Энергию, скрытую в органическом горючем — угле, нефти либо природном газе, нереально сходу взять в виде электричества. Горючее сперва сжигают. Выделившаяся теплота нагревает воду, превращает ее в пар. Пар вращает турбину, а турбина — ротор генератора, что генерирует, т. е. производит, электрический ток.
Целый данный сложный, многоступенчатый процесс возможно замечать на тепловой электрической станции (ТЭС), оборудованной энергетическими автомобилями, преобразующими энергию, скрытую в органическом горючем (горючих сланцах, угле, нефти и продуктах ее переработки, природном газе), в электрическую энергию. Главные части ТЭС — котельная установка, электрогенератор и паровая турбина.
Котельная установка — комплекс устройств для получения пара под давлением. Она складывается из топки, в которой сжигается органическое горючее, топочного пространства, по которому продукты горения проходят в дымовую трубу, и парового котла, в котором кипит вода. Часть котла, на протяжении нагрева соприкасающаяся с пламенем, именуется поверхностью нагрева.
Котлы бывают 3 типов: дымогарные, водотрубные и прямоточные. В дымогарных котлов помещен последовательность трубок, по которым продукты горения проходят в дымовую трубу. Бессчётные дымогарные трубки имеют огромную поверхность нагрева, благодаря чего в них отлично употребляется энергия горючего. Вода в этих котлах находится между дымогарными трубками.
В водотрубных котлах — все напротив: по трубкам пускают воду, а между трубками тёплые газы. Главные части котла — топка, кипятильные трубки, пароперегреватель и паровой котёл. В кипятильных трубках идет процесс парообразования. Образующийся в них пар поступает в паровой котел, где и планирует в верхней его части, над кипящей водой. Из парового котла пар проходит в пароперегреватель и в том месте дополнительно нагревается. Горючее в данный котел забрасывают через створку, а воздушное пространство, нужный для горения горючего, подают через другую створку в поддувало. Тёплые газы поднимаются вверх и, огибая перегородки, проходят путь, указанный на схеме к данной статье (см. рис.).
В прямоточных котлах воду нагревают в долгих трубах-змеевиках. Вода подается в эти трубы насосом. Проходя через змеевик, она абсолютно испаряется, а появившийся пар перегревается до требуемой температуры и после этого выходит из змеевиков.
Котельные установки, трудящиеся с промежуточным перегревом пара, являются составной частью установки, именуемой энергоблоком «котел — турбина».
В возможности, к примеру, для применения угля Канско-Ачинского бассейна будут сооружены большие тепловые электростанции мощностью до 6400 МВт с энергетическими блоками по 800 МВт, где котельные установки будут производить 2650 т пара в 1 ч с температурой до 565° С и давлением 25 МПа.
Котельная установка производит пар большого давления, что идет в паровую турбину — основной двигатель тепловой электростанции. В турбине пар расширяется, давление его падает, а скрытая энергия преобразуется в механическую. Паровая турбица приводит в перемещение ротор генератора, производящего электрический ток.
В больших городах значительно чаще строят теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), а в районах с недорогим горючим — конденсационные электростанции (КЭС).
ТЭЦ — это тепловая электростанция, производящая не только электрическую энергию, но и теплоту в виде тёплой пара и воды. Пар, покидающий паровую турбину, содержит в себе еще довольно много тепловой энергии. На ТЭЦ эту теплоту применяют двояко: или пар по окончании турбины направляется потребителю и обратно на станцию не возвращается, или он передает теплоту в теплообменнике воде, которая направляется потребителю, а пар возвращается обратно в совокупность. Исходя из этого ТЭЦ имеет большой КПД, достигающий 50—60%.
Различают ТЭЦ отопительного и промышленного типов. Отопительные ТЭЦ обогревают жилые и публичные сооружения и снабжают их тёплой водой, промышленные — снабжают теплотой предприятия. Передача пара от ТЭЦ осуществляется на расстояния до нескольких километров, а передача тёплой воды — до 30 и более километров. Благодаря этого теплоэлектроцентрали строятся недалеко от больших городов.
Огромное количество тепловой энергии направляется на теплофикацию либо отопление отечественных квартир, школ, учреждений. До Октябрьской революции централизованного теплоснабжения домов не было. Дома отапливались печами, в которых сжигалось довольно много угля и дров. Теплофикаций у нас началась в первые годы Советской власти, в то время, когда по замыслу ГОЭЛРО (1920) приступили к постройке больших ТЭС.
За последние годы развитие теплофикации в СССР идет особенно скоро. Суммарная мощность ТЭЦ в начале 1980-х гг. превысила 50 млн. кВт.
Но главная часть электричества, которую производят тепловые электростанции, приходится на конденсационные электростанции (КЭС). У нас их чаще именуют национальными районными электрическими станциями (ГРЭС). В отличие от ТЭЦ, где теплота отработанного в турбине пара употребляется для отопления жилых и производственных строений, на КЭС отработанный в двигателях (паровых машинах, турбинах) пар преобразовывается конденсаторами в воду (конденсат), направляемую обратно в котлы для повторного применения. КЭС сооружаются конкретно у источников водоснабжения: у озера, реки, моря. Теплота, выводимая из электростанции с охлаждающей водой, безвозвратно теряется. КПД КЭС не превышает 35—42%.
На высокую эстакаду ночь и день по строгому графику подают вагоны с мелко раздробленным углем. Особенный разгрузчик опрокидывает вагоны, и горючее ссыпается в бункер. Мельницы шепетильно размалывают его в топливный порошок, и он вместе с воздухом влетает в топку парового котла. Языки пламени хорошо охватывают пучки трубок, вода в которых закипает. Образуется пар. По трубам — паропроводам — пар направляется к турбине и через сопла бьет в лопатки ротора турбины. Дав энергию ротору, отработанный пар идет в конденсатор, охлаждается и преобразовывается в воду. Насосы подают ее обратно в котел. А энергия продолжает собственный перемещение от ротора турбины к ротору генератора. В генераторе происходит ее последнее превращение: она делается электричеством. На этом заканчивается энергетическая цепочка КЭС.
В отличие от ГЭС тепловые электростанции возможно выстроить в любом месте, а тем самым приблизить источники получения электричества к потребителю и расположить тепловые электростанции равномерно по территории экономических районов страны. Преимущество ТЭС состоит и в том, что они трудятся фактически на всех видах органического горючего — углях, сланцах, жидком горючем, природном газе.
К наибольшим конденсационным ТЭС в СССР относятся Рефтинская (Свердловская область), Запорожская, Костромская, Углегорская (Донецкая область). Мощность каждой из них превышает 3000 МВт.
Наша страна — пионер строительства тепловых электростанций, энергию которым дает ядерный реактор (см. АЭС, Ядерная энергетика).