Генерування електроенергії

Схема забезпечення споживачів електроенергією (об'єкт генерування електроенергії зображено червоним кольором)

Генерува́ння електроене́ргії (англ. electricity generation) — процес перетворення різних видів енергії в електричну на індустріальних об'єктах, що називаються електричними станціями.

Класифікація

Теплова електроенергетика

На об'єктах теплової енергетики в електричну енергію перетворюється теплова енергія згоряння органічних палив. Об'єктами теплової електроенергетики є теплові електростанції (ТЕС), які бувають двох основних видів:

Конденсаційні (КЕС, також, у минулому використовувалась застаріла абревіатура ДРЕС — державна районна електростанція)^[1][2][3]). Конденсаційною називають теплову електростанцію, що призначена виключно для виробництва електричної енергії. На КЕС тепло, яке отримали при спалюванні палива, передається у парогенератори водяної пари, котра потрапляє у конденсаційну турбіну. Внутрішня енергія пари перетворюється в турбіні у механічну енергію, а потім електричним генератором в електричний струм, що подається в електричну мережу. Відпрацьована пара відводиться у конденсатор, звідки конденсат пари перекачується насосами знов у парогенератор.

Типова схема теплової електричної станції, що працює на вугіллі

1. Охолоджувач пари	10. Клапан контролю пари	19. Головний контур теплообмінника
2. Водний насос	11. Турбіна пари високого тиску	20. Насос гарячого повітря
3. Високовольтна лінія	12. Водяний дозатор	21. Вторинний контур теплообмінника
4. Підвищувальний трансформатор	13. Водяний нагрівач	22. Вхідна труба для повітря
5. Електричний генератор (3-фази)	14. Конвеєр для вугілля	23. Первинний контур теплообмінника
6. Турбіна низького тиску	15. Бункер для вугілля	24. Повітряний теплообмінник
7. Водяний насос	16. Вугільний ежектор	25. Фільтрувальна установка
8. Збірник конденсату	17.Паровий котел	26. Витяжний вентилятор
9. Турбіна середнього тиску	18. Бункер для золи	27. Димова труба

Теплофікаційні (теплоелектроцентралі^[4], ТЕЦ^[5]). Теплофікаційною називається теплова електростанція з комбінованим вироблянням електричної і теплової енергій на одній і тій же станції. Комбіноване вироблення на ТЕЦ тепла й електричної енергії значно підвищує ефективність використання палива порівняно з роздільним виробленням електричної енергії на конденсаційних електростанціях і тепла у котельних установках

КЕС і ТЕЦ мають схожі технологічні процеси. Принципова відмінність ТЕЦ від КЕС полягає у тому, що частина нагрітої у котлі пари йде на потреби теплопостачання.

Ядерна енергетика

Ядерна енергетика — галузь енергетики, що використовує ядерну енергію для електрифікації і теплофікації. До ядерної енергетики належать атомні електростанції (АЕС). На практиці ядерну енергетику часто вважають підвидом теплової електроенергетики, так як, в цілому, принцип вироблення електроенергії на АЕС той же, що і на ТЕС. Лише у даному випадку теплова енергія виділяється не при спалюванні палива, а при поділі атомних ядер в ядерному реакторі. Далі схема виробництва електроенергії нічим принципово не відрізняється від ТЕС: пара отримує тепло від реактора, надходить у парову турбіну і т. д. Через деякі конструктивні особливості АЕС нерентабельно використовувати для комбінованого вироблення, хоча окремі експерименти в цьому напрямку проводилися.

Схема роботи ядерної електростанції

Гідроенергетика

Гідроенергетика — галузь відновлюваної енергетики, що спеціалізується на використанні енергії від течії води. До цієї галузі належать гідроелектростанції (ГЕС). У гідроенергетиці в електричну енергію перетворюється кінетична енергія течії води. Для цього за допомогою гребель на річках штучно створюється перепад рівнів водяній поверхні (верхній і нижній б'єф). Вода під дією сили тяжіння переливається з верхнього б'єфа в нижній спеціальними водоводами, у яких розташовані водяні турбіни, лопаті яких розкручуються водяним потоком. Турбіна ж обертає ротор електрогенератора. Особливою різновидом ГЕС є гідроакумулювальні станції (ГАЕС). Їх не можна вважати генеруючими потужностями у чистому вигляді, так як вони споживають практично стільки ж електроенергії, скільки виробляють, однак такі станції дуже ефективно справляються з розвантаженням мережі у пікові години.

Конструктивні особливості гідроелектростанції: A — водосховище, B — машинна зала будівлі ГЕС, C — гідравлічна турбіна, D — електрогенератор, E — водоприймач, F — напірний водовід, G — лінія електропередачі, H — русло річки

Альтернативна електроенергетика

До альтернативної електроенергетики належать способи генерування електроенергії, що мають низку переваг порівняно з «традиційними» (згаданими вище), але з різних причин не отримали достатнього поширення. Основними видами альтернативної енергетики є:

Вітроенергетика — використання кінетичної енергії вітру для отримання електроенергії.

Сонячна енергетика (геліоенергетика) — отримання електричної енергії з енергії сонячних променів.

Загальними недоліками вітро- і геліоенергетики є відносна мала потужність генераторів при їх високій вартості. Також в обох випадках обов'язково потрібні акумулювальні потужності на нічний (для геліоенергетики) і безвітряний (для вітроенергетики) час.

Геотермальна енергетика — промислове отримання енергії, зокрема електроенергії, з гарячих джерел, термальних підземних вод. По суті геотермальні станції є звичайними ТЕС, на яких джерелом тепла для нагрівання пари замість котла чи ядерного реактора використовуються підземні джерела тепла з надр Землі. Недоліком таких станцій є географічна обмеженість їх застосування: геотермальні станції рентабельно будувати лише у регіонах тектонічної активності, тобто, там, де ці природні джерела тепла є найдоступнішими.

Воднева енергетика — використання водню як енергетичного палива має великі перспективи: водень має дуже високий ККД згоряння, його ресурс практично не обмежений, спалювання водню є абсолютно екологічно чистим (продуктом згоряння в атмосфері кисню є дистильована вода). Однак повною мірою задовольнити потреби людства воднева енергетика поки що не може через дорожнечу виробництва чистого водню і технічні проблеми його транспортування у великих кількостях.

Варто також відзначити такі альтернативні види гідроенергетики: припливну і хвильову енергетику. У цих випадках використовується природна кінетична енергія морських припливів і вітрових хвиль відповідно. Поширенню цих видів електроенергетики заважає необхідність збігу дуже багатьох чинників при проектуванні електростанції: необхідним є таке узбережжя, на якому припливи (і хвилювання моря відповідно) були б досить сильними і сталими.

Конструкція вітроенергетичної установки:1-фундамент, 2-підключення до електричної мережі, 3-вежа, 4-драбина для доступу технічного персоналу до обладнання, 5-система орієнтації за вітром, 6-корпус, 7-електричний генератор, 8-анемометр, 9-електрична або механічна муфта зчеплення, 10-коробка перемикання передач, 11-лопаті, 12-система зміни кута атаки лопаті, 13-кришка механізму зміни кута повороту лопаті

Структурна схема сонячної електростанції: 1-сонячні модулі (фотопанелі), 2-електричний інвертор, 3-блок запобіжників, 4-акумуляторні батареї, 5-лічильник електроенергії, 6-електрична мережа

Принципова схема роботи геотермальної електростанції. (А) — перший (паровий) контур; (В) — другий контур (на ізобутані); 1- експлуатаційна свердловина, 2- сепаратор вода/пара, 3- парова турбіна, 4- теплообмінник, 5- насос закачки, 6- нагнітальна свердловина, 7- перегрівач, 8- турбіна на ізобутані, 9- повітряний/водяний конденсатор, 10- конденсатозбірник, 11- насос

Див. також

• Відновлювана енергетика

Примітки

1. «ДРЕС» [Архівовано 19 листопада 2016 у Wayback Machine.] // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
2. Державна районна електростанція [Архівовано 10 листопада 2016 у Wayback Machine.] // «Державна районна електростанція» // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
3. ГРЭС // Большая советская энциклопедия : в 30 т. / главн. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : «Советская энциклопедия», 1969—1978. (рос.)
4. «Теплоелектроцентраль» // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
5. «ТЕЦ» // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.

Джерела

• Енергоефективність та відновлювані джерела енергії / Бевз С. М. [та ін.] ; під заг. ред. А. К. Шидловського ; НАН України, П-во «Укренергозбереження». — К. : Українські енциклопедичні знання, 2007. — 560 с. — (Енергетика України на початку XXI століття ; т. 4). — ISBN 978-8578-08-3
• Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 1 : Від вогню та води до електрики / В. І. Бондаренко, Г. Б. Варламов, І. А. Вольчин та ін. К.: Фенікс. — 2013. — 263 с. — ISBN 966-7317-98-6
• Енергетика: історія, сучасність і майбутнє. Кн. 5 : Електроенергетика та охорона навколишнього середовища. Функціонування енергетики в сучасному світі / Т. О. Бурячок, З. Ю. Буцьо, Г. Б. Варламов, С. В. Дубовськой, В. А. Жовтянський; Наук. ред. В. Н. Клименко, Ю. О. Ландау, І. Я. Сігал. — 2013. — 390 с. — ISBN 978-966-8163-18-0