Как производят и передают электроэнергию: от электростанций до дома

История мировой электроэнергетики

Электроэнергетика является стратегической отраслью экономической системы любого государства. История возникновения и развития ЭЭ восходит к концу 19 века. Предтечей возникновения промышленной энергетики было открытие фундаментальных законов природы и свойств электрического тока.

Отправной точкой, когда зародилось производство и передача электроэнергии, считается 1892 год. Именно тогда была построена первая электростанция в Нью-Йорке под руководством Томаса Эдисона. Станция стала источником электрического тока для ламп уличного освещения. Это был первый опыт преобразования тепловой энергии от сжигания угля в электрическую.

С тех пор началась эпоха массового строительства тепловых электростанций (ТЭС), работающих на твердом топливе — энергетическом угле. С развитием нефтяной промышленности появились огромные запасы мазута, которые образовались в результате переработки нефтепродуктов. Разработаны технологии получения носителя тепловой энергии (пара) при сжигании мазута.

С тридцатых годов прошлого века широкое распространение получили гидроэлектростанции (ГЭС). Предприятия стали использовать энергию падающих потоков воды из рек и водохранилищ.

В 1970-е годы началось бурное строительство атомных электростанций (АЭС). В то же время стали разрабатываться и внедряться альтернативные источники электроэнергии: это ветрогенераторы, солнечные батареи, щелочно-кислотные геостанции. Появились мини-установки, использующие тепло для выработки электроэнергии в результате химических процессов разложения навоза и бытовых отходов.

Откуда берется электричество?

Электростанции классифицируются по источнику первичной энергии, которая участвует в производстве электроэнергии. Для этого человек приспособил силы природы и разработал технологии для передачи энергетического потенциала горючих соединений на проводную связь в виде электрического тока.

На службу техническому прогрессу призваны: реки, ветер, приливы и отливы, солнечный свет, а также топливо, невозобновляемые ресурсы.

В крупных промышленных масштабах электроэнергию получают на электростанциях следующих типов:

• гидроэлектростанции (ГРЭС);
• тепловые (тепловые электростанции, в том числе тепловые электростанции — теплоэлектроцентрали);
• атомная (АЭС или АТЭС).

Благодаря развитию технологий увеличивается количество электростанций, использующих альтернативные источники энергии. К ним относятся приливные, ветровые, солнечные, геотермальные электростанции.

В отдельную категорию можно выделить комплексные автономные решения, состоящие из нескольких газотурбинных или дизельных генераторов, которые объединяются для обеспечения высокой производительности.

История российской электроэнергетики

Лучше проверить сейчас, чем платить потом

Мощной движущей силой развития производства электроэнергии явилось принятие молодым государством СССР плана ГОЭЛРО в 1920 г. Было решено построить в течение 15 лет 10 электростанций общей мощностью 640 тыс кВт. Однако в 1935 г было введено в эксплуатацию 40 ГРЭС. Была создана мощная база индустриализации России и союзных республик.

В 1930-е годы на территории Советского Союза началось массовое строительство гидроэлектростанций (ГЭС). Были освоены реки Сибири. Знаменитый Днепрогэс был построен в Украине. В послевоенные годы государство уделяло внимание строительству гидроэлектростанций.

Важно! Появление дешевой электроэнергии в России решило проблему городского транспорта в крупных областных центрах. Трамваи и троллейбусы не только стали экономическим стимулом использования электроэнергии на транспорте, но и обеспечили значительное сокращение потребления жидкого топлива. Дешевый энергоресурс привел к появлению на железных дорогах электровозов.

В 1970-е годы в результате мирового энергетического кризиса произошел резкий рост цен на нефть. В России начал реализовываться план развития атомной энергетики. Практически во всех республиках Советского Союза начали строить атомные электростанции. Сегодняшняя Россия стала лидером в этой области. В настоящее время в России действует 21 атомная электростанция.

Основные технологические процессы в электроэнергетике

Многотарифные счетчики

Производство электроэнергии в России базируется на трех столпах энергетической системы. Это атомная энергетика, тепловая энергетика и гидроэнергетика.

Три вида производства электроэнергии

ТЭС	Уголь, мазут	Получение пара от сгорания топлива, приводящего в действие турбогенераторы
Гидроэлектростанция	Потенциальная энергия потока воды	Движение турбин под давлением воды
АЭС	Ядра урана	Извлечение пара из тепла ядерной реакции. Энергия пара приводит в движение паровые турбины генератора

Отрасли промышленности электроэнергетики

Как опломбировать счетчик электроэнергии

Перечень промышленных источников производства электроэнергии состоит из 4 секторов энергетики:

• атомный;
• термальный;
• гидроэнергетика;
• вариант.

Атомная энергетика

Эта отрасль производства энергии на сегодняшний день является наиболее эффективным способом получения электроэнергии посредством ядерной реакции. Для этого используется очищенный уран. Сердце станции — ядерный реактор.

Источниками тепла являются ТВЭЛы (твэлы). Представляют собой тонкие длинные циркониевые трубки, в которых размещены урановые таблетки, объединенные в группы — ТВС (ТВС). Они загружают корпус реактора, в корпусе которого размещены трубы с водой. При ядерном разложении урана выделяется тепло, которое нагревает воду в первом контуре до 3200.

Пар поступает на лопатки турбин, которые вращают генераторы. Электроэнергия через трансформаторы поступает в общую энергосистему.

Примечание! В память о чернобыльской трагедии ученые всего мира совершенствуют систему безопасности атомных электростанций. Последние разработки в атомной энергетике обеспечивают почти 100% безопасность АЭС.

Тепловая энергетика

Тепловые электростанции работают по принципу сжигания природного топлива: угля, газа и мазута. Вода, проходя по трубопроводам через котлы, превращается в пар и далее подается на лопатки турбин генераторов.

Дополнительная информация. За 4 года работы группы твэлов вырабатывается такое количество электроэнергии, что ТЭЦ должна сжечь 730 газовых цистерн, 600 угольных вагонов или 900 нефтяных танкеров.

Кроме того, тепловые электростанции ухудшают экологическую обстановку в районах, где они расположены. Продукты сгорания топлива загрязняют атмосферу. Только станции, работающие на газотурбинных установках, соответствуют требованиям по экологической чистоте.

Гидроэнергетика

Примерами эффективного использования гидроэнергетики являются Асуанская, Саяно-Шушенская ГЭС и др. наиболее экологически чистые электростанции, использующие кинетическую энергию движения воды, не производят вредных выбросов в окружающую среду.

Однако массовое строительство гидротехнических сооружений ограничено стечением обстоятельств. Это наличие определенного количества естественного стока воды, особенность местности и многое другое.

Гидроэлектростанция

Альтернативная энергетика

Научно-техническая революция не останавливается ни на минуту. Каждый день приносит инновации для получения электроэнергии. Любознательные умы постоянно находятся в поиске новых технологий производства электроэнергии, которые служат альтернативой традиционным способам производства электроэнергии.

Следует упомянуть о ветрогенераторах, приливных станциях в море и солнечных батареях. Наряду с этим появились устройства, вырабатывающие электрический ток, используя теплоту разложения бытовых отходов, продуктов жизнедеятельности крупного рогатого скота.

Существуют устройства, использующие разницу температур разных слоев почвы, щелочную и кислую среду почвы на разных уровнях. У альтернативных источников электроэнергии есть одна общая черта – это несовместимость количества вырабатываемой энергии с объемами электроэнергии, получаемой традиционными способами (АЭС, ТЭС и ГЭС).

Передача и распределение электрической энергии

Независимо от конструкции электростанций энергия подается в единую энергосистему страны. Передаваемая мощность доставляется на распределительные станции, откуда доходит до самих потребителей. Передача электроэнергии от производителей осуществляется самолетом по линиям электропередач. На коротких расстояниях ток течет по кабелю, проложенному под землей.

Производство электроэнергии

• Невозобновляемые источники энергии:
  • Тепловая генерация.
• Возобновляемые источники энергии:
  • Гидрирование.
  • Генерация ветра.
  • Солнечная генерация.
  • Геотермальная генерация.

Электрическая энергия по большей части вырабатывается за счет механической энергии вращения турбины. Единственная разница в том, как эта турбина приводится в действие.

Производство электроэнергии можно разделить по способам ее получения на 2 основных вида: из невозобновляемых источников энергии (с использованием в качестве топлива таких сырьевых материалов, как природный газ, уголь, мазут или дизельное топливо) и из возобновляемых источников энергии, где вода, ветер, солнце и т.

Есть еще атомная энергетика, где ядерная энергия, высвобождающаяся при делении атомов, используется как источник электричества. Подробно этот тип рассматривать не будем, поскольку в России все атомные электростанции (АЭС) принадлежат государственной компании «Росатом», акции которой не котируются на Московской бирже.

Тепловая генерация

Производство электроэнергии из невозобновляемых источников включает тепловое производство. Электроэнергия вырабатывается тепловыми электростанциями (ТЭС), которые бывают двух типов: конденсационные (КЭС) и когенерационные (ТЭЦ).

Принцип работы тот же, с той лишь разницей, что КЭС производят в основном электроэнергию, а когенерационные установки производят еще и тепловую энергию, которая используется для отопления и горячего водоснабжения. КЭС называется ГРЭС — ГРЭС, которую часто можно спутать с гидроэлектростанцией — гидроэлектростанцией, о них пойдет речь в другой части статьи.

На данный момент тепловая генерация является наиболее популярным способом выработки электроэнергии основными генерирующими компаниями, торгующимися на Московской бирже (Интер РАО, РусГидро, Юнипро, Мосэнерго, ОГК-2, ТГК-1), Энел Россия»).

На снимке график работы компании «Мосэнерго»:

При тепловой генерации, как следует из названия, турбина приводится в действие тепловой энергией в виде пара, которая образуется в результате сжигания ископаемого топлива.

Более подробная схема работы ТЭЦ Мосэнерго представлена ​​на картинке:

Подробнее о принципе работы ТЭЦ вы можете узнать из короткого познавательного видео:

Все больше компаний, акции которых торгуются на Московской бирже, переходят на газ на своих ТЭС как на более экологически чистое топливо, постепенно отказываясь от угля и других видов топлива. Это важно, поскольку львиную долю затрат компаний-производителей составляет топливообеспечение, которое формируется в зависимости от цен, в основном на газ.

В то время как ТЭЦ производит электроэнергию и тепло, котельные производят только тепловую энергию, которая направляется потребителям на отопление помещений и горячее водоснабжение.

Принцип работы котельной Мосэнерго показан на рисунке:

Котельные существенно уступают по энергоэффективности ТЭЦ, которая также вырабатывает электроэнергию. Поэтому компании, у которых еще есть котельные, постепенно отказываются от них, перенаправляя нагрузку на ТЭЦ, что повышает эффективность и экономит топливо.

Перейдем к рассмотрению производства электроэнергии благодаря возобновляемым источникам энергии. Так называемая «зеленая» энергия вырабатывается за счет постоянно возобновляемых или неисчерпаемых по человеческим меркам ресурсов. Это может быть поток воды, ветра, солнечного света или тепловой энергии в недрах Земли.

Гидрогенерация

На гидроэлектростанциях (ГЭС) поток воды вращает турбину. Плотина обычно строится, чтобы перекрыть реку. В месте перекрытия образуется резервуар. Плотина имеет специальные водозаборные отверстия, через которые вода по трубам поступает к турбине, вращает ее и продолжает свой путь обратно в русло реки, находящееся ниже уровня водохранилища.

Вращающаяся турбина приводит в действие генератор, который непосредственно вырабатывает электричество. Таким образом, энергия водного потока преобразуется в электрическую энергию.

План эксплуатации гидроэлектростанции (ГЭС):

На динамику выработки гидроэлектроэнергии влияет уровень воды в водохранилищах. Чем он выше, тем больше выход.

Из плюсов стоит отметить дешевизну электроэнергии по сравнению с тепловой выработкой.

В России «РусГидро» — явный лидер в гидрогенерации».

Читайте также: Что такое инвертор: принцип работы, разновидности и области применения

Ветряная генерация

В ветряных электростанциях (ВЭС) турбину приводит в движение ветер. Ветроэлектростанция — это ветряная электростанция, состоящая из нескольких ветряных турбин. Принцип работы прост: ветер вращает лопасти, которые подключены к генератору, вырабатывающему электричество. Необходимая скорость ветра для размещения ветропарка – от 4,5 м/с.

Так как скорость ветра увеличивается с высотой, ветропарки стараются строить на холме, а сами ветряки высотой 30-60 метров.

Схема ветрогенератора:

На российском рынке «Энел Россия» делает ставку на ветроэнергетику и активно развивает это направление».

Следующие виды производства электроэнергии не получили широкого распространения в российской энергетике.

Солнечная генерация

Солнечные электростанции (СЭС) состоят из большого количества солнечных панелей, чаще всего фотоэлемента, представляющего собой полупроводниковое устройство, преобразующее солнечную энергию в электрическую.

Отличительной особенностью от других видов производства является еще один принцип преобразования энергии без использования турбин. Из недостатков следует отметить зависимость от погодных условий и времени суток, сезонные колебания в средних и высоких широтах, необходимость использования достаточно большой площади.

В России солнечную генерацию использует РусГидро».

Геотермальная генерация

На геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) электрическая энергия вырабатывается из тепловой энергии недр земли. Принцип работы аналогичен тепловым электростанциям, но нет необходимости сжигать топливо, потому что тепло уже доступно в виде пара или горячей воды благодаря гейзерам.

В России ГеоТЭС расположены в Камчатском крае и принадлежат ПАО «Камчатскэнерго», входящему в Группу РусГидро».

Основным видом производства энергии является тепловое производство. Гидропроизводство представлено двумя компаниями: РусГидро, где гидрогенерация составляет более 77% от общей мощности, и ТГК-1, где гидрогенерация составляет более 41%.

Ветроэнергетика используется Интер РАО, но в краткосрочной перспективе Энел Россия вырвется вперед, так как в 2021 году будет введена в эксплуатацию Азовская ВЭС мощностью 90 МВт, а в ближайшие 3-4 года планируется завершить строительство еще 2-х ветропарков общей мощностью 272 МВт.

Потребление электрической энергии

С приходом новых промышленных объектов, вводом в эксплуатацию жилых комплексов и гражданских зданий потребление электроэнергии увеличивается с каждым днем. Практически каждый год в России вводятся в строй новые электростанции, либо действующие предприятия пополняются новыми энергоблоками.

Виды деятельности в электроэнергетике

Электроэнергетические компании занимаются бесперебойным обеспечением электроэнергией каждого потребителя. В энергетике уровень занятости превышает этот показатель по некоторым ведущим отраслям народного хозяйства государства.

Оперативно-диспетчерское управление

TAC играет решающую роль в перераспределении потоков энергии в среде с меняющимся уровнем потребления. Услуги по передаче направлены на передачу электроэнергии от производителя к потребителю в безаварийном режиме. При авариях или неисправностях в ЛЭП ОДУ выполняют задачи оперативного штаба по оперативному устранению этих недостатков.

Энергосбыт

Тарифы на оплату потребления электроэнергии включают стоимость излишков энергокомпаниям. За правильностью и своевременностью оплаты потребленных услуг следит служба — Энергосбыт. От этого зависит финансовая поддержка всей энергосистемы страны. На неплательщиков налагаются штрафы, вплоть до отключения электроснабжения потребителя.

Энергетическая система – это кровеносная система отдельного организма в государстве. Производство электроэнергии является стратегической сферой обеспечения существования и развития экономики страны.

География реализованных проектов