooppa Aasia ja Australia Amerikka Lähi-itä ja Afrikka
Voimalaitosten asennettu kapasiteetti maailmassa (yhteensä), GW Mukaan lukien, % Ydinvoimalaitos Kaasulla toimiva lämpövoimalaitos TPP polttoöljyllä Hiiltä ja muita polttoaineita käyttävät lämpövoimalaitokset Vesivoimalat ja muita uusiutuvia polttoaineita käyttävät voimalaitokset
Sähköntuotanto (yhteensä), miljardia kWh

Ydinvoimalaitokset, pääosin lauhdutustyyppiset, käyttävät ydinpolttoaineen energiaa.

Sähkögeneraattoria käyttävän lämpövoimalaitoksen tyypistä riippuen voimalaitokset jaetaan höyryturbiiniin (STU), kaasuturbiiniin (GTU), yhdistettyyn kiertokulkuun (CCG) ja polttomoottorivoimalaitoksiin (ICE).

Riippuen työn kestosta TPP ympäri vuoden Energiakuormitusaikataulujen kattavuuden perusteella, jolle on tunnusomaista aseman asennetun kapasiteetin käyttötuntien määrä τ, voimalaitokset luokitellaan yleensä: perus (τ asemalla > 6000 h/vuosi); puolihuippu (τ asemalla = 2000 – 5000 h/vuosi); huippu (τ st< 2000 ч/год).

Perusvoimaloita ovat ne, jotka kantavat suurimman mahdollisen vakiokuorman suurimman osan vuodesta. Globaalissa energiateollisuudessa ydinvoimaloita, erittäin taloudellisia lämpövoimaloita ja lämpövoimalaitoksia käytetään peruslaitoksina lämpöaikataulun mukaan toimittaessa. Huippukuormat kattavat vesivoimalaitokset, pumppuvoimalaitokset, kaasuturbiinilaitokset, joilla on ohjattavuutta ja liikkuvuutta, ts. nopea aloitus ja pysäytys. Huippuvoimalaitokset kytketään päälle sellaisina aikoina, kun on tarpeen kattaa päivittäisen sähkökuormitusaikataulun huippuosa. Puolihuipun voimalaitokset, kun sähkön kokonaiskuormitus pienenee, joko siirretään vähennetylle teholle tai siirretään varaan.

Teknologisen rakenteen mukaan lämpövoimalaitokset jaetaan lohko- ja ei-lohkoon. Lohkokaaviolla höyryturbiinilaitoksen pää- ja apulaitteistolla ei ole teknisiä yhteyksiä voimalaitoksen toisen laitoksen laitteisiin. Fossiilisten polttoaineiden voimalaitoksissa jokaiseen turbiiniin syötetään höyryä yhdestä tai kahdesta siihen yhdistetystä kattilasta. Ei-lohkoisessa TPP-järjestelmässä höyry kaikista kattiloista tulee yhteiseen johtoon ja sieltä jaetaan yksittäisille turbiineille.

Suuriin energiajärjestelmiin kuuluvissa lauhdevoimalaitoksissa käytetään vain lohkojärjestelmiä, joissa on höyryn välitulitus. Lohkottomia piirejä, joissa on höyryn ja veden ristikytkentä, käytetään ilman välillistä ylikuumenemista.

Lämpövoimalaitosten toimintaperiaate ja tärkeimmät energiaominaisuudet

Voimalaitoksilla sähköä tuotetaan käyttämällä energiaa, joka on piilotettu erilaisiin luonnonvaroihin (hiili, kaasu, öljy, polttoöljy, uraani jne.), melko yksinkertaisen periaatteen mukaisesti energian muuntotekniikkaa hyödyntäen. Lämpövoimalaitoksen yleinen kaavio (katso kuva 1.1) heijastaa tällaisen energiatyypin muuntamisen toiseksi ja käyttönesteen (vesi, höyry) käyttöä lämpövoimalaitoksen kierrossa. Polttoaine (tässä tapauksessa kivihiili) palaa kattilassa, lämmittää veden ja muuttaa sen höyryksi. Höyry syötetään turbiineille, jotka muuttavat höyryn lämpöenergian mekaaniseksi energiaksi ja käyttävät generaattoreita, jotka tuottavat sähköä (katso kohta 4.1).

Nykyaikainen lämpövoimalaitos on monimutkainen yritys, joka sisältää suuren määrän erilaisia laitteita. Voimalaitoksen laitteiston koostumus riippuu valitusta lämpöpiiristä, käytetyn polttoaineen tyypistä ja vesihuoltojärjestelmän tyypistä.

Voimalaitoksen päälaitteet sisältävät: kattila- ja turbiiniyksiköt sähkögeneraattorilla ja lauhduttimella. Nämä yksiköt on standardoitu tehon, höyryparametrien, tuottavuuden, jännitteen ja virran jne. suhteen. Lämpövoimalaitoksen päälaitteiden tyyppi ja määrä vastaavat määritettyä tehoa ja suunniteltua käyttötapaa. Siellä on myös apulaitteita, joilla toimitetaan lämpöä kuluttajille ja käytetään turbiinihöyryä kattilan syöttöveden lämmittämiseen ja voimalaitoksen omiin tarpeisiin. Tähän kuuluvat polttoaineen syöttöjärjestelmien laitteet, ilmanpoisto-syöttöyksikkö, lauhdutusyksikkö, lämmitysyksikkö (lämpövoimalaitoksia varten), tekniset vesihuoltojärjestelmät, öljynsyöttöjärjestelmät, syöttöveden regeneratiivinen lämmitys, kemiallinen vedenkäsittely, jakelu ja siirto sähköstä (katso kohta 4).

Kaikissa höyryturbiinilaitoksissa käytetään syöttöveden regeneratiivista lämmitystä, mikä lisää merkittävästi voimalaitoksen lämpö- ja kokonaishyötysuhdetta, koska regeneratiivisella lämmityksellä varustetuissa piireissä turbiinista regeneratiivisiin lämmittimiin poistuvat höyryvirrat tekevät työtä ilman häviöitä kylmälähteessä. (kondensaattori). Samalla turbogeneraattorin samalla sähköteholla höyryvirtaus lauhduttimessa pienenee ja sen seurauksena hyötysuhde asennukset lisääntyvät.

Käytettävän höyrykattilan tyyppi (katso kohta 2) riippuu voimalaitoksessa käytetyn polttoaineen tyypistä. Yleisimmillä polttoaineilla (fossiilinen kivihiili, kaasu, polttoöljy, jyrsinturve) käytetään U-, T-muotoisia ja tornirakenteisia kattiloita sekä tiettyyn polttoainetyyppiin suunniteltua polttokammiota. Polttoaineille, joissa on alhaalla sulavaa tuhkaa, käytetään nestemäisen tuhkanpoistokattiloita. Samalla saavutetaan korkea (jopa 90 %) tuhkan kertyminen tulipesään ja vähennetään lämmityspintojen kulumista. Samoista syistä korkeatuhkaisille polttoaineille, kuten liuske- ja kivihiilen valmistusjätteelle, käytetään nelikierrosjärjestelyllä varustettuja höyrykattiloita. Lämpövoimalaitoksissa käytetään yleensä rumpu- tai suoravirtauskattiloita.

Turbiinit ja sähkögeneraattorit yhdistetään tehoasteikolla. Jokaisella turbiinilla on tietyntyyppinen generaattori. Lohkoluuhdutusvoimalaitoksissa turbiinien teho vastaa lohkojen tehoa ja lohkojen lukumäärä määräytyy voimalaitoksen annetun tehon mukaan. Nykyaikaisissa yksiköissä käytetään 150, 200, 300, 500, 800 ja 1200 MW:n lauhdeturbiineja, joissa on höyrylämmitys.

Lämpövoimalaitoksissa käytetään turbiineja (katso kohta 4.2) vastapaineella (tyyppi P), lauhde- ja teollisuushöyrynpoistolla (tyyppi P), lauhduttamalla ja yhdellä tai kahdella lämpöpoistolla (tyyppi T), sekä kondensaatio-, teollisuus- ja lämmönpoistopari (PT-tyyppi). PT-turbiineissa voi olla myös yksi tai kaksi lämmityslähtöä. Turbiinityypin valinta riippuu lämpökuormien suuruudesta ja suhteesta. Jos lämmityskuorma on vallitseva, niin PT-turbiinien lisäksi voidaan asentaa tyypin T turbiinit lämmönpoistolla ja jos teollisuuskuormitus vallitsee, voidaan asentaa PR- ja R-tyypin turbiinit teollisella imulla ja vastapaineella.

Tällä hetkellä lämpövoimalaitoksilla yleisimpiä ovat sähköteholtaan 100 ja 50 MW laitokset, jotka toimivat alkuparametreilla 12,7 MPa, 540–560°C. Suurten kaupunkien lämpövoimalaitoksiin on luotu sähköteholtaan 175–185 MW ja 250 MW (turbiinilla T-250-240) laitteistoja. Asennukset T-250-240-turbiineilla ovat modulaarisia ja toimivat ylikriittisillä alkuparametreilla (23,5 MPa, 540/540 °C).

Verkossa olevien voimalaitosten toiminnalle on ominaista, että niiden kullakin hetkellä tuottaman sähköenergian kokonaismäärän tulee vastata täysin kulutettua energiaa. Suurin osa voimalaitoksista toimii rinnakkain yhtenäisessä energiajärjestelmässä kattaen järjestelmän kokonaissähkökuorman, ja lämpövoimalaitos kattaa samanaikaisesti oman alueensa lämpökuorman. Alueella on paikallisia voimalaitoksia, jotka on suunniteltu palvelemaan aluetta ja joita ei ole kytketty yleiseen sähköverkkoon.

Tehonkulutuksen riippuvuudesta ajan funktiona kutsutaan graafista esitystä sähköinen kuormituskaavio. Päivittäiset sähkökuormituskaaviot (Kuva 1.5) vaihtelevat vuodenajan ja viikonpäivän mukaan, ja niille on yleensä tunnusomaista minimikuorma yöllä ja maksimikuorma ruuhka-aikoina (kaavion huippuosa). Päivittäisten kaavioiden ohella sähkökuormituksen vuosikaaviot (kuva 1.6), jotka on muodostettu päivittäisten kaavioiden tietojen perusteella, ovat erittäin tärkeitä.

Sähkökuormituskäyriä käytetään suunniteltaessa voimalaitosten ja järjestelmien sähkökuormituksia, jaettaessa kuormia yksittäisten voimalaitosten ja yksiköiden välillä, laskettaessa työ- ja varalaitteiden kokoonpanoa, määritettäessä tarvittavaa asennettua tehoa ja tarvittavaa reserviä, lukumäärää ja yksikköä. yksiköiden tehoa, kun kehitetään laitteiden korjaussuunnitelmia ja määritetään korjausreserviä jne.

Täydellä kuormituksella toimiessaan voimalaitoksen laitteisto kehittää nimellis- tai niin pitkään kuin mahdollista teho (suorituskyky), joka on yksikön tärkein passiominaisuus. Tällä maksimiteholla (suorituskyvyllä) yksikön on toimittava pitkään pääparametrien nimellisarvoilla. Yksi voimalaitoksen pääominaisuuksista on sen asennettu kapasiteetti, joka määritellään kaikkien sähkögeneraattoreiden ja lämmityslaitteiden nimellistehojen summana reservi huomioiden.

Voimalaitoksen toiminnalle on ominaista myös käyttötuntien määrä Asennettu kapasiteetti, joka riippuu tilasta, jossa voimalaitos toimii. Perusvoimalaitoksilla asennetun kapasiteetin käyttötuntimäärä on 6000–7500 tuntia/vuosi ja huippukuormapeittotilassa toimivilla alle 2000–3000 tuntia/vuosi.

Kuormaa, jolla yksikkö toimii suurimmalla hyötysuhteella, kutsutaan taloudelliseksi kuormitukseksi. Nimellinen pitkäaikainen kuormitus voi olla yhtä suuri kuin taloudellinen kuormitus. Joskus on mahdollista käyttää laitteita lyhyen aikaa 10–20 % nimelliskuormitusta suuremmalla kuormalla pienemmällä hyötysuhteella. Jos voimalaitoksen laitteet toimivat vakaasti suunnittelukuormalla pääparametrien nimellisarvoilla tai kun ne muuttuvat hyväksyttävissä rajoissa, tätä tilaa kutsutaan kiinteäksi.

Kutsutaan toimintatiloja tasaisilla, mutta rakenteellisista poikkeavilla kuormilla tai epätasaisilla kuormilla ei-kiinteä tai muuttuvat tilat. Muuttuvissa tiloissa jotkin parametrit pysyvät muuttumattomina ja niillä on nimellisarvot, kun taas toiset muuttuvat tietyissä hyväksyttävissä rajoissa. Näin ollen yksikön osakuormituksella turbiinin edessä olevan höyryn paine ja lämpötila voivat pysyä nimellisinä, kun taas lauhduttimen tyhjiö ja poistoissa höyryparametrit muuttuvat kuormituksen mukaan. Myös ei-kiinteät tilat ovat mahdollisia, kun kaikki pääparametrit muuttuvat. Tällaisia tiloja esiintyy esimerkiksi laitteita käynnistettäessä ja pysäytettäessä, turbogeneraattorin kuormitusta pudottaessa ja lisättäessä, kun käytetään liukuparametreja, ja niitä kutsutaan ei-kiinteiksi.

Voimalaitoksen lämpökuormaa käytetään teknologisiin prosesseihin ja teollisuuslaitteistoihin, teollisuus-, asuin- ja julkisten rakennusten lämmitykseen ja ilmanvaihtoon, ilmastointiin ja kotitaloustarpeisiin. Tuotantotarkoituksiin tarvitaan yleensä 0,15 - 1,6 MPa höyrynpainetta. Kuitenkin kuljetushäviöiden pienentämiseksi ja jatkuvan vedenpoiston välttämiseksi kommunikaatiosta voimalaitoksesta vapautuu höyryä hieman ylikuumentunutta. Lämpövoimalaitos toimittaa yleensä kuumaa vettä, jonka lämpötila on 70-180°C lämmitykseen, ilmanvaihtoon ja kotitalouksien tarpeisiin.

Tuotantoprosessien lämmönkulutuksen ja kotitalouksien tarpeiden (kuumavesihuolto) määräämä lämpökuorma riippuu ulkoilman lämpötilasta. Ukrainan olosuhteissa kesällä tämä kuormitus (samoin kuin sähkö) on pienempi kuin talvella. Teollisuuden ja kotitalouksien lämpökuormat muuttuvat vuorokauden aikana, lisäksi voimalaitoksen keskimääräinen vuorokausilämpökuormitus, joka kuluu kotitalouksien tarpeisiin, muuttuu arkisin ja viikonloppuisin. Tyypilliset kaaviot teollisuusyritysten päivittäisen lämpökuorman ja asuinalueen lämpimän käyttöveden muutoksista on esitetty kuvissa 1.7 ja 1.8.

Lämpövoimalaitosten käyttöhyötysuhdetta kuvaavat erilaiset tekniset ja taloudelliset indikaattorit, joista osa arvioi lämpöprosessien täydellisyyttä (hyötysuhde, lämmön ja polttoaineen kulutus), osa taas lämpövoimalaitoksen toimintaolosuhteita. Esimerkiksi kuvassa Fig. 1.9 (a,b) esittää lämpövoimalaitosten ja CPP:iden likimääräiset lämpötaseet.

Kuten kuvista näkyy, sähkön ja lämpöenergian yhdistetty tuotanto lisää voimalaitosten lämpöhyötysuhdetta merkittävästi johtuen turbiinilauhduttimien lämpöhäviöiden vähenemisestä.

Lämpövoimalaitosten toiminnan tärkeimmät ja täydelliset indikaattorit ovat sähkön ja lämmön hinta.

Lämpövoimalaitoksilla on sekä etuja että haittoja muihin voimalaitoksiin verrattuna. Seuraavat TPP:n edut voidaan osoittaa:

suhteellisen vapaa alueellinen jakelu, joka liittyy polttoaineresurssien laajaan jakautumiseen;
kyky (toisin kuin vesivoimaloissa) tuottaa energiaa ilman kausittaisia tehonvaihteluita;
lämpövoimalaitosten rakentamiseen ja käyttöön tarkoitettujen maiden vieraantumisen ja taloudellisesta kierrosta poistamisen alue on yleensä paljon pienempi kuin ydinvoimaloiden ja vesivoimaloiden vaatima alue;
Lämpövoimalaitokset rakennetaan paljon nopeammin kuin vesivoimalaitokset tai ydinvoimalaitokset, ja niiden ominaiskustannukset asennetun kapasiteetin yksikköä kohti ovat alhaisemmat kuin ydinvoimalaitoksissa.
Samaan aikaan lämpövoimalaitoksilla on suuria haittoja:
lämpövoimalaitosten toiminta vaatii yleensä paljon enemmän henkilöstöä kuin vesivoimaloiden, mikä liittyy erittäin laajan polttoainekierron ylläpitoon;
lämpövoimalaitosten toiminta riippuu polttoainevarojen hankinnasta (hiili, polttoöljy, kaasu, turve, öljyliuske);
lämpövoimaloiden vaihtelevat toimintatavat vähentävät tehokkuutta, lisäävät polttoaineen kulutusta ja lisäävät laitteiden kulumista;
olemassa oleville lämpövoimalaitoksille on ominaista suhteellisen alhainen hyötysuhde. (useimmiten jopa 40 %);
Lämpövoimalaitokset vaikuttavat suoraan ja haitallisesti ympäristöön, eivätkä ne ole ympäristöystävällisiä sähkönlähteitä.
Suurimmat vahingot ympäröivien alueiden ympäristölle aiheuttavat hiilellä, erityisesti tuhkaisella kivihiilellä, toimivat voimalaitokset. Lämpövoimaloista "puhtaimmat" ovat ne, jotka käyttävät maakaasua teknologisessa prosessissaan.

Asiantuntijoiden mukaan lämpövoimalaitokset ympäri maailmaa päästävät vuosittain noin 200–250 miljoonaa tonnia tuhkaa, yli 60 miljoonaa tonnia rikkidioksidia, suuria määriä typen oksideja ja hiilidioksidia (aiheuttaa ns. kasvihuoneilmiön ja johtaa pitkiin -termi globaali ilmastonmuutos), joutuu ilmakehään. absorboi suuria määriä happea. Lisäksi on nyt todettu, että ylimääräinen säteilytausta hiilellä toimivien lämpövoimaloiden ympärillä on keskimäärin 100 kertaa korkeampi maailmassa kuin lähellä samantehoisia ydinvoimaloita (hiili sisältää lähes aina uraania, toriumia ja hiilen radioaktiivinen isotooppi hivenepäpuhtauksina). Hyvin kehittyneet lämpövoimalaitosten rakentamisen, laitteiston ja käytön tekniikat sekä niiden rakentamisen alhaisemmat kustannukset johtavat kuitenkin siihen, että lämpövoimalat muodostavat suurimman osan maailman sähköntuotannosta. Tästä syystä TPP-tekniikoiden parantamiseen ja niiden kielteisten ympäristövaikutusten vähentämiseen kiinnitetään paljon huomiota kaikkialla maailmassa (katso osa 6).