На каких видах станций вырабатывается больше всего электроэнергии: Основные виды производства электроэнергии на территории России » АО Коммунэлектросервис

Электроэнергетика 2019: рост по всем видам генерации | Отраслевые бюллетени

РИА Рейтинг – 13 мар. В 2019 году впервые за последние четыре года снизилось потребление электроэнергии в России. По данным «Системного оператора ЕЭС» потребление составило 1075,2 млрд кВт ч, что на 0,1% ниже, чем в 2018 году.

Основной причиной снижения электропотребления в 2019 году стал температурный фактор. Средняя за 2019 год температура воздуха в пределах ЕЭС составила 4,8 градуса, что почти на 1 градус выше, чем в среднем за 2018 год. При этом в четвертом квартале 2019 года температура воздуха была 1,7 градуса выше, чем в четвертом квартале 2018 года.

Тем не менее, несмотря на снижение внутреннего потребления, производство электроэнергии увеличилось, по данным Росстата, на 0,9% до 1118,1 млрд кВт ч. Увеличение производства произошло за счет роста экспорта на 12,8% до 20,0 млн кВт ч, что стало максимальным показателем за последние восемь лет. Существенно увеличились поставки в Литву, Грузию и Казахстан. Также возобновились поставки на Украину.

Примечательно, что рост производства наблюдался по всем видам генерации. Наибольший прирост в физическом выражении обеспечили атомные электростанции – на 2,2% до рекордного уровня 209,0 млрд кВт что. Такой результат обусловлен запуском в последние годы новых энергоблоков в Воронежской, Ростовской и Ленинградской областях.

Производство на гидроэлектростанциях также достигло исторического максимума – 196,2 млрд кВт ч, что на 1,9% больше, чем в 2018 году. При этом в течение года динамика производства на ГЭС была разнонаправленной. В первом полугодии произошло существенное снижение выработки из-за ухудшения гидрологической ситуации и сокращения водности водохранилищ почти по всей России, за исключением Ангарского бассейна. Однако во втором полугодии ситуация кардинально изменилась. В связи с теплой погодой суммарный приток воды на Волге и Каме был более чем в два раза выше нормы. Волжские водохранилища даже в ноябре вынуждены были проводить водосбросы, а на Дальнем Востоке было зафиксировано прохождение восьми волн паводка. В результате, в четвертом квартале производства на российских ГЭС выросло на 17,1% в годовом сравнении.

Тепловые электростанции также нарастили выработку, но незначительно – всего на 0,06%. При этом большинство энергетических компаний, эксплуатирующих ТЭС, сократили выработку, за исключением «Квадры» и Мосэнерго.

Наибольший прирост в процентном отношении продемонстрировали возобновляемые источники электроэнергии (ВИЭ), которые увеличили выработку на 34,3% до 1739,7 млн кВт ч. В том числе солнечные электростанции увеличили выработку на 57,7% до 985,1 млн кВт ч, ветровые – на 32,7% до 314,8 млн кВт ч. Тем не мене менее доля ВИЭ в общем объеме генерации и мощности остается крайне низкой – менее 0,2%.

Для сравнения, в странах ЕС в 2019 году доля ВИЭ в общей выработке электроэнергии достигла рекордного уровня 34,6%. При этом доля солнечных и ветровых электростанций составила 18%, впервые превысив долю тепловых электростанций, работающих на угле. В Германии доля ВИЭ в 2019 составила 46%, что на 6 п.п. больше, чем доля тепловых электростанций, работающих на угле и газе.

Таким образом, простор для развития «зеленой» энергетики в России довольно обширен, но, с другой стороны, необходимость активного искусственного стимулирования этого процесса при наличии огромных запасов углеводородов, остается под вопросом.

В региональном разрезе самый сильный рост в физическом выражении отмечен в Иркутской области – на 6,6 млрд кВт ч, что связано с увеличением производства на гидроэлектростанциях Ангарского каскада. На 5,5 млрд кВт ч увеличилась выработка в Воронежской области за счет второго энергоблока Нововоронежской АЭС-2.

Эксперты РИА Рейтинг полагают, что в 2020 году экономика России будет расти немного быстрее, чем в 2019 году, за счет реализации нацпроектов и ввода в строй ряда крупных предприятий, в результате чего спрос на электроэнергию на внутреннем рынке увеличится. Но при этом динамика экспорта может ухудшиться вследствие низких цен на электроэнергию в скандинавских странах. В связи с этим темп роста среднесуточного производства электроэнергии будет примерно таким же, как и в 2018. Однако следует учитывать високосный характер 2020 года, что добавляет примерно 3 млрд кВт ч к годовой выработке. В связи с этим эксперты оценивают рост производства электроэнергии в 2020 на 1,1-1,2% до 1130-1132 млрд кВт ч.

Более детальный анализ трендов развития российской энергетики в 2019 году, а также прогнозы на 2020 год приведены в бюллетене «Электроэнергетика: тенденции и прогнозы. Итоги 2019 года», подготовленном экспертами Рейтингового агентства «РИА Рейтинг» медиагруппы МИА «Россия сегодня».

Объем бюллетеня – 34 страницы формата А4, включая 13 графиков и 13 таблиц. В качестве источников информации используются данные Росстата, ФТС, Минэнерго, Системного оператора ЕЭС, Nordpool, данные компаний, данные СМИ, собственные расчеты РИА Рейтинг.

Бюллетень выпускается с 2011 года на ежеквартальной основе. График выпуска бюллетеней: итоги года – март, итоги I-го квартала – июнь, итоги первого полугодия – август-сентябрь, итоги 9-ти месяцев – ноябрь.

Бюллетень распространяется по платной подписке. Для получения полной версии бюллетеня свяжитесь с нами: e-mail: [email protected], или оформите заявку по ссылке.

Содержание аналитического бюллетеня «Электроэнергетика: тенденции и прогнозы» – выпуск № 37 (итоги 2019 года), ключевые индикаторы отрасли, а также примеры графиков и таблиц доступны по ссылке >>>

РИА Рейтинг – это универсальное рейтинговое агентство медиагруппы МИА «Россия сегодня», специализирующееся на оценке социально-экономического положения регионов РФ, экономического состояния компаний, банков, отраслей экономики, стран. Основными направлениями деятельности агентства являются: создание рейтингов регионов РФ, банков, предприятий, муниципальных образований, страховых компаний, ценных бумаг, другим экономических объектов; комплексные экономические исследования в финансовом, корпоративном и государственном секторах.

МИА «Россия сегодня» – международная медиагруппа, миссией которой является оперативное, взвешенное и объективное освещение событий в мире, информирование аудитории о различных взглядах на ключевые события. МИА «Россия сегодня» представляет линейку информационных ресурсов агентства: РИА Новости, РИА Новости Спорт, РИА Новости Недвижимость, Прайм, РИА Рейтинг, ИноСМИ, Социальный навигатор. За рубежом медиагруппа представлена международным новостным агентством и радио Sputnik. Следите за новостями МИА «Россия сегодня» в телеграм-канале пресс-службы – «Зубовский, 4»

Семь неудобных фактов о «зелёной» энергетике, о которых молчат СМИ

Идея использования возобновляемых источников энергии, безусловно, звучит привлекательно, но само название обманчиво. Большинство возобновляемых источников энергии, за исключением древесины и навоза, на самом деле сильно зависят от ископаемого топлива.

{«id»:90256,»url»:»https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi»,»title»:»\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418″,»services»:{«facebook»:{«url»:»https:\/\/www.facebook.com\/sharer\/sharer.php?u=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi»,»short_name»:»FB»,»title»:»Facebook»,»width»:600,»height»:450},»vkontakte»:{«url»:»https:\/\/vk.com\/share.php?url=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi&title=\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418″,»short_name»:»VK»,»title»:»\u0412\u041a\u043e\u043d\u0442\u0430\u043a\u0442\u0435″,»width»:600,»height»:450},»twitter»:{«url»:»https:\/\/twitter. com\/intent\/tweet?url=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi&text=\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418″,»short_name»:»TW»,»title»:»Twitter»,»width»:600,»height»:450},»telegram»:{«url»:»tg:\/\/msg_url?url=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi&text=\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418″,»short_name»:»TG»,»title»:»Telegram»,»width»:600,»height»:450},»odnoklassniki»:{«url»:»http:\/\/connect.ok.ru\/dk?st.cmd=WidgetSharePreview&service=odnoklassniki&st.shareUrl=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi»,»short_name»:»OK»,»title»:»\u041e\u0434\u043d\u043e\u043a\u043b\u0430\u0441\u0441\u043d\u0438\u043a\u0438″,»width»:600,»height»:450},»email»:{«url»:»mailto:?subject=\u0421\u0435\u043c\u044c \u043d\u0435\u0443\u0434\u043e\u0431\u043d\u044b\u0445 \u0444\u0430\u043a\u0442\u043e\u0432 \u043e \u00ab\u0437\u0435\u043b\u0451\u043d\u043e\u0439\u00bb \u044d\u043d\u0435\u0440\u0433\u0435\u0442\u0438\u043a\u0435, \u043e \u043a\u043e\u0442\u043e\u0440\u044b\u0445 \u043c\u043e\u043b\u0447\u0430\u0442 \u0421\u041c\u0418&body=https:\/\/vc.ru\/future\/90256-sem-neudobnyh-faktov-o-zelenoy-energetike-o-kotoryh-molchat-smi»,»short_name»:»Email»,»title»:»\u041e\u0442\u043f\u0440\u0430\u0432\u0438\u0442\u044c \u043d\u0430 \u043f\u043e\u0447\u0442\u0443″,»width»:600,»height»:450}},»isFavorited»:false}

50 507

просмотров

Прежде чем познакомить вас со статьёй Гейл Тверберг, затрагивающей глубокие проблемы альтернативной энергетики, прошу вас обратить внимание на слова Билла Гейтса относительно перспектив «зелёной» энергии, которые, на мой взгляд, довольно точно иллюстрируют положение дел в сфере экологии:

Интервьюер: «Итак, многие люди настроены очень оптимистично, поскольку вы знаете, что затраты на ветровые и солнечные возобновляемые источники энергии снижаются, стоимость батарей снижается. Вы думаете, этого достаточно или нет?».

Билл Гейтс: «Это так разочаровывает, я имею ввиду — это на самом деле разочаровывает. Вацлав вчера сказал, что в Токио живёт 27 млн человек, три дня в году приходятся на циклон.

Знаете, за три дня это 23 гигаватта электроэнергии. Скажите мне, какая батарея, установленная там, сможет обеспечить эту мощность?

Я имею в виду, давайте не будем валять дурака. Вы знаете, что 100 долларов за киловатт-час — это ничто, это не решает проблему надёжности. И помните, что электричество составляет 25% выбросов парниковых газов.

Всякий раз, когда мы произносим термин «чистая энергия», я думаю это запутывает людей, потому что они не знают, что это, они не понимают.

Я был на конференции в Нью-Йорке, не буду её называть, и собравшиеся говорили обо всём этом. Ребята-финансисты вышли на сцену и сказали, что они будут оценивать компании с точки зрения того, сколько эти компании выделяют CO2. И они собираются говорить, что вот эта вот компания выделяет много СО2, и думают, что финансовые рынки, как по волшебству, помогут сократить выбросы CO2 до нуля.

И я подумал, финансисты с Уолл-стрит, как вы сделаете сталь? У вас есть что-то в ваших столах, что поможет отлить сталь?

А что с удобрениями, цементом, пластиком? Откуда это всё возьмётся, вы знаете? Разве самолёт летит по небу из-за каких-то финансовых расчётов, которые вы рассчитали в Excel-таблице?

И они… это сумасшествие, называют это финансовым решением… я этого не понимаю, я просто этого не понимаю.

Нет ничего, что может заменить то, как работает сегодняшняя индустриальная экономика».

1. Затраты на передачу энергии намного выше, чем у других видов электроэнергии

В большинстве исследований не учитывается тот факт, что они никак не компенсируются.

Исследование, проведённое Международным энергетическим агентством в 2014 году, показывает, что затраты на передачу для ветра примерно в три раза превышают затраты на передачу электроэнергии от угля или ядерной энергии.

Количество избыточных затрат имеет тенденцию к увеличению, так как неустойчивые возобновляемые источники энергии получают всё большую долю в общем объёме.

Вот некоторые из причин более высоких затрат на передачу для ветра и солнца:

• Необходимо построить непропорционально больше линий для ветровой и солнечной энергии, поскольку линии электропередач необходимо масштабировать до максимальной, а не средней мощности. Выработка энергии от ветра обычно доступна от 25% до 35% времени; солнце — от 10% до 25% времени.
• Как правило, между тем, где происходит использование возобновляемой энергии, и тем, где она потребляется, расстояние может быть гораздо больше, по сравнению с традиционным производством.
• Возобновляемая электроэнергия и установленное вспомогательное оборудование не обладают таким же уровнем контроля над аспектами энергосети (мощность тока, амплитуда и так далее), в отличии от электростанции, работающей на ископаемом топливе. Поэтому в систему передачи должны быть внесены исправления, которые потребуют дополнительной инфраструктуры, а соответственно, и новых затрат.

2. При передаче электроэнергии на большие расстояния возрастают расходы на обслуживание линий электропередач

Если не будет должного обслуживания, возможны пожары, особенно в сухих, ветреных районах.

Последние данные свидетельствуют о том, что ненадлежащее обслуживание линий электропередач (ЛЭП) увеличивает вероятность пожаров.

В Калифорнии халатное техническое обслуживание привело к банкротству энергосистемы Северной Калифорнии PG & E. В последние недели PG & E инициировала два профилактических отключения питания, одно из которых затронуло до двух миллионов человек.

Техасский проект по смягчению последствий лесных пожаров сообщает: «ЛЭП вызвали более 4000 пожаров в Техасе за последние три с половиной года».

Венесуэла обладает ЛЭП большой протяжённостью: от своей главной гидроэлектростанции до Каракаса. Похоже, что одно из отключений в этой стране было связано с пожарами вблизи ЛЭП.

Есть решения, чтобы предотвратить пожары, например, зарыть линии под землю. Или использовать изолированный провод вместо обычного провода. Но любое решение имеет свою стоимость. Эти затраты необходимо учитывать при моделировании косвенных затрат в том случае, если мы предполагаем использовать дополнительно большого количества новых возобновляемых источников энергии.

3. Потребуются огромные инвестиции в зарядные станции

Чтобы кто-либо кроме представителей самых обеспеченных слоёв населения смог пользоваться электромобилями.

Понятно, что люди с высоким доходом могут позволить себе электромобили. У них обычно есть гаражи с доступом к электричеству. И они могут легко заряжать автомобиль, когда им удобно.

Загвоздка в том, что основная масса зачастую не имеет аналогичных возможностей для зарядки электромобилей. Она также не может позволить себе тратить часы в ожидании зарядки своих автомобилей.

Понадобятся недорогие станции быстрой зарядки, расположенные повсеместно, если электромобили станут основным выбором. В стоимость быстрой зарядки, вероятно, потребуется включить плату за содержание дороги, поскольку это одна из тех затрат, которые сегодня включены в цены на топливо.

4. Прерывистость способствует росту затрат

Распространено мнение, что с перебоями можно справиться путём небольших изменений, такими как ценообразование по времени, «умные» энергосистемы и отключение электроэнергии для некоторых заранее выбранных промышленных потребителей, если для всех не хватает электроэнергии.

Такой подход теоретически может иметь место, если система основана на энергетике из ископаемого топлива и энергии атома, к которым присоединяют небольшой процент возобновляемых источников энергии. Ситуация меняется по мере добавления в сеть возобновляемых источников энергии.

После того как в электрическую сеть добавляется даже небольшой процент солнечной энергетики, необходимы батареи, чтобы сгладить быстрый переход, который происходит в конце дня, когда работники возвращаются домой, чтобы поужинать, когда солнце уже село. Также нужно иметь в виду перебои с электричеством из-за остановки ветровых турбин во время штормов.

Есть и другие проблемы. Сильные штормы могут нарушить электроснабжение на несколько дней в любое время года. По этой причине, если система будет работать только на возобновляемых источниках энергии, необходимо иметь резервный аккумулятор, который бы имел запас как минимум на три дня.

В коротком видео ниже Билл Гейтс выражает беспокойство по поводу идеи использования трёхдневной резервной батареи на примере города Токио.

Сейчас количество батарей ничтожно для того, чтобы обеспечить трёхдневное резервное питание для электроснабжения всего мира. Если мировая экономика будет работать на возобновляемых источниках энергии, потребление электроэнергии должно вырасти по сравнению с сегодняшним уровнем, что ещё больше усложнит хранение трёхдневного запаса электроэнергии.

Гораздо более сложной проблемой, чем трёхдневное хранение электроэнергии, является необходимость сезонного хранения, если возобновляемые источники энергии будут использоваться более-менее широко. На рисунке 1 показана сезонная структура потребления энергии в Соединённых Штатах.

Рисунок 1. Потребление энергии в США по месяцам года на основе данных Управления энергетической информации США. «Всё остальное» («All other») — это общая энергия, за вычетом электроэнергии и энергии на транспортировку. Включает природный газ, используемый для отопления домов. Сюда также входят нефтепродукты, используемые в сельском хозяйстве, а также ископаемое топливо всех видов, используемых в промышленных целях.

В отличие от модели, представленной в графике, производство солнечной энергии имеет наибольшую выработку в июне и падает до низких значений в декабре-феврале. Гидроэлектростанция имеет наибольшую выработку весной, но количество часто варьируется от года к году. Энергия ветра довольно переменна, как из года в год, так и из месяца в месяц.

Наша экономика не может справиться с многократными пусками и остановками электроснабжения. Например, температура должна оставаться постоянно высокой для плавления металлов. Лифты не должны останавливаться между этажами, когда отключается электричество. Охлаждение должно продолжаться, чтобы продукты оставались свежими в холодильнике.

Есть два подхода, которые можно использовать для решения сезонных проблем:

1. Значительно перестроить энергетическую систему на основе возобновляемых источников энергии, чтобы обеспечить достаточное количество электроэнергии, особенно в периоды большой востребованности энергии, например, зимой.
2. Построить большое количество дополнительных хранилищ, таких как аккумуляторы, для хранения электроэнергии в течение нескольких месяцев или даже лет, чтобы уменьшить прерывистость.

Любой из этих подходов чрезвычайно дорог. Такие затраты подобны добавлению ещё одного желудка в человеческий организм. И, насколько я знаю, они не были включены ни в одну модель на сегодня. Стоимость одного из этих подходов должна быть включена в любую модель, анализирующую затраты и выгоды от возобновляемых источников энергии, если есть намерение использовать возобновляемые источники энергии шире, чем незначительная доля от общего потребления энергии.

Рисунок 2 иллюстрирует высокую стоимость энергии, которая может возникнуть при добавлении значительного количества резервных батарей в энергосистему. В этом примере «чистая энергия», которую обеспечивает система, по существу почти полностью нивелируется резервными батареями.

В анализе «Возврат энергии при инвестировании в энергетику» (EROEI) сравнивается выход энергии с потреблением энергии. Это один из многих показателей, используемых для оценки того, обеспечивает ли устройство адекватную выходную мощность, чтобы оправдать затраты энергии.

Рисунок 2. Диаграмма динамической энергии Грэма Палмера с учётом батарей. Из «Энергия в Австралии»

Пример на рисунке 2 основан на схеме использования электроэнергии в Мельбурне, Австралия, где климат относительно мягкий. В примере используется комбинация солнечных панелей, батарей и дизельного резервного копирования.

Солнечные батареи и резервные батареи обеспечивают электроэнергию для 95% годового потребления электроэнергии, которое легче всего покрыть этими устройствами; дизельная генерация используется на оставшиеся 5%.

Пример на рисунке 2 можно перенастроить так, чтобы он был «только возобновляемым», добавив значительно больше батарей, множество солнечных батарей или их комбинацию. Эти дополнительные батареи и солнечные панели будут использоваться незначительно, в результате чего EROEI-системы снизится до ещё более низкого уровня.

Основная причина того, что электроэнергетическая система смогла избежать издержек, связанных с чрезмерной перестройкой или добавлением множества резервных аккумуляторов, — их малая доля в производстве электроэнергии. В 2018 году ветер составлял 5% мировой электроэнергии; солнечная составляла 2%. В процентах от мирового энергопотребления они составили 2% и 1% соответственно.

Вторая причина, по которой система электроснабжения смогла избежать проблем перебоев, заключается в том, что резервные поставщики электроэнергии (уголь, природный газ и атомная энергия) были вынуждены предоставлять резервные услуги без адекватной компенсации их стоимости.

Ветровой и солнечной энергии дают так называемые субсидии «идущим первыми». Такая практика создаёт проблему, поскольку поставщики резервного копирования несут существенные постоянные затраты и часто не получают адекватной компенсации.

Если будет какой-либо план прекратить использование ископаемого топлива, все эти резервные поставщики электроэнергии, в том числе ядерные, исчезнут. (Поставщики ядерной электроэнергии также зависят от ископаемого топлива.) Возобновляемые источники энергии должны будут существовать самостоятельно.

И вот тогда проблема прерывистости станет непреодолимой. Ископаемое топливо может храниться относительно недорого; затраты на хранение электроэнергии огромны. Они включают в себя как стоимость системы хранения, так и потерю энергии в хранилищах.

Фактически проблема недостаточного финансирования исходит от возобновляемых источников энергии и их права «идти первыми» — и становится непреодолимой в некоторых регионах. Огайо недавно решил предоставить субсидии поставщикам угля и атомной энергии в качестве способа решения этой проблемы. Огайо также сокращает финансирование возобновляемых источников энергии.

5. Стоимость утилизации ветряных турбин, солнечных батарей и накопителей должна быть отражена в смете расходов

Похоже, в энергетическом анализе распространено предположение, что каким-то образом в конце срока службы ветряные турбины, солнечные батареи и накопители для хранения энергии исчезнут без каких-либо затрат. Если они будут переработаны, стоимость переработки должна быть меньше, чем стоимость полученных материалов.

Но мы понимаем, что переработка не является бесплатной. Очень часто затраты энергии на переработку материалов выше, чем энергия, используемая при их добыче в первоначальном виде. Эту проблему необходимо учитывать при анализе реальной стоимости возобновляемых источников энергии.

6. Возобновляемые источники не могут напрямую заменить многие устройства и процессы, которыми мы располагаем сегодня

Это может привести к значительному снижению экономической эффективности и более продолжительному переходу на возобновляемые источники.

Существует длинный список вещей, которые не могут быть заменены возобновляемыми источниками энергии. Сегодня мы не можем производить ветряные турбины, солнечные батареи или строить гидроэлектростанции без ископаемого топлива. Это само по себе даёт понять, что систему ископаемого топлива необходимо будет поддерживать в течение по крайней мере следующих двадцати лет.

Есть много других вещей, которые мы не можем сделать с помощью одной только возобновляемой энергии. Сталь, удобрения, цемент и пластик — вот только некоторые примеры, которые Билл Гейтс упоминает в своём видео выше.

Таким образом, невозможно изготовить асфальт. Мы не можем проложить дороги (кроме каменных) или построить многие современные здания с использованием одних только возобновляемых источников энергии.

7. Вероятно, что переход на возобновляемые источники энергии займёт 50 или более лет

В течение этого времени ветер и солнечная энергия будут действовать как дополнения к системе ископаемого топлива, а не заменять её. Это также увеличит расходы.

Чтобы отрасли на базе ископаемого топлива продолжали работать, большую часть затрат на них придётся сохранить. Люди, работающие в сфере ископаемого топлива, должны получать оплату за труд круглый год, а не только тогда, когда электроэнергетика нуждается в резервной электроэнергии.

Ископаемому топливу требуются трубопроводы, нефтеперерабатывающие заводы и квалифицированный персонал. Компании, использующие ископаемое топливо, должны будут оплачивать свои долги, связанные с существующими объектами.

Если природный газ используется в качестве резервного для возобновляемых источников энергии, понадобятся резервуары для хранения его запасов на зиму, помимо трубопроводов. Даже если использование природного газа уменьшится, скажем, на 90%, затраты на него, вероятно, сократятся на гораздо меньший процент, поскольку большая доля затрат — фиксированная.

Одна из причин, по которой переход будет очень долгим, заключается в том, что во многих случаях даже нет понимания пути к переходу от ископаемого топлива.

Если необходимо внести изменения, то для облегчения этих изменений:

• Необходимы предварительные условия и договорённости.
• Затем эти решения необходимо проверить в реальных условиях.
• Далее необходимы новые заводы, чтобы выпускать новые устройства.
• Вполне вероятно, что потребуется какой-то способ заплатить существующим владельцам за потерю стоимости их существующих устройств, работающих на ископаемом топливе; в противном случае возникнут огромные долговые обязательства.

Только после того как все эти шаги будут осуществлены, переход действительно может произойти.

Косвенные затраты вызывают огромный вопрос о том, имеет ли смысл поощрять широкое использование ветра и солнца. Возобновляемые источники энергии могут сократить выбросы CO2, если они действительно заменяют ископаемое топливо при производстве электроэнергии. Если это в основном надстройки для системы, требующие больших затрат, возникает важный вопрос:

Имеет ли смысл переходить на использование ветра и солнца?

Действительно ли ветер и солнечная энергия предлагают более светлое будущее, чем ископаемое топливо?

Запасы ископаемого топлива ограничены. Это происходит из-за того, что цены на энергоносители не поднимаются достаточно высоко, чтобы мы могли извлечь из них больше. Цены на готовую продукцию, изготовленную за счёт ископаемого топлива, должны быть достаточно низкими, чтобы покупатели могли их себе позволить.

В противном случае покупки дискреционных товаров (например, автомобилей и смартфонов) упадут. Поскольку автомобили и смартфоны производятся с использованием сырья, включающего ископаемое топливо, более низкий «спрос» на эту готовую продукцию приведёт к падению цен на товары, включая цены на нефть. И в действительности, похоже, что с 2008 года большую часть времени происходит падение цен на нефть.

​Рисунок 3. Средненедельная цена на нефть сорта Brent с учётом инфляции, основанная на спотовых ценах на нефть EIA и американском индексе потребительских цен

Сложно понять утверждение, в котором говорится, что возобновляемые источники энергии будут работать дольше, чем ископаемое топливо. Если их не субсидировать, стоимость будет выше, чем у ископаемого топлива. И это будет лишь первым ударом по «зелёной» энергетике. Она также очень зависит от ископаемого топлива при изготовлении запасных частей и ремонте линий электропередач.

Интересно, что разработчики моделей изменения климата, похоже, убеждены в том, что в будущем может быть добыто очень большое количество ископаемого топлива. Вопрос о том, сколько ископаемого топлива действительно может быть извлечено, является ещё одной проблемой моделирования, которую необходимо тщательно изучить.

Объём будущей добычи, похоже, сильно зависит от того, насколько долго нынешняя экономическая система продержится в существующем виде. Без глобализации добыча ископаемого топлива, вероятно, быстро сократится.

У нас слишком много веры в модели и прогнозы?

Вопрос о том, оправданна ли ветровая энергия и солнечная, требует тщательного анализа. Обычная отличительная черта энергетического продукта, который имеет существенную выгоду для экономики, — его производство имеет тенденцию быть очень прибыльным.

При условии высокой прибыльности правительства могут облагать налогом производителей. Таким образом, прибыль может использоваться, чтобы помочь остальной экономике. Это одно из физических проявлений «чистой энергии», которую обеспечивает энергетический продукт.

Если бы ветер и солнечная энергия действительно обеспечивали существенную чистую энергию, им не требовались бы субсидии, даже субсидии «идущим первыми». Они бы отбрасывали прибыль, чтобы принести пользу остальной экономике. Возможно, возобновляемые источники энергии не так полезны, как думают многие. Возможно, исследователи слишком поверили в искаженные модели.

Мой Telegram-канал «Эко-Underground» — больше информации о настоящей экологии.

Китай потребляет больше энергии от ВИЭ, чем вырабатывается российскими АЭС

Renewable energy forum logo.

Фото: Bellona Murmansk

На самом деле рубеж был пройден в этих странах раньше – в Китае в 2011-м году, в Японии, Германии и Испании в 2012-м, в Индии в 2008-м, а в остальных ещё раньше, но сейчас стало очевидно, что это не случайность и не временная реакция на аварию на АЭС «Фукусима», а новый долгосрочный тренд, – таков основной вывод авторов доклада о состоянии мировой атомной энергетики, опубликованный в середине июля независимыми консультантами из Великобритании и Франции.

Темпы роста атомной энергетики снижаются, а темпы роста ВИЭ остаются на высоком уровне. В 2014 году рост выработки электроэнергии на АЭС был 2,2%, на ветростанциях 10% и на солнечных станциях – 38%. Необходимые капитальные вложения для строительства новых АЭС, стоимость систем безопасности и утилизации отработавшего ядерного топлива возрастают, а себестоимость электроэнергии, выработанной из ВИЭ, постоянно снижается.

ВИЭ вытеснит атом по выработке через 5 лет

Фото: данные BP — http://statsreview.bp.com/energychartingtool/tool

Всего в мире в 2014 году потребление электроэнергии, выработанной на АЭС, составило 2536 ТВт⋅ч, а за счет ВИЭ (без гидроэлектростанций) – 1400 ТВт⋅ч, что всего в 1,8 раза меньше. Если существующие тенденции сохранятся, то уже через 5 лет ВИЭ может догнать атомную энергетику по объёму выработки электроэнергии в мире.

Это уже на практике разбивает миф о том, что ВИЭ маломощны и не могут обеспечить потребности людей в энергии. Для сравнения, количество потреблённой в Китае в 2014 году электроэнергии, выработанной на солнечных и ветровых станциях (234,6 ТВт⋅ч) в 1,3 раза больше, чем количество электроэнергии, выработанной в том же году на всех АЭС России (180,6 ТВт⋅ч). Благодаря развитию технологий передачи и сохранения электроэнергии, непостоянство энергии ветра и солнца уже не являются непреодолимой проблемой для устойчивого энергоснабжения.

Инвестиции из ВИЭ не уходят

Мировые инвестиции в новые ВИЭ и атомную энергетику в 2004-2014 гг (в млрд долларов США).

Фото: FS-UNEP 2015 and WNISR original research

После пика инвестиций в возобновляемые источники энергии в 2011 году, в течение следующих двух лет наблюдалось падение. Но 2014 год показал, что это падение – не новый долгосрочный тренд, а временный откат. Мировые инвестиции в возобновляемую энергетику, не считая крупных ГЭС, в 2014 году составили 270 млрд долларов США, что на 17% выше, чем в 2013 году.

Размер инвестиций в новые проекты АЭС значительно меньше, что может говорить об относительной непривлекательности атомной энергетики на глобальном рынке.

Франция диверсифицирует энергетику

Франция – самая зависимая от атомной энергетики страна. На долю АЭС приходится 75% выработки всей электроэнергии, а атомная отрасль является одной из самых влиятельных в стране.

Тем не менее, экономическая целесообразность, общественное мнение и необходимость выполнять предвыборные обещания помогли премьер-министру Франции Франсуа Оланду провести через Парламент новый энергетический закон.

Он предполагает сокращение доли атомной энергетики в стране до 50% к 2025 году за счёт закрытия старых реакторов и запрет на строительство новых, кроме тех, строительство которых уже начато. Закон также предусматривает повышение ставки налога на выбросы углекислого газа с 22 евро до 56 евро к 2020 году.

Однако чем именно будет замещена атомная энергия в законе не прописано, поэтому французские экологи пока с осторожностью о нём отзываются. Ведь есть вероятность, что вместо АЭС Франция предпочтёт развивать не ветряные и солнечные станции, а ТЭС на природном газе или угле, что увеличит выбросы парниковых газов в атмосферу. Подробный план достижения установленного в законе целевого показателя будет обсуждаться в конце этого года. К тому времени все заинтересованные стороны приготовят свои аргументы в пользу того или иного сценария развития французской энергетики.

Сравнительная характеристика различных способов производства электроэнергии (часть первая)

«Необходим объективный подход к ядерной энергетике. Обе стороны должны осознать неотъемлемое право на объективную, а не тактическую информацию, выгодную одной из сторон. Каждый должен сознательно идти на риск.

Обычно риск считается приемлемым, если при сравнении серьезности последствий его теоретическая вероятность намного ниже вероятности природных катастроф, которые рассматриваются как неизбежные и никогда не принимаются в расчет в повседневной жизни … Я не знаю другой области человеческой деятельности кроме атомной энергетики, где было бы так много сделано для оценки риска и гарантии безопасности».

          Кардинал Х. Шверк  (Швейцария) .

Введение.

Среди величайших достижений ХХ века наряду с генной и полупроводниковой технологиями открытие атомной энергии и овладение ею занимает особое место.

Человечество получило доступ к громадному и потенциально опасному источнику энергии, который нельзя ни закрыть, ни забыть, его нужно использовать не во вред, а на пользу человечеству.

У атомной энергии две «родовые» функции – военная, разрушительная и энергетическая – созидательная. По мере уничтожения устрашающих ядерных арсеналов, созданных в период холодной войны, атомная энергия будет проникать внутрь цивилизованного общества в виде тепла, электричества, медицинских изотопов, ядерных технологий, нашедших применение в промышленности, космосе, сельском хозяйстве, археологии, судебной медицине и т.д.

В XXI веке истощение энергоресурса уже не будет первым ограничивающим фактором. Главным становится фактор ограничения предела экологической емкости среды обитания.

Прогресс, достигнутый в превращении атомной энергии в безопасное, чистое и действенное средство удовлетворения растущих глобальных энергетических потребностей, не может быть достигнут никакой другой технологией, несмотря на привлекательность энергии ветра, солнца и других, «возобновляемых» источников энергии.

Однако бытующее в обществе представление об атомной энергии по-прежнему окутано мифами и страхами, которые абсолютно не соответствуют фактическому положению дел, и, в основном, опираются исключительно на чувства и эмоции.

В том случае, Когда голосованием предлагается решать вопросы об опасности там, где действуют законы природы  ( по терминологии В.И.Вернадского, когда «общественное мнение» опережает «общественное понимание» ) , как это ни парадоксально , происходит преуменьшение экологической опасности.

Поэтому одной из важнейших задач, стоящих в настоящее время перед учеными, является задача достижения «общественного понимания» экологических проблем, в том числе – атомной энергетике.

Активность экологических движений должна приветствоваться, но она должна быть конструктивной, а не разрушительной.

Хорошо организованный и цивилизованный диалог между специалистами и общественностью, безусловно, полезен.

Цель нашего проекта – анализ информации, необходимой для выработки собственного осознанного отношения к проблемам развития энергетики вообще и атомной энергетики в частности.

Научно-технический прогресс, энергия и человеческое общество. Источники энергии.

Человечество живет в едином, взаимосвязанном мире, и наиболее серьезные энергетические, экологические и социально-экономические проблемы приобрели глобальный масштаб.

Развитие энергетике связано с развитием человеческого общества, научно-техническим прогрессом, который, с одной стороны, ведет к значительному подъему уровня жизни людей, но с другой оказывает воздействие на окружающую человека природную среду. К  числу важнейших глобальных проблем относятся:

• рост численности населения Земли и обеспечение его продовольствием;
• обеспечение растущих потребностей мирового хозяйства в энергии и природных ресурсов;
• охрана природной среды, в том числе и здоровья человека, от разрушительного антропогенного воздействия технического прогресса.

Такие экологические угрозы, как парниковый эффект и необратимые изменения климата, истощение озонового слоя, кислотные дожди (осадки ), сокращение биологического разнообразия, увеличение содержания токсичных веществ в окружающей среде, требуют новой стратегии развития человечества, предусматривающей согласованное функционирование экономики и экосистемы. Разумеется, потребности современного общества должны удовлетворяться с учётом потребности будущих поколений. Потребление энергии является одним из важных факторов развития экономики и уровня жизни людей. За последние 140 лет потребление энергии во всём мире возросло примерно в 20 раз, а  численность населения планеты – в 4 раза (24).

С учётом темпов нынешнего роста численности населения и необходимости улучшения уровня жизни будущих поколений Мировой Энергетический  Конгресс прогнозирует рост глобального потребления энергии на 50-100% к 2020 году и на 140-320% к 2050г. (3,25).

Что же такое энергия вообще? Согласно современным научным представлениям, энергия-это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, которая не возникает из ничего и не исчезает, а только может переходить из одной формы в другую в соответствии с законом сохранения энергии.

Энергия может проявляться в различных формах : кинетическая, потенциальная, химическая, электрическая, тепловая, ядерная.

Для удовлетворения нашей потребности в энергии существуют возобновляемые и невозобновляемые источники.

Солнце, ветер, гидроэнергия, приливы и некоторые другие источники энергии называют возобновляемыми потому, что их использование человеком практически не изменяет их запасы. Уголь, нефть, газ, торф, уран относятся к невозобнавляемым источникам энергии, и при переработке они теряются безвозвратно.

По прогнозам Международного энергетического агентства потребности в первичных энергоносителях в первом десятилетии ХХ1-го века будут удовлетворены в следующих соотношениях : нефть- не более 40%, газ- менее 24%, твёрдые виды топлива (в основном уголь ) – менее 30%, ядерная энергия -7%, гидроэнергетика – 7%, возобновляемые виды энергии – менее 1%. Региональное потребление первичных энергоносителей может иметь отклонения от мировых тенденций .

Основное количество энергии человечество получает и будет получать в ближайшем будущем, расходуя невозобновляемые источники.

Такие природные ресурсы, как: уголь, нефть, газ –практически невосстанавливаемые, не смотря на то, что их запасы на сегодняшний день во всем мире очень велики, но они все равно когда-либо закончатся. Самое главное то, что при работе ТЭС происходит отравление окружающей среды.

Широко бытующее утверждение об экологической «чистоте» возобновляемых источников энергии справедливо, лишь, если иметь в виду только конечную стадию – энергопроизводящую станцию. Из всех этих видов возобновляемых источников энергии только гидроэнергия          в настоящий момент вносит серьёзный вклад во всемирное производство электроэнергии (17% ).

Гидроэнергетика.

В большинстве промышленно развитых стран незадействованным на сегодня остался лишь незначительный по объёму гидроэнергетический потенциал.

Так,в европейской части страны с наиболее напряжённым топливным балансом использование гидроэнергетических ресурсов достигло 50%, а их экономический потенциал практически исчерпан.

Гидроэнергетические сооружения в потенциале несут в себе опасность крупных катастроф. Так, в 1979 году авария на плотине в Морви (Индия) унесла около 15 тысяч жизней. В Европе в 1963 году авария плотины в Вайонт (Италия) привела к гибели 3 тысячи человек.

Неблагоприятное воздействие гидроэнергетики на окружающую среду, в основном, сводится к следующему : затопление с/х угодий и населённых пунктов, нарушение водного баланса, что ведёт к изменению существования флоры и фауны, климатические последствия (изменение теплового баланса, увеличение количества осадков, скорости ветра, облачности и т.д.).

Перегораживание русла реки приводит к заливанию водоёма и эрозии берегов, ухудшению самоочищения проточных вод и уменьшению содержания кислорода, затруднения свободное движение рыб.

С увеличением масштабов гидротехнического сооружения растёт и масштаб воздействия на окружающую среду.

Энергия ветра.

Энергия ветра в больших масштабах оказалась ненадёжной, неэкономичной и, главное, неспособной давать электроэнергию в нужных количествах.

Строительство ветряных установок усложняется необходимостью изготовления лопастей турбины больших размеров. Так, по проекту ФРГ установка мощностью 2-3 МВт должна иметь диаметр ветрового колеса 100м, причём она производит такой шум, что возникает необходимость отключения её в ночное время.

В штате Огайо была построена крупнейшая в мире ветросиловая установка 10МВт. Проработав несколько суток, была продана на слом по цене 10дол. За тонну. В радиусе нескольких километров жить стало невозможно из-за инфразвука, совпадающего с альфа-ритмом головного мозга, что вызывает психические заболевания.

К серьёзным негативным последствиям использование энергии ветра можно отнести помехи для воздушного сообщения и для распространения радио-и телеволн, нарушения путей миграции птиц, климатические изменения вследствие нарушения естественной циркуляции воздушных потоков.

Солнечная энергия.

Солнечная энергия. Техническое использование солнечной энергии осуществляется в нескольких формах: применение низко – и высокотемпературного оборудования, прямое преобразование солнечной энергии в электрическую на фотоэлектрическом оборудовании.

Принципиальными особенностями солнечного излучения являются огромные потенциальные ресурсы (в 4000 раз превышает прогнозируемые энергопотребности человечества в 2020 году ) и низкая интенсивность. Так, среднесуточная интенсивность солнечного излучения для средней полосы европейской части России составляет 150Вт/м , что в 1000раз меньше тепловых потоков в котлах ТЭС.

К сожалению, пока не видно, какими путями эти огромные потенциальные ресурсы можно реализовать в больших количествах. Одним из наиболее важных препятствий является низкая интенсивность солнечного излучения, что проблему необходимости концентрирования солнечной энергии в сотни раз ещё до того, как она превратится в тепло. Практическая реализация концентрации солнечной энергии требует отчуждения огромных земельных площадей. Для размещения солнечной электростанции (СЭС) мощностью 1000МВт (Эл) в средней полосе европейской части необходима площадь при 10%к.п.д. в 67км2. К этому надо добавить ещё и земли, которые потребуются отвести под различные промышленные предприятия, изготавливающие материалы для строительства и эксплуатации СЭС.

Следует подчеркнуть, что материалоёмкость, затраты времени и людских ресурсов в солнечной энергетике в 500 раз больше, чем в традиционной энергетике на органическом топливе и в атомной энергетике.

Действующая в Крыму СЭС мощностью 5 МВт потребила в 1988 году на собственные нужды в 20 раз больше энергии, чем произвела.

Геотермальная энергия

Отрицательными экологическими последствиями использования геотермальной энергии подземных источников горячей воды является возможность пробуждения сейсмической активности в районе электростанции, опасность локального оседания грунтов, эмиссия отравляющих газов (пары ртути, сероводорода, аммиака, двуокиси и окиси углерода, метана ), которые представляют опасность для человека, животных и растений.

Проведенные исследования показали, что возможная роль возобновляемых источников энергии не выходит за пределы вспомогательного энергоресурса, решающего региональные проблемы. Ресурсы таких источников, как гидроэнергетика, энергия ветра, морских волн и приливов, недостаточны. Солнечная энергетика и энергия  геотермальная с теоретически неограниченными ресурсами характеризуются чрезвычайно низкой интенсивностью поступающей энергии.

Кроме того необходимо помнить, что с использованием новых видов энергии возникает и новый тип экологических последствий, которые могут привести к изменению природных условий в глобальных масштабах и которые пока в полной мере трудно представить. Исследования последних лет показали, что на определенные планы с термоядерным синтезом ( проект ИТЭР ) преждевременно рассчитывать.

Тепловые электростанции.

Тепловые электростанции (ТЭС) появились в конце 19-ого века почти одновременно в России, США и Германии, а вскоре и в других странах. Первая центральная электрическая станция  была введена в эксплуатацию в Нью-Йорке в 1882 году для осветительных целей. Первая крупная тепловая электростанция с паровыми турбинами вступила в строй в 1906 году в Москве. Сегодня ни один более или менее крупный город не обходится без собственных электростанций. Тепловая электростанция – сложное и обширное хозяйство, порой она занимает территорию в 70 га, помимо главного корпуса, где размещаются энергоблоки, здесь располагаются различные вспомогательные производственные установки и сооружения, электрические распределительные устройства, лаборатории, мастерские, склады и т.д. Генераторы тепловых электростанций вырабатывают ток напряжением в десятки киловольт. Мощность теплоэлектростанций сегодня достигает сотен МВт. В США существует ТЭС мощностью 1,2-1,5 млн. кВт и более. В нашей стране от них поступает к потребителям наибольшая часть получаемой электроэнергии (69%). Особый вид тепловых электростанций – теплоэлектроцентрали (ТЭЦ). Эти предприятия производят энергию и тепло одновременно, поэтому коэффициент полезного действия используемого топлива у них достигает 70%, а у обычных тепловых электростанций лишь 30-35%. ТЭЦ всегда размещают вблизи потребителей – в крупных городах, так как передавать тепло (пар, горячую воду) без больших потерь можно максимум на 15-20 километров.

Размещение электростанций зависит от двух основных факторов – топливно-энергетических ресурсов и потребителей энергии, поэтому тепловые электростанции размещаются в районах топливных баз при наличии малокалорийного топлива – его не выгодно далеко перевозить. Например, Канско-Ачинский уголь использует Берёзовская ГРЭС-1 (ГРЭС – государственная районная электростанция). На попутном нефтяном газе работают две Сургутские электростанции. Если же электростанции используют высококалорийное топливо, которое выдерживает дальние перевозки (природный газ), они строятся ближе к местам потребления электроэнергии.

Тепловая энергетика оказывает огромное влияние на окружающую среду, загрязняет воду и атмосферный воздух. Самая грязная и экологически опасная – угольная электростанция. При мощности в 1 млрд. Вт она ежегодно выбрасывает в атмосферу 36,5 млрд. куб. метров горячих газов, содержащих пыль, вредные вещества и 100 млн. куб. метров пара. В отходы идут 50 млн. куб. метров сточных вод, в которых содержится 82 тонны серной кислоты, 26 тонн хлоридов, 41 тонна фосфатов и 500 тонн твёрдой извести. Ко всем этим выбросам необходимо добавить углекислый газ – результат сгорания угля. Наконец, остаётся 360 тысяч тонн золы, которую приходится складировать. В целом для работы угольной электростанции ежегодно требуется 1 млн. тонн угля, 150 млн. кубических метров воды и 30 млрд. кубических метров воздуха. Если учесть, что такие электростанции работают десятилетиями, то их воздействие на окружающую среду можно сравнить с вулканической деятельностью. Каждый         крупный город имеет несколько подобных «вулканов». Например, энергией и теплом Москву обеспечивает 15 теплоэлектроцентралей. В течение 20-ого века тепловые электростанции существенно повысили концентрацию ряда газов в атмосфере. Так, концентрация углекислого газа выросла на 25% и продолжает ежегодно увеличиваться на 0,5%, вдвое выросла концентрация метана и увеличивается на 0,9% в год, постоянно растут концентрации оксидов азота и двуокиси серы. Насыщенный парами воздух разъедает здания и сооружения, ранее устойчивые соединения становятся неустойчивыми, нерастворимые вещества переходят в растворимые и т.д. Избыточное поступление питательных веществ в водоёмы ведёт к их ускоренному «старению», заболевают леса, повышается уровень напряжения электромагнитных полей. Всё это чрезвычайно негативно сказывается на здоровье людей, риск преждевременной смерти увеличивается. Кроме того, повышенное содержание углекислого газа и метана в атмосфере является одной из причин возникновения парникового эффекта.

Парниковый эффект.

Есть несколько точек зрения на эту проблему. Согласно недавним решениям ООН для улучшения климата Земли наиболее развитый государства, такие как США, Япония  и страны Европейского союза, обязаны сократить к 2012 году объём выброса тепличных газов на 6% по сравнению с 1990 годом. Однако многие специалисты считают, что и этого недостаточно. Они настаивают  на 60%,  по их мнению, в борьбу должны включиться не только развитые страны, но и все остальные. Но есть и другая точка зрения: В 1997 году почти 1700 американских учёных подписали обращение к президенту страны, где поставили под сомнение сам подход к решению проблемы. Выбрасываемый промышленностью углекислый газ практически не влияет на климат, считают они. Вулканические извержения, другие природные катаклизмы поставляют подобных соединений куда больше. Например, учёные обратили внимание, что из подпочвенных слоёв тундры в последнее время стало выделяться больше углекислого газа и метана, чем прежде, а по оценкам учёных здесь содержится примерно треть всех земных  углесодержащих газов. Было установлено, что с каждого кв. метра тундры вода уносит 5 граммов углесодержащих веществ, примерно половина из них растворяется в реках, озёрах, ручьях, а затем поступает в атмосферу, остальные уходят в Северный Ледовитый океан. Средняя температура поверхности Земли за последний год поднялась на полградуса, но, по словам экспертов, им потребуется несколько лет,

чтобы определить, свидетельствуют ли данные показатели об ускорении глобального потепления. По мнению учёных, парниковых эффект – результат того, что климат Земли постоянно меняется. Возможно, сейчас происходит потепление, так как заканчивается последний ледниковый период, а колебания климата связаны с солнечной активностью, появлением пятен, увеличением излучаемого тепла. Опасности, связанные с повышением концентрации углекислого газа в атмосфере состоят в повышении температуры Земли. Но общепринятые оценки метеорологов показывают, что повышение  содержания углекислого газа в атмосфере приведёт к повышению температуры практически только в высоких широтах, особенно в Северном полушарии, причём в основном это потепление произойдёт зимой. По оценки специалистом Института сельхозметеорологии Роскомгидромета повышение концентрации этого газа в атмосфере в два раза приведёт к удвоению полезной сельскохозяйственной площади России, с 5 до 11 млн. кв. километров. В различных источниках также указываются  возможные повышения уровня Мирового океана в пределах от 0,2 до 1,4м, многие утверждают, что скоро нас ожидает великий потоп. Но почти все ледники Северного полушария растаяли около 9 тысяч лет назад, осталась только Гренландия. Но и она вместе  со льдами Северного Ледовитого океана не повысит при таянии уровень Мирового океана даже на 1мм.

Основные показатели  стран, развивающих теплоэнергетику

Из таблицы совершенно очевидно, что все ведущие страны, даже при очень развитой технологии, не могут избавиться от огромных выбросов, отравляющих атмосферу. Оксид серы, диоксид углерода, способствуют развитию сердечнососудистых и онкологических заболеваний, которые по смертности являются ведущими в мире. Обращает на себя внимание тот факт, что при работе ТЭС так же, как и при работе АЭС, образуются радионуклиды, которые на ТЭС никак не улавливаются.

Приливные электростанции.

Уровень воды в течение суток меняет 4 раза, такие колебания особенно заметны в заливах и устьях рек, впадающих в море. Для устройства простейшей приливной электростанции (ПЭС) нужен бассейн – перекрытый плотиной залив или устье реки. В плотине имеются водопропускные отверстия и установлены турбины. ПЭС двустороннего действия (турбины работают при движении воды из моря в бассейн и обратно) способны вырабатывать электроэнергию непрерывно в течение 4-5 часов с перерывами в 1-2 часа четыре раза в сутки.

Первая приливная электростанция мощностью 240 МВт была пущена в 1966 году во Франции в устье реки Ранс, впадающей в пролив Ла-Манш, где средняя амплитуда приливов составляет 8,4 м. Несмотря на высокую стоимость строительства, которая почти в 2,5 раза превосходит расходы на возведение ГЭС такой же мощности, первый опыт эксплуатации приливной электростанции оказался экономически оправданным. ПЭС на реке Ранс входит в энергосистему Франции и эффективно используется. В 1968 году на Баренцевом море вступила в строй опытно-промышленная ПЭС проектной мощностью 800 кВт. Место её строительства – Кислая губа представляет собой узкий залив шириной 150 м и длиной 450 м. Существуют проекты крупных ПЭС мощностью 320 МВт (Кольская) и 4000 МВт (Мезенская) на Белом море, где амплитуда приливов составляет 7-10 м. Планируется также использовать огромный энергетический потенциал Охотского моря, где местами, например в Пенжинской губе, высота приливов достигает 12,9 м, а в Гижигинской губе – 12-14 м. В 1985 году была пущена в эксплуатацию ПЭС в заливе Фанди в Канаде мощностью 20 МВт (амплитуда приливов здесь составляет 19,6 м). В Китае построены три приливные электростанции небольшой мощности. В Великобритании разрабатывается проект ПЭС мощностью 1000 МВт в устье реки Северн, где средняя амплитуда приливов составляет 16,3 м.

С точки зрения экологии ПЭС имеют бесспорное преимущество перед тепловыми электростанциями, сжигающими нефть и каменный уголь. Благоприятные предпосылки для более широкого использования энергии морских приливов связаны с возможностью применения недавно созданной геликоидной турбины Горлова, которая позволяет сооружать ПЭС без плотин, сокращая расходы на их строительство. Первые бесплотинные ПЭС намечено соорудить в ближайшие годы в Южной Корее.

Солнечные космические электростанции.

Получать и использовать «чистую» солнечную энергию на поверхности  Земли мешает атмосфера, поэтому появляются проекты размещения  солнечных электростанций в космосе, на околоземной орбите. У таких станций  есть несколько достоинств: невесомость позволяет создать  многокилометровые конструкции, которые необходимы для получения энергии; преобразование одного вида энергии в другой неизбежно сопровождается  выделением тепла, и сброс его в космос позволит предотвратить опасное перегревание земной атмосферы.

К проектированию солнечных космических электростанций (СКЭС) конструкторы приступили ещё в конце 60-ых годов 20-ого века. Было предложено несколько вариантов транспортировки энергии из космоса на Землю, но наиболее рациональным было признано предложение использовать её  на месте выработки, для этого необходимо перенести основных потребителей электроэнергии (металлургия, машиностроение, химическая промышленность) на спутник Земли Луну или астероиды. Любой вариант СКЭС предполагает, что это колоссальное сооружение, причём не одно. Даже самая маленькая СКЭС должна весить десятки тысяч тонн. Современные средства выведения в состоянии доставить на низкую – опорную орбиту необходимое количество блоков, узлов и панелей солнечных батарей.

Строительство солнечных космических электростанций сейчас кажется фантастикой, но в скором времени, возможно, появится  первая СКЭС, которая даст начало новому уровню развития энергетики.

Как прожить без нефти: энергетика Швеции

Уже сегодня Швеция — лидер в ЕС по развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Например, в прошлом году больше половины всего электричества в стране было произведено на гидроэлектростанциях, в ветропарках или путем переработки отходов лесопромышленного сектора. А к 2040 году Швеция собирается совсем отказаться от ископаемого топлива. Реально? Давайте посмотрим.

Несчастье помогло

В Швеции почти нет своих нефти и газа. Небольшие нефтяные месторождения были обнаружены в районе острова Готланд и прилегающей акватории Балтийского моря, но экономического смысла в их разработке не было, скромные запасы угля тоже не добываются.

Поэтому до 1970-х страна практиковала в основном импорт энергоносителей, пока грянувший в 1973 году нефтяной кризис, а с ним и резкий скачок цен на «черное золото» не поставили экономику Швеции в неудобное положение — которое пошло ей на пользу. Правительство задумалось об энергетической независимости страны — например, о том, как разнообразить в ней виды топлива.

Началось все с активного строительства гидро- и атомных станций, пик которого пришелся на 70-е и 80-е, как раз на волне «нефтяного шока». Сейчас ГЭС и АЭС дают около 80% энергобаланса страны (и их доли примерно равны), в Швеции работают 10 атомных реакторов, «на каждый миллион жителей приходится более одного реактора — так много нет ни в одной стране мира», рассказывает Татьяна Ланьшина из РАНХиГС, исследующая возобновляемую энергетику на планете.

Ситуация вокруг атомной энергетики в Швеции традиционно очень непростая, ее регулярно критикуют и международные экологические организации (в том числе Greenpeace), и местные шведские. Но с конца 80-х доля атома в энергетике не растет. «В Швеции стали признавать, что атомная энергетика стала очень дорогой и экономически неконкурентоспособной, и от субсидирования атомной энергетики здесь отказываются, так что мы вряд ли увидим строительство новых энергоблоков», — говорит Владимир Сидорович, директор Центра энергоэффективных технологий в строительстве. Недавно глава Шведской энергетической инспекции (управляющей энергосектором страны) Анне Вадаш Нильссон в интервью Reuters прямым текстом подтвердила смену энергетических вех: «Ядерная энергетика — очень дорогостоящий источник, в том числе в связи с техникой безопасности и необходимостью долгосрочно финансировать контроль за ядерными отходами». Кстати, новые гидроэлектростанции (тоже вызывающие критику экологов — они негативно влияют на экосистемы регионов) в стране тоже пока строить не собираются.

Зато начиная с 90-х Швеция стала больше обращать внимание на возобновляемую энергетику — прежде всего, помощь ветра и солнца.
Швеция — страна морская, сильные ветра здесь не редкость. Все, кто бывал в Швеции, наверняка замечали и гигантские офшорные ветропарки, расположенные вдоль побережий (некоторые из них видны даже с самого длинного моста в Европе — Öresundsbron, соединяющего Мальмё с Копенгагеном), и меньшие по размеру группы ветряков, и просто отдельно стоящие ветряки на фермах.

В 2019 году в стране получали 20 ТВт·ч электроэнергии от ветротурбин (доля их сектора в производстве электричества в Швеции — 12-15%). А это больше, чем вся запланированная к 2024 году мощность электростанций, работающих на ВИЭ, например, в России.

Ученые: крупные ГЭС слишком дороги и вредят экологии

6 ноября 2018

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Из-за строительства Оровиллской плотины в Калифорнии были переселены 10 тысяч человек

Власти Европы и США постепенно отказываются от использования крупных гидроэлектростанций, так как те наносят большой вред экологии и к тому же экономически невыгодны, утверждают американские ученые. В России тенденции к отказу от ГЭС эксперты пока не видят.

Каждый год в развитых странах демонтируются десятки ГЭС, но при этом развивающиеся страны продолжают активно строить дамбы на крупных реках.

Сегодня 71% возобновляемой электроэнергии в мире вырабатывается гидроэлектростанциями.

Пик строительства ГЭС в Европе и США пришелся на 1960-е годы, после чего начался спад. Сегодня в США на гидроэлектростанции приходится лишь около 6% выработки электроэнергии.

Как отмечают авторы исследования, опубликованного в научном журнале PNAS, раньше власти были заинтересованы в дешевой электроэнергии и не учитывали в полной мере экологических и социальных рисков.

Более 90% ГЭС, построенных с 1930-х годов, оказались более дорогими в эксплуатации, чем изначально предполагалось. Кроме того, они нанесли вред речной экологии, привели к переселению миллионов человек и способствовали изменению климата за счет парниковых газов с затопленных территорий.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Плотина на реке Элва в штате Вашингтон была демонтирована в 2011 году

«Описывая пользу ГЭС, нам обычно рисуют радужную картину выгод от их применения. Но эта картина обманчива, а о рисках предпочитают не говорить. Платить же по счетам ощущаются в обществе гораздо позднее», — отметил автор исследования, профессор Мичиганского университета Эмилио Моран в интервью корреспонденту Би-би-си по вопросам науки Мэтту Макграту.

В докладе в качестве примеров приводятся две дамбы на реке Мадейра в Бразилии, строительство которых завершилось всего пять лет назад и которые, по предварительным прогнозам, из-за изменения климата будут производить гораздо меньше энергии, чем ожидалось.

В развивающихся странах в процессе строительства сейчас находятся около 3700 крупных и средних ГЭС.

Энергия не для людей

Авторы доклада обеспокоены тем, что многие из этих проектов могут нанести непоправимый вред крупным рекам, на которых они строятся.

Электростанция «Гранд Инга» на реке Конго, как предполагается, должна будет вырабатывать более трети от всего нынешнего объема электричества в Африке.

Однако, по мнению ученых, проект стоимостью в 80 млрд долларов направлен в первую очередь на обеспечение индустриальных нужд.

«Более 90% электроэнергии от этой станции пойдет на добычу полезных ископаемых в Южную Африку, а люди в Конго не получат этой энергии», — говорит профессор Моран.

«В Бразилии линия электропередач проходит над головами людей и тянется на 4000 километров, но эта энергия не доходит до их домов», — сетует он.

Автор фото, Getty Images

Подпись к фото,

Уровень воды у плотины Гувера на озере Мид в последние годы снижается

«Благие цели массовой электрификации полностью перекрываются интересами крупных игроков, которые и продвигают эти технологии. Власти поддаются на их уверения в том, что все так и нужно», — объясняет ученый.

В докладе отмечается, что огромные сооружения на этих реках уничтожают источники продовольствия. В частности, от них могут пострадать около 60 миллионов человек, живущих за счет рыболовства на реке Меконг: ущерб может составить до 2 млрд долларов.

Дамбы могут привести к вымиранию тысяч редких биологических видов.

Несколько источников

В Бразилии, где 67% электричества вырабатывается ГЭС, число дамб растет по мере уменьшения мощности рек.

С приходом к власти в стране нового президента Жаира Болсонару временный запрет на постройку новых гидроэлектростанций, как ожидается, будет снят. Власти уже планируют построить 60 новых дамб.

Авторы исследования считают, что с учетом развития возобновляемой энергетики следует совмещать мощности ГЭС с другими источниками энергии.

«У огромных ГЭС нет будущего, это наше однозначное заключение. Чтобы сохранить гидроэнергетику в XXI веке, нам нужно совмещать несколько источников возобновляемой энергии», — утверждает профессор Моран.

«Нужно больше инвестировать в солнечную, ветряную и в гидроэнергетику (там, где это необходимо) — но мы должны придерживаться четких стандартов, где были бы видны все риски и доходы», — заключает ученый.

Пиковые нагрузки

В России пока не наблюдается тенденции к отказу от крупных ГЭС, поскольку реальной альтернативы им пока нет, отмечает заместитель директора Института водных проблем РАН Михаил Болгов.

«В условиях совеременной экономики гидроэлектростанции производят весьма дешевую энергию и покрывают так называемые пиковые нагрузки: выработкой электроэнергии на ГЭС можно легко управлять и тем самым покрывать всплески потребления электричества», — пояснил Болгов Би-би-си.

Кроме того, дамбы используются для водоснабжения сельского хозяйства, в первую очередь для орошаемого земледелия, добавляет эксперт.

При этом, по его словам, энергетическая стратегия России на данный момент не предуматривает строительства новых крупных ГЭС, так как дефицита электроэнергии не наблюдается.

Сегодня в России гидроэлектростанции вырабатывают примерно 18-20% от всей потребляемой в стране электроэнергии.

Болгов подчеркивает, что влияние ГЭС на окружающую среду уже давно волнует экологов, но выполнение их требований, как правило, не выгодно владельцам турбин, так как ведет к уменьшению выработки электричества.

Однако демонтаж крупных дамб может принести еще более серьезный урон экологии, чем их использование.

«Если мы начнем спускать водохранилища, то миру откроется огромное количество загрязненных донных отложений, и возникнет еще одна колоссальная проблема: что с ними делать?» — задается вопросом эксперт.

Украина сократила производство электроэнергии на 8% — новости Украины, ТЭК

Производство электроэнергии в объединенной энергосистеме (ОЭС) Украины в январе-июне 2020 года сократилось на 8% – до 73,4 млрд кВт-ч, передает Энергореформа со ссылкой на Минэнерго. 

Атомные электростанции (АЭС) за шесть месяцев текущего года снизили выработку электроэнергии на 7,7% по сравнению с аналогичным периодом предыдущего года – до 39,3 млрд кВт-ч.

Тепловые электростанции (ТЭС), а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и когенерационные установки (КУ) снизили на 17,8% – до 24,1 млрд кВт-ч.

Гидро- и гидроаккумулирующие электростанции (ГЭС и ГАЭС) сократили производство на 22,1% – до 3,6 млрд кВт-ч.

Производство электроэнергии нетрадиционными источниками (ВЭС, СЭС, биомасса) возросло в 2,3 раза – до 5,3 млрд кВт-ч.

Доля АЭС в структуре производства электроэнергии составила 53,6% (в январе-июне-2019 – 53,4%), ТЭС, ТЭЦ и КУ – 32,9% (36,8%), ГЭС и ГАЭС – 4,9% (5,8%), блок-станций – 1,3% (1%), альтернативных источников – 7,3% (3%).

• В мае 2020 года производство атомной энергии в Украине упало до исторического минимума
• 29 апреля Минэнерго пересмотрело прогнозный энергетический баланс на 2020 год из-за энергетического кризиса в стране. Документ предполагает снижение производства электроэнергии на всех видах генерации, кроме ТЭЦ и ВИЭ, большинством из которых владеет ДТЭК Рината Ахметова. Обновленный прогнозный энергетический баланс на 2020 год предусматривает, что выработка электроэнергии госкомпании Энергоатом будет сокращена в два раза: три энергоблока АЭС будут выведены в резерв, а производство еще семи — ограничено.
• Импорт электроэнергии в первом полугодии сократился в 30 раз: с 560 млн кВт/ч в начале января до 18 млн кВт/ч по состоянию на конец июня.
  Читайте нас в Telegram: проверенные факты, только важное

Сергей Чигирь

Если Вы заметили орфографическую ошибку, выделите её мышью и нажмите Ctrl+Enter.

Электроэнергия в США — Управление энергетической информации США (EIA)

Электроэнергия в США производится (вырабатывается) с использованием различных источников энергии и технологий

Соединенные Штаты используют множество различных источников энергии и технологий для производства электроэнергии. Источники и технологии менялись со временем, и некоторые из них используются чаще, чем другие.

Три основных категории энергии для производства электроэнергии — это ископаемое топливо (уголь, природный газ и нефть), ядерная энергия и возобновляемые источники энергии. Большая часть электроэнергии вырабатывается паровыми турбинами с использованием ископаемого топлива, ядерной энергии, биомассы, геотермальной и солнечной тепловой энергии. Другие основные технологии производства электроэнергии включают газовые турбины, гидротурбины, ветряные турбины и солнечные фотоэлектрические установки.

Нажмите для увеличения

Ископаемое топливо — крупнейший источник энергии для производства электроэнергии

Природный газ был крупнейшим источником U — около 40%.S. Производство электроэнергии в 2020 году. Природный газ используется в паровых турбинах и газовых турбинах для выработки электроэнергии.

Уголь

был третьим по величине источником энергии для производства электроэнергии в США в 2020 году — около 19%. Почти все угольные электростанции используют паровые турбины. Несколько угольных электростанций преобразуют уголь в газ для использования в газовой турбине для выработки электроэнергии.

Нефть была источником менее 1% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Остаточное жидкое топливо и нефтяной кокс используются в паровых турбинах.Дистиллятное или дизельное топливо используется в дизельных генераторах. Остаточное жидкое топливо и дистилляты также можно сжигать в газовых турбинах.

Ядерная энергия обеспечивает пятую часть электроэнергии США

Ядерная энергия была источником около 20% выработки электроэнергии в США в 2020 году. Атомные электростанции используют паровые турбины для производства электроэнергии за счет ядерного деления.

Возобновляемые источники энергии обеспечивают растущую долю электроэнергии в США

Многие возобновляемые источники энергии используются для выработки электроэнергии и являются источником около 20% всего U.С. Производство электроэнергии в 2020 году.

Гидроэлектростанции произвели около 7,3% от общего объема производства электроэнергии в США и около 37% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. ¹ Гидроэлектростанции используют проточную воду для вращения турбины, подключенной к генератору.

Энергия ветра была источником около 8,4% от общего объема производства электроэнергии в США и около 43% электроэнергии из возобновляемых источников энергии в 2020 году. Ветровые турбины преобразуют энергию ветра в электричество.

Биомасса была источником около 1,4% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Биомасса сжигается непосредственно на пароэлектрических электростанциях или может быть преобразована в газ, который можно сжигать в парогенераторах, газовых турбинах или внутреннем сгорании. двигатели-генераторы.

Солнечная энергия обеспечила около 2,3% всей электроэнергии США в 2020 году. Фотоэлектрическая (PV) и солнечно-тепловая энергия — два основных типа технологий производства солнечной электроэнергии. Преобразование PV производит электричество непосредственно из солнечного света в фотоэлектрических элементах.В большинстве гелиотермических систем для выработки электроэнергии используются паровые турбины.

Геотермальные электростанции произвели около 0,5% от общего объема производства электроэнергии в США в 2020 году. Геотермальные электростанции используют паровые турбины для выработки электроэнергии.

¹ Включая обычные гидроэлектростанции.

Последнее обновление: 18 марта 2021 г.

Какие типы электростанций используются для выработки энергии?

По мере того, как ряд стран продолжает отходить от высоко загрязняющих ископаемых видов топлива к низкоуглеродным альтернативам, динамика того, как и где работают электростанции, постоянно меняется.

Производство угля в Индии, третьей по величине стране-источнике выбросов, в 2020 г. снизилось на 8% по сравнению с 2018 г. электростанции по всему миру.

Но по мере того, как ряд стран продолжает отходить от высоко загрязняющих ископаемых видов топлива к низкоуглеродным альтернативам, динамика того, как и где работают электростанции, постоянно меняется.

По данным BloombergNEF, мировой спрос на электроэнергию вырастет с 25 000 тераватт-часов (ТВтч) в 2017 году до примерно 38,700 ТВтч к 2050 году, что приведет к новым инвестициям в генерирующие мощности в ближайшие годы.

Здесь NS Energy описывает различные типы электростанций, необходимые каждому источнику энергии для выработки энергии.

Типы электростанций для выработки энергии

Атомные электростанции

Используя реакцию ядерного деления и уран в качестве топлива, атомные электростанции вырабатывают большое количество электроэнергии.

Поскольку атомные электростанции считаются источником энергии с низким содержанием углерода, эта технология широко считается более экологически чистой.

По сравнению с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнце и ветер, производство электроэнергии на атомных электростанциях также считается более надежным.

Хотя для ввода АЭС в эксплуатацию требуются значительные инвестиции, затраты на их эксплуатацию относительно невелики.

Ядерные источники энергии также имеют более высокую плотность, чем ископаемое топливо, и выделяют большое количество энергии.

По этой причине атомные электростанции требуют небольшого количества топлива, но вырабатывают огромное количество энергии, что делает их особенно эффективными после запуска.

Атомная генерирующая станция Брюса, крупнейшая атомная электростанция в мире по количеству реакторов.Предоставлено: Чак Шмурло / Википедия

.

Гидроэлектростанции

Гидроэлектроэнергия производится за счет использования гравитационной силы текущей воды.

По сравнению с электростанциями, работающими на ископаемом топливе, гидроэлектростанции выбрасывают меньше парниковых газов. Но строительство гидроэлектростанций и плотин требует огромных вложений.

Согласно отчету Международной гидроэнергетической ассоциации о состоянии гидроэнергетики за 2017 год, в 2016 году было введено в эксплуатацию около 31,5 гигаватт (ГВт) гидроэнергетических мощностей, в результате чего совокупная установленная мощность в мире составила 1246 ГВт.

На долю одного только Китая приходилось почти треть мировых гидроэнергетических мощностей, и в 2016 году было добавлено около 11,74 ГВт новых мощностей.

Угольные электростанции

По данным Всемирной угольной ассоциации, в 2018 году на угольные электростанции приходилось около 37% мировой электроэнергии, при этом Китай обладает крупнейшим в мире парком техники.

Угольные электростанции используют энергетический уголь в качестве источника для выработки электроэнергии и, следовательно, выбрасывают в атмосферу значительное количество вредных газов.

Стремясь сократить выбросы парниковых газов, многие развитые страны уже объявили о планах поэтапного отказа от угольных электростанций.

Канада планирует поэтапно отказаться от угольных электростанций к 2030 году, в то время как Великобритания установила крайний срок до 2025 года, а Германия намерена удалить эту технологию из своей электросети к 2038 году. Ожидается, что ряд других европейских стран вскоре последуют этому примеру.

Дизельные электростанции

Этот тип электростанции, использующий в качестве топлива дизельное топливо, используется для мелкосерийного производства электроэнергии.

Они устанавливаются в местах, где нет легкой доступности альтернативных источников питания, и в основном используются в качестве резервного источника бесперебойного питания в случае перебоев в работе.

Дизельные электростанции требуют только небольшой площади для установки и предлагают более высокий тепловой КПД по сравнению с угольными электростанциями.

Из-за высоких затрат на техническое обслуживание и цен на дизельное топливо электростанции не стали популярными с той же скоростью, что и другие типы электростанций, такие как паровые и гидроэлектростанции.

Геотермальные электростанции

Три основных типа геотермальных электростанций включают электростанции с сухим паром, мгновенные паровые электростанции и электростанции с двойным циклом, все из которых используют паровые турбины для производства электроэнергии.

Установленная мощность геотермальной энергии постепенно увеличивалась во всем мире за последнее десятилетие, с чуть менее 10 ГВт в 2010 году до почти 14 ГВт в 2019 году.

Геотермальные электростанции считаются экологически чистыми и выделяют более низкие уровни вредных газов по сравнению с угольными электростанциями.

Геотермальная электростанция Домо-де-Сан-Педро в Мексике (Источник: Grupo Dragon / Mitsubishi Hitachi Power Systems)

Газовые электростанции

Газовая электростанция сжигает природный газ — быстрорастущий источник энергии во всем мире — для выработки электроэнергии.

Согласно исследованию Союза обеспокоенных ученых, хотя природный газ является ископаемым топливом, выбросы при его сжигании намного ниже, чем при сжигании угля или нефти.

Данные Международного энергетического агентства (МЭА) показывают, что производство электроэнергии на газе увеличилось на 3% в 2019 году, в результате чего производство электроэнергии в общемировом балансе составило 23%.

Другой тип электростанции, использующей газ, — это электростанция с комбинированным циклом. Используя как газовые, так и паровые турбины, они производят больше электроэнергии из одного источника топлива по сравнению с традиционной электростанцией.

Они улавливают тепло от газовой турбины для увеличения выработки электроэнергии, а также выделяют небольшое количество вредных газов в атмосферу.

Солнечные электростанции

Солнечные электростанции преобразуют солнечную энергию в тепловую или электрическую, используя один из самых чистых и распространенных возобновляемых источников энергии.

Как правило, они не требуют особого обслуживания и служат от 20 до 25 лет.

По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), мировая мощность солнечной энергетики будет увеличиваться на 9% каждый год в период с 2018 по 2050 год, за это время она вырастет с 480 ГВт до более чем 8000 ГВт.

Но первоначальные затраты на финансирование солнечных электростанций высоки, а для их установки требуется много места.

Еще одна похожая технология — гелиотермическая.Это система гигантских зеркал, размещенных соответствующим образом, чтобы концентрировать солнечные лучи на очень небольшой площади для создания значительного количества тепла, которое затем производит пар для питания турбины, вырабатывающей электричество.

Ветряные электростанции

В последние годы в мире наблюдается быстрый рост количества ветряных электростанций, чему способствуют технологические достижения.

Глобальная установленная мощность ветроэнергетики на суше и на море увеличилась почти в 75 раз за последние два десятилетия, по сравнению с 7.По данным IRENA, от 5 ГВт в 1997 г. до 564 ГВт к 2018 г.

После того, как ветряные турбины построены, эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием ветряных электростанций, низки, и они обычно считаются относительно рентабельными.

Ветряные электростанции также могут быть построены на сельскохозяйственных землях, не прерывая сельскохозяйственных работ.

Но обслуживание ветряных турбин может варьироваться, так как некоторые из них требуют частой проверки, а проекты ветроэнергетики обычно требуют огромных капитальных затрат.

Приливные электростанции

Приливная энергия генерируется путем преобразования энергии сильных приливов в энергию, и ее производство считается более предсказуемым по сравнению с энергией ветра и солнечной энергии.

Но приливная энергия до сих пор не получила широкого распространения, хотя первая в мире крупномасштабная установка такого типа была введена в эксплуатацию в 1966 году.

Ожидается, что повышенное внимание к производству энергии из возобновляемых источников ускорит разработку новых методов использования энергии приливов и отливов.

Хотя развитие приливной энергии находится на начальной стадии, у нее есть потенциал для значительного роста в ближайшие годы.

Производство, мощность и продажа электроэнергии в США

• Выработка — это показатель выработки электроэнергии с течением времени. Большинство электростанций используют часть производимой электроэнергии для работы электростанции.
• Мощность — это максимальный уровень электроэнергии (электричества), которую электростанция может подавать в определенный момент времени при определенных условиях.
• Продажи — это количество электроэнергии, проданной потребителям за период времени, и на них приходится большая часть потребления электроэнергии в США.

Вырабатывается больше электроэнергии, чем продается, потому что некоторая часть энергии теряется (в виде тепла) при передаче и распределении электроэнергии. Кроме того, некоторые потребители электроэнергии вырабатывают электроэнергию и используют большую часть или всю ее, и то количество, которое они используют, называется прямым использованием. Эти потребители включают промышленные, производственные, коммерческие и институциональные предприятия, а также домовладельцев, у которых есть собственные генераторы электроэнергии.Соединенные Штаты также экспортируют и импортируют часть электроэнергии в Канаду и Мексику и из них. Общее потребление электроэнергии в США конечными потребителями равно розничным продажам электроэнергии в США плюс прямое использование электроэнергии.

• Шкала коммунальных услуг включает производство электроэнергии и мощность генерирующих единиц (генераторов), расположенных на электростанциях, общая генерирующая мощность которых составляет не менее одного мегаватта (МВт).
• Маломасштабные включают генераторы с генерирующей мощностью менее 1 МВт, которые обычно находятся в местах потребления электроэнергии или поблизости от них.Большинство солнечных фотоэлектрических систем, установленных на крышах зданий, представляют собой небольшие системы.

• Мегаватт (МВт) = 1000 кВт; мегаватт-час (МВтч) = 1000 кВтч
• ГВт (ГВт) = 1000 МВт; гигаватт-час (ГВтч) = 1000 МВтч

Нажмите для увеличения

Производство электроэнергии

В 2020 году чистая выработка электроэнергии генераторами коммунальных предприятий в Соединенных Штатах составила около 4 009 миллиардов киловатт-часов (кВтч) (или около 4 триллионов кВтч). По оценкам EIA, дополнительные 41,7 миллиарда кВтч (или около 0,04 триллиона кВтч) были произведены с помощью небольших солнечных фотоэлектрических (PV) систем.

В 2020 году около 60% выработки электроэнергии коммунальными предприятиями США было произведено из ископаемых видов топлива (угля, природного газа и нефти), около 20% — за счет ядерной энергии и около 20% — из возобновляемых источников энергии.

• природный газ 40%
• уголь 19%
• ядерная 20%
• • негидроэлектрические возобновляемые источники энергии 13%
  • гидроэлектростанции7%
• нефть и прочее1%

Электроэнергетическая мощность

Чтобы обеспечить стабильную поставку электроэнергии потребителям, операторам электроэнергетической системы или сети, призывайте электростанции производить и размещать в сети необходимое количество электроэнергии в любой момент, чтобы мгновенно удовлетворить и сбалансировать спрос на электроэнергию.

• Генераторы базовой нагрузки обычно полностью или частично удовлетворяют минимальную или базовую потребность (нагрузку) в электросети. Генератор базовой нагрузки работает непрерывно, вырабатывая электричество с почти постоянной скоростью в течение большей части дня. Атомные электростанции обычно работают в режиме базовой нагрузки из-за их низких затрат на топливо и технических ограничений на работу в зависимости от нагрузки. Геотермальные установки и установки на биомассе также часто работают с базовой нагрузкой из-за их низких затрат на топливо.Многие крупные гидроэлектростанции, несколько угольных электростанций и все большее количество генераторов, работающих на природном газе, особенно в комбинированных энергетических установках, также обеспечивают мощность базовой нагрузки.
• Генераторы пиковой нагрузки помогают удовлетворить спрос на электроэнергию, когда спрос наивысший или пиковый, например, ближе к вечеру и когда потребление электроэнергии для кондиционирования и отопления увеличивается в жаркую и холодную погоду соответственно. Эти так называемые пиковые агрегаты обычно представляют собой генераторы, работающие на природном газе или нефти.Как правило, эти генераторы относительно неэффективны и дороги в эксплуатации, но обеспечивают высококачественное обслуживание в периоды пикового спроса. В некоторых случаях гидроаккумулирующие гидроэлектростанции и обычные гидроэлектростанции также поддерживают работу сети, обеспечивая электроэнергию в периоды пикового спроса.
• Блоки генерации промежуточной нагрузки составляют самый большой сектор генерации и обеспечивают работу в зависимости от нагрузки между базовой нагрузкой и пиковым режимом работы. Профиль спроса меняется со временем, и промежуточные источники в целом технически и экономически подходят для отслеживания изменений нагрузки.Многие источники энергии и технологии используются в промежуточных операциях. Установки комбинированного цикла, работающие на природном газе, которые в настоящее время вырабатывают больше электроэнергии, чем любая другая технология, обычно работают как промежуточные источники.

Дополнительные категории производителей электроэнергии включают

• Генераторы возобновляемых источников энергии с прерывистым режимом работы, работающие на ветровой и солнечной энергии, которые вырабатывают электроэнергию только тогда, когда эти ресурсы доступны (т. Е. Когда ветрено или солнечно).Когда эти генераторы работают, они имеют тенденцию уменьшать количество электроэнергии, требуемой от других генераторов для обеспечения электросети.
• Системы / объекты накопления электроэнергии, включая гидроаккумуляторы, солнечно-тепловые накопители, батареи, маховики и системы сжатого воздуха. Эти системы обычно используют (или покупают) и хранят электроэнергию, которая генерируется в периоды непикового спроса на электроэнергию (когда цены на электроэнергию относительно низкие), и они обеспечивают (или продают) сохраненную электроэнергию в периоды высокого или пикового спроса на электроэнергию (когда цены на электроэнергию относительно высоки). Некоторые объекты используют электроэнергию, произведенную с помощью периодически возобновляемых источников энергии (ветра и солнца), когда доступность возобновляемых ресурсов высока, и обеспечивают накопленную электроэнергию, когда возобновляемые источники энергии недостаточны или недоступны. Негидроаккумулирующие системы также могут оказывать вспомогательные услуги электросети. Приложения для хранения энергии по своей природе потребляют больше электроэнергии, чем обеспечивают. В гидроаккумулирующих системах для перекачки воды в резервуары для хранения воды используется больше электроэнергии, чем в системах хранения воды, а в негидроаккумулирующих системах возникают потери при преобразовании и хранении энергии.Таким образом, склады электроэнергии имеют отрицательный чистый отрицательный баланс выработки электроэнергии. Валовая выработка дает лучший индикатор уровня активности технологий хранения и приводится в выпусках данных отчета EIA-923 Power Plant Operations Report.
• Распределенные генераторы подключены к электросети, но в основном они обеспечивают часть или всю потребность в электроэнергии отдельных зданий или сооружений. Иногда эти системы могут вырабатывать больше электроэнергии, чем потребляет объект, и в этом случае излишки электроэнергии отправляются в сеть.Большинство небольших солнечных фотоэлектрических систем представляют собой распределенные генераторы.

В конце 2020 года в Соединенных Штатах было 1117 475 МВт — или около 1,12 миллиарда киловатт (кВт) — общей производственной мощности коммунальных предприятий и около 27 724 МВт — или почти 0,03 миллиарда кВт — малых солнечных фотоэлектрических установок. генерирующая мощность.

На генерирующие установки, работающие в основном на природном газе, приходится наибольшая доля генерирующих мощностей коммунальных предприятий в США.

• природный газ 43%
• уголь 20%
• • негидроэлектрические 16%
  • гидроэлектростанции9%
• ядерная9%
• нефть3%
• прочие источники 0,5%

Существует три категории генерирующих мощностей. Паспортная мощность, определяемая производителем генератора, представляет собой максимальную выработку электроэнергии блоком без превышения установленных тепловых ограничений.Чистая летняя мощность и чистая зимняя мощность — это максимальная мгновенная электрическая нагрузка, которую генератор может поддерживать летом или зимой, соответственно. Эти значения могут отличаться из-за сезонных колебаний температуры охлаждающей жидкости генератора (воды или окружающего воздуха). В большинстве своих отчетов по электроэнергии EIA указывает мощность производства электроэнергии как чистую летнюю мощность.

Источники энергии для производства электроэнергии в США

Смесь источников энергии для U.С. Производство электроэнергии в США изменилось с течением времени, особенно в последние годы. На природный газ и возобновляемые источники энергии приходится все большая доля производства электроэнергии в США, в то время как выработка электроэнергии на угле снизилась. В 1990 году на угольные электростанции приходилось около 42% от общей мощности по выработке электроэнергии коммунальными предприятиями США и около 52% от общей выработки электроэнергии. К концу 2020 года доля угля в генерирующих мощностях составляла 20%, а доля угля в общем объеме производства электроэнергии коммунальными предприятиями составляла 19%.За тот же период доля генерирующих мощностей, работающих на природном газе, увеличилась с 17% в 1990 году до 43% в 2020 году, а их доля в производстве электроэнергии более чем утроилась с 12% в 1990 году до 40% в 2020 году.

Большинство атомных и гидроэлектростанций в США были построены до 1990 года. Доля ядерной энергии в общем объеме производства электроэнергии в США с 1990 года стабильно составляла около 20%. Производство электроэнергии с помощью гидроэлектроэнергии, исторически являвшейся крупнейшим источником общего годового производства возобновляемой электроэнергии в масштабах коммунальных предприятий (до 2019), колеблется из года в год из-за режима осадков.

Общее производство электроэнергии в США за счет негидро возобновляемых источников энергии увеличивается

Производство электроэнергии из возобновляемых источников, помимо гидроэнергетики, в последние годы неуклонно росло, в основном из-за увеличения ветряных и солнечных генерирующих мощностей. С 2014 года общее годовое производство электроэнергии из негидро возобновляемых источников коммунальных услуг превышает производство гидроэлектроэнергии.

Доля энергии ветра в общих генерирующих мощностях коммунальных предприятий в США выросла с 0.2% в 1990 г. до почти 11% в 2020 г., а его доля в общем годовом производстве электроэнергии коммунальными предприятиями выросла с менее чем 1% в 1990 г. до примерно 8% в 2020 г.

Несмотря на относительно небольшую долю в общей мощности и выработке электроэнергии в США, мощность и выработка солнечной электроэнергии значительно выросли за последние годы. Мощность производства солнечной электроэнергии в коммунальном масштабе выросла с 314 МВт (или 314 000 кВт) в 1990 году до примерно 47 848 МВт (или около 48 миллионов кВт) в конце 2020 года, из которых около 96% приходились на солнечные фотоэлектрические системы и 4% — на солнечную. теплоэлектрические системы.Доля солнечной энергии в общей выработке электроэнергии коммунальными предприятиями США в 2020 году составила около 2,3% по сравнению с менее 0,1% в 1990 году. Кроме того, по оценкам EIA, в конце 2020 года было 27 724 МВт малых солнечных фотоэлектрических генераторов. мощность, а выработка электроэнергии от малых фотоэлектрических систем составила около 42 миллиардов кВтч.

Количество небольших распределенных солнечных фотоэлектрических (PV) систем, таких как те, что устанавливаются на крышах зданий, значительно выросло в Соединенных Штатах за последние несколько лет.Оценки малых солнечных фотоэлектрических мощностей и генерации по штатам и секторам включены в Electric Power Monthly. По состоянию на конец 2020 года почти 38% от общего объема малых солнечных фотоэлектрических генерирующих мощностей США приходилось на Калифорнию.

Различные факторы влияют на сочетание источников энергии для производства электроэнергии

• Падение цен на природный газ
• Государственные требования по увеличению использования возобновляемых источников энергии
• Наличие государственных и других финансовых стимулов для создания новых возобновляемых мощностей
• Федеральные правила выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для электростанций
• Снижение спроса на электроэнергию

• Может добавляться меньшими приращениями для удовлетворения требований к генерирующей мощности сети
• Может быстрее реагировать на изменения почасовой потребности в электроэнергии
• Как правило, меньше затрат на соблюдение экологических норм

Розничная продажа электроэнергии

U.S. Розничные продажи электроэнергии конечным потребителям составили около 3664 млрд кВтч или 3,7 трлн кВтч в 2020 году, что на 147 млрд кВтч меньше, чем в 2019 году. Розничные продажи включают чистый импорт (импорт минус экспорт) электроэнергии из Канады и Мексики. .

• жилая 1462 млрд кВтч 50%
• коммерческие 1,276 млрд кВтч 45%
• промышленные 920 млрд кВтч 35%
• транспорт7 млрд кВтч 0,2%

Кто продает электроэнергию?

Есть две основные категории поставщиков электроэнергии: поставщики полного спектра услуг, которые продают комплексные услуги по электроэнергии — энергия (электричество) и доставка конечным пользователям, а также другие поставщики.

Поставщики полного спектра услуг могут вырабатывать электроэнергию на собственных электростанциях и продавать электроэнергию своим клиентам, а также продавать часть электроэнергии поставщикам других типов. Они, в свою очередь, могут покупать электроэнергию у других поставщиков полного спектра услуг или у независимых производителей электроэнергии, которую они продают своим клиентам. Существует четыре основных типа поставщиков полного спектра услуг:

• Коммунальные предприятия, принадлежащие инвестору, — это электроэнергетические компании, акции которых обращаются на бирже.
• Государственные учреждения включают муниципалитеты, органы государственной власти и муниципальные органы сбыта.
• субъектов федерации либо принадлежат федеральному правительству, либо финансируются им.
• Кооперативы — это электроэнергетические компании, принадлежащие членам кооператива и управляемые ими.

Другие поставщики реализуют и продают электроэнергию клиентам поставщиков полного спектра услуг или предоставляют потребителям только услуги по доставке электроэнергии.В основном они включают продавцов электроэнергии, которые работают в штатах, где есть выбор потребителей для выбора поставщиков электроэнергии. Поставщики полного спектра услуг доставляют электроэнергию для продавцов электроэнергии потребителям. Существуют также прямые сделки с электроэнергией от независимых производителей электроэнергии к (обычно крупным) потребителям электроэнергии.

• ЖКХ, принадлежащие инвестору 57%
• государственных и федеральных образований 16%
• кооперативов 12%
• другие провайдеры 16%

Помимо продажи конечным потребителям, электроэнергия также часто продается на оптовых рынках или по двусторонним контрактам.

Последнее обновление: 18 марта 2021 г.

Электростанция — Энергетическое образование

Электростанция — это промышленный объект, который вырабатывает электроэнергию из первичной энергии. Большинство электростанций используют один или несколько генераторов, которые преобразуют механическую энергию в электрическую энергию ^[1] , чтобы подавать электроэнергию в электрическую сеть для электрических нужд общества. Исключение составляют солнечные электростанции, в которых для выработки электроэнергии используются фотоэлементы (вместо турбины).

Типы первичного топлива или потока первичной энергии, которые обеспечивают электростанцию ​​ее первичной энергией, различаются. Наиболее распространенными видами топлива являются уголь, природный газ и уран (ядерная энергия). В основном поток первичной энергии, используемый для производства электроэнергии, — это гидроэлектроэнергия (вода). Другие потоки, которые используются для выработки электроэнергии, включают ветровые, солнечные, геотермальные и приливные.

В разных странах электричество получают от электростанций разных типов. Например, в Канаде большая часть электроэнергии вырабатывается гидроэлектростанциями, на которые приходится около 60% всей электроэнергии, вырабатываемой в Канаде. ^[5] Просмотрите визуализацию данных ниже, чтобы узнать, как страны по всему миру получают электроэнергию.

Типы электростанций

Тепловой

Большинство тепловых электростанций используют топливо для нагрева воды из резервуара, который генерирует пар (обычно под высоким давлением). Затем пар под высоким давлением проходит по трубам, чтобы вращать лопасти турбины, похожие на вентилятор (дополнительную информацию см. В цикле Ренкина). Когда турбина начинает вращаться, она заставляет вращаться гигантские проволочные катушки внутри генератора.Это создает относительное (непрерывное) движение между катушкой с проволокой и магнитом, которое толкает электроны и запускает электрический ток. ^[9]

Рисунок 2. Атомная электростанция с кипящей водой. ^[10]

Все тепловые электростанции ограничены вторым законом термодинамики, что означает, что они не могут преобразовать всю свою тепловую энергию в электричество. Это ограничивает их эффективность, о чем можно прочитать на страницах эффективности и энтропии Карно.

Возобновляемый

Электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии, получают энергию непосредственно из соответствующих потоков для производства электроэнергии.Эти первичные источники энергии со временем восполняются, но ограничены по количеству энергии, доступной в любое время и в любом месте. Поэтому они часто бывают прерывистыми и неуправляемыми. ^[9]

• Гидроэлектростанции используют энергию падающей воды в реках и водохранилищах для вращения генератора и производства электроэнергии. Этот источник энергии имеет тенденцию быть более надежным (управляемым), чем другие возобновляемые ресурсы, особенно когда объект выходит из резервуара. ^[11]

Транспортировка электроэнергии

Когда электричество генерируется, трансформаторы «повышают» электрическую мощность до более высокого напряжения, чтобы преодолевать большие расстояния с минимальными потерями энергии. Затем он проходит через «пилоны» по воздушным силовым кабелям к месту назначения, где трансформаторы впоследствии «понижают» электрическую мощность до безопасного напряжения для домов и коммунальных служб. Для более полной истории см. Электрическая передача.

Мировое производство электроэнергии

На карте ниже показано, из каких первичных источников энергии разные страны получают энергию для выработки электроэнергии.Нажмите на регион, чтобы увеличить группу стран, затем нажмите на страну, чтобы увидеть, откуда поступает электричество.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

1. ↑ А. Аткинс и М. Эскудье, Словарь машиностроения. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета, 2013 г.
2. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bb/Gundremmingen_Nuclear_Power_Plant.jpg
3. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https: // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Fermi_NPP.jpg
4. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8b/GreenMountainWindFarm_Fluvanna_2004.jpg
5. ↑ Canadian Electricity Association. (4 апреля 2015 г.). Электроэнергетическая промышленность Канады [Интернет]. Доступно: http://www.electricity.ca/media/Electricity101/Electricity101.pdf
6. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/ab/ThreeGorgesDam-China2009.jpg
7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cb/Lake_Side_Power_Plant. jpg
8. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/45/Giant_photovoltaic_array.jpg
9. ↑ ^{9,0 9,1} Entergy. (4 апреля 2015 г.). Электростанции [Интернет]. Доступно: http://www.entergy.com/energy_education/power_plants.aspx
10. ↑ http://www.nrc.gov/reading-rm/basic-ref/students/animated-bwr.html
11. ↑ First Hydro Company, Электростанция Динорвиг [Online], Доступно: http://www.fhc.co.uk/dinorwig.htm

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение электроэнергии

Подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и полностью электрические транспортные средства (EV) — собирательно именуемые подзаряжаемыми электромобилями (PEV) — накапливают электроэнергию в батареях для питания одного или нескольких электродвигателей. Батареи заряжаются в основном путем подключения к внешним источникам электроэнергии, произведенной из природного газа, угля, ядерной энергии, энергии ветра, гидроэнергии и солнечной энергии.

Электромобили

, а также PHEV, работающие в полностью электрическом режиме, не производят выхлопных газов. Однако существуют выбросы, связанные с производством большей части электроэнергии в Соединенных Штатах. См. Раздел о выбросах для получения дополнительной информации о местных источниках электроэнергии и выбросах.

Производство

По данным Управления энергетической информации США, в 2019 году большая часть электроэнергии в стране была произведена за счет природного газа, угля и ядерной энергии.

Электроэнергия также производится из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, биомасса, ветер, геотермальная энергия и солнечная энергия.В совокупности возобновляемые источники энергии произвели около 17% электроэнергии страны в 2019 году.

За исключением фотоэлектрической (PV) генерации, первичные источники энергии используются прямо или косвенно для перемещения лопаток турбины, подключенной к электрическому генератору. Турбогенератор преобразует механическую энергию в электрическую. В случае природного газа, угля, ядерного деления, биомассы, нефти, геотермальной энергии и солнечной энергии выделяемое тепло используется для создания пара, который перемещает лопасти турбины.В случае ветроэнергетики и гидроэнергетики лопасти турбины перемещаются непосредственно потоком ветра и воды соответственно. Солнечные фотоэлектрические панели преобразуют солнечный свет непосредственно в электричество с помощью полупроводников.

Количество энергии, производимой каждым источником, зависит от сочетания видов топлива и источников энергии, используемых в вашем районе. Чтобы узнать больше, см. Раздел о выбросах. Узнайте больше о производстве электроэнергии в Управлении энергетической информации Министерства энергетики США.

Передача и распределение электроэнергии

Электроэнергия в Соединенных Штатах часто перемещается на большие расстояния от генерирующих объектов до местных распределительных подстанций через сеть высоковольтных электропередач протяженностью почти 160 000 миль.Генерирующие объекты обеспечивают энергоснабжение сети при низком напряжении от 480 вольт (В) на малых генерирующих объектах до 22 киловольт (кВ) на более крупных электростанциях. Когда электричество покидает генерирующую установку, напряжение повышается или «повышается» с помощью трансформатора (типичные диапазоны от 115 кВ до 765 кВ), чтобы минимизировать потери мощности на больших расстояниях. Поскольку электричество передается через сеть и поступает в зоны нагрузки, напряжение понижается трансформаторами подстанции (диапазоны от 69 кВ до 4.16 кВ). Чтобы подготовиться к подключению клиентов, напряжение снова снижается (бытовые клиенты используют 120/240 В; коммерческие и промышленные клиенты обычно используют 208/120 В или 480/277 В).

Автомобили с розеткой и электрическая инфраструктура

Полностью электрические автомобили и гибридные электромобили с подзарядкой от электросети представляют собой новый спрос на электроэнергию, но они вряд ли в ближайшем будущем перегрузят наши существующие генерирующие ресурсы. Значительное увеличение количества этих транспортных средств в Соединенных Штатах не обязательно потребует добавления новых мощностей по выработке электроэнергии в зависимости от того, когда, где и на каком уровне мощности заряжаются транспортные средства.

Спрос на электроэнергию растет и падает в зависимости от времени суток и времени года. Мощности по производству, передаче и распределению электроэнергии должны удовлетворять спрос в периоды пиковой нагрузки; но большую часть времени электроэнергетическая инфраструктура не работает на полную мощность. В результате электромобили и PHEV могут практически не создавать необходимости в дополнительных мощностях.

Согласно исследованию Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории, существующая электроэнергетическая инфраструктура США обладает достаточной мощностью, чтобы удовлетворить около 73% потребностей в энергии легковых автомобилей страны.Согласно моделям развертывания, разработанным исследователями из Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), разнообразие бытовых электрических нагрузок и электрических нагрузок должно позволить введение и рост рынка PEV при расширении сетей «умных сетей». Интеллектуальные сетевые сети обеспечивают двустороннюю связь между коммунальным предприятием и его потребителями, а также отслеживание линий электропередачи с помощью интеллектуальных счетчиков, интеллектуальных приборов, возобновляемых источников энергии и энергоэффективных ресурсов. Интеллектуальные сетевые сети могут обеспечить возможность мониторинга и защиты жилой распределительной инфраструктуры от любых негативных воздействий из-за увеличения спроса на электроэнергию со стороны транспортных средств, поскольку они способствуют зарядке в непиковые периоды и сокращают затраты для коммунальных предприятий, операторов сетей и потребителей.

Анализ NREL также продемонстрировал потенциал синергии между PEV и распределенными источниками возобновляемой энергии. Например, маломасштабные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные батареи на крыше, могут как обеспечить чистую энергию для транспортных средств, так и снизить спрос на распределительную инфраструктуру за счет выработки электроэнергии вблизи точки использования.

Коммунальные предприятия, производители транспортных средств, производители зарядного оборудования и исследователи работают над тем, чтобы обеспечить плавную интеграцию PEV в U.S. электроэнергетическая инфраструктура. Некоторые коммунальные предприятия предлагают более низкие тарифы в непиковые часы, чтобы стимулировать зарядку бытовых транспортных средств, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Транспортные средства и многие типы зарядного оборудования (также известного как оборудование для подачи электромобилей или EVSE) можно запрограммировать так, чтобы зарядка была отложена до непикового времени. «Умные» модели даже способны связываться с сетью, агрегаторами нагрузки или владельцами объектов / домов, что позволяет им автоматически взимать плату, когда спрос на электроэнергию и цены на нее наиболее благоприятны; например, когда цены самые низкие, соответствуют потребностям местного распределения (например, температурным ограничениям) или соответствуют требованиям возобновляемой генерации.

Powering A Generation: Производство электроэнергии

Генерация
Электроны

Есть много способов производить электричество. Электроны
может течь между некоторыми различными материалами, обеспечивая ток, как в
обычная батарея. Будучи надежными и портативными, химические батареи работают
вниз быстро. Для обеспечения большого количества стабильной мощности, необходимой для
построены современные общества, большие электростанции. Большинство электростанций
производить электричество с помощью машины, называемой генератором.

Ротор турбины 1925 г. для генератора Westinghouse, Изображение № 21.035,
Коллекция исторических изображений Science Service, Национальный музей американской истории

Генераторы

состоят из двух важных частей:
ротор (который вращается) и статор (который остается неподвижным). Генераторы
использовать принцип электромагнитной индукции, который использует соотношение
между магнетизмом и электричеством. В больших генераторах переменного тока внешняя оболочка
с мощными магнитами вращается вокруг неподвижной «арматуры»
который обмотан тяжелой проволокой.При движении магниты вызывают электрический разряд.
ток в проводе.

Важно понимать, что электричество
не добывается и не заготавливается, его нужно производить. А поскольку это не так
легко хранится в больших количествах, он должен быть изготовлен по мере необходимости. Электричество
это форма энергии, но не источник энергии. Различные электростанции
использовать различные источники энергии для производства электроэнергии. Два самых распространенных
типы — «Тепловые растения» и «Кинетические растения».

Тепловой
Генерирующие установки

Тепловые станции используют энергию тепла для производства электроэнергии.Вода нагревается в бойлере до состояния высокотемпературного пара. Этот
затем пар проходит через турбину, к которой прикреплено множество лопастей вентилятора.
к валу. Когда пар движется по лопастям, он заставляет вал
вращение. Этот вращающийся вал соединен с ротором генератора, и
генератор производит электричество.

Схема термического (масляного
сжигание) в системе Hydro-Québec
Copyright, Hydro-Québec

На ископаемом топливе
растения

Ископаемое топливо — остатки растений
и животный мир, который жил очень давно.Подвержены воздействию высоких температур и давлений
за миллионы лет под землей эти останки были преобразованы
в формы углерода: уголь, нефть и природный газ. В отличие от самого электричества,
ископаемое топливо можно хранить в больших количествах. После 100 лет исследований
и развития, установки, работающие на ископаемом топливе, в целом надежны, а проблемы
которые действительно происходят, обычно ограничиваются определенной территорией. Многие электроэнергетические компании
на протяжении десятилетий эксплуатировали установки, работающие на ископаемом топливе, и эти установки (теперь полностью
оплачены) очень выгодно запускать. Это не только увеличивает прибыль
утилита, но снижает прямые затраты для пользователей.

Однако электростанции, работающие на ископаемом топливе, могут создавать
серьезные экологические проблемы. При сжигании этого топлива образуется диоксид серы.
и загрязнение воздуха оксидом азота, требующее дорогих скрубберов. Сточные Воды
из отработанного пара может уносить загрязняющие вещества в водосборники. Даже с очень
хороший контроль загрязнения, по-прежнему образуются отходы. Углекислый газ
газ и зола являются текущими проблемами.

Кроме того, ископаемое топливо невозобновляемо.На их создание ушли миллионы лет, и в какой-то момент они закончатся.
Их извлечение и транспортировка для использования создало экологические проблемы.
Открытая добыча угля и разливы нефти в море могут иметь катастрофические последствия.
по экосистемам.

Когенерация

Нефть стала слишком дорогой для большинства
электростанции. Уголь и природный газ в настоящее время дешевы в США и стоят
используется чаще. Эти два вида топлива используются более эффективно.
в «когенерационных» установках.Когенерация — это не новая идея, и
использует преимущества того, как работают многие крупные потребители электроэнергии. Многие фабрики
в производственном процессе используют пар. Коммунальные предприятия часто производят и продают пар
для этих клиентов, а также для запуска собственных генераторов.

Вместо того, чтобы просто сгущать и истощать
отработанный пар после прохождения через турбину, «верхний цикл»
когенераторы подают этот полезный товар ближайшим потребителям. «Нижний цикл»
когенераторы работают в обратном направлении и используют отработанный пар из промышленных
обработка для привода турбин.За счет повторного использования пара тепловой КПД при когенерации
растения могут превышать 50%.

Недавно разработанные когенерационные установки
использовать новые материалы и конструкции для повышения надежности и контролировать оба
термическое и атмосферное загрязнение. Поскольку эти новые технологии разработаны
в растения с самого начала, они дешевле в установке. Экономика
а возможности когенерационной технологии позволяют многим станциям возвращаться
сжигать уголь без превышения стандартов качества воздуха. «Циркулирующий
Котлы с псевдоожиженным слоем, селективно-каталитические (и некаталитические)
«Редукция» и «Без сброса» систем очистки воды.
являются примерами технологий, используемых для контроля различных экологических
проблемы.

Комбинированный цикл
и биомассы

Некоторые газовые установки могут производить электроэнергию без
готовить на пару. Они используют турбины, очень похожие на те, что используются на реактивных самолетах. Вместо
сжигания реактивного топлива и создания тяги, однако эти агрегаты сжигают естественный
газ и мощность генератора. Газотурбинные генераторы были популярны для
много лет, потому что их можно быстро запустить в ответ на временные
скачки спроса на электроэнергию.Более новый поворот — «Комбинированный цикл».
завод, который использует газовые турбины таким образом, но затем направляет горячие
выхлопной газ в котел, который заставляет пар вращать другой ротор. Этот
существенно повышает общую эффективность электростанции.

В дополнение к этим нововведениям, некоторые тепловые станции проектируются для
сжечь «биомассу». (Показан завод по производству биомассы во Флориде,
авторское право на изображение: US Generating). Термин применяется к древесным отходам.
или какой-либо другой возобновляемый растительный материал.Например, Okeelanta Cogenration.
Завод во Флориде сжигает отходы переработки сахарного тростника
операций в течение одной части года, а древесные отходы во время выращивания
время года.

Атомная
Растения

Хотя есть некоторые важные технические (и социальные)
отличия, атомные электростанции — это тепловые станции, которые производят электричество
во многом так же, как и на заводах, работающих на ископаемом топливе. Разница в том, что они
генерировать пар, используя тепло атомного деления, а не сжигая
уголь, нефть или газ.Затем пар вращает генератор, как и в других тепловых
растения.

Схема атомной станции в Гидро-Квебеке
система
, авторское право, Hydro-Québec

Атомные станции не используют большое количество топлива и не часто заправляются топливом, в отличие от угольной электростанции, которая должна иметь железнодорожные составы.
топлива, поставляемого регулярно. Тот факт, что парниковые газы и взвешенные в воздухе частицы
минимальны при нормальной эксплуатации, что делает атомную энергетику привлекательной для многих, кто обеспокоен качеством воздуха.Сточные Воды
горячее, чем на ископаемом заводе, и большие градирни предназначены для решения этой проблемы.

Однако стремление к полевой ядерной
власть в США пошатнулась из-за обеспокоенности общественности вопросами безопасности, окружающей среды и экономики.
Поскольку было указано больше механизмов безопасности, стоимость строительства и система
сложности росли. Кроме того, заводы показали некоторые неожиданные особенности, например преждевременный износ котельных труб. Инженеры-ядерщики утверждают, что ранние проблемы с ядерной
заводов подлежат техническим исправлениям, и работают над новыми «по своей сути
безопасные »конструкции заводов.Противники утверждают, что простое использование урана и
плутоний в качестве топлива создает слишком много проблем и рисков, не стоящих никакой пользы от технологии
должно быть.

Пока что одна проблема, которая не
решена проблема утилизации отработавших ядер топлива и загрязненных принадлежностей.
которые могут оставаться опасными в течение тысяч лет. Постоянное захоронение в
геологически стабильные местоположения — это план, который реализуется в настоящее время, хотя
это все еще очень спорный.

Крупные аварии на Три-Майл
Остров в 1979 г. и Чернобыль в 1986 г.
атомная промышленность, общественные катастрофы. Сохраняющиеся экономические проблемы сделали атомные станции менее привлекательными для инвестиций. Несмотря на то, что он произвел 22% электроэнергии Америки
в 1996 г. будущее ядерной энергетики в этой стране остается неопределенным и горячо обсуждается.

кинетическая
Генерирующие установки

Гидроэлектростанции и ветряки
также преобразовывать энергию в электричество. Вместо тепловой энергии используют
кинетическая энергия или энергия движения. Движущийся ветер или вода (иногда
называемый «белый уголь») вращает турбину, которая, в свою очередь, вращает
ротор генератора.Поскольку топливо не сжигается, не происходит загрязнения воздуха.
произведено. Ветер и вода — возобновляемые ресурсы, и, хотя есть
было много последних технических инноваций, у нас есть долгая история использования
эти источники энергии. Однако проблемы существуют даже с этими технологиями.

Гидроэлектрический
Растения

В эксплуатации находятся два основных типа гидроэлектростанций.
Один тип, завод «русла реки», потребляет энергию от быстро движущегося объекта.
ток, чтобы раскрутить турбину.Расход воды в большинстве рек может быть разным.
широко в зависимости от количества осадков. Следовательно, есть несколько подходящих
площадки для русловых растений.

Мост гидроэлектрический
растения используют резервуар для компенсации периодов засухи и для
повысить давление воды в турбинах. Эти искусственные озера покрывают большие
территории, часто создавая живописные спортивные и развлекательные объекты. Массивные плотины
также необходимы для борьбы с наводнениями. Раньше мало кто задавал вопросы
распространенное предположение, что выгоды перевешивают затраты.

Эти расходы связаны с потерей земли.
затоплен водохранилищем. Плотины вытеснили людей и уничтожили дикую природу
среда обитания и археологические памятники. Прорыв дамбы может иметь катастрофические последствия. Некоторые экологические
затрат можно избежать за счет продуманного дизайна; используя рыболовные лестницы, чтобы разрешить
Одним из хороших примеров является обход плотины рыбой. Однако остаются другие расходы,
и протесты против некоторых недавних гидроэнергетических проектов стали столь же злыми
как антиядерные протесты.

Особый вид гидроэнергетики называется
«ГАЗ».Некоторые негидравлические станции могут использовать
периоды низкой потребности (и низких затрат) за счет откачки воды в резервуар.
Когда спрос возрастает, часть этой воды проходит через гидротурбину.
для выработки электроэнергии. Поскольку энергоблоки с «пиковой нагрузкой» (б / у
для удовлетворения временных скачков спроса), как правило, их эксплуатация обходится дороже, чем
блоки «базовой нагрузки» (которые работают большую часть времени), гидроаккумулирующие установки
это один из способов повысить эффективность системы.

Ветер
Мощность

Ветроэлектростанции не нуждаются в резервуарах и
не создают загрязнения воздуха.Небольшие ветряные мельницы могут обеспечивать электроэнергией отдельные
дома. Воздух несет гораздо меньше энергии, чем вода, однако, гораздо больше
нужно вращать роторы. Нужны либо несколько очень больших ветряных мельниц.
или много маленьких, чтобы эксплуатировать коммерческую ветряную электростанцию. В любом случае конструкция
затраты могут быть высокими.

Как и русловые гидроэлектростанции, там
это ограниченное количество подходящих мест, где ветер дует предсказуемо.
Даже на таких объектах часто приходится проектировать турбины со специальной зубчатой ​​передачей, чтобы ротор вращался с постоянной скоростью в
несмотря на переменную скорость ветра.Некоторые находят меньше технических проблем
с инсталляциями, способными превратить живописный хребет или перейти в некрасивую сталь
лес, или это может сказаться на птицах.

Альтернатива
Поколения

Электростанции других типов не
использовать традиционное оборудование для производства электроэнергии. Геотермальные установки заменяют
котлы с самой Землей. Фотогальваника (PV) и топливо
Ячейки идут дальше, полностью отказываясь от турбогенераторов. Эти альтернативные
энергетические технологии разрабатывались несколько десятилетий, и
защитники считают, что техническая и политическая ситуация теперь принесет
их на рынок.

Геотермальная энергия
Растения

Давление, радиоактивный распад и подстилающая
Расплавленная порода действительно нагревает глубины земной коры. Яркий
Пример тепла, доступного под землей, наблюдается, когда гейзеры извергаются, отправляя
пар и горячая вода высоко в воздухе. Природные источники пара и горячей воды
привлекали внимание энергетиков с начала нынешнего века.

При нажатии на эту естественную тепловую
энергии, геотермальные электростанции вырабатывают электричество с низким уровнем загрязнения.Есть несколько разных сортов растений, и продукт из
геотермальная площадка используется как для отопления, так и для производства электроэнергии.
Найти подходящие сайты может быть сложно, хотя из-за технических новшеств
происходят, больше сайтов становятся практичными. Использование геотермальных источников также может
имеют эффект «выключения» природных гейзеров, и эта возможность
необходимо учитывать на этапе планирования.

Солнечная
Мощность

Солнечные элементы или «фотоэлектрические батареи»
не используйте генератор; они генератор.Обычно собираются панелями,
эти устройства используют способность света вызывать ток
течь в некоторых веществах. Ряд ячеек соединены вместе, и
ток течет от панели, когда на нее попадает солнечный свет. Они не производят
загрязнение во время работы, и большинство ученых предсказывают, что запас топлива
прослужит не менее 4 миллиардов лет.

Солнечные панели были относительно дорогими
сделать, а ночью и в непогоду они конечно работать не будут. Некоторый
процессы, необходимые для их производства, недавно были поставлены под сомнение с точки зрения экологии.Не весь солнечный свет, падающий на солнечную батарею, превращается в
электричество, и повышение эффективности было медленной работой. Тем не менее, идея
использования всего этого свободного солнечного света остается мощным двигателем солнечной энергии.
мощность.

Топливо
Ячейки

Ценится за их полезность на космических кораблях,
топливные элементы химически объединяют вещества для выработки электроэнергии. Пока
это может звучать очень похоже на батарею, топливные элементы питаются от
непрерывный поток топлива.В американском космическом корабле «Шаттл», например, топливные элементы
объединить водород и кислород для производства воды и электричества.

Топливные элементы обычно были дорогими
для изготовления и не очень подходят для больших установок. Однако они представляют
«модульная» технология в этой способности может быть добавлена ​​в небольшие
приращения (5-20 МВт) по мере необходимости, позволяя коммунальным предприятиям сократить капитальные
расходы и сроки строительства. Исследования кажутся многообещающими; одна испытательная установка в Йонкерсе, штат Нью-Йорк, может производить 200 кВт с использованием газа, образующегося при работе водоочистных сооружений.Кроме того, электростанции на топливных элементах используются в качестве центрального источника энергии в Японии.

Децентрализованная генерация

Максимальная полезность топливных элементов или фотоэлектрических элементов
не может лежать на крупных центральных электростанциях. В эпоху, предшествовавшую великой
сети проводов, охватывающие весь континент, небольшая генерирующая станция на
помещения имели экономический смысл для многих деловых и промышленных потребителей.
Поскольку двигатели и оборудование были усовершенствованы и спроектированы с учетом
новое энергоснабжение, больше клиентов электрифицировали свой бизнес и
дома.

В начале 20-х гг. ^{-е гг.} г.
консолидированные малые генерирующие компании и независимая
растения медленно исчезли. Просто покупать стало экономичнее
энергия от централизованного коммунального предприятия, а не вырабатывается на месте.
Крупные региональные энергетические пулы выросли, поскольку компании объединили свои передачи
системы и разделяемые резервные мощности. «Экономия масштаба» стала
часы-слова.

Это может измениться в 21 ^st
Века.Поскольку технология производства электроэнергии улучшается, а экология
растут опасения, сама концепция крупных централизованных генерирующих станций
ставится под сомнение. Например, в большинстве случаев это неэкономично.
для обогрева домов и предприятий из центра. Индивидуальные печи
обеспечивать теплом отдельные здания за счет топлива, обеспечиваемого сопутствующими
системы транспортировки и распределения. Бензиновые или дизельные генераторы
обеспечивать децентрализованное электроснабжение зданий в чрезвычайных ситуациях, хотя они
не экономичен для штатного питания.Продолжение технических улучшений в
топливные элементы или фотогальваника могут изменить эту экономику. Эта возможность
особенно привлекателен, учитывая стоимость и возражения против строительства.
большие линии электропередач.

Как работают электростанции?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 6 сентября 2020 г.

Не так давно алхимики мечтали стать дешевыми и уродливыми.
металлы в ценные, такие как золото. Электростанции (также называемые
электростанции) проделывают аналогичный трюк, превращая куски угля и капли нефти в скопления
электрический ток, которым можно приготовить ужин или зарядить телефон.Если
это не было бы для электростанций, я бы не писал эти слова
сейчас — и вы бы их не читали. Фактически, большинство вещей
мы делаем каждый день, и многое из того, что мы используем, имеет скрытый долг в
благодарность этим гигантским энергетическим фабрикам, которые превращают
«ископаемое топливо» (уголь, природный газ и нефть) в электроэнергию.

Эта энергетическая алхимия — довольно удивительный трюк — и совсем недавно
тоже, так как самая первая практическая электростанция была построена в
только 1882 г. (Томас Эдисон). Однако изумление часто бывает последним, что мы чувствуем, когда
подумайте о производстве электроэнергии в начале 21 века.В эпоху, когда
забота об окружающей среде (вполне справедливо) важнее, чем
Всегда модно глумиться над электростанциями как над злыми, грязными местами
закачивая загрязнения в наш воздух, землю и воду. Однажды мы могли бы быть
в состоянии сделать всю нашу электроэнергию полностью чистой и экологически чистой.
А пока электростанции жизненно важны для поддержания наших школ,
больницы, дома и офисы светлые, теплые и кипящие жизнью;
без них современная жизнь была бы невозможна. Как они работают? Давайте
присмотритесь!

Фото: Типичная электростанция, работающая на ископаемом топливе, в Дидкоте, Англия.Изначально это были две отдельные электростанции: старая работала на угле и нефти, а новая работала на природном газе. Только газовая установка по-прежнему работает. Обратите внимание на градирни справа и пилоны и линии электропередач, отводящие электричество слева.

Магическая наука о электростанциях

Одна большая электростанция может производить достаточно электроэнергии (около 2
гигаватт, 2000 мегаватт или 20000000000 ватт) для обеспечения
пара сотен тысяч домов, и это столько же мощности
вы могли бы сделать примерно с 1000 больших ветряных турбин
работает изо всех сил.Но блестящая наука, стоящая за этим удивительным трюком, связана не столько с силовой установкой.
чем сгорает топливо. Настоящая магия не в этом
электростанции превращают топливо в электричество: дело в том, что даже небольшие количества
ископаемого топлива содержат большое количество энергии. Килограмм угля
или литр масла содержит около 30 МДж энергии — огромное количество,
эквивалентен нескольким тысячам 1,5-вольтовых батарей! Работа электростанции
состоит в том, чтобы высвободить эту химическую энергию в виде тепла, использовать тепло для управления
прядильная машина называется турбиной, а затем использовать турбину для питания
генератор (машина для производства электроэнергии).Электростанции могут сделать так
много энергии, потому что они сжигают огромное количество топлива — и каждый
немного этого топлива заполнено энергией.

К сожалению, большинство электростанций не очень эффективны: на типичной старой электростанции, работающей на угле, только около трети энергии, содержащейся в топливе, преобразуется в электричество, а остальная часть тратится впустую. Более новые конструкции, такие как электростанции комбинированного цикла (которые мы рассмотрим через минуту), могут иметь до 50 процентов эффективности. Как показывает диаграмма, на пути от электростанции до вашего дома тратится еще больше электроэнергии.Если сложить все потери вместе, только пятая часть энергии топлива доступна в качестве полезной энергии в вашем доме.

Диаграмма: Большие централизованные электростанции, работающие на ископаемом топливе, очень неэффективны, тратя около двух третей энергии на топливо. Вот типичный сценарий: около 62 процентов теряется на самом заводе в виде отработанного тепла. Еще 4 процента исчезают в линиях электропередач и трансформаторах, по которым электричество подается с электростанции в ваш дом. После подачи электричества ваша бытовая техника теряет еще 13 процентов.В общем, только 22 процента первоначальной энергии топлива (зеленый кусочек) превращается в энергию, которую вы действительно можете использовать. Источник: данные «Децентрализация власти: энергетическая революция в 21 веке», Гринпис, 2005 г.

Типы электростанций

Паровая турбина

Большинство традиционных электростанций вырабатывают энергию, сжигая топливо для
выпустить тепло. По этой причине их называют термическими
(тепловые) электростанции. Угольные и масличные заводы работают так же, как я
показано на иллюстрации выше, сжигание топлива с кислородом для выделения тепла
энергия, которая кипятит воду и приводит в действие паровую турбину.Этот
базовую конструкцию иногда называют простым циклом .

Фото: Превосходная макет паровой турбины и электрогенератора в разрезе. Пар втекает в турбину по огромным серым трубам наверху, вращая турбину, похожую на ветряную мельницу, посередине. Когда турбина вращается, она вращает подключенный к ней электрогенератор (синий цилиндр, который вы видите справа). Эта модель находится в Think Tank, музее науки и техники в Бирмингеме, Англия.

Газовая турбина

Установки, работающие на природном газе, работают немного иначе,
аналогично тому, как работает реактивный двигатель. Вместо пара они горят
постоянный поток газа и использовать его для приведения в действие турбины немного другой конструкции (называемой газовой турбиной )
вместо.

Фото: The
Электростанция McNeil в Берлингтоне, штат Вермонт, сжигает древесное топливо (коричневый, слева) в газовой турбине, чтобы вырабатывать скромные 50 мегаватт энергии, чего достаточно для
местный город.Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Комбинированные конструкции

Каждая построенная когда-либо электростанция преследовала одну главную цель:
как можно больше полезного электричества из его топлива — другими словами,
быть максимально эффективным. Когда реактивные двигатели кричат ​​сквозь
небо пускает горячие газы, как реактивные двигатели, они тратят впустую
энергия. В самолете мы мало что можем сделать, но мы можем
что-то об этом в электростанции.Мы можем взять горячий выхлоп
газы, поступающие из газовой турбины и использующие их для питания паровой турбины
а также в так называемом комбинированном цикле . Это позволяет нам
производят на 50 процентов больше электроэнергии из топлива по сравнению с
на обычную установку простого цикла. В качестве альтернативы мы можем улучшить
КПД электростанции за счет пропускания отходящих газов через теплообменник.
теплообменник, поэтому они вместо этого нагревают воду. Эта конструкция называется
комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ)
или когенерация, и это быстро становится одним из самых популярных проектов (также может быть
используется для очень мелкомасштабного производства энергии в единицах примерно одинаковых
размер как автомобильные двигатели).

Ядерная

Атомные электростанции работают так же, как уголь или уголь простого цикла.
масличные растения, но вместо того, чтобы сжигать топливо, они разбивают атомы на части,
выделять тепловую энергию. Он используется для кипячения воды, производства пара и
запитать паровую турбину и генератор обычным способом. Для большего
Подробности читайте в нашей основной статье о том, как работают атомные электростанции.

Hydro

Хотя все эти типы электростанций в основном тепловые
(генерирует и выделяет тепло для привода паровой или газовой турбины), два
другие очень распространенные типы вообще не используют никакого тепла.Гидроэлектростанции
и гидроаккумулирующие установки предназначены для перекачивания огромного количества
вода мимо огромных водяных турбин (считайте их очень эффективными
водяные колеса), которые напрямую приводят в действие генераторы. В гидроэлектростанции
завод , река устроена так, чтобы подпирать огромную бетонную плотину. В
вода может выходить через относительно небольшое отверстие в дамбе, называемое
затвор и при этом заставляет одну или несколько турбин вращаться
вокруг. Пока река течет, турбины крутятся и плотина
производит гидроэлектроэнергию.Хотя они не производят загрязнения или
выбросов, гидроэлектростанции очень вредны в других отношениях: они деградируют
реки, блокируя их течение, и они затапливают огромные территории, вынуждая многих людей
из своих домов (плотина «Три ущелья» в Китае привела к перемещению примерно 1,2 миллиона человек).

ГАЗ вырабатывает электроэнергию аналогично
гидроэлектростанция, но перемещает одну и ту же воду туда и обратно между высокоуровневым озером и нижним. Во времена
пиковый спрос, воде позволено течь из высокого озера в
нижний, производящий электроэнергию по высокой цене.Когда спрос
ниже, посреди ночи вода снова перекачивается
от низкого озера к высокому с использованием низкотарифной электроэнергии. Так накачано
хранение — это действительно способ использования того, как электричество
в одни разы стоит больше, чем в другие.

Фото: плотина гидроэлектростанции Макнари в Орегоне вырабатывает 980 мегаватт электроэнергии, когда через нее проносится вода.
его турбины. Фото Дэвида Хикса любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (Министерство энергетики США / Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии).

Как электричество попадает в ваш дом

Одно из замечательных свойств электричества заключается в том, что мы можем сделать его
практически в любом месте и передавать его на большие расстояния по линиям электропередач в
наши дома. Это позволяет нам управлять огромными городами без
строить огромные грязные электростанции прямо посреди них или
размещать электростанции там, где есть удобные месторождения угля или
реки с быстрым течением, чтобы их накормить. Теперь требуется энергия, чтобы отправить
электрический ток по проводу, потому что даже самые лучшие провода сделаны
из таких веществ, как золото, серебро и медь, имеют то, что называется
сопротивление — они препятствуют прохождению электричества.В
чем длиннее провод, тем больше сопротивление и больше энергии
это напрасно. Таким образом, вы можете подумать, что отправка электричества чрезвычайно
длинные силовые кабели было бы очень глупо и расточительно.

Однако есть простой способ обойти это. Оказывается, чем больше ток течет
через провод тратится больше энергии. Сделав текущий
как можно меньше, мы можем свести к минимуму энергию — и мы делаем
это за счет максимально возможного увеличения напряжения. Электростанции на чем-то производят электричество
вроде 14000 вольт, но они используют трансформаторы (повышающие или
понижающих устройств), чтобы «поднять» напряжение на что-нибудь от
от трех до пятидесяти раз, примерно до 44 000–750 000
вольт, прежде чем отправить его по линиям электропередачи в города
где он будет потребляться.Как правило, мощность передается в течение длительного времени.
расстояния с использованием ВЛ, натянутых между опорными рамами
называется пилонов ; это сделать намного быстрее и дешевле, чем закапывать линии под землей,
что обычно делается в городах. Поставка пилонов
подстанции , которые фактически являются мини-точками электроснабжения, предназначенными для питания, возможно,
большой завод или небольшой жилой район. Подстанция использует
«понижающие» трансформаторы для преобразования высоковольтной электроэнергии.
от линии питания к одному или нескольким более низким напряжениям, подходящим для
фабрики, офисы, дома или что-то еще.

На фото: слева: трансформаторы линий электропередач. Справа: линия передачи
(пилон).

Как работает электросеть

Подстанции получили свое название с тех времен, когда электростанции снабжали очень четко определенные локальные территории:
каждая станция питала ряд близлежащих подстанций, которые проходили
питание домов и других зданий. Проблема с этим
договоренность заключается в том, что если электростанция внезапно выйдет из строя, многие дома
придется обходиться без электричества. Есть и другие проблемы с запуском
электростанции самостоятельно.Одна электростанция могла бы производить
электричество очень дешево (возможно, потому что оно очень новое и используется
природный газ), а другой (по старой технологии на угле)
может быть намного дороже, поэтому имеет смысл использовать
более дешевый вокзал по возможности. К сожалению, электростанции не похожи на машину
двигатели: они должны работать постоянно; как правило, они не могут запускаться и
полностью прекратить, когда мы этого хотим. По этим и другим причинам
электроэнергетические компании пришли к выводу, что имеет смысл подключить все
их электростанции в обширную сеть под названием grid .Очень
сложные компьютеризированные центры управления используются для повышения или
уменьшите производительность станций, чтобы соответствовать спросу от минуты до
минута и час за часом (так что больше станций будут работать без перерыва в
вечер, например, когда большинство людей готовят себе ужин).

Что ждет электростанции в будущем?

Нам всегда будет нужна энергия и особенно электричество — очень
универсальный вид энергии, который мы можем легко использовать по-разному, но
это не значит, что нам всегда будут нужны электростанции, подобные тем, которые мы
есть сегодня.Давление на окружающую среду уже заставляет многих
страны закрыть угольные электростанции, которые производят наибольшие
выбросы углекислого газа (ответственные за изменение климата и глобальное потепление). Хотя атомные станции могут предложить самый чистый путь к низкоуглеродному будущему,
есть серьезные опасения по поводу того, сможем ли мы построить их достаточно быстро
или преодолеть страхи людей по поводу загрязнения и безопасности (будь то
опасения рациональны или нет).

Даш на газ

В краткосрочной перспективе довольно ясно, что нас ждет в будущем:
есть всемирный «рывок за бензином».«Большинство новых электрических
электростанции теперь используют природный газ, что значительно
дешевле, в относительно большом количестве (на данный момент) и с меньшими выбросами
чем другие станции, работающие на ископаемом топливе. АЗС также
быстрее и дешевле построить, чем более сложные альтернативы, такие как
атомные станции и сталкиваются с меньшим сопротивлением общественности. В 2011 г. в США было произведено около четверти
его электричество из природного газа; к 2017 году этот показатель вырос почти до трети (32 процента).

Диаграмма: Тире на газ.Примерно за последнее десятилетие в США произошел значительный переход от угольных электростанций (синий) к природному газу (красный), в то время как ядерная энергия (желтый) и гидроэлектроэнергия (зеленый) по-прежнему обеспечивают чуть более четверти всего электричества. Ветер (фиолетовый) и солнечный (оранжевый) сильно выросли, но с очень маленькой базы, поэтому даже сейчас они по-прежнему обеспечивают только около 11 процентов всей электроэнергии. На этой диаграмме показана разбивка источников выработки электроэнергии в период с 2007 г. (внутреннее кольцо) по 2019 г. (внешнее кольцо) и составлена ​​с использованием данных за июнь 2020 г. из журнала Electric Power Monthly, Управления энергетической информации США, по состоянию на 6 сентября 2020 г. документ).Примечания: 1) Гидроэлектростанция скорректирована с учетом гидроаккумуляции. 2) На диаграмме показано производство электроэнергии только в коммунальном масштабе, без учета малых фотоэлектрических и других небольших установок. 3) «Ветровая и прочая энергия» включает все возобновляемые источники энергии, кроме солнечной и гидроэлектрической.

ТЭЦ

Другие тенденции также становятся важными, особенно смещение
к меньшим станциям, использующим комбинированное производство тепла и электроэнергии (ТЭЦ).
В отчете Управления энергетической информации США за 2016 г.
Соединенные Штаты имеют потенциал построить почти 300 000 малых ТЭЦ.
заводы (многие просто питают отдельные здания или комплексы), которые
позволит избежать необходимости строительства около 100 крупных угольных или атомных электростанций.
растения.Поскольку некоторые из них будут питаться биомассой, (например, деревьями или
«энергетические культуры», выращенные специально для этой цели) или отходы, которые
иллюстрирует три разные тенденции в действии: переход к более мелким
растений и многое другое, а также переход от ископаемого топлива к
возобновляемые источники энергии.

Возобновляемые источники энергии

В более долгосрочной перспективе будущее должно быть возобновляемым, потому что ископаемые
запасы топлива либо закончатся, либо (что более вероятно) сочтутся слишком грязными, либо
дорогой в использовании. Мы уже видели огромное распространение ветровой энергии на
последние пару десятилетий и солнечная энергия, вероятно, увеличится
резко в ближайшие годы.Большой недостаток, как я
упоминалось ранее, заключается в том, что вам потребуется не менее 1000 ветряных турбин (номинальная
мощностью 2 МВт) или 400000 солнечных крыш (номинальной мощностью 5 кВт), работающих на максимальной мощности, чтобы сделать то же самое.
мощность как одна большая электростанция (2 ГВт), поэтому, если мы собираемся переключить
от электростанций до зеленой энергии, нам нужно очень много
покрывая массивную территорию. Какие бы недостатки ни были у электростанций,
они, безусловно, очень эффективно используют землю (хотя можно утверждать, что
также следует учитывать обширный отвод угольных шахт или нефтяных и газовых месторождений).

Графики: Изменяющийся характер электростанций. На этих двух диаграммах общая численность населения электростанций в электроэнергетике США разбита по типу топлива или другой энергии, которую они использовали в 2003 и 2018 годах. Вы можете видеть, что на угольных и нефтяных заводах произошло значительное сокращение, небольшое увеличение на заводах, работающих на природном газе (и других газах), и огромное увеличение возобновляемых источников энергии (хотя гидроэлектростанции остаются примерно такими же). На основе данных за декабрь 2018 г.
Сколько и каких электростанций имеется в Соединенных Штатах ?, Управление энергетической информации США, 8 декабря 2019 г. (и
более ранние версии того же документа для более ранних данных).

Эффективность и управление спросом

Некоторые утверждают, что мы можем избежать строительства электростанций.
за счет энергоэффективности, например, за счет более эффективного использования дома
техника и лучшая изоляция. Многие коммунальные предприятия имеют
принял эту идею с помощью простых инициатив, таких как раздача бесплатных
энергосберегающие лампочки домовладельцам. Теоретически, если вы выдадите
50 миллионов энергосберегающих ламп, каждая из которых экономит 50 Вт энергии, вы
полностью избежать необходимости строить один большой (2.5ГВт) электростанция. (Эта идея
иногда называют «негаватт», это слово было придумано Эмори Ловинсом из Института Скалистых гор.) Мы также можем уменьшить потребность в новых
электростанции за счет более рационального хранения энергии и управления спросом, чтобы
у нас нет таких огромных пиков потребления энергии. К сожалению, это
подход только уводит нас так далеко. Проблема в том, что наша общая энергия
потребности постоянно растут — и наша потребность в электричестве ограничена
также расти, поскольку мы переходим от автомобилей, работающих на ископаемом топливе, и дизельного топлива
поезда на электрические альтернативы.Более того, есть проблема
растущие потребности в энергии в развивающихся странах: люди в тех
страны не могут экономить энергию, которую они еще не используют, и это
быть безнравственным, чтобы помешать им использовать энергию, чтобы выбраться из бедности.