В последнее время электростанции достигли большого совершенства, особенно после того, как западные электрические компании применили котлы со сверхвысоким давлением (до 400 ати). Такое давление, при котором температура пара достигает 1170°С, еще не применялось нигде в мире. Это был мировой рекорд. Конечно, котлы, применяемые для железнодорожных электростанций, не будут иметь таких давлений и температур, создающих большой технико-экономический эффект. Несмотря на это, прогрессивные достижения крупных электростанций, при которых резко снизилась себестоимость электрической энергии, оказали большое влияние на развитие железнодорожных электростанций.
Стоимость электроэнергии, вырабатываемой железнодорожными электростанциями, часто бывает дороже электроэнергии, получаемой со стороны от коммерческих предприятий. Однако специфические требования на пар, сжатый воздух и горячую воду, а также дополнительные требования к электроэнергии для вспомогательных устройств локомотивных депо и мастерских делают электростанции одними из важнейших объектов в железнодорожном хозяйстве.
Реконструкция старых электростанций и котельных.
Многие существующие электростанции на железных дорогах были запроектированы и построены в первой четверти текущего века. Они не раз подвергались значительной реконструкции, чтобы приспособиться к низкосортным мелким углям, дизельному топливу и газу, а в некоторых случаях сразу к трем видам этого топлива. Вместо существующего оборудования или дополнительно к нему начали устанавливать более совершенное оборудование, например различные устройства для автоматической подачи угля в топки котлов, автоматические приспособления для уборки золы, устройства для улавливания зольной пыли в тех местах, где не разрешается ее выпуск в воздух, дымососы, начали вводить предварительную обработку воды для питания котлов и т. д. Требуемые для этого капиталовложения себя оправдывали, потому что себестоимость вырабатываемой энергии становилась меньше, приближаясь к себестоимости энергии, вырабатываемой большими промышленными электростанциями.
Атомные электростанции.
Дальнейшее направление в развитии железнодорожных электростанций намечается по пути строительства атомных электростанций. Несколько таких электростанций, находящихся в процессе строительства, во всех случаях имеют атомный реактор, который выделяет большое количество тепла, идущего для нагревания паровых котлов. Применяются реакторы, известные под названием урановых конверторов, с водой под высоким давлением. На всех атомных электростанциях реакторы и все вспомогательные устройства закрыты толстым слоем бетона. Пар из котлов приводит в действие турбогенераторы. В настоящее время в железнодорожном хозяйстве изучаются возможности выработки дешевой электроэнергии от атомных электростанций для электрификации железных дорог. Один из выступавших на собрании Ассоциации американских инженеров железных дорог по вопросам атомной энергии указывал, что это вполне возможно, поскольку железнодорожное хозяйство потребляет около 8% всей вырабатываемой в стране энергии.
Небольшие автоматические электростанции.
Дополнительно к большим электростанциям, которые имеются на железных дорогах, существует много небольших силовых установок, расположенных на отдаленных конечных станциях, на небольших пассажирских и грузовых станциях и даже в зданиях контор. Такие небольшие силовые установки представляют собой самые разнообразные типы оборудования, в том числе водоподогреватели, насосы и др. Короткая рабочая неделя и увеличившаяся стоимость рабочей силы заставили дороги переходить на автоматизацию этого оборудования. Широкое распространение получили электростанции секционного типа, аналогичные электростанциям, которые применяются на тепловозах и электровозах.
Выбор места для постройки электростанций и их проектирование.
Опыт реконструкции существующих электростанций и постройки новых показал необходимость предварительных тщательных обследований и изысканий. Основным требованием к электростанциям является их расположение возможно ближе к центру наибольшего потребления электроэнергии и пара мастерскими и другими станционными потребителями. Кроме того, при выборе местоположения электростанций должно учитываться, что бесперебойная работа электростанций должна обеспечивать нормальную работу всех служб, особенно во время непредвиденных происшествий и аварий.
Изыскания.
Перед проектированием электростанций должны быть произведены изыскания с выявлением всех потребителей пара, горячей воды и электроэнергии. Должны быть проанализированы технологические процессы работ потребителей и возможности перехода от паровой энергии к более прогрессивной — электрической. При изысканиях должно быть определено предполагаемое к установке оборудование, выявлено, на каком давлении и при каком перегреве будут работать паровые котлы и какое наиболее выгодное обратное давление пара. Прежде чем принять окончательное решение по постройке электростанций, должны быть проанализированы различные варианты тепловых балансов в сопоставлении с ориентировочной стоимостью капиталовложений.
Современные паровые котлы с высоким давлением пара и высокоэкономичные турбогенераторы обычно сами предопределяют выбор электротяговых моторов для такого вспомогательного оборудования, как насосы, воздушные компрессоры, дымососы, устройства для питания котлов топливом и т. д.
Электростанции не могут быть запроектированы до тех пор, пока детально не изучены существующие и перспективные возможности снабжения их топливом, потому что только на основании таких данных могут быть правильно выбраны конструкции топок.
Эти данные необходимы при проектировании любых силовых установок и особенно при проектировании электростанций на железных дорогах. Уголь является одним из основных грузов, который перевозится по железным дорогам. На большинстве дорог грузопотоки угля зарождаются на этих же дорогах.
При изысканиях должны быть учтены не только перспективы получения угля собственными средствами, если такие возможности имеются, но и завоз угля с других дорог. Также должны быть выяснены производственные возможности угольных компаний даже в отношении низкосортных углей, включая такие низкосортные угли, которые сейчас идут в отвал. На большинстве дорог имеются месторождения с большими запасами бурых углей, которые также должны учитываться при изысканиях.
При необходимости установки турбин следует предусматривать выявление соответствующих постоянных источников водоснабжения для охлаждения конденсационных устройств. Для этой же цели могут быть использованы градирни и брызгальные бассейны. При проектировании конденсационных устройств следует учитывать периоды жаркой погоды и возможности использования загрязненных вод, так как при этих условиях конденсационные трубы могут заполняться водорослями и грязью. Для борьбы с появлением водорослей наиболее эффективным мероприятием является хлорирование воды.
При изысканиях следует учитывать все возрастающие требования по искусственному кондиционированию воздуха в больших станционных помещениях, конторах и мастерских. Основными факторами, влияющими на проектирование электростанций, являются потребности в энергии и требуемое количество воды для охлаждения конденсационных установок.
При проектировании следует учитывать успехи в развитии газовых турбин. Такие турбины на угольном топливе применяются на локомотивах. Также с успехом применяются газовые турбины на других видах топлива. Отработавшие газы газовых турбин в случае необходимости могут быть использованы для нагревания паровых котлов, чтобы получить дешевый пар. Создатели газовых турбин на угольном топливе применяли такое дешевое топливо, как угольная пыль.
Дизельные электрические станции
При расширении или реконструкции существующих электростанций должны быть изучены возможности дополнительной установки, если это необходимо, дизельных электростанций. Железные дороги эксплуатируют большое количество тепловозов и поэтому хорошо знакомы с таким оборудованием. На многих станциях работают дизельные электростанции мощностью свыше 3 500 л. с. По этим станциям имеются данные о себестоимости вырабатываемой ими электроэнергии. На большинстве таких станций паровое оборудование играет совершенно незначительную роль по сравнению с дизельным оборудованием, для которого характерна низкая себестоимость вырабатываемой электроэнергии.
На одной дороге паровой котел на жидком топливе установлен в вагоне. Эта передвижная котельная установка применялась для питания паром свайных молотов, а также использовалась для отопления поезда, состоящего из 18 вагонов. Котел имел производительность от 0,4 до 2.5 т пара в час с давлением от 5 до 21 ати. Цистерна для жидкого топлива имела емкость 10 м3, цистерна для воды — 50 м3.
Передвижные котельные установки могут быть использованы для различных целей, особенно широкое применение они могут найти во время аварий дизельных и паровых электростанций.