Тепловые электростанции — это промышленные предприятия, которые преобразуют химическую энергию топлива в электрическую энергию и, в ряде случаев, в тепловую энергию. По состоянию на 1 января 2025 года, тепловые электростанции являются основой энергосистемы России, составляя 65,6% от общей установленной мощности ЕЭС России (163,7 ГВт из 263,7 ГВт).
Принцип работы
Процесс преобразования энергии на ТЭС начинается с сжигания топлива в котле:
- Сжигание топлива — топливо сгорает в топке котла, выделяя тепловую энергию
- Получение пара — тепло котла нагревает воду до состояния перегретого пара под высоким давлением
- Вращение турбины — пар под высоким давлением направляется на лопатки паровой турбины, приводя её в движение
- Генерация электроэнергии — вращение турбины передаётся на электрогенератор, преобразующий механическую энергию в электрическую
- Охлаждение пара — отработанный пар охлаждается в конденсаторе и возвращается в котёл, замыкая цикл
Эффективность этого процесса зависит от качества топлива, конструкции оборудования и технологий минимизации потерь энергии. По итогам 2018 года расход условного топлива на выработку электроэнергии составлял 309,8 грамма на кВт·ч.
Основные типы ТЭС
Конденсационные электростанции (КЭС)
Это электростанции, предназначенные исключительно для выработки электроэнергии. Оснащены паровыми турбинами с глубоким вакуумом в конденсаторе (давление примерно 0,0039 МПа).
Чем ниже давление на выходе из турбины, тем большая часть энергии рабочей среды преобразуется в электроэнергию.
По состоянию на 1 января 2019 года, 79% мощности тепловых электростанций России представлено именно конденсационными установками.
Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)
Это станции для комбинированной выработки электроэнергии и тепла. В отопительный сезон часть пара из турбины отводится для теплоснабжения потребителей (отопление и горячее водоснабжение), а остальной пар конденсируется. Это позволяет обеспечивать централизованное теплоснабжение при одновременной выработке электроэнергии.
ТЭЦ — наиболее эффективный способ производства тепла в российском климате. По итогам 2016 года ТЭЦ произвели 45,9% от всего объёма производства тепловой энергии в стране.
Газотурбинные электростанции (ГТЭС)
Генерируют электричество и тепловую энергию с помощью газовых турбин. Они способны быстро включаться в работу, что делает их идеальными для покрытия пиковых нагрузок. ГТЭС могут использовать отходящее тепло для дополнительной выработки электроэнергии или теплоснабжения.
Комбинированные установки
Используют несколько технологий для оптимизации производства энергии. Например, парогазовые установки объединяют газовую турбину и паровую турбину, работающую на отходящем тепле газовой турбины, что позволяет достичь высокого общего КПД.
Виды топлива
На российских ТЭС используются различные виды топлива:
- Природный газ — основное топливо; в 2016 году потреблено 163,5 млрд м³ (189,9 млн тонн условного топлива)
- Каменный уголь — значительная доля; в 2016 году потреблено 109,4 млн тонн (66,9 млн тонн условного топлива)
- Бурый уголь — используется на отдельных станциях
- Нефтяное топливо — небольшая доля (3,3 млн тонн в 2016 году), в основном топочный мазут используется как растопочное и резервное топливо
- Дизельное топливо — применяется на небольших ЭС в зонах децентрализованного энергоснабжения
- Торф — используется только тремя электростанциями (Кировская ТЭЦ-4, Тверская ТЭЦ-4, Шарьинская ТЭЦ), доля менее 0,1%
Распределение по регионам ЕЭС России
Крупнейшие концентрации мощностей ТЭС (по состоянию на 1 января 2020 года):
- ОЭС Урала — 50 ГВт (самая крупная)
- ОЭС Центра — 37 ГВт
- ОЭС Сибири — 26,5 ГВт
- ОЭС Средней Волги — 16,3 ГВт
- ОЭС Северо-Запада — 15,7 ГВт
- ОЭС Юга — 13 ГВт
- ОЭС Востока — 6 ГВт
Кроме того, ТЭС составляют основу энергоснабжения в технологически изолированных территориальных энергосистемах Сахалинской области, Камчатского края и Чукотского АО.
Крупнейшие ТЭС России
К ведущим тепловым электростанциям России относятся:
| Ранг | Название ТЭС | Мощность, МВт | Топливо | Собственник | Регион |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Сургутская ГРЭС-2 | 5687,1 | ПНГ, природный газ | Юнипро | Ханты-Мансийский АО |
| 2 | Рефтинская ГРЭС | 3800 | Каменный уголь | Кузбассэнерго | Свердловская область |
| 3 | Костромская ГРЭС | 3720 | Природный газ | Интер РАО | Костромская область |
| 4 | Пермская ГРЭС | 3393 | Природный газ | Интер РАО | Пермский край |
| 5 | Сургутская ГРЭС-1 | 3333 | ПНГ, природный газ | ОГК-2 | Ханты-Мансийский АО |
ГРЭС — это гидроуголь-расходующие электростанции, обычно располагаемые в местах добычи угля или близко к источникам водоснабжения.
Теплоэнергетика и теплоснабжение России
Помимо электроэнергии, ТЭС и ТЭЦ обеспечивают теплоснабжение потребителей. В России, в отличие от большинства стран мира, сложилась система преимущественно централизованного теплоснабжения, которая обеспечивает около 80% теплоснабжения в стране.
- Объём производства тепловой энергии составил 1 284 млн Гкал
- ТЭЦ произвели 45,9% этого объёма
- Котельные произвели 46,5% этого объёма
- Протяженность тепловых сетей составила 175,5 тыс. км (в двухтрубном исчислении)
- Потери тепловой энергии при передаче составляют около 10%
Перспективы развития
Согласно СиПР ЭЭС России на 2025–2030 годы, предусмотрен ввод ТЭС объёмом 7 876,2 МВт, включая:
- 5 354,2 МВт на природном газе
- 2 095,0 МВт на угле
Однако доля тепловых электростанций в общей структуре установленной мощности ЕЭС России прогнозируется к снижению до 63–64% к 2030 году при незначительном росте абсолютных значений мощностей, связанном с ростом доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и ядерной генерации.