Файл: Электроэнергетика.pdf

В гидроэнергетике, на ГЭС в электрическую энергию превращается кинетическая энергия течения воды. На реках при помощи плотин делается искусственный перепад уровней водяной поверхности - между верхним и нижним бьефом. Вода поступает из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в них расположены водяные турбины, лопасти которых раскручивают водяным потоком. Турбина в свою очередь вращает ротор электрогенератора.

ГЭС являются наиболее маневренными и способны при необходимости быстро существенно увеличить объем выработки, покрывая пиковые нагрузки. [5, с.18] Главным среди препятствий развития гидроэнергетики является удаленность основной части гидроэнергетического потенциала от основных потребителей энергии.

К ядерной энергетике относятся атомные электростанции, принцип выработки электроэнергии в АЭС такой же как в ТЭС. В них тепловая энергия, выделяемая при делении атомных ядер в атомном реакторе, поступает в паровую турбину. Из-за определенных конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке. [7, с.19-21]

В последнее время в мире в том числе и в нашей стране нашли применение не традиционные источники электроэнергии.

Ветроэнергетика - использование кинетической энергии ветра для выработки электроэнергии. Из европейских стран наибольшее распространение она получила в Дании. [17, с.13]

Гелиоэнергетика - получение электрической энергии из энергии солнечных лучей. Общими недостатками ветроэнергетики и гелиоэнергетики является небольшая мощность генераторов при их достаточно высокой цене. К тому же в обоих случаях необходимы аккумулирующие устройства на ночное время или на безветренное время суток.

Геотермальная энергетика представляет собой использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути это ТЭС, только источником тепла здесь выступают подземные естественные источники. [17, с.14] Слабым местом этих станций является их географическая ограниченность применения: геотермальные станции рентабельно строить только в районах тектонической активности, где естественные источники тепла наиболее доступны.

Водород имеет очень хорошие перспективы использования в качестве энергетического топлива за счет высокого коэффициента полезного действия при сгорании и при практически не ограниченном ресурсе. К тому же он представляет собой абсолютно экологически чистое топливо. В водородной энергетике лимитирующими факторами являются дороговизна производства чистого водорода и технические проблемы его транспортировки в больших количествах. [7, с.236-237]

Приливная энергетика использует энергию морских приливов и отливов; Развитию этого вида не традиционной электроэнергетики препятствует требование о совпадении ряда факторов при проектировании соответствующей электростанции: необходимо морское побережье, на котором приливы и отливы были бы достаточно сильны и постоянны. Волновая энергетика представляет собой концентрированную энергию того же солнечного излучения и ветра. Использование волн может обеспечить энергией морские и прибрежные поселения. В настоящее время волновые электростанции еще не вышли за рамки единичных опытных экземпляров.

Используемые в электроэнергетике энергетические ресурсы принято делить на первичные и вторичные, возобновляемые и не возобновляемые. [10, с.5]

Первичные энергоресурсы - это сырьевые материалы в их естественной форме до проведения какой-либо технологической обработки, например, сырая нефть, природный газ, каменный уголь, урановая руда. Cолнечное излучение, ветер, водные ресурсы - это все тоже относится к первичной энергии.

Вторичная энергия представляет собой продукт переработки первичной энергии, например, электричество, бензин, мазут. Энергия, которая попадает непосредственному потребителю, именуется конечной энергией. Чаше всего это вторичная энергия - электричество или мазут, но иногда конечная энергия бывает и первичной, например, дрова, солнечное излучение, природный газ и каменный уголь. [9, с.17]

Некоторые виды ресурсов могут относительно в короткий срок восстанавливаться в природе, и они называются возобновляемые: дрова, торф камыш, большинство видов биотоплива, гидропотенциал рек. Ресурсы, которые не могут быстро восстанавливаться, называются не возобновляемыми: каменный уголь, природный газ, нефть, ядерное топливо. Энергия солнца, ветра, морских приливов и отливов являются неисчерпаемыми возобновляемыми энергетическими ресурсами. [7, с.11]

В настоящее время в мире наиболее распространенным видом энергетического топлива является уголь. Это вызвано как его относительной дешевизной, так и широкой распространенностью запасов. Однако, транспортировка угля на значительное расстояние ведет к большим издержкам, что делает часто нерентабельным этот вид топлива для электростанций, находящихся на значительном удалении от мест добычи угля. При производстве энергии с использованием угля высок уровень выброса в атмосферу загрязняющих веществ, что наносит ущерб окружающей среде.

В последнее десятилетие ХХ века появились технологии, дающие возможность применять уголь для выработки электроэнергии с большей эффективностью и меньшим загрязнением окружающей среды по сравнению с тем, как это было в первых двух третях ХХ века. [13, с;22]

Существенный рост значения газа в мировой электроэнергетике за последние годы объясняется значительным ростом его добычи, появлением высокоэффективных технологий производства электроэнергии, основанных на применении данного вида топлива, плюс существенные ограничения по охране окружающей среды. [13, с.18] Использование природного газа при выработке электроэнергии сокращает выбросы в атмосферу вредных веществ, в первую очередь углекислого газа.

Все более широкое распространение получает производство электроэнергии за счет применения урана. Эффективность использования ядерного топлива оказалось намного выше прочих сырьевых источников энергии. Но применение урана и других радиоактивных веществ связано с риском значительного загрязнения окружающей среды в случае возникновения аварийной ситуации. Кроме того, сдерживает дальнейший рост атомной энергетики высокая капиталоемкость строительства АЭС и утилизации отработанного топлива, а также - большая сложность технологии самого производства атомной энергии. Пока немногие страны могут обеспечить подготовку специалистов различного профиля, способных создать технологии и обеспечить квалифицированную эксплуатацию АЭС. [9, с.18]

Сохраняют высокую значимость в структуре источников электроэнергии и гидроресурсы. Важность данного источника энергии состоит в его возобновляемости и относительной дешевизне по сравнению со всеми остальными источниками. Однако, следует отметить, что строительство гидроэлектростанций часто оказывает необратимое воздействие на окружающую среду, поскольку требует затопление определенных территорий при создании водохранилищ. К тому же, неравномерность распределения водоемов на планете и зависимость водных ресурсов от климатических условий ограничивает их гидроэнергетический потенциал. [10, с.6]

В последние три десятилетия резко увеличилось внимание во всем мире к возобновляемым источникам энергии. [7, с.209] Потенциал энергии солнца, ветра и воды поистине огромен. Вместе с тем, производство электроэнергии в промышленных масштабах из солнечной энергии менее эффективно, чем ее производство из традиционных видов ресурсов.

Производство геотермальной энергии может иметь существенное значение для России, Исландии, Новой Зеландии. Однако этот вид генерации развивается успешно лишь в тех странах, где производство и (или) потребление электроэнергии поддерживается в том или ином виде государством. [9, с.18]

B ХХI веке резко возрос интерес к биоэнергетическим ресурсам. С одной стороны, оказалось, что при производстве биотоплива очень неэффективно используются земля и вода; с другой - отвод обширных площадей ценнейших сельскохозяйственных земель под производство биотоплива обеспечил как минимум удвоение цены на зерно. [10, с.7] Последнее обстоятельство препятствует широкому использованию биотоплива.

1.2. Основные показатели работы электроэнергетики России в 2015 году

Российская электроэнергетика является одной из крупнейших энергетических систем в мире. По установленной мощности электростанций и объемам вырабатываемой электроэнергии она занимает четвертое место, уступая только США, Китаю и Японии. [11, с.1] Развитие электроэнергетики в 2015 году проходило под вопросами повышения доступности энергетической инфраструктуры; перехода к долгосрочному рынку мощности; повышения платежной дисциплины; совершенствования регуляторской базы и развития возобновляемых источников энергии.

Основным событием года стал запуск новой модели работы конкурентного отбора мощности на оптовом рынке, благодаря ему реализуется более 60% установленной мощности в Единой энергетической системе России. Изменения призваны сделать модель более гибкой по отношению к спросу и более прогнозируемой, они будут способствовать выводу с рынка неэффективных генерирующих мощностей, что в целом повысит стабильность работы энергосистемы. [7, с. 2-3]

Положительной тенденцией по итогам года является повышение дисциплины выполнения инвестиционных программ: снижение штрафуемого объема мощности по договорам и сокращение доли изношенных основных фондов. В то же время платежная дисциплина продемонстрировала ухудшение, по итогам 2015 года задолженность выросла как на оптовом, так и на розничном рынке электроэнергии. С целью снижения неплатежей был принят Федеральный Закон № 307 от 03.11.2015г. «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с укреплением платежной дисциплины потребителей энергетических ресурсов». Этот закон ужесточает штрафные санкции в случаях нарушения потребителями своевременности платежей за электрическую и тепловую энергию.

В рассматриваемом году был получен практический результат от проектов возобновляемых источников энергии: построено 11 солнечных электростанций общей мощностей 55 МВт, ветроэнергитический комплекс на Дальнем Востоке и завод фотоэлементов в Новочебаксарске. [8, с.26] В таблице1 Приложение 2 приведены данные о выпуске электроэнергии в нашей стране в 1980-2015 годах. [14, с.1] В 1980 годах прошлого столетия наблюдался последовательный рост выработки электроэнергии, максимальный объем производства пришелся на 1990 год, тогда было сгенерировано 1082 млрд.кВтч. - лучший показатель за всю историю российской электроэнергетики. В 1990-е годы эта тендернция сменилась на противоположную - имело место снижение производства электрической энергии, минимальный объем был зафиксирован в 1998 году (820 млрд.кВтч). Такое существенное снижение выпуска электроэнергии было вызвано мировым спадом промышленного производства, который затронул в значительной степени и России.

Начиная с первых годов XXI века, происходило стабильное увеличение промышленного потребления электрической энергии и соответственно рост ее производства. Достигнуть самого высокого уровня 1990 года пока еще не удалось, однако показатели 1998 года по выработке электроэнергии были существенно превышены в 2015 году - на 28,0%.

В 2015 году выработка электроэнергии электростанциями, включая генерацию на электростанциях промышленных предприятий, достигла 1049,9 млрд.кВтч, что на 0,2 % больше, чем за аналогичный период предыдущего года. Потребление электроэнергии в целом по России составило 1036,6 млрд.кВтч, что на 0,4% меньше, чем в 2014 году. [8, с.8] Снижение потребления в 2015 году было вызвано, главным образом, температурным фактором: во всех трёх зимних месяцах (январь, февраль, декабрь) температура наружного воздуха была значительно выше по сравнению с аналогичными показателями тех же месяцев 2014 года.

Главную нагрузку по удовлетворению спроса на электроэнергию несли тепловые электростанции, на них пришлось почти две трети выработки электроэнергии всей страны. ТЭС по прежнему играют ведущую роль в энергетике России, на них было произведено почти 685 млрд. кВтч. (таблица 2 Приложение 2). [16, с.1]

Самой большой ТЭС на территории России является Сургутская ГРЭС-2 (5600МВт), работающая на природном газе. Из электростанций, работающих на угле, наибольшая установленная мощность у Рефтинской ГРЭС (3800МВт). К крупнейшим российским ТЭС относятся также Сургутская ГРЭС-1 и Костромская ГРЭС, мощностью свыше 3 тыс. МВт каждая. [14, с.5]

В связи с уменьшением в 1 квартале 2015 года запасов воды в водохранилищах, на которых расположены основные гидроэлектростанции, выработка ГЭС по сравнению с 2014 годом снизилась на 4,1% и составила 160,2 млрд./кВтч. Это в первую очередь касается снижения запаса воды в водохранилищах Волго-Камского каскада и устойчивым маловодьем во всем бассейне Ангарского-Енисейского каскада.

В настоящее время в стране работает 13 гидроэлектростанций мощностью более 1000МВт. и еще более сотни ГЭС меньшей мощности. Наиболее крупными по установленной мощности являются: Саяно-Шушенская ГЭС им. П.С. Непорожнего, Красноярская, Братская, Усть-Илимская, Волжская и Жигулевская ГЭС. [14, с.8-9]

В 2015 году существенно увеличилось производство электрической энергии на атомных станциях: по сравнению с предыдущим годом было получено продукции на 8,6% больше. Для сравнения в 2014 году на атомных электростанциях выпускалось лишь 17,2% от всего объема выработки электроэнергии в России, в 2015 году их удельный вес достигал уже 18,6%. Атомными электростанциями было произведено в рассматриваемом году 195,2 млрд. кВтч. - самый большой объем выработки за всю историю отечественной атомной электроэнергетики. [16, с.2]