Электротехнический-портал.рф

Электроэнергетика занимается производством электрической энер­гии, ее транспортировкой и распределением с помощью линий электро­передач. Энергия производится на электро­станциях разных типов, на некоторых станциях вместе с электрической производится также тепловая энергия. В России электроэнергия произ­водится на электростанциях трех основных типов: тепловых (ТЭС), гидравлических (ГЭС) и атомных (АЭС). По производству электроэнер­гии Россия занимает четвертое место в мире после США, Японии и Китая. Структура производства энергии по типам станций показано на рис. 1

Рис. 1 Доля различных электростанций по России на 2002г.

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях: тепловых, гидравлических, атомных, солнечных, геотермальных, ветряных и др. В  нашей  стране  производится  и  потребляется огромное  количество  электроэнергии.  Она  почти полностью  вырабатывается  тремя  основными  типами  электростанций:  тепловыми,  атомными  и гидроэлектростанциями.

Практически на всех электростанциях, имеющих промышленное значение, используется следующая схема: энергия первичного энергоносителя с помощью специального устройства преобразовывается вначале в механическую энергию вращательного движения, которая передается в специальную электрическую машину — генератор, где вырабатывается электрический ток.

Ведущую роль в электроэнергетике России играют тепловые электростанции (ТЭС). Они вырабатывают сейчас около 2/3 всей электроэнергии в стране. Наибольшее распространение получили ТЭС с паровыми, газотурбинными и парогазовыми установками.

Тепловые электростанции требуют огромного количества органического топлива (до 5 млрд. в год), запасы же его сокращаются, а стоимость постоянно возрастает из-за все усложняющихся условий добычи и дальности перевозок. Так для ТЭЦ, расположенных на европейской части, привозится около 2/3 потребляемого топлива, а транспортировка топлива обходится значительно дороже передачи электроэнергии.

ТЭС строятся с относительно небольшими затратами и быстро как возле месторождений топливных ресурсов, так и возле крупных центров потребления энергии. Но они тре­буют для своего обслуживания значительного количества персонала, довольно плохо регулируются, в больших масштабах сжигают исчерпаемые и невозобновимые виды минерального топлива—уголь, газ, мазут, торф, сланцы. Коэффициент использования топлива в них довольно низок (не более 40%), а объемы отходов, загрязняющих окружающую среду, велики. Максимальный экологический вред наносят ТЭС, работающие на высокозольном буром угле, наименьший — работающие на газе.

Первая разновидность ТЭС — конденсационные станции. В них сжигается минеральное топливо, за счет чего в котлах нагревается вода, превращающаяся в пар. Пар проходит через турбины, вырабатывая электроэнергию, а затем он конденсируется и вновь поступает в котел. Самые мощные конденсационные станции называются ГРЭС — государ­ственные районные электростанции. В европейской части России ГРЭС работают в основном на газе и мазуте, а в азиатской — на угле.

Вторая разновидность ТЭС — теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Они вырабатывают электроэнергию и тепло. За счет этого коэффициент использования топлива выше, но строятся они только возле потребителя, так как тепло можно передавать лишь на небольшие расстояния. Как правило, мощность ТЭЦ намного меньше, чем у ГРЭС. Самый мощный узел ТЭЦ в России расположен в Москве и ее окрестностях.

Комплексы тепловых электростанций, работающие на углях одного месторождения, получили название топливно-энергетических комплексов. Экономические, технико-экономические и экологические факторы не позволяют считать тепловые электростанции перспективным способом получения электроэнергии.

Гидроэнергетические установки (ГЭС) являются самыми экономичными. Их к. п. д. достигает 93 %, а стоимость одного кВт-ч в 5...6 раз дешевле, чем при других способах получения электроэнергии. Они используют неисчерпаемый бесплатный источник энергии, обслуживаются минимальным количеством работ­ников, хорошо регулируются. По величине и мощности отдельных гидростанций и агрегатов наша страна занимает ведущее положение в мире.

Но ГЭС имеют и ряд недостатков: Темпы развития сдерживают значительные затраты и сроки строительства, обусловленные удаленностью мест строительства ГЭС от крупных городов, отсутствие дорог, трудные условия строительства, подвержены влиянию сезонности режима рек, водохранилищами затапливаются большие площади ценных приречных земель, крупные водохранилища негативно воздействуют на экологическую ситуацию, мощные ГЭС могут быть пострены только в местах наличия соответствующих ресурсов.

Гидроэнергетические установки подразделяются на: гидроэлектростанции, использующие энергию рек (ГЭС); приливные электростанции, использующие энергию приливов и отливов морей и океанов (ПЭС); гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), способные накапливать и использовать энергию искусственных водоемов и озер.

ГЭС предусматривает строительство плотины, перегораживающей русло реки. Плотина позволяет накопить в водохранилище воду и создать, таким образом, напор воды, необходимый для работы гидротурбины.

ПЭС использует энергию приливов и отливов волны, образующейся в морях и океанах в результате сил притяжения, действующих между Землей, Луной и Солнцем. Недостатком ПЭС является большая стоимость их сооружения, а работают они только во время прилива и отлива.

ГАЭС используют гидравлическую энергию, которую они сами накапливают, аккумулируют, перекачивая воду в специальный бассейн, и в необходимое время преобразовывают ее в электрическую, чем уменьшают или снимают кратковременные пиковые нагрузки. Кратковременность работы объясняется сравнительно небольшими объемами бассейнов.

Говоря о преимуществе ГЭС, не следует забывать о том, что она находится в сложном взаимодействии с другими потребителями и пользователями воды: водным транспортом, ирригацией, водоснабжением, рыбным хозяйством. Возникает много экологических вопросов.

Атомные электростанции (АЭС) работают по одному принципу с тепловыми электростанциями, т. е. происходит преобразование тепловой энергии пара в механическую энергию вращения вала турбины, которая приводит в действие генератор, где механическая энергия преобразовывается в электрическую.

АЭС вырабатывают 16% электроэнергии в стране. Главное достоинство АЭС—небольшое количество используемого топлива (1 кг обогащенного урана заменяет 2,5 тыс. т угля), вследствие чего АЭС могут быть построены в любых энергодефицитных районах. К тому же запасы урана на Земле превышают запасы традици­онного минерального топлива, а при безаварийной работе АЭС незначительно воздействуют на окружающую среду.

Главным недостатком АЭС является возможность аварий с катастрофическими последствиями, для предотвращения которых требуются серьезные меры безопасности. Кроме того, АЭС плохо регулируются (для их полной остановки или включения требуется несколько недель), не разработаны технологии переработки радиоактивных отходов.

Атомная энергетика выросла в одну из ведущих отраслей народного хозяйства и продолжает быстро развиваться, обеспечивая безопасность и экологическую чистоту

Для увеличения надежности поставок электроэнергии большое количество станций и потребителей объединяют в энергосистемы. Системы позволяют также оптимально сочетать электростанции разных типов. АЭС в них всегда работают на полную мощность, ТЭС работают на полную мощность в зимний период и частично—летом, а ГЭС вклю­чаются для покрытия суточных пиков нагрузки. Станции почти всей европейской части страны (кроме крайнего северо-востока) и юга азиат­ской части вплоть до Байкала объединены в Единую энергосистему России. Эта система позволяет также перебрасывать энергию на боль­шие расстояния, используя разницу во времени и в уровне развития элек­троэнергетики. Из наиболее энергоизбыточного Восточно-Сибирского района энергия передается на Урал ив другие западные районы страны. В северных и восточных регионах России работают изолированные энергосистемы, состоящие преимущественно из ТЭС и сильно завися­щие от регулярности поставок топлива. Поэтому для многих восточных регионов страны (Приморский край и др.) в 90-е годы стали характерными энергетические кризисы с отключениями потребителей.

Динамика производства энергии разными типами электростанций представлена в таблице 1.

Таблица 1.

В условиях истощения топливных ресурсов все большее внимание привлекается к использованию возбновляемых источников энергии. Возобновляемая энергия привлекает и своей экологической чистотой: ее использование до минимума сводит вредное влияние на окружающую среду.

Для нужд народного хозяйства намечается широкое использование таких нетрадиционных источников энергии, как солнечная, геотермальная, ветровая, приливов морей и океанов, биомассы.

Их ресурсы неисчерпаемы, так как рождаются эти виды энергии силами непрерывных процессов природы и постоянно возобновляются. Солнечная энергия, поступающая только на поверхность суши, более чем в 15...20 раз превышает существующее сейчас потребление энергии во всем мире. В нашей стране наиболее благоприятные условия для размещения солнечных станций в республиках Средней Азии, южных районах Казахстана, в Закавказье и Забайкалье.

Солнечные электростанции (СЭС) развиваются в двух направлениях: машинном (генераторном) и безмашинном. При машинном способе получения электроэнергии используется солнечный парогенератор, который через турбину приводит в действие генератор электрического тока, вырабатывающий электроэнергию. Первая солнечная электростанция в нашей стране построена на территории Крыма. Ее первая очередь (СЭС-5) мощностью 5 тыс. кВт введена в эксплуатацию. Солнечный парогенератор Крымской СЭС расположен на башне высотой 70 м. На Земле установлены здание электростанции, зеркальные гелиостаты, оборудованные автоматической системой наблюдения за положением Солнца на небосводе. Солнечные лучи, отраженные от зеркал гелиостатов, концентрируются на парогенераторе и нагревают циркулирующую в нем воду до температуры 250 °С при давлении 4 МПа, благодаря чему приводятся в действие турбины, связанные с генераторами электрической энергии. На электростанции предусмотрена возможность аккумуляции тепла, что позволяет обеспечивать работу турбины в облачную погоду и ночью. Ежегодная выработка около 6 млн. кВт-ч электроэнергии позволяет СЭС-5 сберечь до 2 тыс. т условного топлива. Основным недостатком СЭС является их большая стоимость.

Особый интерес проявляется, прежде всего, к геотермальной энергии, имеющей естественный выход на поверхность земли в виде горячей воды и пара. В нашей стране к числу наиболее перспективных геотермальных районов относятся обширные территории на Камчатке, Сахалине, Северном Кавказе, Закавказье, в Крыму, на Западной Украине и Курильских островах. На Камчатке уже действует первая в стране Паужетская парогидротермальная электростанция (ГеоТЭС) мощностью 11 тыс. кВт. На очереди строительство Мутновской ГеоТЭС, которая будет вырабатывать электроэнергию уже в промышленных масштабах. Проектная мощность этой электростанции 200 тыс. кВт, она будет крупнейшей в мире среди ГеоТЭС. Обратная закачка отработанных геотермальных вод в подземные пласты делает ГеоТЭС экологически безвредной, что имеет большое значение для нормальной жизни многочисленных рек Камчатки, богатых ценными породами рыбы.

Широкие перспективы открывают возможности использования ветра. Запасы ветровой энергии на нашей планете во много раз превышают современную выработку электроэнергии. Определено, что энергию ветра можно широко использовать всюду, где его скорость превышает 3 м/с. У нас в стране к таким районам относятся: Прибалтика, Азово-Черноморская зона, побережье: Каспийского моря, Нижнее Поволжье, Северный Казахстан, южная часть Западной Сибири, побережье озера Байкал, Приморский край, остров Сахалин, побережье Охотского моря, Камчатка, Курильская гряда, побережье Северного Ледовитого океана, где среднегодовая скорость ветра достигает 5... 10 м/с в течение 270...320 суток в год. Для преобразования энергии ветра выпускаются опытно-промышленные серии ветроагрегатов: АВЭУ-6 мощностью 4 кВт для скоростей ветра до 50 м/с, АВЭУ-4 мощностью 1 кВт для умеренных скоростей ветра и АВЭУ-12 мощностью 16 кВт для расчетной скорости 10 м/с. Разрабатываются агрегаты с электрическими генераторами переменного тока мощностью 30 и 100 кВт, а также до 30 тыс. кВт с вертикальной осью и лопастями.

Их широкое использование научно-технические достижений по целому ряду направлений сдерживается низкой плотностью потоков энергии, снимаемой с единицы поверхности преобразующего оборудования, и невозможностью постоянного использования большинства из них. Пока же основное количество электроэнергии производится на ТЭС, ГЭС и АЭС.

Таблица 2

Проанализировав  данные    таблиц 1,2  можно заметить,  что    производство  электроэнергии,  растёт равномерно. Но если проследить прирост производства относительно предыдущего года, то мы видим, что пик прироста приходится на период 2006г.

Прирост производства на ГЭС за период 2000-2008г. – не- равномерный. Значительный спад выработки произошёл  в 2003г, но на следующий год мы видим резкий скачок. Следующий скачок произошёл в 2007г. Производство  электроэнергии  на  АЭС также имеет скачкообразный вид. Прослеживается тенденция спада производства именно в тот период, когда мы видим прирост на ГЭС и наоборот, рост выработки электроэнергии АЭС - при спаде на ГЭС. Выработка электроэнергии ТЭС относительно других видов электростанций  более стабильна.  В разной степени идёт на повышение  относительно предыдущего года. Производство электроэнергии ТЭС превышает АЭС и ГЭС вместе взятые более чем в 2 раза.

При общем спаде производства промышленной продукции, проведении конверсии BПK снижался уровень потребления электроэнергии предприятиями. Уровень потребления ее населением России зависел от ряда причин: погодных условий в каждом конкретном году, от количества и масштабов техногенных катастроф в системе теплоснабжения ЖКХ и предприятий, когда население вынуждено включать мощные отопительные электроприборы – всё это влияло на производство электроэнергии разными видами электростанций в разные промежутки времени.