Классификация первичной энергии. Традиционная энергетика

Все существующие направления энергетики можно условно разделить на зрелые, развивающиеся и находящиеся в стадии теоретической проработки. Одни технологии доступны для реализации даже в условиях частного хозяйства, а другие могут использоваться только в рамках промышленного обеспечения. Рассматривать и оценивать современные виды энергетики можно с разных позиций, однако принципиальное значение имеют универсальные критерии экономической целесообразности и производственной эффективности. Во многом по этим параметрам сегодня расходятся концепции применения традиционных и альтернативных технологий генерации энергии.

Традиционная энергетика

Это широкий пласт сформировавшихся отраслей тепло- и электроэнергетики, обеспечивающей порядка 95% мировых потребителей энергии. Генерация ресурса происходит на специальных станциях - это объекты ТЭС, ГЭС, АЭС и т. д. Они работают с готовой сырьевой базой, в процессе переработки которой происходит выработка целевой энергии. Выделяют следующие стадии производства энергии:

Изготовление, подготовка и доставка исходного сырья на объект выработки того или иного вида энергии. Это могут быть процессы добычи и обогащения топлива, сжигание нефтепродуктов и т. д.
Передача сырья к узлам и агрегатам, непосредственно преобразующим энергию.
Процессы из первичной во вторичную. Эти циклы присутствуют не на всех станциях, но, к примеру, для удобства доставки и последующего распределения энергии могут использоваться разные ее формы - в основном тепло и электричество.
Обслуживание готовой преобразованной энергии, ее передача и распределение.

На завершающем этапе ресурс отправляется конечным потребителям, в качестве которых могут выступать и отрасли народного хозяйства, и рядовые домовладельцы.

Тепловая электроэнергетика

Самая распространенная отрасль энергетики в в стране производят более 1000 МВт, используя в качестве перерабатываемого сырья уголь, газ, нефтепродукты, сланцевые залежи и торф. Вырабатываемая первичная энергия в дальнейшем преобразуется в электричество. Технологически у таких станций масса преимуществ, которые и обуславливают их популярность. К ним можно отнести нетребовательность к условиям эксплуатации и легкость технической организации рабочего процесса.

Объекты тепловой энергетики в виде конденсационных сооружений и теплоэлектроцентралей могут возводиться прямо в районах добычи расходного ресурса или местах нахождения потребителя. Сезонные колебания никак не влияют на стабильность функционирования станций, что делает такие источники энергии надежными. Но есть и недостатки у ТЭС, к которым можно отнести применение исчерпаемых топливных ресурсов, загрязнение окружающей среды, необходимость подключения больших объемов трудовых ресурсов и др.

Гидроэнергетика

Гидротехнические сооружения в виде энергетических подстанций предназначены для выработки электричества в результате преобразования энергии потока воды. То есть, технологический процесс генерации обеспечивается сочетанием искусственных и природных явлений. В ходе работы станция создает достаточный напор воды, которая в дальнейшем направляется к турбинным лопастям и активизирует электрогенераторы. Гидрологические виды энергетики различаются по типу используемых агрегатов, конфигурации взаимодействия оборудования с естественными потоками воды и т. д. По рабочим показателям можно выделить следующие разновидности гидростанций:

Малые - вырабатывают до 5 МВт.
Средние - до 25 МВт.
Мощные - более 25 МВт.

Также применяется классификация в зависимости от силы напора воды:

Низконапорные станции - до 25 м.
Средненапорные - от 25 м.
Высоконапорные - выше 60 м.

К достоинствам гидроэлектростанций относят экологическую чистоту, экономическую доступность (бесплатная энергия), неисчерпаемость рабочего ресурса. В то же время гидротехнические сооружения требуют больших начальных затрат на техническую организацию аккумулирующей инфраструктуры, а также имеют ограничения по географическому размещению станций - только там, где реки обеспечивают достаточный напор воды.

В некотором смысле это подвид тепловой энергетики, но практически производственные показатели работы ядерных станций на порядок выше ТЭС. В России используют полные циклы выработки атомной электроэнергии, что позволяет генерировать большие объемы энергетического ресурса, но имеют место и огромные риски использования технологий обработки урановой руды. Обсуждением вопросов безопасности и популяризации задач данной отрасли, в частности, занимается АНО «Информационный центр атомной энергетики», имеющий представительства в 17 регионах России.

Ключевую роль в исполнении процессов генерации ядерной энергии играет реактор. Это агрегат, предназначенный для поддержания реакций деления атомов, которые, в свою очередь, сопровождаются выделением тепловой энергии. Существуют разные типы реакторов, отличающиеся применяемым видом топлива и теплоносителем. Чаще используется конфигурация с легководным реактором, использующим в качестве теплоносителя обычную воду. Основным ресурсом переработки в энергетике выступает урановая руда. По этой причине АЭС обычно проектируются с расчетом на размещение реакторов вблизи от месторождений урана. На сегодняшний день в России действует 37 реакторов, совокупная мощность выработки которых составляет около 190 млрд кВт*ч/год.

Характеристика альтернативной энергетики

Практически все источники альтернативной энергии выгодно отличаются финансовой доступностью и экологической чистотой. По сути, в данном случае происходит замена перерабатываемого ресурса (нефти, газа, угля и т. д.) на природную энергию. Это может быть солнечный свет, потоки ветра, тепло земли и другие естественные источники энергии за исключением гидрологических ресурсов, которые сегодня рассматриваются как традиционные. Концепции альтернативной энергетики существуют давно, однако по сей день они занимают небольшую долю в общем мировом энергообеспечении. Задержки в развитии данных отраслей связаны с проблемами технологической организации процессов выработки электричества.

Но чем обусловлено активное развитие альтернативной энергетики в наши дни? В немалой степени необходимостью снижения темпов загрязнения окружающей среды и в целом проблемами экологии. Также в скором будущем человечество может столкнуться с истощением традиционных ресурсов, используемых в производстве энергии. Поэтому, даже несмотря на организационные и экономические препятствия, все больше внимания уделяется проектам развития альтернативных форм энергетики.

Геотермальная энергетика

Один из самых распространенных в бытовых условиях. Геотермальная энергия вырабатывается в процессе аккумуляции, передачи и преобразования внутреннего тепла Земли. В промышленных масштабах обслуживаются подземные породы на глубинах до 2-3 км, где температура может превышать 100°С. Что касается индивидуального применения геотермальных систем, то чаще задействуются поверхностные аккумуляторы, располагаемые не в скважинах на глубине, а горизонтально. В отличие от других подходов к выработке альтернативной энергии, практически все геотермальные виды энергетики в производственном цикле обходятся без этапа преобразования. То есть первичная тепловая энергия в этой же форме и поставляется конечному потребителю. Поэтому используется такое понятие, как геотермальные системы отопления.

Солнечная энергетика

Одна из старейших концепций альтернативной энергетики, задействующая в качестве аккумулятивного оборудования фотоэлектрические и термодинамические системы. Для реализации фотоэлектрического метода генерации используют преобразователи энергии световых фотонов (квантов) в электричество. Термодинамические установки более функциональны и за счет солнечных потоков могут вырабатывать как тепло с электричеством, так и механическую энергию для создания приводного усилия.

Схемы достаточно простые, но есть немало проблем при эксплуатации такого оборудования. Связано это с тем, что солнечная энергетика в принципе характеризуется целым рядом особенностей: нестабильностью из-за суточных и сезонных колебаний, зависимостью от погоды, низкой плотностью потоков света. Поэтому на этапе проектирования солнечных батарей и аккумуляторов много внимания уделяется исследованию метеорологических факторов.

Волновая энергетика

Процесс выработки электричества из волн происходит в результате преобразования энергии прилива. В основе большинства электростанций такого типа находится бассейн, который организуется или в ходе отделения устья реки, или за счет перекрытия залива плотиной. В образованном барьере устраиваются водопропускные отверстия с гидротурбинами. По мере изменения уровня воды во время приливов происходит вращения турбинных лопастей, что и способствует выработке электричества. Отчасти этот вид энергетики схож с но сама механика взаимодействия с водным ресурсом имеет существенные отличия. Волновые станции могут использоваться на побережьях морей и океанов, где уровень воды поднимается до 4 м, позволяя вырабатывать мощность до 80 кВт/м. Недостаток таких сооружений связан с тем, что водопропускные сооружения нарушают обмен пресной и морской воды, а это негативно сказывается на жизни морских организмов.

Еще один доступный для применения в частном хозяйстве способ получения электричества, отличающийся технологической простотой и экономической доступностью. В качестве обрабатываемого ресурса выступает кинетическая энергия воздушных масс, а роль аккумулятора выполняет двигатель с вращающимися лопастями. Обычно в ветровой энергетике применяют генераторы электрического тока, которые активизируются в результате вращения вертикальных или горизонтальных роторов с пропеллерами. Средняя бытовая станция такого типа способна генерировать 2-3 кВт.

Энергетические технологии будущего

По оценкам экспертов, к 2100 г совокупная доля угля и нефти в мировом балансе составит около 3%, что должно отодвинуть термоядерную энергетику на роль второстепенного источника энергетических ресурсов. На первое же место должны встать солнечные станции, а также новые концепции преобразования космической энергии, основанной на беспроводных каналах передачи. Процессы становления должны начаться уже к 2030 г., когда наступит период отказа от углеводородных источников топлива и перехода к «чистым» и возобновляемым ресурсам.

Перспективы российской энергетики

Будущее отечественной энергетики преимущественно связывается с развитием традиционных способов преобразования природных ресурсов. Ключевое место в отрасли должна будет занять ядерная энергетика, но в комбинированном варианте. Инфраструктуру атомных станций должны будут дополнять элементы гидротехники и средства переработки экологически чистого биотоплива. Не последнее место в возможных перспективах развития отводится и солнечным батареям. В России и сегодня этот сегмент предлагает немало привлекательных идей - в частности, панели, которые могут работать даже в зимнее время. Аккумуляторы преобразуют энергию света как такового даже без тепловой нагрузки.

Заключение

Современные обеспечения ставят крупнейшие государства перед выбором между мощностью и экологической чистотой выработки тепла и электричества. Большинство освоенных альтернативных источников энергии при всех своих плюсах не способны в полной мере заменить традиционные ресурсы, которые, в свою очередь, могут использоваться еще несколько десятилетий. Поэтому энергию будущего многие специалисты представляют как некий симбиоз различных концепций генерации энергоресурсов. Причем новые технологии ожидаются не только на промышленном уровне, но и в бытовом хозяйстве. В этой связи можно отметить градиент-температурные и биомассовые принципы энергетической выработки.

Характерной чертой традиционной электроэнергетики является её давняя и хорошая освоенность, она прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях, их единичная электрическая мощность очень часто превышает 1000 Мвт. Традиционная электроэнергетика делится на несколько направлений.

1. Тепловая энергетика

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:

· Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;

· Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;

· Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки.

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля - 27 %, газа - 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира. Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов - газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

2. Гидроэнергетика

В этой отрасли электроэнергия производится на Гидроэлектростанциях (ГЭС), использующих для этого энергию водного потока. ГЭС преобладает в ряде стран - в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков.

3. Ядерная энергетика

Отрасль, в которой электроэнергия производится на атомных электростанциях (АЭС), использующих для этого энергию управляемой цепной ядерной реакции, чаще всего урана и плутония.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция, около 80 %. Преобладает она также в Бельгии, Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США, Франция и Япония.

ГЛАВА 5

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОТРЕБЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

Бурно развивающаяся экономика стран нашей планеты в 20 веке требовала всё больше и больше затрат топливно-энергетических ресурсов. Добыча нефти, угля, газа с каждым годом всё возрастала и возрастала. Эти источники казались неистощимыми. Разразившийся в 1973-1974 годах нефтяной кризис заставил многие страны серьёзно задуматься над использованием альтернативных источников энергии и экономным использованием топливно-энергетических ресурсов, что и обусловило повышение многими странами уровня самообеспечения энергоресурсами. Однако энергетическая проблема остаётся актуальной и в настоящее время практически для всех стран Европы, поскольку степень обеспеченности собственными ресурсами составляет в отдельных странах Европы 40-50%.

Остро она ощутима и в РБ, способной обеспечить себя примерно на 16% собственными топливными ресурсами, остальное количество их приходиться завозить из-за рубежа и платить большие деньги. Удельный вес ввоза топливно-энергетических сырьевых и материально-технических ресурсов в ВВП составляет более 43%. Республика импортирует (в основном из России) весь потребляемый уголь, более 90% нефти, 100% природного и четверть сжиженного газа.

Если сравнивать энергоёмкость продукции наших предприятий, то она значительно выше, чем в индустриально развитых странах. Так, например, при получении 1т извести у нас тратиться электроэнергии в 5,5 раза больше, чем на Западе, серной кислоты – в 2,7, железобетона – в 1,7 раза. На каждый доллар США произведённой в РБ продукции расходуется 1,4 кг условного топлива, тогда как в странах ЕС – 0,81 кг. Правда, следует учитывать, что климат в нашей стране более холодный, что обуславливает и больший расход ТЭР на обогрев производственных зданий и жилищно-бытового сектора.

На состоявшемся в 1997 году республиканском семинаре, посвященном проблеме энергосбережения, было отмечено, что энергоёмкость ВВП в нашей стране составляет 165 тонн условного топлива на 1 млрд руб., что в 4-5 раз выше, чем в странах ЕС.

Отечественная промышленность по удельным расходам топлива и электроэнергии пока весьма далека от европейских стандартов. Не лучшее положение с энергоёмкостью и в агропромышленном комплексе. Энергоёмкость нашей продукции в 3-5 раз выше, чем в развитых странах. Так, на 1 т говядины тратиться 550 кВт*ч электроэнергии, на одну тонну свинины – в 2,5 раза больше. Совокупный расход энергоресурсов в производстве 1 тонны зерна составляет 28-30 кг условного топлива.

Высокие удельные расходы топлива и электроэнергии явились следствием существовавшей в условиях командно-административной системы практики разработки самими производителями или отраслевыми организациями норм расхода топлива, тепла, электроэнергии и сырья на выпуск той или иной продукции. Затем эти нормы утверждались отраслевыми министерствами. Каждая отраслевая организация стремилась любым путём обеспечить своему ведомству режим «наибольшего благоприятствования», т.е. разработать такие нормы, которые при любой, даже самой чрезвычайной ситуации, исключали бы перерасход этих ресурсов. Иными словами, нормы расхода устанавливали не по действительному расходу, а по верхнему допускаемому пределу. К тому же 1 Квт*ч для села стоил 1копейку. Доходило дело до того, что колхозам и совхозам доводили план потребления энергии.

Такая «практика» несла, помимо экономических, значительные социальные издержки, поскольку этот заведомый перерасход закладывался в цены на продукцию, выпускаемую предприятиями. В результате в стоимость товаров включались потери, которые оплачивали мы, потребители. И хотя удельный вес топливно-энергетических затрат в себестоимости иных видов продукции не самый высокий, но он составляет в зависимости от отрасли, 5-50 %. И каждый новый виток цен на энергоносители делал и делает эти товары всё более дорогими.

Нельзя сбрасывать со счетов и технологическое отставание нашего производства от производства Запада. До самого недавнего времени приоритет отдавался дальнейшему наращиванию мощностей, хотя для того, чтобы сэкономить какое-то количество энергоресурсов, требуется затратить в 2-3 раза меньше средств на действующих мощностях путём их модернизации (реконструкции) по сравнению с созданием новых. И, несмотря на всё вышеизложенное, в результате осуществляемых с 1993 года мер по энергосбережению, начиная с 1995 года, в РБ обеспечено повышение ВВП на 36% практически без прироста ТЭР. Энергоёмкость ВВП до 2004 года снизилась на 34,2%.

Оплата в год за энергоносители нашей страной достигает 1,8 млрд долларов, а на закупку хлеба для всего населения при условии, если бы у нас его не выращивалось вовсе, понадобилось 700 млн долларов.

Специалисты подсчитали, что при разумной организации потребления страной энергоносителей, ввозимых извне, можно снизить расходы на закупку на 40% и сэкономить 700-800 тыс. долларов.

Поэтому энергосбережение является приоритетом государственной политики, важным направлением в деятельности всех без исключения субъектов хозяйствования и самым дешёвым, но не бесплатным, источником энергии. По мнению специалистов, только в сельском хозяйстве возможно сэкономить до 50% электроэнергии, а в некоторых производствах строительной индустрии – и того больше. При этом во многих случаях мероприятия по внедрению энергосберегающих технологий не требуют больших финансовых затрат, т.к. расходы на производство первичной энергии в 3-4 раза больше, чем на её сбережение. И это подтверждается практикой. Так, в Гомельской области целенаправленная работа по энергосбережению в последние годы обусловила отдачу от каждого вложенного рубля тремя рублями прибыли. От реализации энергосберегающих технологий в процессе производства напрямую зависит себестоимость продукции, а значит, и цена её, которая напрямую влияет на уровень доходов и расходов населения, а,следовательно, и на уровень его жизни.

Состояние и развитие производства первичных энергетических ресурсов, с одной стороны, и состояние и развитие потребления подведенной (конечной) энергии, с другой стороны, есть два полюса, два стержня энергетики, находящиеся в постоянном взаимодействии и относительном равновесии и определяющих перспективы развития энергетики в целом. Поэтому, что бы выявить и понять перспективы развития энергетики во всем мире и в нашей стране, рассмотрим основные принципы энергообеспечения экономики, условия и динамику потребления энергии.

Растения поглощают солнечную энергию в процессе фотосинтеза; животные потребляют эту энергию косвенным путем, поедая растения и других животных; нагревая поверхность суши, морей и океанов, солнечная энергия способствует испарению воды и возникновению ветра - важным компонентам в цепочке круговорота веществ в природе. В свою очередь, ветер также может быть использован как источник энергии для совершения полезной работы.

Человек потребляет солнечную энергию с пищей. Однако еще в глубокой древности человек научился перерабатывать энергию солнца путем сжигания биологической материи (например, древесины). И сегодня миллионы людей используют этот важный источник энергии для обогрева жилища или приготовления пищи. Таким образом, солнечная энергия - основа и залог существования всей жизни на Земле.

Стремление жить лучше, комфортней, приводило и приводит к большему потреблению энергии (лучшее освещение и отопление жилища, лучший транспорт и т.д.). Каждая эпоха характеризовалась своей энергосистемой, которая была неотъемлемым компонентом инфраструктуры данного общества.

До первой промышленной революции человечество в обеспечении своих энергетических потребностей ориентировалось главным образом на выращивание растений и разведение животных: растения использовались для пищи и в качестве топлива, а животные – для пищи и механической работы. Энергия ветра и рек использовались лишь для мельниц и судов. В XVIII столетии с появлением паровых машин и фабричного производства основным видом топлива для нужд промышленности становится уголь. В конце XIX века после создания двигателей внутреннего сгорания к нему присоединяется нефть, а в XХ веке еще и природный газ.

План:

1 Электроэнергетика
- 1.1 Традиционная электроэнергетика
  - 1.1.1 Тепловая энергетика
  - 1.1.2 Гидроэнергетика
  - 1.1.3 Ядерная энергетика
- 1.2 Нетрадиционная электроэнергетика
- 1.3 Электрические сети
2 Теплоснабжение
- 2.1 Централизованное теплоснабжение
- 2.2 Децентрализованное теплоснабжение
- 2.3 Тепловые сети
3 Энергетическое топливо
- 3.1 Органическое топливо
  - 3.1.1 Газообразное
  - 3.1.2 Жидкое
  - 3.1.3 Твёрдое
- 3.2 Ядерное топливо
4 Энергетические системы

Введение

Градирни - необходимый элемент многих электростанций мира.

ГЭС в Бразилии демонстрирует мощь гидроэнергии.

Энерге́тика - область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию. При этом производство энергии чаще всего происходит в несколько стадий:

получение и концентрация энергетических ресурсов, примером может послужить добыча, переработка и обогащение ядерного топлива;
передача ресурсов к энергетическим установкам, например доставка мазута на тепловую электростанцию;
преобразование с помощью электростанций первичной энергии во вторичную, например химической энергии угля в электрическую и тепловую энергию;
передача вторичной энергии потребителям, например по линиям электропередачи .

1. Электроэнергетика

Доля выработки электроэнергии в России: красный - ТЭС(68%), синий - ГЭС(16%), зелёный - АЭС(16%).

Электроэнергетика - это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи. Центральными её элементами являются электростанции, которые принято классифицировать по виду используемой первичной энергии и виду применяемых для этого преобразователей. Необходимо отметить, что преобладание того или иного вида электростанций в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную .

1.1. Традиционная электроэнергетика

1.1.1. Тепловая энергетика

В этой отрасли производство электроэнергии производится на тепловых электростанциях (ТЭС ), использующих для этого химическую энергию органического топлива. Они делятся на:

Паротурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью паротурбинной установки;
Газотурбинные электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью газотурбинной установки;
Парогазовые электростанции, на которых энергия преобразуется с помощью парогазовой установки .

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов, на базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля - 27 %, газа - 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира . Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов - газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике.

Крупная канадская ГЭС «Сэр Адам Бек» на Ниагарском водопаде.

1.1.2. Гидроэнергетика

В этой отрасли электроэнергия производится на Гидравлических Электростанциях (ГЭС ), использующих для этого энергию водного потока.

ГЭС преобладает в ряде стран - в Норвегии и Бразилии вся выработка электроэнергии происходит на них. Список стран, в которых доля выработки ГЭС превышает 70 %, включает несколько десятков из них.

1.1.3. Ядерная энергетика

Балаковская АЭС ночью.

Отрасль, в которой электроэнергия производится на Атомных электростанциях (АЭС ), использующих для этого энергию цепной ядерной реакции, чаще всего урана.

По доле АЭС в выработке электроэнергии первенствует Франция , около 80 %. Преобладает она также в Бельгии, Республике Корея и некоторых других странах. Мировыми лидерами по производству электроэнергии на АЭС являются США, Франция и Япония .

1.2. Нетрадиционная электроэнергетика

Ветряные турбины в Германии.

Большинство направлений нетрадиционной электроэнергетики основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика. Характерными чертами нетрадиционной энергетики являются их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например для солнечной электростанции мощностью 1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь около 4-х км²) и малая единичная мощность . Направления нетрадиционной энергетики :

Малые гидроэлектростанции ;
Ветровая энергетика ;
Геотермальная энергетика ;
Солнечная энергетика ;
Биоэнергетика ;
Установки на топливных элементах
Водородная энергетика ;
Термоядерная энергетика .

Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие - малая энергетика , этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика , распределённая энергетика , автономная энергетика и др . Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России - примерно 96 % ), газопоршневые электростанции, газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе .

1.3. Электрические сети

Электрическая подстанция в Багдаде, Ирак.

Электрическая сеть - совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи, предназначенная для передачи и распределения электрической энергии . Электрическая сеть обеспечивает возможность выдачи мощности электростанций, её передачи на расстояние, преобразование параметров электроэнергии (напряжения, тока) на подстанциях и её распределение по территории вплоть до непосредственных электроприёмников.

Электрические сети современных энергосистем являются многоступенчатыми , то есть электроэнергия претерпевает большое количество трансформаций на пути от источников электроэнергии к её потребителям. Также для современных электрических сетей характерна многорежимность , под чем понимается разнообразие загрузки элементов сети в суточном и годовом разрезе, а также обилие режимов, возникающих при выводе различных элементов сети в плановый ремонт и при их аварийных отключениях. Эти и другие характерные черты современных электросетей делают их структуры и конфигурации весьма сложными и разнообразными .

2. Теплоснабжение

ТЭЦ в Финляндии.

Жизнь современного человека связана с широким использованием не только электрической, но и тепловой энергии. Для того, чтобы человек чувствовал себя комфортно дома, на работе, в любом общественном месте, все помещения должны отапливаться и снабжаться горячей водой для бытовых целей. Так как это напрямую связано со здоровьем человека, в развитых государствах пригодные температурные условия в различного рода помещениях регламентируются санитарными правилами и стандартами . Такие условия могут быть реализованы в большинстве стран мира только при постоянном подводе к объекту отопления (теплоприёмнику ) определённого количества тепла, которое зависит от температуры наружного воздуха, для чего чаще всего используется горячая вода с конечной температурой у потребителей около 80-90 °C. Также для различных технологических процессов промышленных предприятий может требоваться так называемый производственный пар с давлением 1-3 МПа. В общем случае снабжение любого объекта теплом обеспечивается системой, состоящей из:

источника тепла, например котельной;
тепловой сети, например из трубопроводов горячей воды или пара;
теплоприёмника, например батареи водяного отопления.

2.1. Централизованное теплоснабжение

Новосибирская ТЭЦ-5.

Характерной чертой централизованного теплоснабжения является наличие разветвлённой тепловой сети, от которой питаются многочисленные потребители (заводы, здания, жилые помещения и пр.). Для централизованного теплоснабжения используются два вида источников:

Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ ), которые также могут вырабатывать и электроэнергию;
Котельные, которые делятся на:
- Водогрейные;
- Паровые.

2.2. Децентрализованное теплоснабжение

Систему теплоснабжения называют децентрализованной, если источник теплоты и теплоприёмник практически совмещены, то есть тепловая сеть или очень маленькая, или отсутствует. Такое теплоснабжение может быть индивидуальным, когда в каждом помещении используются отдельные отпительные приборы, например электрические, или местным, например обогрев здания с помощью собственной малой котельной. Обычно теплопроизводительность таких котельных не превышает 1 Гкал/ч (1,163 МВт). Мощность тепловых источников индивидуального теплоснабжения обычно совсем невелика и определяется потребностями их владельцев. Виды децентрализованного отопления:

Малыми котельными;
Электрическое, которое делится на:
- Прямое;
- Аккумуляционное;
- Теплонасосное;
Печное.

2.3. Тепловые сети

Тепловая сеть - это сложное инженерно-строительное сооружение, служащее для транспорта тепла с помощью теплоносителя, воды или пара, от источника, ТЭЦ или котельной, к тепловым потребителям.

От коллекторов прямой сетевой воды с помощью магистральных теплопроводов горячая вода подаётся в населённые пункты. Магистральные теплопроводы имеют ответвления, к которым присоединяется разводка к тепловым пунктам, в которых находится теплообменное оборудование с регуляторами, обеспечивающими снабжение потребителей тепла и горячей воды. Тепловые магистрали соседних ТЭЦ и котельных для повышения надёжности теплоснабжения соединяют перемычками с запорной арматурой, которые позволяют обеспечить бесперебойное теплоснабжение даже при авариях и ремонтах отдельных участков тепловых сетей и источников теплоснабжения. Таким образом, тепловая сеть любого города является сложнейшим комплексом теплопроводов, источников тепла и его потребителей .

3. Энергетическое топливо

Газовый факел в Таиланде.

Так как большинство из традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. В традиционной энергетике используются два принципиально отличных друг от друга видов топлива.

3.1. Органическое топливо

В зависимости от агрегатного состояния органическое топливо делится на газообразное, жидкое и твёрдое, каждое из них в свою очередь делится на естественное и искусственное. Доля такового топлива в балансе мировой энергетики составляет около 65 %, из которых 39 % приходится на уголь, 16 % на природный газ, 9 % на жидкое топливо .

3.1.1. Газообразное

Естественным топливом является природный газ, искусственным:

Генераторный газ;
Коксовый газ;
Доменный газ;
Продукты перегонки нефти;
Газ подземной газификации;
Синтез-газ.

3.1.2. Жидкое

Естественным топливом является нефть, искусственным называют продукты его перегонки:

Бензин;
Керосин;
Соляровое масло;
Мазут.

3.1.3. Твёрдое

Естественным топливом являются:

Ископаемое топливо:
- Торф;
- Бурый уголь;
- Каменный уголь;
- Антрацит;
- Горючий сланец;
Растительное топливо:
- Дрова;
- Древесные отходы;
- Биомасса.

Искусственным твёрдым топливом являются:

Древесный уголь;
Кокс и полукокс;
Углебрикеты;
Отходы углеобогащения .

3.2. Ядерное топливо

Судя по характерному черенковскому свечению, это топливо уже вступало в ядерную реакцию.

В использовании ядерного топлива вместо органического состоит главное и принципиальное отличие АЭС от ТЭС. Ядерное топливо получают из природного урана, который добывают:

В шахтах (Франция, Нигер, ЮАР);
В открытых карьерах (Австралия, Намибия);
Способом подземного выщелачивания (США, Канада, Россия).

Для использования на АЭС требуется обогащение урана, поэтому его после добычи отправляют на обогатительный завод, после переработки на котором 90 % побочного обеднённого урана направляется на хранение, а 10 % обогащается до нескольких процентов (3,3-4,4 % для энергетических реакторов). Обогащённый диоксид урана направляется на специальный завод, где из него изготавливают цилиндрические таблетки , которые помещают в герметичные циркониевые трубки длиной почти 4 м, ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). По нескольку сотен ТВЭЛов для удобства использования объединяют в ТВС, тепловыделяющие сборки .

4. Энергетические системы

Канада. Массивы опор линий электропередачи уходят далеко за горизонт.

Энергетическая система (энергосистема) - в общем смысле cовокупность энергетических ресурсов всех видов, а также методов и средств для их получения, преобразования, распределения и использования, которые обеспечивают снабжение потребителей всеми видами энергии. В энергосистему входят системы электроэнергетическая, нефте- и газоснабжения, угольной промышленности, ядерной энергетики и другие. Обычно все эти системы объединяются в масштабах страны в единую энергетическую систему, в масштабах нескольких районов - в объединённые энергосистемы. Объединение отдельных энергоснабжающих систем в единую систему также называют межотраслевым топливно-энергетическим комплексом , оно обусловлено прежде всего взаимозаменяемостью различных видов энергии и энергоресурсов .

Часто под энергосистемой в более узком смысле понимают совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, которые соединёны между собой и связаны общими режимами непрерывных производственных процессов преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии, что позволяет осуществлять централизованное управление такой системой . В современном мире снабжение потребителей электроэнергией производится от электростанций, которые могут находиться вблизи потребителей или могут быть удалены от них на значительные расстояния. В обоих случаях передача электроэнергии осуществляется по линиям электропередачи. Однако в случае удалённости потребителей от электростанции передачу приходится осуществлять на повышенном напряжении, а между ними сооружать повышающие и понижающие подстанции. Через эти подстанции с помощью электрических линий электростанции связывают друг с другом для параллельной работы на общую нагрузку, также через тепловые пункты с помощью теплопроводов, только на гораздо меньших расстояниях связывают между собой ТЭЦ и котельные. Совокупность всех этих элементов называют энергосистемой , при таком объединении возникают существенные технико-экономические преимущества:

существенное снижение стоимости электро- и теплоэнергии;
значительное повышение надёжности электро- и теплоснабжения потребителей;
повышение экономичности работы различных типов электростанций;
снижение необходимой резервной мощности электростанций.

Такие огромные преимущества в использовании энергосистем привели к тому, что уже к 1974 году лишь менее 3 % всего количества электроэнергии мира было выработано отдельно работавшими электростанциями. С тех пор мощность энергетических систем непрерывно возрастала, а из более мелких создавались мощные объединённые системы .

Примечания

1 2 3 4 5 том 1 под редакцией проф.А.Д.Трухния // Основы современной энергетики. В 2-х томах. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. - ISBN 978 5 383 00162 2
То есть мощность одной установки (или энергоблока).
1 2 Классификация Российской Академии Наук, которая ей всё же считается достаточно условной
Это самое молодое направление традиционной электроэнергетики, возраст которого немногим более 20 лет.
1 2 Данные за 2000 год.
До недавнего закрытия своей единственной Игналинской АЭС, наряду с Францией по этому показателю также лидировала Литва.
В.А.Веников, Е.В.Путятин Введение в специальность: Электроэнергетика. - Москва: Высшая школа, 1988.
1 2 Энергетика в россии и в мире: проблемы и перспективы. М.:МАИК «Наука/Интерпереодика», 2001.
Эти понятия могут различно трактоваться.
Данные за 2005 год
А.Михайлов, д.т.н., проф., А.Агафонов, д.т.н., проф., В.Сайданов, к.т.н., доц. Малая энергетика России. Классификация, задачи, применение - www.news.elteh.ru/arh/2005/35/04.php // Новости Электротехники : Информационно-справочное издание. - Санкт-Петербург: 2005. - № 5.
ГОСТ 24291-90 Электрическая часть электростанции и электрической сети. Термины и определения
1 2 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
Например СНИП 2.08.01-89: Жилые здания - www.proektstroy.ru/standarts/view/1511?gp=3 или ГОСТ Р 51617-2000: Жилищно-коммунальные услуги. Общие технические условия. - www.yondi.ru/inner_c_article_id_324.phtm в России
В зависимости от климата в некоторых странах нет такой необходимости.
Диаметром около 9 мм и высотой 15-30 мм.
Т.Х.Маргулова Атомные электрические станции. - Москва: ИздАТ, 1994.
Энергосистема - bse.sci-lib.com/article126652.html - статья из Большой советской энциклопедии
ГОСТ 21027-75 Системы энергетические. Термины и определения
Не более нескольких километров.
Под редакцией С.С.Рокотяна и И.М.Шапиро Справочник по проектированию энергетических систем. - Москва: Энергоатомиздат, 1985.

См. также

скачать
Данный реферат составлен на основе статьи из русской Википедии . , Традиционная монгольская медицина .

Общая характеристика современного энергетического производства

Энергетика – область общественного производства, охватывающая добычу энергетических ресурсов, выработку, преобразование, передачу и использование различных видов энергии. Энергетика каждого государства функционирует в рамках созданных соответствующих энергосистем.

Энергосистема – совокупность энергетических ресурсов; всех видов, методов и средств их получения, преобразования, распределения и использования, обеспечивающих снабжение потребителей всеми видами энергии.

В энергосистему входят:

· электроэнергетическая система;

· система нефте- и газоснабжения;

· система угольной промышленности;

· ядерная энергетика;

· нетрадиционная энергетика.

Из всех вышеперечисленных в Республике Беларусь наиболее представлена электроэнергетическая система.

Электроэнергетическая система –совокупность взаимосвязанных единством схем и режимов оборудования и установок по производству, преобразованию и доставке конечным потребителям электрической энергии. Электроэнергетическая система включает в себя электрические станции подстанции, линии электропередачи, центры потребления электрической энергии.

Энергетика – одна из форм природопользования. В перспективе, с точки зрения технологии, технически возможный объем получаемой энергии практически неограничен, однако энергетика имеет существенные ограничения по термодинамическим
(тепловым) лимитам биосферы. Размеры этих ограничений близки к количеству энергии, усваиваемой живыми организмами биосферы в совокупности с другими энергетическим процессами, идущими на поверхности Земли. Увеличение этих количеств энергии, вероятно, катастрофично или, во всяком случае, кризисно отразится на биосфере.

Наиболее часто в современной энергетике выделяют традиционную энергетику, основанную на использовании органического и ядерного топлива, и нетрадиционную энергетику, основанную на использовании возобновляемых и неисчерпаемых источников энергии .

Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.

Наиболее удобный вид энергии – электрическая, которая может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях: ТЭС, ГЭС, АЭС.

Производство энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетического производства, в котором можно выделить пять стадий :

1. Получение и концентрация энергетических ресурсов : добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с помощью гидротехнических сооружений и т.д.;

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию ; она осуществляется перевозками по суше и воде или перекачкой по трубопроводам воды, нефти, газа и т.д.;

3. Преобразование первичной энергии во вторичную , имеющую наиболее удобную для распределения и потребления в данных условиях форму (обычно в электрическую и тепловую энергию);

4. Передача и распределение преобразованной энергии ;

5. Потребление энергии , осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной форме.

Потребителями энергии являются: промышленность, транспорт, сельское хозяйство, жилищно-коммунальное хозяйство, сфера быта и обслуживания.

Если общую энергию применяемых первичных энергоресурсов принять за 100%, то полезно используемая энергия составит только 35–40%, остальная часть теряется, причем большая часть – в виде теплоты.

Традиционную энергетику главным образом разделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику.

1. Получение и концентрация энергетических ресурсов : добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с помощью гидротехнических сооружений и т.д.;

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию ; она осуществляется перевозками по суше и воде или перекачкой по трубопроводам воды, нефти, газа и т.д.;

3. Преобразование первичной энергии во вторичную , имеющую наиболее удобную для распределения и потребления в данных условиях форму (обычно в электрическую и тепловую энергию);

4. Передача и распределение преобразованной энергии ;

5. Потребление энергии , осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной форме.

Основные типы электростанций и их характеристики

Преобразование первичной энергии во вторичную, в частности в электрическую, осуществляется на станциях, которые в своем названии содержат указание на то, какой вид первичной энергии в какой вид вторичной преобразуется на них:

ТЭС – тепловая электрическая станция преобразует тепловую энергию в электрическую;

ГЭС – гидроэлектростанция преобразует механическую энергию движения воды в электрическую;

ГАЭС – гидроаккумулирующая электростанция преобразует механическую энергию движения предварительно накопленной в искусственном водоеме воды в электрическую;

АЭС – атомная электростанция преобразует атомную энергию ядерного топлива в электрическую;

ПЭС – приливная электростанция преобразует энергию океанических приливов и отливов в электрическую;

ВЭС – ветряная электростанция преобразует энергию ветра в электрическую;

СЭС – солнечная электростанция преобразует энергию солнечного света в электрическую, и т.д.

В Беларуси более 95% энергии вырабатывается на ТЭС. Поэтому рассмотрим процесс преобразования энергии на ТЭС. По назначению ТЭС делятся на два типа:

КЭС - конденсационные тепловые электростанции, вырабатывающие только электрическую энергию;

ТЭЦ - теплоэлектроцентрали, на которых осуществляется совместное производство электрической и тепловой энергии.

ТЭС могут работать как на органическом (газ, мазут, уголь), так и на ядерном топливе.

Основное оборудование ТЭС (рис. 2.3) состоит из котла-парогенератора ПГ, турбины Т и генератора Г. В котле при сжигании топлива выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в энергию водяного пара. В турбине Т водяной пар превращается в механическую энергию вращения – турбина со скоростью 3000 оборотов в минуту (50 Герц) вращает электрогенератор Г, который превращает энергию вращения в электрическую. Тепловая энергия для нужд потребления может быть взята в виде пара из турбины или котла. На рисунке, кроме основного оборудования ТЭС, показаны конденсатор пара К, где отработанный пар охлаждается внешней водой и конденсируется (при этом от пара отводится некоторое количество теплоты и выбрасывается в окружающую среду) и циркуляционный насос Н, который подает конденсат снова в котел. Таким образом, цикл замыкается. Схема ТЭЦ отличается тем, что взамен конденсатора устанавливается теплообменник, где пар при значительном давлении нагревает воду, подаваемую в главные тепловые магистрали.

Рассмотренная схема ТЭС является основной, в ней используется парогенератор, в котором водяной пар служит носителем энергии. Имеются тепловые станции с газотурбинными установками. Носитель энергии в таких установках в таких установках – газ с воздухом. Газ выделяется при сгорании органического топлива и смешивается с нагретым воздухом. Газовоздушная смесь при температуре 750–770 о С подается в турбину, которая вращает генератор. ТЭС с газотурбинными установками более маневренна, чем паротурбинная: легко пускается, останавливается и регулируется; пока мощности таких турбин в 5–8 раз меньше, чем паровых, и они должны работать на высокосортном топливе.

Сочетание паротурбинной и газотурбинной установок образует парогазовые установки, в них используются два энергоносителя – пар и газ.

Процесс производства электроэнергии на ТЭС можно разделить на три цикла: химический – процесс горения, в результате которого теплота передается пару; механический – тепловая энергия пара превращается в энергию вращения; электрический – механическая энергия вращения превращается в электрическую.

Общий коэффициент полезного действия ТЭС состоит из произведения коэффициентов полезного действия всех перечисленных циклов:

η тэс = η х · η м · η э

КПД ТЭС теоретически равен:

η тэс= 0,9 · 0,63 · 0,9 = 0,5.

Практически с учетом потерь КПД ТЭС находится в пределах 36–39%. Это означает, что 64–61% топлива используется «впустую», загрязняя окружающую среду в виде тепловых выбросов в атмосферу. КПД ТЭЦ примерно в 2 раза выше, чем КПД ТЭС. Поэтому использование ТЭЦ является существенным фактором энергосбережения.

Атомная электростанция отличается от ТЭС тем, что котел заменен ядерным реактором. Теплота ядерной реакции используется для получения пара.

Рис. 2.4. Принципиальная схема атомной электростанции

1 - реактор; 2 - парогенератор; 3- турбина;

4 - генератор; 5 - трансформатор; б - электролинии

Первичной энергией на АЭС является внутренняя ядерная энергия, которая при делении ядра выделяется в виде колоссальной кинетической энергии, которая, в свою очередь, превращается в тепловую. Установка, где идут эти превращения, называется реактором.

Через активную зону реактора проходит вещество теплоноситель, которое служит для отвода тепла (вода, инертные газы и т.д.). Теплоноситель уносит тепло в парогенератор, отдавая его воде. Образующийся водяной пар поступает в турбину. Регулирование мощности реактора производится с помощью специальных стержней. Они вводятся в активную зону и изменяют поток нейтронов, а значит, и интенсивность ядерной реакции.

Природное ядерное горючее атомной электрической станции – уран. Для биологической защиты от радиации используется слой бетона в несколько метров толщиной.

При сжигании 1 кг каменного угля можно получить 8 кВт·ч электроэнергии, а при расходе 1 кг ядерного топлива вырабатывается 23 млн. кВт·ч электроэнергии.

Более 2000 лет человечество использует водную энергию Земли. Теперь энергия воды используется на гидроэнергетических установках (ГЭУ) трех видов:

гидравлические электростанции (ГЭС), использующие энергию рек;

приливные электростанции (ПЭС), использующие энергию приливов и отливов морей и океанов;

гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), накапливающие и использующие энергию водоемов и озер.

Гидроэнергетические ресурсы в турбине ГЭУ преобразуются в механическую энергию, которая в генераторе превращается в электрическую.

Таким образом, основными источниками энергии являются твердое топливо, нефть, газ, вода, энергия распада ядер урана и других радиоактивных веществ.