История электрификации горной промышленности

Приведенные затраты являются мерой стоимости, их рассчитывают только для изменяемой части сопоставляемых вариантов.

Качественные показатели характеризуют технические решения, которые непосредственно не имеют стоимостного выражения.

Вариант системы электроснабжения обладает более высокими качественными показателями, если у него, например, выше номинальное напряжение сети, ниже потери напряжения в сети, меньше колебания напряжения и частоты, вызываемые работой установок с резко-переменной нагрузкой; ниже уровень высших гармоник тока в сети, более благоприятны условия для монтажа, проще и более удобны условия эксплуатации, возможно осуществление расширения установки без значительных переустройств, что имеет важное значение при современных темпах развития производства.

2.3. Электрические станции

Электрические станции - это электроустановки, служащие для производства электрической и тепловой энергии из других видов энергии. Электростанции сооружают с учетом возможности широкого использования природных энергетических ресурсов.

2.3.1. История развития электрических станций

Для питания осветительных установок в ХIХ в. использовались так называемые блок-станции. Это были генераторные станции, назначением которых являлось снабжение электроэнергией небольшого числа потребителей, сосредоточенных в пределах одного дома или небольшого квартала города. Часто такие станции назывались «домовыми» (рис. 2.1). На таких станциях обычно передача от первичного двигателя (паровой машины или двигателя внутреннего сгорания) к генератору осуществлялась с помощью ремня. Применение ременной передачи, с одной стороны, позволяло приводить быстроходный генератор (1000 об/мин и больше) от сравнительно тихоходных паровых машин (до 200 об/мин), но, с другой стороны, требовало установки генератора на салазках, которые допускали его перемещение для увеличения натяжения ремня.

Первые блок-станции были построены в Париже для питания свечей Яблочкова, установленных на улице Оперы. В России подобного рода установкой освещался Литейный мост в Петербурге (1879 г.).

Однако блок-станции существовали недолго. Идея централизованного производства электроэнергии была настолько экономически целесообразной и настолько соответствовала основному направлению промышленного развития, что первые центральные электростанции появились уже в начале 1880-х гг., устранив блок-станции.

Появление системы трехфазного тока послужило мощным импульсом широкого использования электрической энергии в промышленности вместо пара, воды и сжатого воздуха. Горная промышленность - фактически первая отрасль, где было положено начало практическому применению электрической энергии. В России в горной промышленности электроустановки появились в 1888 г. Они состояли из небольших генераторов постоянного тока с паровым приводом, служивших главным образом для освещения и питания двигателей подъемных установок и водоотлива. Уже в 1900 г. на I Всероссийском электротехническом съезде сообщалось о применении электрической энергии на Зыряновских свинцово-серебряных рудниках Алтая, Брянских угольных копях Донбасса и Кизеловских угольных копях Урала.

Первая промышленная электростанция в Сибири была создана на Алтае. Она была построена под руководством горного инженера Н.Н. Кокшарова летом 1892 г. на Зыряновском руднике. Отсутствие вблизи предприятия топливных ресурсов подтолкнуло воспользоваться энергией р. Березовка, на которой построили ГЭС мощностью 150 кВт. В связи с тем что расход воды резко колебался, недалеко от Зыряновска на канале, подводящем воду к станции, создали водохранилище. Электроэнергия использовалась для шахтного водоотлива, электрифицировали рудодробилку, канатную железную дорогу, электролитическую фабрику, производственные помещения и жилые постройки. Это позволило в первый же год снизить эксплуатационные расходы на водоотлив почти в вдвое.

Вслед за рудным Алтаем электрическая энергия стала использоваться на Ленских приисках. 18 сентября 1896 г. дала ток ГЭС на р. Ныгри (Павловский прииск), мощность которой была 300 кВт трехфазного переменного тока. Генераторное напряжение станции трансформировалось со 150 до 10 000 В и передавалось на отдельные прииски по ЛЭП длиной около 20 км, где вновь трансформировалось до напряжения 260 В. Промышленная нагрузка – асинхронные двигатели приисков. В 1898 г. на р. Бодайбо построили ГЭС мощностью 430 кВт, к 1915 г. образовался первый каскад ГЭС с установленной мощностью 2800 кВт. Общая мощность всех гидростанций России в то время исчислялась в 19 тыс. кВт. Успешно применялось электроперфораторное бурение и электропаровое оттаивание грунтов. На приисках работало до 100 электродвигателей, а для освещения горных работ и зданий использовалось почти 20 тыс. электрических лампочек.

В енисейской золотопромышленности электроэнергия использовалась недостаточно. На приисках Мариинской тайги в 1902–1903 гг. успешно применялось электроперфораторное бурение. Работала электростанция мощностью 600 кВт. На отдельных приисках на драгах имелись динамомашины по 4–5 кВт и небольшие установки для освещения административных зданий. В Северо-Енисейском горном округе насчитывалось свыше десятка таких электростанций средней мощностью дл 3 кВт. В Хакасском каменноугольном районе была единственная динамомашина мощностью 19 кВт.

2.3.2. Современные источники питания

Тепловые электростанции. Основную функцию а энергетическом балансе страны выполняют тепловые электростанции - ТЭС, ГРЭС (государственная районная электростанция), сооружаемые в районах, где имеется дешевое природное топливо: торф, сланец, бурый уголь, природный газ [2]. ТЭС называют конденсационными (КЭС), если они вырабатывают только электроэнергию, а отработавший пар направляется в конденсаторы, где скрытая теплота парообразования теряется в охлаждавшей воде. ТЭС, вырабатывающие в процессе комбинированного энергопроизводства как электрическую, так и тепловую энергию (в виде пара и горячей воды), называют теплоэлектроцентралями (ТЭЦ). Коэффициент полезного действия ТЭЦ примерно в два раза выше, чем у КЭС. В настоящее время на долю ТЭС приходится примерно 80 % вырабатываемой в стране электроэнергии и 40 % тепловой энергии.

Тепловые электростанции состоят из следующих основных узлов (рис. 2.2).

Котельная установка (реактор) служит для выработки пара из воды за счет использования тепла топлива. В котельную установку входит топка, где происходит сжигание топлива, и паровой котел. Кроме этого, в нее входит пароперегреватель, экономайзер (для подогрева питательной воды), воздухоподогреватель (для подогрева воздуха для топки). Котельная установка имеет и вспомогательное оборудование: тягодувное устройство естественное (в виде высокой трубы) или искусственное (дутьевые вентиляторы); золоуловители (фильтры); систему водоподготовки (очистка воды).

Паровая турбина (рис. 2.3) состоит из вала, на котором прочно насажены диски. На ободах этих дисков закреплены особо изогнутые рабочие лопатки. Вал вращается на подшипниках. Пар из котла по соплам поступает на рабочие лопатки турбины и заставляет вал турбины вращаться. Выходя из пространства турбины, пар конденсируется, чтобы создать больший перепад давления, ускорить протекание пара и повысить эффективность цикла. Давление уменьшается со 100 до 0,4 атм.

Электрогенератор вырабатывает электрическую энергию, которая поступает на преобразовательную подстанцию. Его ротор находится на одном валу с турбиной.

Технологическая схема КЭС (рис. 2.4), включает в себя:

– топливное хозяйство 1 и топливоподачу 2, где топливо проходит специальную подготовку. Например, уголь дробится, сушится и измельчается в пыль;

– котел и воздуходувку. В котле 3 происходит сгорание топлива и нагревание теплоносителя – воды, проходящей по трубам через топку;

– наряду с воздухом в котел поступает воздух, подаваемый специальным насосом – воздуходувкой 5;