Электроэнергетика - базовая отрасль, развитие которой является непременным условием развития экономики и других сфер жизни общества. В мире производится около 13000 млрд. кВт/ч, из которых только на США приходится до 25%. Свыше 60% электроэнергии в мире производится на тепловых электростанциях (в США, России и Китае - 70-80%), примерно 20% - на ГЭС, 17% - на атомных станциях (во Франции и Бельгии - 60%, Швеции и Швейцарии - 40-45%).
Наиболее обеспеченными электроэнергией в расчете на душу населения являются Норвегия (28 тыс. кВт/ч в год), Канада (19 тыс.), Швеция (17 тыс.).
Электроэнергетика вместе с топливными отраслями, включающими разведку, добычу, переработку и транспортировку источников энергии, а также и самой электрической энергии, образует важнейший для экономики любой страны топливно-энергетический комплекс (ТЭК). Около 40% всех первичных энергоресурсов мира расходуется на выработку электроэнергии. В ряде стран основная часть топливно-энергетического комплекса принадлежит государству (Франция, Италия и др.), но во многих странах основную роль в ТЭК играет смешанный капитал.
Электроэнергетика занимается производством электроэнергии, ее транспортировкой и распределением. Особенность электроэнергетики состоит в том, что ее продукция не может накапливаться для последующего использования: производство электроэнергии в каждый момент времени должно соответствовать размерам потребления с учетом нужд самих электростанций и потерь в сетях. Поэтому связи в электроэнергетике обладают постоянством, непрерывностью и осуществляются мгновенно.
Электроэнергетика оказывает большое воздействие на территориальную организацию хозяйства: позволяет осваивать ТЭР удаленных восточных и северных районов; развитие магистральных высоковольтных линий способствует более свободному размещению промышленных предприятий; крупные ГЭС притягивают к себе энергоемкие производства; в восточных районах электроэнергетика является отраслью специализации и служит основой формирования территориально-производственных комплексов.
Считается, что для нормального развития экономики рост производства электроэнергии должен обгонять рост производства во всех других отраслях. Большую часть выработанной электроэнергии потребляет промышленность. По производству электроэнергии (1015,3 млрд. кВт.-ч в 2007 г.) Россия занимает четвертое место после США, Японии и Китая.
По масштабам производства электроэнергии выделяются Центральный экономический район (17,8% общероссийского производства), Восточная Сибирь (14,7%), Урал (15,3%) и Западная Сибирь (14,3%). Среди субъектов РФ по выработке электроэнергии лидируют Москва и Московская область, Ханты-Мансийский автономный округ, Иркутская область, Красноярский край, Свердловская область. Причем электроэнергетика Центра и Урала базируется на привозном топливе, а сибирские регионы работают на местных энергоресурсах и передают электроэнергию в другие районы.
Электроэнергетика современной России главным образом представлена тепловыми электростанциями (рис. 2), работающими на природном газе, угле и мазуте, в последние годы в топливном балансе электростанций возрастает доля природного газа. Около 1/5 отечественной электроэнергии вырабатывают гидроэлектростанции и 15% - АЭС.
Тепловые электростанции, работающие на низкокачественном угле, как правило, тяготеют к местам его добычи. Для электростанций на мазуте оптимально их размещение рядом с нефтеперерабатывающими заводами. Электростанции на газе ввиду сравнительно низкой величины затрат на его транспортировку преимущественно тяготеют к потребителю. Причем в первую очередь переводят на газ электростанции крупных и крупнейших городов, так как он является более чистым в экологическом отношении топливом, чем уголь и мазут. ТЭЦ (производящие и тепло, и электроэнергию) тяготеют к потребителю независимо от топлива, на котором они работают (теплоноситель при передаче на расстояние быстро остывает).
Самыми крупными тепловыми электростанциями мощностью более 3,5 млн. кВт каждая являются Сургутская (в Ханты-Мансийском автономном округе), Рефтинская (в Свердловской области) и Костромская ГРЭС. Мощность более 2 млн. кВт имеют Киришская (около Санкт-Петербурга), Рязанская (Центральный район), Новочеркасская и Ставропольская (Северный Кавказ), Заинская (Поволжье), Рефтинская и Троицкая (Урал), Нижневартовская и Березовская в Сибири.
Геотермические электростанции, использующие глубинное тепло Земли, привязаны к источнику энергии. В России на Камчатке действуют Паужетская и Мутновская ГТЭС.
Гидроэлектростанции - весьма эффективные источники электроэнергии. Они используют возобновимые ресурсы, обладают простотой управления и очень высоким коэффициентом полезного действия (более 80%). Поэтому стоимость производимой ими электроэнергии в 5-6 раз ниже, чем на ТЭС.
Гидроэлектростанции (ГЭС) экономичнее всего строить на горных реках с большим перепадом высот, тогда как на равнинных реках для поддержания постоянного напора воды и снижения зависимости от сезонных колебаний объемов воды требуется создание больших водохранилищ. Для более полного использования гидроэнергетического потенциала сооружаются каскады ГЭС. В России созданы гидроэнергетические каскады на Волге и Каме, Ангаре и Енисее. Общая мощность Волжско-Камского каскада - 11,5 млн. кВт. И он включает 11 электростанций. Самыми мощными являются Волжская (2,5 млн. кВт) и Волгоградская (2,3 млн. кВт). Действуют также Саратовская, Чебоксарская, Воткинская, Иваньковская, Угличская и др.
Еще более мощный (22 млн. кВт) - Ангаро-Енисейский каскад, включающий самые крупные в стране ГЭС: Саянскую (6,4 млн. кВт), Красноярскую (6 млн. кВт), Братскую (4,6 млн. кВт), Усть-Илимскую (4,3 млн. кВт).
Будущее за использованием нетрадиционных источников энергии - ветровой, энергии приливов, Солнца и внутренней энергии Земли. В нашей стране действует всего две приливные станции (в Охотском море и на Кольском полуострове) и одна геотермальная на Камчатке.
Атомные электростанции (АЭС) используют высокотранспортабельное топливо. Учитывая, что 1 кг урана заменяет 2,5 тыс. т угля, АЭС целесообразнее размещать вблизи потребителя, в первую очередь в районах, лишенных других видов топлива. Первая в мире АЭС была построена в 1954 г. в г. Обнинске (Калужская обл.). Сейчас в России действует 8 атомных электростанций, из которых самыми мощными являются Курская и Балаковская (Саратовская обл.) по 4 млн. кВт каждая. В западных районах страны действуют также Кольская, Ленинградская, Смоленская, Тверская, Нововоронежская, Ростовская, Белоярская. На Чукотке - Билибинская АТЭЦ.
Важнейшая тенденция развития электроэнергетики - объединение электростанций в энергосистемах, которые осуществляют производство, передачу и распределение электроэнергии между потребителями. Они представляют собой территориальное сочетание электростанций разных типов, работающих на общую нагрузку. Объединение электростанций в энергосистемы способствует возможности выбирать наиболее экономичный режим нагрузки для разных типов электростанций; в условиях большой протяженности государства, существования поясного времени и несовпадения пиковых нагрузок в отдельных частях таких энергосистем можно маневрировать производством электроэнергии во времени и пространстве и перебрасывать ее по мере надобности во встречных направлениях.
В настоящее время функционирует Единая энергетическая система (ЕЭС) России. В ее состав входят многочисленные электростанции европейской части и Сибири, которые работают параллельно, в едином режиме, сосредоточивая более 4/5 суммарной мощности электростанций страны. В регионах России восточнее Байкала действуют небольшие изолированные энергосистемы.
Энергетической стратегией России на ближайшее десятилетие предусмотрено дальнейшее развитие электрификации за счет экономически и экологически обоснованного использования ТЭС, АЭС, ГЭС и нетрадиционных возобновляемых видов энергии, повышение безопасности и надежности действующих энергоблоков АЭС.
13 .Легкая промышленность
Лёгкая промышленность - совокупность специализированных отраслей промышленности, производящих главным образом предметы массового потребления из различных видов сырья. Лёгкая промышленность занимает одно из важных мест в производстве валового национального продукта и играет значительную роль в экономике страны.
Лёгкая промышленность осуществляет как первичную обработку сырья, так и выпуск готовой продукции. Предприятия лёгкой промышленности производят также продукцию производственно-технического и специального назначения, которая используется в мебельной, авиационной, автомобильной, химической, электротехнической, пищевой и других отраслях промышленности, в сельском хозяйстве, в силовых ведомствах, на транспорте и в здравоохранении. Одной из особенностей легкой промышленности является быстрая отдача вложенных средств. Технологические особенности отрасли позволяют осуществлять быструю смену ассортимента выпускаемой продукции при минимуме затрат, что обеспечивает высокую мобильность производства.
Лёгкая промышленность объединяет несколько подотраслей:
1.Текстильная.
1.Хлопчатобумажная.
2.Шерстяная.
3.Шёлковая.
4.Льняная.
5.Пенько-джутовая.
6.Трикотажная.
7.Валяльно-войлочная.
8.Сетевязальная.
2.Швейная.
3.Кожевенная.
4.Меховая.
5.Обувная.
Легкая промышленность объединяет группу отраслей, обеспечивающих население предметами потребления (ткани, обувь, одежда), а также выпускающих продукцию промышленного назначения и культурно-бытовые товары (телевизоры, холодильники и др.). Легкая промышленность имеет тесные связи с сельским хозяйством, химической промышленностью и машиностроением. Они снабжают ее сырьем – хлопком, натуральной и искусственной кожей, красителями, а также машинами и оборудованием.
Ведущая отрасль легкой промышленности – текстильная. Она является крупнейшей и по объему производства, и по количеству занятых в ней работников. В ее состав входят производства всех видов тканей, трикотажа, ковров и т. д.
Больше всего производят тканей из химических волокон. Крупнейшим их производителем являются США, опережая ближайших конкурентов – Индию и Японию – почти в три раза. За ними идут «азиатские тигры» – Республика Корея и Тайвань. Больше всего хлопчатобумажных тканей производят развивающиеся страны. Безусловным лидером здесь является Индия, за которой следуют США и Китай. Производство шелковых тканей традиционно для стран Азии, шерстяных – для таких развитых стран, как Великобритания, США, Италия. Они же – главные экспортеры этих тканей. Меньше всего в мире производится льняных тканей. Лидерами в этой отрасли являются Россия, Польша, Беларусь и Франция.
Популярны в быту различные ковры, массовое производство которых развито в США и Индии. Но наиболее ценные ковры ручной работы. Их поставляют на мировой рынок Иран, Афганистан, Турция.
По сравнению с другими отраслями легкой промышленности география текстильной претерпела наибольшие изменения. За последние десятилетия доля развитых стран в мировом текстильном производстве заметно уменьшилась. В развивающихся странах, наоборот, наращиваются темпы развития отрасли. Наряду с давними лидерами – Индией и Египтом – текстильное производство быстро развивается в странах Юго-Восточной Азии, располагающих дешевой рабочей силой.
С текстильной тесно связана швейная и галантерейная промышленность. Пошив готовой одежды уверенно перемещается на восток: Индия и Китай соревнуются на равных с европейскими странами по пошиву одежды массового спроса. Однако и сегодня Рим является центром массовой, а Париж – «высокой» моды.
Кожевенно-обувная промышленность сосредоточена главным образом в развитых странах. Впереди находятся США и Италия. Каждая из этих стран выпускает ежегодно почти 600 млн пар обуви. На первое место по экспорту обуви вышли Китай и Тайвань, производящие дешевую и относительно качественную обувь, в том числе много спортивной.
Предприятия меховой промышленности производят очень дорогую продукцию из природного сырья. В свое время в Канаде вместо денег в обороте были шкуры бобров, а в Сибири – соболиный мех. Четыре страны – Россия, США, Германия и Китай – захватили почти весь мировой меховой рынок. Особую роль играет Греция, где перерабатываются меховые обрезки со всего мира. Во многих странах изготавливают дешевую одежду из искусственного меха.
Важной отраслью легкой промышленности является ювелирное производство, включающее переработку драгоценных металлов и камней. Эта отрасль развита в США, Индии, Израиле, западноевропейских странах. Нидерланды называют «бриллиантовым центром» мира – здесь производится огранка большинства алмазов, добываемых на Земле.
Очень распространено в мире производство игрушек. Оно развито практически в каждой стране, однако выделяются три лидера – США, Китай (Гонконг) и Япония.
По особенностям размещения предприятия легкой промышленности делятся на группы. К первой группе относятся те из них, которые занимаются первичной обработкой сырья и ориентируются на источники сырья. Ко второй – те, которые вырабатывают готовую продукцию. Они размещаются возле потребителя. Третья группа – это предприятия, в размещении которых учитывается как сырьевая база, так и потребитель.
Для легкой промышленности характерна менее выраженная по сравнению с другими отраслями территориальная специализация, так как практически в каждом регионе имеются те или иные ее предприятия. Однако в России можно выделить специализированные узлы и районы, особенно в текстильной промышленности, дающие определенный ассортимент продукции. Например, Ивановская и Тверская области специализируются на выпуске хлопчатобумажных изделий. Центральный экономический район специализируется на производстве продукции всех отраслей текстильной промышленности. Но чаще всего подотрасли легкой промышленности являются дополняющими хозяйственный комплекс регионов, обеспечивающими только внутренние потребности регионов.
Факторы размещения предприятий легкой промышленности разнообразны, однако можно выделить основные.
1. Сырьевой фактор, влияющий преимущественно на размещение предприятий по первичной обработке сырья (например, льнообрабатывающие фабрики расположены в районах производства льна, шерстомоечные предприятия - в районах овцеводства, предприятия по первичной обработке кож - вблизи крупных мясокомбинатов).
2. Населенческий, т. е. потребительский фактор. Готовая продукция легкой промышленности менее транспортабельна по сравнению с полуфабрикатами. Например, дешевле поставлять прессованный хлопок-сырец, чем хлопчатобумажные ткани.
3. Фактор трудовых ресурсов, предусматривающий их значительные размеры и квалификацию, так как все отрасли легкой промышленности трудоемкие. Исторически сложилось так, что в отраслях легкой промышленности используется преимущественно женский труд, поэтому необходимо учитывать возможности использования в регионах и женского, и мужского труда (т. е. развивать легкую промышленность в районах сосредоточения тяжелой индустрии, создавать соответствующие производства в регионах концентрации легкой промышленности).
В прошлом существенную роль в размещении играла обеспеченность топливно-энергетическими ресурсами, так как текстильное и обувное производства являются топливоемкими. В настоящее время этот фактор считается второстепенным в связи с развитием сети ЛЭП, нефте- и газопроводов.
Сырьевая база легкой промышленности России достаточно развита, она обеспечивает значительную часть потребностей предприятий в льноволокне, шерсти, химическом волокне и нитях, пушно-меховом и кожевенном сырье.
Основной поставщик натурального сырья для легкой промышленности - сельское хозяйство.
План:
-
Введение
- 1
История
- 1.1 История российской электроэнергетики
- 2
Основные технологические процессы в электроэнергетике
- 2.1 Генерация электрической энергии
- 2.2 Передача и распределение электрической энергии
- 2.3 Потребление электрической энергии
- 3
Виды деятельности в электроэнергетике
- 3.1 Оперативно-диспетчерское управление
- 3.2 Энергосбыт
Примечания
Введение
Тепловая электростанция и ветрогенераторы в Германии
Эле́ктроэнерге́тика - отрасль энергетики, включающая в себя производство, передачу и сбыт электроэнергии. Электроэнергетика является наиболее важной отраслью энергетики, что объясняется такими преимуществами электроэнергии перед энергией других видов, как относительная лёгкость передачи на большие расстояния, распределения между потребителями, а также преобразования в другие виды энергии (механическую, тепловую, химическую, световую и др.). Отличительной чертой электрической энергии является практическая одновременность её генерирования и потребления, так как электрический ток распространяется по сетям со скоростью, близкой к скорости света.
Федеральный закон "Об электроэнергетике" даёт следующее определение электроэнергетики:
Электроэнергетика - отрасль экономики Российской Федерации, включающая в себя комплекс экономических отношений, возникающих в процессе производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии), передачи электрической энергии, оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике, сбыта и потребления электрической энергии с использованием производственных и иных имущественных объектов (в том числе входящих в Единую энергетическую систему России), принадлежащих на праве собственности или на ином предусмотренном федеральными законами основании субъектам электроэнергетики или иным лицам. Электроэнергетика является основой функционирования экономики и жизнеобеспечения.
Определение электроэнергетики содержится также в ГОСТ 19431-84:
Электроэнергетика - раздел энергетики, обеспечивающий электрификацию страны на основе рационального расширения производства и использования электрической энергии.
1. История
Электрическая энергия долгое время была лишь объектом экспериментов и не имела практического применения. Первые попытки полезного использования электричества были предприняты во второй половине XIX века, основными направлениями использования были недавно изобретённый телеграф, гальванотехника, военная техника (например были попытки создания судов и самоходных машин с электрическими двигателями; разрабатывались мины с электрическим взрывателем). Источниками электричества поначалу служили гальванические элементы. Существенным прорывом в массовом распространении электроэнергии стало изобретение электромашинных источников электрической энергии - генераторов. По сравнению с гальваническими элементами, генераторы обладали бо́льшей мощностью и ресурсом полезного использования, были существенно дешевле и позволяли произвольно задавать параметры вырабатываемого тока. Именно с появлением генераторов стали появляться первые электрические станции и сети (до того источники энергии были непосредственно в местах её потребления) - электроэнергетика становилась отдельной отраслью промышленности. Первой в истории линией электропередачи (в современном понимании) стала линия Лауфен - Франкфурт, заработавшая в 1891 году. Протяжённость линии составляла 170 км, напряжение 28,3 кВ, передаваемая мощность 220 кВт . В то время электрическая энергия использовалась в основном для освещения в крупных городах. Электрические компании состояли в серьёзной конкуренции с газовыми: электрическое освещение превосходило газовое по ряду технических параметров, но было в то время существенно дороже. С усовершенствованием электротехнического оборудования и увеличением КПД генераторов, стоимость электрической энергии снижалась, и в конце концов электрическое освещение полностью вытеснило газовое. Попутно появлялись новые сферы применения электрической энергии: совершенствовались электрические подъёмники, насосы и электродвигатели. Важным этапом стало изобретение электрического трамвая: трамвайные системы являлись крупными потребителями электрической энергии и стимулировали наращивание мощностей электрических станций. Во многих городах первые электрические станции строились вместе с трамвайными системами.
Начало XX века было отмечено так называемой «войной токов» - противостоянием промышленных производителей постоянного и переменного токов. Постоянный и переменный ток имели как достоинства, так и недостатки в использовании. Решающим фактором стала возможность передачи на большие расстояния - передача переменного тока реализовывалась проще и дешевле, что обусловило его победу в этой «войне»: в настоящее время переменный ток используется почти повсеместно. Тем не менее, в настоящее время имеются перспективы широкого использования постоянного тока для дальней передачи большой мощности (см. Высоковольтная линия постоянного тока).
1.1. История российской электроэнергетики
Динамика производства электроэнергии в России в 1992-2008 годах, в млрд кВт∙ч
История российской, да и пожалуй, мировой электроэнергетики, берет начало в 1891 году, когда выдающийся ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский осуществил практическую передачу электрической мощности около 220 кВт на расстояние 175 км. Результирующий КПД линии электропередачи, равный 77,4 %, оказался сенсационно высоким для такой сложной многоэлементной конструкции. Такого высокого КПД удалось достичь благодаря использованию трехфазного напряжения, изобретенного самим учёным.
В дореволюционной России, мощность всех электростанций составляла лишь 1,1 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии равнялась 1,9 млрд кВт*ч. После революции, по предложению В. И. Ленина был развернут знаменитый план электрификации России ГОЭЛРО. Он предусматривал возведение 30 электростанций суммарной мощностью 1,5 млн кВт, что и было реализовано к 1931 году, а к 1935 году он был перевыполнен в 3 раза.
В 1940 году суммарная мощность советских электростанций составила 10,7 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии превысила 50 млрд кВт*ч, что в 25 раз превышало соответствующие показатели 1913 года. После перерыва, вызванного Великой Отечественной войной, электрификация СССР возобновилась, достигнув в 1950 году уровня выработки 90 млрд кВт*ч.
В 50-е годы XX века, в ход были пущены такие электростанции, как Цимлянская, Гюмушская, Верхне-Свирская, Мингечаурская и другие. К середине 60-х годов СССР занимал второе место в мире по выработке электроэнергии после США .
2. Основные технологические процессы в электроэнергетике
2.1. Генерация электрической энергии
Генерация электроэнергии - это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации:
- Тепловая электроэнергетика
. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:
- Конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС);
- Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции;
КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы. В обоих случаях имеется котёл, в котором сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора - таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;
- Ядерная энергетика . К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, так как, в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделяется не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились;
- Гидроэнергетика . К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности (т. н. верхний и нижний бьеф). Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, так как они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;
- Альтернативная энергетика
. К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:
- Ветроэнергетика - использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;
- Гелиоэнергетика - получение электрической энергии из энергии солнечных лучей; Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;
- Геотермальная энергетика - использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, то есть, там, где естественные источники тепла наиболее доступны;
- Водородная энергетика - использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;
- Стоит также отметить альтернативные виды гидроэнергетики : приливную и волновую энергетику. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.
2.2. Передача и распределение электрической энергии
Передача электрической энергии от электрических станций до потребителей осуществляется по электрическим сетям. Электросетевое хозяйство - естественно-монопольный сектор электроэнергетики: потребитель может выбирать, у кого покупать электроэнергию (то есть энергосбытовую компанию), энергосбытовая компания может выбирать среди оптовых поставщиков (производителей электроэнергии), однако сеть, по которой поставляется электроэнергия, как правило, одна, и потребитель технически не может выбирать электросетевую компанию. С технической точки зрения, электрическая сеть представляет собой совокупность линий электропередачи (ЛЭП) и трансформаторов, находящихся на подстанциях.
- Линии электропередачи
представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев - трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные
и кабельные
.
- Воздушные ЛЭП
подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:
- широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются;
- незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;
- эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.
- Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах - коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков - для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор. Бесколлекторные кабельные линии прокладываются непосредственно в грунте. Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с недоступностью кабеля. Главным достоинством кабельных линий электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения, различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться непосредственно над коллекторной линией. В случае бесколлекторного заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии. Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше воздушных защищены от внешнего воздействия. К недостаткам кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения. Кабельные линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае бесколлекторной укладки - вообще недоступны), что также является существенным эксплуатационным недостатком.
- Воздушные ЛЭП
подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными КЛ): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:
2.3. Потребление электрической энергии
По данным Управления по энергетической информации США (EIA - U.S. Energy Information Administration) в 2008 году мировое потребление электроэнергии составило около 17,4 трлн кВт ч.
3. Виды деятельности в электроэнергетике
3.1. Оперативно-диспетчерское управление
Система оперативно-диспетчерского управления в электроэнергетике включает в себя комплекс мер по централизованному управлению технологическими режимами работы объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок потребителей в пределах Единой энергетической системы России и технологически изолированных территориальных электроэнергетических систем, осуществляемому субъектами оперативно-диспетчерского управления, уполномоченными на осуществление указанных мер в порядке, установленном Федеральным законом «Об электроэнергетике» . Оперативное управление в электроэнергетике называют диспетчерским, потому что оно осуществляется специализированными диспетчерскими службами. Диспетчерское управление производится централизованно и непрерывно в течение суток под руководством оперативных руководителей энергосистемы - диспетчеров .
3.2. Энергосбыт
Примечания
- 1 2 Федеральный закон Российской Федерации от 26 марта 2003 г. N 35-ФЗ «Об электроэнергетике» - www.rg.ru/oficial/doc/federal_zak/35-03.shtm
- Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова том 2 по редакцией проф.А.П.Бурмана и проф.В.А.Строева // Основы современной энергетики. В 2-х томах. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. - ISBN 978 5 383 00163 9
- М. И. Кузнецов Основы электротехники. - Москва: Высшая школа, 1964.
- U.S. Energy Information Administration - International Energy Statistics - tonto.eia.doe.gov/cfapps/ipdbproject/IEDIndex3.cfm?tid=2&pid=2&aid=2 (англ.) .
- Оперативное управление в энергосистемах/ Е. В. Калентионок, В. Г. Прокопенко, В. Т. Федин. - Минск.: Вышэйшая школа, 2007
Содержание .
1.Введение……….3
2.Значение отрасли
в мировом хозяйстве, её отраслевой состав,
влияние НТР на её развитие……………………..
4
3.Сырьевые и топливные
ресурсы отрасли и их развитие ………………
7
4.Размеры производства
продукции с распределением по главным
географическим регионам……………………….
10
5.Главные страны
производители электроэнергии…….. 11
6.Главные районы
и центры производства электроэнергии
……………. 13
7.Природоохранные
и экологические проблемы, возникающие
в связи с развитием отрасли………………………..
14
8.Главные страны
(районы) экспорта продукции электроэнергетики
…. 15
9.Перспектива развития
и размещения отрасли ………. 16
10.Заключение …………………….
17
11.Список используемой
литературы………………... 18
-2-
Введение.
Электроэнергетика
– составляющая часть энергетики, обеспечивающая
электрификацию хозяйства страны на основе
рационального производства и распределения
электроэнергии. Она имеет очень важное
преимущество перед энергией других видов
- относительную легкость передачи на
большие расстояния, распределения между
потребителями, преобразования в другие
виды энергии (механическую, химическую,
тепловую, свет).
Специфической
особенностью электроэнергетики является
то, что ее продукция не может накапливаться
для последующего использования, поэтому
потребление соответствует производству
электроэнергии и во времени, и по количеству
(с учетом потерь).
Электроэнергетика
вторглась во все сферы деятельности человека:
промышленность и сельское хозяйство,
науку и космос. Представить без электроэнергии
наш быт также невозможно.
Современное общество
к концу ХХ века столкнулось с
энергетическими проблемами, которые
приводили известной степени даже к
кризисам. Человечество старается найти
новые источники энергии, которые были
бы выгодны во всех отношениях: простота
добычи, дешевизна транспортировки, экологическая
чистота, восполняемость. Уголь и газ отходят
на второй план: их применяют только там,
где невозможно использовать что-либо
другое. Всё большее место в нашей жизни
занимает атомная энергия: её можно использовать
как в ядерных реакторах космических челноков,
так и в легковом автомобиле.
-3-
Значение отрасли
в мировом хозяйстве,
её отраслевой
состав, влияние НТР
на её развитие.
Электроэнергетика
входит в состав топливно-экономического
комплекса, образуя в нем, как
иногда говорят «верхний этаж». Можно
сказать, что она относится к так
называемым «базовым» отраслям промышленности.
Эта её роль объясняется необходимостью
электрификации самых различных сфер
человеческой деятельности. Развитие
электроэнергетики является неприемлемым
условием развития других отраслей промышленности
и всей экономики государств.
Энергетика включает
в себя совокупность отраслей, снабжающих
другие отрасли энергоресурсами. В
нее входят все топливные отрасли
и электроэнергетика, включая разведку,
освоение, производство, переработку
и транспортировку источников тепловой
и электрической энергии, а также самой
энергии.
Динамика мирового
производства электроэнергетики показана
на рис.1 , из которого вытекает, что во
второй половине ХХ в. выработка электроэнергии
увеличилась почти в 15 раз. На протяжении
всего этого времени темпы роста спроса
на электроэнергию превышали темпы роста
спроса на первичные энергоресурсы.
На протяжении
всего этого времени темпы
роста спроса на электроэнергию превышали
темпы роста спроса на первичные
энергоресурсы. В первой половине 1990-х
гг. ни составляли соответственно 2,5% и
1,55 в год.
Согласно прогнозам,
к 2010 году мировое потребление электроэнергии
может возрасти до 18-19 трлн. кВт/час, а к
2020г.- до 26-27 трлн. кВт./ч. соответственно
будут возрастать и установленные мощности
электростанций мира, которые уже в середине
1990-х г превысил и уровень 3 млрд. кВт.
Между тремя
основными группами стран выработка
электроэнергии распределяется следующим
образом: на долю экономически развитых
стран приходится 65%, развивающихся
- 33% и стран с переходной экономикой
- 13%. Предполагают, что доля развивающихся
стран в перспективе будет возрастать,
и к 2020 г. они обеспечат уже около Ѕ мировой
выработки электроэнергии.
В мировом хозяйстве
развивающиеся страны по-прежнему выступают
главным образом в качестве поставщиков,
а развитые - потребителей энергии.
На развитии
электроэнергетики оказывают влияние
как
природные, так
и социально-экономические факторы.
Электрическая
энергия - универсальный, эффективный
-4-
технически и
экономический вид используемой
энергии. Важна также экологическая
безопасность использования и передачи
по сравнению со всеми видами топлива
(учитывая сложности и экологическую
составляющую при их транспортировке).
Электрическая
энергия вырабатывается на электростанциях
разного типа - тепловых (ТЭС), гидравлических
(ГЭС), атомных (АЭС), в сумме дающих 99% производства,
а также на электростанциях, испльзующих
энергию солнца, ветра, приливов и пр. (таб.1).
Таблица 1
Производство
электроэнергии в мире и в некоторых странах
на электрических
станциях разного типа (2001г.)
| Страны мира |
Производство
электроэнергии
(млн кВт/ч) |
Доля производства электроэнергии (%) | |||
| ТЭС | ГЭС | АЭС | другие | ||
| США | 3980 | 69,6 | 8,3 | 19,8 | 2,3 |
| Япония | 1084 | 58,9 | 8,4 | 30,3 | 0,4 |
| Китай | 1326 | 79,8 | 19,0 | 1,2 | - |
| Россия | 876 | 66,3 | 19,8 | 13,9 | - |
| Канада | 584 | 26,4 | 60,0 | 12,3 | 1,3 |
| Германия | 564 | 63,3 | 3,6 | 30,3 | 2,8 |
| Франция | 548 | 79,7 | 17,8 | 2,5 | - |
| Индия | 541 | 7,9 | 15,3 | 76,7 | 0,1 |
| Великобритания | 373 | 69,0 | 1,7 | 29,3 | 0,1 |
| Бразилия | 348 | 5,3 | 90,7 | 1,1 | 2,6 |
| Мир в целом | 15340 | 62,3 | 19,5 | 17,3 | 0,9 |
5-
Вместе с тем
именно рост потребления электроэнергии
связан с теми сдвигами, которые
формируются в промышленном производстве
под воздействием НТП: автоматизацией
и механизацией производственных процессов,
широким применением электроэнергии в
технологических процессах, повышением
степени электрификации всех отраслей
хозяйства. Также значительно выросло
потребление электроэнергии населением
в связи с улучшением условий и качества
жизни населения, широким распространением
радио- и телеаппаратуры, бытовых электроприборов,
компьютеров (в том числе использование
всемирной компьютерной сети Интернет).
С глобальной электрификацией связан
неуклонный рост производства электроэнергии
на душу населения планеты (с 381 кВт/ч 1950г.
до 2400 кВт/ч в 2001г.). В число лидеров по данному
показателю входят Норвегия, Канада, Исландия,
Швеция, Кувейт, США, Финляндия, Катар,
Новая Зеландия, Австралия (т.е. особенно
выделяются страны с небольшой численностью
населения и в основном экономически развитые)
Увеличение расходов
на НИОКР в области энергетики
значительно улучшило показатели работы
тепловых станций обогащение угля,
совершенствование оборудования ТЭС,
повышение мощности агрегатов (котлов,
турбин, генераторов). Ведутся активные
научные исследования в области ядерной
энергетики, использования геотермальной
и солнечной энергии и т. д.
-6-
Сырьевые и топливные
ресурсы отрасли
и их развитие.
Для выработки
электроэнергии в мире ежегодно потребляется
15 млрд. т условного топлива и
объем произведенной электроэнергии
растет. О чем наглядно свидетельствует
рис. 2
Рис. 2. Рост мирового
потребления первичных энергоресурсов
в ХХв, млрд тонн условного топлива.
Суммарная мощность
электростанций всего мира в конце
90-х годов превышала 2,8млрд кВт, а
выработка электроэнергетики вышла
на уровень 14 трлн кВт/ч год.
Основную роль
в электроснабжении мирового хозяйства
выполняют тепловые станции (ТЭС), работающие
на минеральном топливе, главным образом
на мазуте или газе. Наиболее велика доля
в теплоэнергетике таких стран, как ЮАР
(почти 100%), Австралия, Китай, Россия, Германия
и США и др., обладающих собственными запасами
этого ресурса.
Теоретический
гидроэнергетический потенциал
нашей планеты оценивается в 33-49
трлн кВт/ч, а экономический (который
может быть использован при современном
развитии техники) в 15 трлн кВт/ч. Однако
степень освоенности гидроэнергоресурсов
в в разных регионах мира различна (в целом
по миру лишь 14%). В Японии гидроресурсы
используются на 2/3, в США и Канаде - на
3/5, в Латинской Америке - на 1/10, а в Африке
на 1/20 гидроресурсного потенциала. (Таб.2)
Таблица
2
Крупнейшие ГЭС
мира.
| Наименование | Мощность (млн. кВт) | Река | Страна |
| Итайпу | 12,6 | Парана | Бразилия/Парагвай |
| Гури | 10,3 | Карони | Венесуэла |
| Гранд - Кули | 9,8 | Колумбия | США |
| Саяно-Шушенская | 6,4 | Енисей | Россия |
| Красноярская | 6,0 | Енисей | Россия |
| Ла-Гранд-2 | 5,3 | Ла-Гранд | Канада |
| Черчилл-Фолс | 5,2 | Черчилл | Канада |
| Братская | 4,5 | Ангара | Россия |
| Усть-Илимская | 4,3 | Ангара | Россия |
| Тукуруи | 4,0 | Такантинс | Бразилия |
Однако общая структура производства электроэнергии серьезно изменилась с 1950 г. Если раньше применялись лишь
-7-
тепловые(64,2%) и гидравлические станции (35,8%), то ныне доля ГЭС снизилась до 19% за счет использования ядерной энергетики и других альтернативных источников получения энергии.
В последние десятилетия практического применение в мире получило использование Ядерной энергии. Производство электроэнергии на АЭС возросло в последние 20 лет в 10 раз. Со времени ввода в эксплуатацию первой атомной электростанции (1954год, СССР - г.Обнинск, мощность 5МВт), суммарная мощность АЭС мира превысила 350тыс МВт(Таб. 3) До конца 80-х годов ядерная энергетика развивалась опережающими темпами по отношению ко всей электроэнергетике, особенно в экономически высокоразвитых странах, дефицитных по другим энергоресурсам. Доля атомных станций в общем производстве электроэнергии мира в 1970г составляла 1,4%, в1980 г. - 8,4%, а 1993г. уже 17,7%, хотя в последующие годы доля несколько снизилась и стабилизировалась в 2001г. - около 17%). Во много тысяч раз меньшая потребность в топливе (1 кг урана эквивалентен, по заключенной в нём энергии, 3 тыс. т каменного угля) почти освобождает размещение АЭС от влияния Транспортного фактора.
Таблица 3
Ядерный потенциал отдельных стран мира, на 1января 2002г.
| Страна | Действующие реакторы | Строящиеся реакторы | Доля
АЭС в общем производстве
электроэнергии,
%
|
||
| Число блоков | Мощность, МВт | Число блоков | Мощность, МВт | ||
| Мир | 438 | 352110 | 36 | 31684 | 17 |
| США | 104 | 97336 | - | - | 21 |
| Франция | 59 | 63183 | - | - | 77 |
| Япония | 53 | 43533 | 4 | 4229 | 36 |
| Вели-кобрита-ния | 35 | 13102 | - | - | 24 |
| Россия | 29 | 19856 | 5 | 4737 | 17 |
| ФРГ | 19 | 21283 | - | - | 31 |
| Респуб-лика Корея | 16 | 12969 | 4 | 3800 | 46 |
| Канада | 14 | 10007 | 8 | 5452 | 13 |
| Индия | 14 | 2994 | 2 | 900 | 4 |
| Украина | 13 | 12115 | 4 | 3800 | 45 |
| Швеция | 11 | 9440 | - | - | 42 |
К категории нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ), которые также часто называют альтернативными, принято относить несколько не получивших пока широкого распространения источников, обеспечивающих постоянное возобновление энергии за счет естественных процессов. Это источники связанные с естественными процессами в литосфере (геотермальная энергия), в гидросфере (разные виды энергии мирового океана),в атмосфере (энергия ветра), в биосфере (энергия биомассы) и в космическом пространстве (солнечная энергия).
Среди несомненных достоинств всех видов альтернативных источников энергии обычно отмечают их практическую неисчерпаемость и отсутствие каких-либо вредных воздействий на окружающую среду.
Источники геотермальной энергии отличаются не только неисчерпаемостью, но и довольно широким распространением: ныне они известны более чем в 60 станах мира. Но сам характер использования этих источников многом зависит от природных особенностей. Первая промышленная ГеоТЭС была построена в итальянской провинции Тоскана в 1913году. Число стран, имеющих ГеоТЭС, уже превышает 20.
Использование энергии ветра началось, можно сказать, на самом раннем этапе человеческой истории.
Ветроэнергетические установки Западной Европы обеспечивали бытовые потребности в электроэнергии примерно 3 млн. человек. В рамках ЕС поставлена задача к 2005году увеличить долю ветроэнергетики в производстве электроэнергии до 2% (это позволит закрыть угольные ТЭС мощностью 7 млн кВт), а к 2030г. - до 30%
Хотя солнечную энергию использовали для обогрева домов ещё в древней Греции, зарождение современной гелиоэнергетики произошло только в ХIХ в., а становление в ХХ в.
На мировом «солнечном саммите», проведенном в середине 1990-х гг. была разработана Мировая солнечная программа на 1996 - 2005гг, имеющая глобальные, региональные и национальные разделы.
-9-
Размеры производства
продукции с распределением
по главным географическим
регионам.
Мировое производство
и потребление топлива и энергии имеют
и ярко выраженные географические аспекты,
региональные различия. Первая линия таких
различий проходит между экономически
развитыми и развивающимися странами,
вторая - между крупными регионами, третья
- между отдельными государствами мира.
Таблица 4
Доля крупных
регионов мира в мировом производстве
электроэнергии (1950-2000 гг.), %
| Регионы | 1950г. | 1970г. | 1990г. | 2000г. |
| Западная Европа | 26,4 | 22,7 | 19,2 | 19,5 |
| Восточная Европа | 14,0 | 20,3 | 19,9 | 10,9 |
| Северная Америка | 47,7 | 39,7 | 31,0 | 31,0 |
| Центральная и Южная Америка | 2,2 | 2,6 | 4,0 | 5,3 |
| Азия | 6,9 | 11,6 | 21,7 | 28,8 |
| Африка | 1,6 | 1,7 | 2,7 | 2,9 |
| Австралия и Океания | 1,3 | 1,4 | 1,6 | 1,7 |
С глобальной электрификацией связан неуклонный рост производства электроэнергии на душу населения планеты (с 381 кВт/ч 1950г. до 2400 кВт/ч в 2001г.). В число лидеров по данному показателю входят Норвегия, Канада, Исландия, Швеция, Кувейт, США, Финляндия, Катар, Новая Зеландия, Австралия (т.е. особенно выделяются страны с небольшой численностью населения и в основном экономически развитые)
Показатель роста производства и потребления электроэнергии точно отражает все особенности развития хозяйства государств и регионов мира. Так, более 3/5 всей электроэнергии вырабатывается в промышленно развитых странах, среди которых по общей её выработке выделяются США, Россия, Япония, Германия, Канада, а также Китай.
Первые десять стран мира по производству электроэнергии на душу населения (тыс. кВт/час,1997год)
-10-
Главная страна
производителя электроэнергии.
Рост производства
электроэнергии был отмечен во всех
крупных регионах и странах мира.
Однако процесс проходил в них
достаточно неравномерно. Уже в 1965 году
США превысил общий мировой уровень
производства электроэнергии 50-го года
(СССР - только в 1975 году преодолел тот
же рубеж). А ныне США, оставаясь по-прежнему
мировым лидером, производят электроэнергии
на уровне почти 4 трлн. кВт/ч (таб.5)
Таблица 5
Первые десять
стран мира по производству электроэнергии
(1950-2001гг), млрд. кВт/ч
По суммарной мощности электростанций и по производству электроэнергии США занимают первое место в мире. В структуре выработки электроэнергии преобладает производство её на ТЭС, работающих на угле, газе, мазуте (около 70%), остальное производят ГЭС и АЭС (28%). На долю альтернативных источников энергии приходится около 2% (имеется геоТЭС, солнечные и ветровые станции).
По числу энергоблоков работающих АЭС (110) США занимают первое место в мире. АЭС размещаются в основном на востоке страны и ориентированы на крупных потребителей электроэнергии (большинство в пределах 3-х мегалополисов).
Всего в стране действует более тысячи ГЭС, но особенно велико значение гидроэнергетики в штате Вашингтон (в бассейне р. Колумбия), а также в бассейне р. Теннеси. Кроме этого крупные ГЭС построены на реках Колорадо и Ниагара.
Второе место по общей выработки электроэнергии занимает
-11-
Китай, обогнав Японию и Россию.
Большая её часть производится на ТЭС (3/4), в основном работающих на угле. Крупнейшая ГЭС - Гэчжоуба построена на реке Янцзы. Много мелких и мельчайших ГЭС. Предполагается дальнейшее развитие гидроэнергетики в стране. Также действуют свыше 10 приливных электростанций (в т.ч. вторая по мощности в мире). В Лхасе (Тибет) построена геотермальная станция.
-12-
Главные районы
и центры производства
электроэнергии.
Крупные ТЭС
строят обычно в районах добычи топлива(угля),
либо в местах, удобных для его
производства (в портовых городах).
Тепловые станции, работающие на мазуте,
располагаются в местах размещения нефтеперерабатывающих
заводов, работающие на природном газе
- вдоль трасс газопроводов.
В настоящее
время из большинства действующих
ГЭС с мощностью более 1 млн
кВт свыше 50% находятся в промышленно
развитых странах.
Крупнейшие по
мощности из действующих за рубежом
ГЭС: бразильско - парагвайская «Итайпу»
на р. Паранда - с мощность свыше 12 млн
кВт; венесуэльская «Гури» на р. Карони.
Крупнейшие ГЭС в России построены
на р. Енисей: Красноярская и Саяно-Шушенская
(каждая мощностью более 6 млн кВт).
В энергоснабжении
многих стран ГЭС играют решающую
роль, например, в Норвегии, Австрии,
Новой Зеландии, Бразилии, Гондурасе,
Гватемале, Танзании, Непале, Шри-Ланке
(80-90% общей выработки электроэнергии),
а также в Канаде, Швейцарии и других государствах.
и т.д.................
1.1. Значение, особенности, технологическая структура и топливная база электроэнергетики
Значение электроэнергии для жизнедеятельности населения и функционирования экономики таково, что в современном мире обойтись без нее практически невозможно. Электроэнергия - товар, представляющий собой одну из самых значительных ценностей среди существующих товаров и услуг. Еще в ХХ в. электроэнергетика стала ключевой отраслью экономики в подавляющем большинстве стран. Электроэнергия - важный фактор основных социально-экономических процессов в современном мире: жизнеобеспечения населения и потребления домохозяйств; производства товаров и услуг; национальной безопасности; охраны окружающей среды .
Электроэнергию можно уподобить воздуху, который редко замечают, но без которого невозможна жизнь. Если прекращается подача электроэнергии, вы обнаруживаете, что самые простые, каждодневно испытываемые удобства вдруг становятся недоступными, а средства, заменявшие их еще 100 лет назад, уже давно вышли из употребления. Отрасли экономики, не использующие стационарных источников электроэнергии и не работающие в единой энергосистеме, в современной экономике скорее исключение - например, автомобильный, водный и авиационный транспорт, растениеводство в сельском хозяйстве или геологоразведка. Но и в этих отраслях используются технологические процессы, требующие источников электроэнергии. Без электроэнергии производство большинства продуктов было бы невозможно или обходилось бы в десятки раз дороже.
В каком-то смысле электроэнергия - стержень современной технико-экономической цивилизации. Еще сравнительно недавно, лет 150 назад, электроэнергия отсутствовала в экономической жизни. Ведущим источником энергии выступала живая сила человека и животных. Только в XVI веке началось использование энергии движения воды в промышленных целях (т. н. «вододействующие заводы»), а в XVIII в. появилась паровая машина, в середине XIX в. - двигатель внутреннего сгорания. Изобретение в XIX в. технологий генерации электрической энергии создало возможность для широкого распространения электромеханизмов, резко повысило производительность труда на многих производственных операциях. Однако оборудование по генерации энергии приходилось размещать рядом с устройствами, ее потребляющими, поскольку удобных и экономичных технологий для передачи энергии не было.
Технической революцией, изменившей лицо экономики всех стран, стало изобретение технологии трансформации электроэнергии по напряжению и силе тока, передачи ее на большие расстояния. Это сделало размещение производства энергии, других товаров и услуг в значительной степени независимым друг от друга и обеспечило рост эффективности экономики.
Создание в ХХ в. национальных и региональных электроэнергетических систем закрепило переход к индустриальной стадии развития мировой экономики. Экономический рост в основном базировался на экстенсивных факторах: расширении ресурсной базы и увеличении занятости. Почти до последней трети XX в. технический прогресс и рост производства сопровождались увеличением потребления энергии, ростом энерговооруженности труда.
Электроэнергетика - базовая инфраструктурная отрасль, в которой реализуются процессы производства, передачи, распределения электроэнергии. Она имеет связи со всеми секторами экономики, снабжая их произведенными электричеством и теплом и получая от некоторых из них ресурсы для своего функционирования (рис. 1.1.1).
Машины и оборудование
Рис. 1.1.1. Электроэнергетика в современной экономике
Роль электроэнергетики в ХХI в. остается исключительно важной для социально-экономического развития любой страны и мирового сообщества в целом. Энергопотребление тесно корреспондирует с уровнем деловой активности и с уровнем жизни населения. Научно-технический прогресс и развитие новых секторов и отраслей экономики, совершенствование технологий, повышение качества и улучшение условий жизни населения предопределяют расширение сфер использования электроэнергии и усиление требований к надежному и бесперебойному энергоснабжению .
Особенности электроэнергетики как отрасли обуславливаются спецификой ее основного продукта – электроэнергии, а также характером процессов ее производства и потребления.
Электроэнергия по своим свойствам подобна услуге: время производства совпадает со временем потребления. Однако это подобие не является неотъемлемым физическим свойством электроэнергии - ситуация изменится, если появятся эффективные технологии хранения электроэнергии в значительных масштабах. Пока это в основном аккумуляторы разных типов, а также гидроаккумулирующие станции.
Электроэнергетика должна быть готова к выработке, передаче и поставке электроэнергии в момент появления спроса, в том числе в пиковом объеме, располагая для этого необходимыми резервными мощностями и запасом топлива. Чем больше максимальное (хотя и кратковременное) значение спроса, тем больше должны быть мощности, чтобы обеспечить готовность к оказанию услуги.
Невозможность хранения электроэнергии в промышленных масштабах предопределяет технологическое единство всего процесса производства, передачи и потребления электроэнергии. Вероятно, это единственная отрасль в современной экономике, где непрерывность производства продукции должна сопровождаться таким же непрерывным ее потреблением. В силу этой особенности в электроэнергетике существуют жесткие технические требования к каждому этапу технологического цикла производства, передачи и потребления продукта, в том числе по частоте электрического тока и напряжению.
Принципиальной особенностью электрической энергии как продукта, отличающей ее от всех других видов товаров и услуг, является то, что ее потребитель может повлиять на устойчивость работы производителя. Последнее обстоятельство, по понятным причинам, может иметь большое число совершенно неожиданных следствий.
Очевидно, потребности экономики и общества в электрической энергии существенно зависят от погодных факторов, от времени суток, от технологических режимов различных производственных процессов в отраслях-потребителях, от особенностей домашних хозяйств и даже от программы телепередач. Различия между максимальным и минимальным уровнями потребления определяет потребность в так называемых резервных мощностях, которые включаются только тогда, когда уровень потребления достигает определенного значения.
Экономические характеристики производства электроэнергии зависят от типа электростанции и вида технологического топлива, от степени ее загрузки и режима работы. При прочих равных условиях в наибольшей степени востребуется электроэнергия тех станций, которые генерируют ее в нужное время и в нужном объеме с наименьшими издержками.
С учетом всех этих особенностей в электроэнергетике необходимо и целесообразно объединение устройств, производящих энергию – генераторов, в единую энергетическую систему , что обеспечивает сокращение суммарных издержек производства и уменьшает потребность в резервировании производственных мощностей. Эти же свойства обуславливают наличие в отрасли системного оператора, который выполняет координирующие функции. Он регулирует график и объем как производства, так и потребления электроэнергии. Решения системного оператора принимаются на основании рыночных сигналов от производителей о возможностях и стоимости производства электроэнергии, от потребителей – о спросе на нее в определенные временные интервалы. В конечном счете системный оператор должен обеспечить надежную и безопасную работу энергосистемы, эффективное удовлетворение спроса на электроэнергию. Его деятельность отражается на производственных и финансовых результатах всех участников рынка электроэнергии, а также на их инвестиционных решениях.
Большая часть производства электроэнергии в мире осуществляется на электрических станциях трех типов :
· на тепловых электростанциях (ТЭС), где тепловая энергия , образующаяся при сжигании органического топлива (уголь, газ, мазут, торф, сланцы и т. д.), используется для вращения турбин, приводящих в движение электрогенератор, преобразуясь, таким образом, в электроэнергию. Опыт продемонстрировал эффективность одновременного производства тепла и электроэнергии на ТЭЦ, что привело к распространению в ряде стран централизованного теплоснабжения ;
· на гидроэлектростанциях (ГЭС), где в электроэнергию преобразуется механическая энергия потока воды с помощью гидравлических турбин, вращающих электрогенераторы;
В последние десятилетия резко возросло внимание к возобновляемым источникам энергии . В частности, активно разрабатываются технологии использования энергии солнца и ветра. Потенциал данных источников энергии огромен. Однако, на сегодняшний день производство электроэнергии в промышленных масштабах из солнечной энергии в большинстве случаев оказывается менее эффективным, чем ее производство из традиционных видов ресурсов. Что касается энергии ветра, то здесь ситуация несколько иная. В развитых странах, особенно под влиянием экологических движений, преобразование энергии ветра в электрическую выросло весьма значительно. Нельзя не упомянуть также геотермальную энергию, которая может иметь серьезное значение для некоторых государств или отдельных регионов: Исландия, Новая Зеландия, Россия (Камчатка, Ставропольский край , Краснодарский край , Калининградская область). Однако пока еще все эти виды электрогенерации успешно развиваются в тех странах, где производство и (или) потребление электроэнергии на основе возобновляемых ресурсов дотируется государством.
В конце XX – начале XXI резко возрос интерес к биоэнергетическим ресурсам. В отдельных странах (например, в Бразилии) производство электроэнергии на биотопливе заняло заметное место в энергетическом балансе. В США бала принята специальная программа субсидирования биотоплива. Однако, в настоящее время резко возросли сомнения в перспективах развития данного направления в электроэнергетике. С одной стороны, оказалось, что при производстве биотоплива очень неэффективно используются такие природные ресурсы, как земля и вода; с другой – отвод обширных площадей пахотной земли под производство биотоплива внес свой вклад в удвоение цен на продовольственное зерно. Все это в обозримой перспективе делает весьма проблематичным широкое использование биотоплива в электроэнергетике.
1.2. Российская электроэнергетика и ее место в мире
Россия обладает значительными запасами природных энергоресурсов, что создает возможность для долгосрочного роста производства электроэнергии в соответствии с предъявляемым экономикой растущим спросом. В российской экономике представлены все основные виды энергоресурсов (см. рис. 1.2.1).
В период с 1970 по 1990 г. производство первичных энергоресурсов в СССР выросло с 801 млн до 1857 млн. т. у.т., а в их структуре произошли крупные изменения. Значительно увеличилась доля газа, сократился удельный вес угля и нефти. Это было обусловлено быстрым развитием газодобычи в СССР в эти годы.
После 1991 г. российская экономика переживала трансформационный спад, что привело к сокращению добычи и потребления энергоресурсов. С началом экономического подъема в 2000-х гг. картина изменилась, и к середине текущего десятилетия Россия приблизилась к уровню производства и потребления энергоресурсов 1990 года. В настоящее время Россия входит в число крупнейших нефте - и газодобывающих стран мира и не только обеспечивает внутренний спрос на эти виды топлива, но и осуществляет значительные поставки на экспорт (табл. 1.2.2, 1.2.3).
Рис. 1.2.1. Структура производства первичных энергоресурсов в российской экономике (расчет Института энергетических исследований РАН по данным Росстата)
Анализ баланса энергоресурсов в российской экономике за 2006 год показывает, что в общем объеме этих ресурсов (1635,1 млн. т. у.т.) электроэнергия занимает всего 20,1 %, но в общем объеме их конечного потребления (981,5 млн. т. у.т.) - уже 34,4 %, то есть находится на первом месте, опережая по доле другие энергоресурсы.
В России существенное место в топливных ресурсах, используемых для преобразования в другие виды энергии, занимает газ. Это объясняется наличием на территории страны богатейших месторождений и относительным занижением внутренних цен на газ. Поэтому имеет место существенное отклонение структуры потребления энергоресурсов от общемировой тенденции (табл. 1.2.1). Ожидается, что в ближайшее десятилетие в структуре топливного баланса в нашей стране будут происходить изменения. В период до 2020 года доля газа останется самой крупной, но будет постепенно сокращаться, а доля угля - расти. Данные изменения приведут к повышению эффективности использования энергоресурсов в российской экономике.
Таблица 1.2.1
Структура потребления топливных ресурсов для преобразования в другие виды энергии в российской экономике (% к суммарному потреблению)
Уголь
Мазут
Прочие
Таблицу переделать: данные дать только за 1991 и 2006 годы, в каждой колонке (по газу, углю и т. д.) дать цифры по России и миру. Указать источник.
Бóльшая часть электроэнергии в России в настоящее время производится и потребляется внутри страны (см. табл. 1.2.2, 1.2.3). Более половины спроса приходится на долю промышленного сектора экономики, хотя по сравнению с 1991 г. она несколько сократилась. Доли потребления сельского хозяйства и транспорта также снизились за последнее пятнадцатилетие, а соответствующий показатель других отраслей вырос. Это объясняется структурными изменениями в российской экономике, которые сопровождались перераспределением материальных, трудовых и финансовых ресурсов между ее секторами. За последние годы значительно увеличилось электропотребление населением, поскольку быстрыми темпами растет оснащенность домохозяйств бытовыми электроприборами. Растущий потребительский спрос на электроэнергию обусловлен также интенсивным строительством качественного нового современного жилья. Заметное влияние на изменение в структуре электропотребления оказал быстро развивающийся сектор рыночных услуг.
Таблица 1.2.2
Электробаланс Российской Федерации, млрд. кВт ч
Производство всего
Потреблено
Промышлен-ностью
Сельским хозяйством
Транспортом
Другими отраслями
Домохозяй-ствами
*) Добыча полезных ископаемых, обрабатывающие производства, производство и распределение электроэнергии, газа и воды.
**) Транспорт и связь.
Таблица 1.2.3
Электробаланс Российской Федерации, %
Производ-ство, всего
Получено из-за пределов Российской Федерации
Потребленовсего
в т. ч. потреблено
Отпущено за пределы Российской Федерации
промышленностью
сельским хозяйством
транспортом
другими отраслями
населением
Примечание. Источник - Росстат
С учетом динамики спроса и развития топливной базы в Российской Федерации в гг. наблюдался значительный спад, а в гг. устойчивый рост производства электроэнергии (табл. 1.2.4).
Таблица 1.2.4
Производство электроэнергии в России по типам
электростанций, млрд. кВт. ч, по годам
Тип электростанций
Все электростанции
В том числе:
Примечание. Источник - Росстат
В этот период произошли определенные сдвиги в структуре генерации: от 73 до 66,6 % сократилась доля производства электроэнергии на ТЭС, доля ГЭС в итоге достигла доперестроечного уровня 15,7 %, а доля АЭС выросла от 11,2 до 17,7 %.
Сегодняшняя структура производства и потребления электроэнергии в российской экономике сложилась в ходе ее рыночных преобразований, начавшихся в 1992 году. Трансформационный спад гг. повлек за собой сокращение производства и потребления электроэнергии. Однако падение выработки в электроэнергетике было меньшим, чем в целом по экономике, так как спад производства в электроемких отраслях (металлургии, нефтепереработке и др.) был меньшим, чем в отраслях с относительно низкой электроемкостью (машиностроение, легкая промышленность и др.). При этом после либерализации ценообразования тарифы на электроэнергию росли намного медленнее, чем цены на другие товары (см. рис. 1.2.2).
Рисунок 1.2.2
Охарактеризованные выше сдвиги в структуре производства и соотношениях цен в гг. привели к существенному росту электроемкости ВВП.
После финансового кризиса 1998 г. в российской экономике возобновился экономический рост, а вместе с ним увеличивался и спрос на электроэнергию. В гг. ежегодные темпы ее выработки превышали 1,6%. Вместе с тем сблизились и темпы роста промышленных цен и тарифов на электроэнергию, повысилась платежная дисциплина . Произошли заметные сдвиги в структуре потребления электроэнергии и электроемкости отдельных секторов экономики.
Динамика электропотребления сектора услуг в гг. характеризовалась действием двух противоположно направленных тенденций: повышением доли менее электроемкого сектора услуг в структуре ВВП, что явилось фактором сужения совокупного спроса экономики на электроэнергию; формированием новых сегментов рынка услуг (современных систем связи, информационно-вычислительного обслуживания, финансово-кредитных и страховых учреждений и др.), что инициировало рост электропотребления в народном хозяйстве. После 1999 г. с началом экономического роста и расширением спроса на услуги новых сегментов рынка наблюдается тенденция к постепенному снижению электроемкости сектора услуг.
В настоящее время среди крупнейших потребителей электроэнергии – цветная металлургия, топливная промышленность , черная металлургия . По данным Института экономики переходного периода (рис. 1.2.3), около 37 % потребленной промышленностью электроэнергии приходится на долю металлургического комплекса и 33,0 % - на топливно-энергетический комплекс. Соответственно динамика и эффективность использования электроэнергии в этих двух комплексах доминирующе воздействует на характер электроемкости промышленности и экономики в целом.
Рис. 1.2.3. Структура электропотребления в российской промышленности в 2003 г. (доли отраслей рассчитаны Институтом экономики переходного периода по данным Росстата).
В масштабе мировой экономики российская электроэнергетика обладает уникальными особенностями:
· наибольшая территория единой энергосистемы (8 часовых поясов);
· на единицу установленной мощности электростанций Россия располагает наибольшей протяженностью электрических сетей высокого напряжения: 2,05 км/МВт против 0,75-0,8 км/МВт в США и Европе.
Конфигурация электрических сетей и совместная работа электростанций единой энергетической системы Российской Федерации в синхронном режиме позволяют в значительной степени реализовать преимущества по наиболее эффективному использованию генерирующих мощностей, экономичному расходу топлива и обеспечению надежности электроснабжения.
Российская электроэнергетическая система - одна из крупнейших в мировой экономике - входит в первую десятку энергосистем мира по уровню установленных генерирующих мощностей, производству электроэнергии на электростанциях трех основных типов и экспорту (табл. 1.2.5-1.2.12). Установленная мощность электростанций России на конец 2005 г. приблизительно равнялась 217,2 млн кВт (четвертый по величине показатель после США, Китая и Японии) и составляла около 5,6 % совокупной мощности мировой электроэнергетики. Россия находится на пятом месте в мире по уровню мощностей и производства электроэнергии на ГЭС. Доля в совокупной мощности гидроэлектростанций мира составляет 6,1 %; в производстве - около 6,0 %. Россия находится на четвертом месте в мире по уровню установленных мощностей и производства энергии на ТЭС, мощность которых составляет около 5,6 % совокупной мощности ТЭС мира, а выработка электроэнергии - около 5,8 %. Россия занимает пятое место в мире по уровню мощностей и производства атомной электроэнергетики. Следует отметить, что производство 85 % электроэнергии, осуществляемое на АЭС, сосредоточено в 10 странах. В последние годы около двух третей электроэнергии в мире производится на ТЭС и приблизительно по 17 % на ГЭС и АЭС.
Таблица 1.2.5
Установленная мощность российской электроэнергетики по годам (на конец года), млн. кВт
Типы станций
Все электростанции
В том числе:
Примечание. Источник - Росстат
Таблица 1.2.6
Установленная мощность крупнейших национальных энергосистем мира по годам
Страна
200 5
Млн. кВт
Млн. кВт
Млн. кВт
Россия
Германия
Бразилия
Великобритания
Остальной мир
Весь мир
2 929,295
3 279,313
3 871,952
2 929,295
Примечание. Источник - IЕA
Таблица 1.2.7
Производство электроэнергии крупнейшими национальными энергосистемами мира по годам
Страна
Млрд. кВт .ч
Млрд. кВт .ч
Млрд. кВт .ч
Россия
Германия
Великобритания
Бразилия
Примечание. Источник - IЕA
Таблица 1.2.8
Экспорт электроэнергии крупнейшими национальными энергосистемами мира в 2005 г.
Страна
Млрд. кВт. ч
Германия
Парагвай
Швейцария
Чешская Республика
Россия
Примечание. Источник -IEA.
Таблица 1.2.9
Производство и мощность крупнейших гидроэлектростанций в мире в 2005 г.
Страна
Установленная мощность
Страна
Производство электроэнергии
Млн. кВт
Млн. кВт. ч
Бразилия
Бразилия
Россия
Россия
Норвегия
Норвегия
Венесуэла
Весь мир
Весь мир
Процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями называется генерацией электроэнергии .
В настоящее время существуют следующие виды генерации:
- 1) Тепловая электроэнергетика
. В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:
- - Конденсационные (КЭС, также используется старая аббревиатура ГРЭС);
- - Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции;
КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы, но принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;
- 2) Ядерная энергетика . К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, т. к., в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделятся не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились.
- 3) Гидроэнергетика . К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности, так называемый верхний и нижний бьеф. Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, т. к. они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;
- 4) Альтернативная энергетика
. К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:
- · Ветроэнергетика -- использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;
- · Гелиоэнергетика -- получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;
Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;
- 5) Геотермальная энергетика -- использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии. По сути, геотермальные станции представляют собой обычные ТЭС, на которых источником тепла для нагрева пара является не котёл или ядерный реактор, а подземные источники естественного тепла. Недостатком таких станций является географическая ограниченность их применения: геотермальные станции рентабельно строить только в регионах тектонической активности, т. е., там, где естественные источники тепла наиболее доступны;
- 6) Водородная энергетика -- использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;
- 7) Стоит также отметить: приливную и волновую энергетику . В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.
