Теплоэлектроцентраль (ТЭЦ) — это разновидность тепловой электростанции, которая одновременно производит электроэнергию и тепловую энергию (пар и горячую воду) для систем централизованного теплоснабжения жилых и промышленных объектов.
ТЭЦ являются критически важным элементом инфраструктуры Российской Федерации, обеспечивая около 46% теплоснабжения страны (по состоянию на 2016 год).
Отличие от конденсационных электростанций
Конструктивно ТЭЦ устроена подобно конденсационной электростанции (КЭС), но главное отличие состоит в способности отбирать часть тепловой энергии пара после его прохождения через турбину.
Это принципиальное отличие позволяет использовать отработавший пар вместо его полной конденсации, превращая ТЭЦ в многофункциональный источник энергии.
Принцип работы ТЭЦ
Процесс преобразования энергии на ТЭЦ осуществляется в несколько этапов:
- Сжигание топлива — топливо (чаще всего измельченный уголь или природный газ) поступает в топку котла вместе с предварительно разогретым воздухом (окислителем)
- Генерация пара — тепло сгорания топлива нагревает воду до состояния перегретого пара под высоким давлением
- Вращение турбины — пар под высоким давлением направляется на паровую турбину, приводя её в движение
- Электрогенерация — ротор турбины, соединённый с генератором, преобразует механическую энергию в электрическую энергию
- Отбор тепла — часть пара после турбины отводится для отопления и горячего водоснабжения, где пар конденсируется в сетевых подогревателях, передавая свою энергию сетевой воде
- Охлаждение и конденсация — оставшийся пар поступает в конденсатор, где охлаждается и возвращается в котёл, замыкая цикл
Режимы работы ТЭЦ
ТЭЦ может работать по двум различным графикам нагрузки:
Тепловой график — электрическая нагрузка зависит от тепловой нагрузки (тепловая нагрузка — приоритет). Используется преимущественно в холодное время года (отопительный сезон).
Электрический график — электрическая нагрузка не зависит от тепловой, а тепловая нагрузка может быть минимальной или отсутствовать. Применяется летом и в переходные сезоны.
При необходимости тепловые отборы пара можно полностью перекрывать, в результате чего ТЭЦ функционирует как обычная конденсационная электростанция (КЭС).
Преимущества ТЭЦ
Экономичность — ТЭЦ использует когенерацию (комбинированное производство электрической и тепловой энергии), что повышает общий КПД на 5–8% по сравнению с конденсационными электростанциями:
- КПД ТЭЦ: 35–43%
- КПД КЭС: ~30%
- КПД котельной: 80–90% (только тепло)
Комбинированное производство энергии двух видов способствует более экономному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и тепла на местных котельных.
Удобство расположения — ТЭЦ чаще размещаются ближе к населённым пунктам и промышленным объектам, что снижает потери при передаче тепловой энергии по сетям.
Топливо на ТЭЦ
На российских ТЭЦ используется различное топливо, преимущественно более экологичное, чем на ГРЭС:
- Природный газ — основной вид топлива, особенно на ТЭЦ крупных городов (большинство ТЭЦ ПАО «Мосэнерго» работают на газе)
- Каменный уголь — используется на отдельных станциях
- Бурый уголь — применяется реже
- Мазут и дизельное топливо — в основном как растопочное и резервное топливо
Экологичность и защита атмосферы
ТЭЦ, размещённые ближе к жилым территориям, требуют повышенного внимания к охране окружающей среды:
- Золоуловители — для защиты воздушного бассейна от твёрдых частиц
- Дымовые трубы высотой 200–250 м — для рассеивания в атмосфере твёрдых частиц, окислов серы и азота
- Оборотная система водоснабжения — на большинстве ТЭЦ используются искусственные охладители (градирни) для минимизации потребления свежей воды и её загрязнения
Централизованное теплоснабжение России
Система централизованного теплоснабжения включает:
- Источники тепла (ТЭЦ, котельные, геотермальные источники)
- Тепловую сеть (трубопроводы, протяженность 175,5 тыс. км по состоянию на 2016 год)
- Теплопотребляющие установки и тепловые пункты
Россия — уникальна в мировом масштабе своей системой централизованного теплоснабжения, которая обеспечивает около 80% всего теплоснабжения в стране. Это фундаментальное отличие от большинства развитых стран, где преобладают индивидуальные системы отопления.
По итогам 2016 года потери тепловой энергии при передаче потребителю составили около 10%.
Крупнейшие ТЭЦ России
К наиболее значимым ТЭЦ относятся ТЭЦ в крупных городах, особенно в составе ПАО «Мосэнерго», которая управляет ТЭЦ Москвы и Московской области. В Санкт-Петербурге и Ленинградской области основные ТЭЦ входят в ПАО «ЛЭК» (Леонтьевский энергетический консорциум).
История в России
Первая теплоэлектроцентраль в России была построена в Твери в 1912 году. Первой районной электростанцией стала Богородская электростанция (1913 год) под Москвой. Первая электростанция общего пользования в России была запущена в Санкт-Петербурге в 1883 году и размещена на деревянной барже на Неве.
Роль ТЭЦ в современной энергетике
ТЭЦ остаются жизненно важным компонентом энергетической инфраструктуры России, обеспечивая:
- Стабильное и надёжное снабжение электроэнергией
- Централизованное теплоснабжение в холодное время года
- Работу промышленных и коммунальных объектов
- Горячее водоснабжение населения
По состоянию на 1 января 2024 года, в Единой энергосистеме России продолжают работать многочисленные ТЭЦ, являясь неотъемлемой частью энергетического комплекса страны.