Способы получения электрической энергии кратко: Как осуществляется производство (генерация) электрической энергии?

Урок 12. традиционная и альтернативная энергетика. экологически безопасные источники получения электроэнергии — Экология — 11 класс

Экологические проблемы электроэнергетики и пути их решения

Традиционная и альтернативная энергетика. Экологически безопасные источники получения электроэнергии

Необходимо запомнить

ВАЖНО!

Энергоснабжение охватывает все сферы нашей жизни. Главным источником энергии на нашей планете является Солнце. Человек использует тепло и свет, исходящие от Солнца, а также накопленную в течение миллионов лет энергию фотосинтеза в виде полезных ископаемых – исчерпаемых природных ресурсов: угля, нефти и газа. Наибольшее количество электроэнергии в России вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС), где энергию получают путём сжигания природного газа, угля, торфа или мазута. Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и источник выбросов загрязняющих веществ в атмосферу (углекисный газ, двуокись серы, оксиды азота, пылевые частицы).

Гидроэнергетика также получила достаточно широкое распространение. Одно из важнейших её воздействий на окружающую среду связано с отчуждением значительных площадей плодородных земель под строительство водохранилищ.

Атомная энергетика стала развиваться относительно недавно и рассматривается как наиболее перспективная. 0,5 кг ядерного топлива позволяет получать столько же энергии, сколько сжигание 1000 тонн каменного угля. Экологические проблемы этой отрасли энергетики связаны с захоронением отработанного ядерного топлива, ликвидацией самих АЭС после окончания сроков эксплуатации и опасностью радиационного заражения в случае аварийных ситуаций.

Однако, при постоянно возрастающих потребностях современной цивилизации все традиционные источники энергии, возможно, будут исчерпаны. На современном этапе развития, человечество старается найти новые, экологически чистые и восполняемые источники энергии. Эти способы получения, передачи и использования энергии получили название альтернативных. К ним относят солнечную, геотермальную и ветровую энергию, а также энергию биомассы и океана. Наиболее прогрессивная технология – сочетание в одном устройстве генераторов двух видов энергетических установок, например, ветрогенератора и солнечных батарей. Развитие альтернативной энергетики ведётся и в России. Например, функционируют геотермальные электростанции (Камчатка), на Крымском полуострове широко применяется получение электроэнергии с помощью солнечных батарей, возведено несколько сотен ветроэлектростанций, запланированы к строительству приливно-отливные электростанции.

Традиционные способы получения электроэнергии

Германия бьет рекорды в ″зеленой энергетике″: что за этим стоит? | Анализ событий в политической жизни и обществе Германии | DW

В саксонском городке Липпендорфе энергетический концерн EnBW на время вывел из эксплуатации блок угольной электростанции. Причина оказалась весьма необычной: обеспечивать его дальнейшую работу стало просто-напросто нерентабельно. Цены на квоты на выбросы углекислого газа продолжают расти, а при благоприятных погодных условиях все больше электроэнергии можно получать из альтернативных источников. Что касается последних, то первая половина 2019 года выдалась на редкость удачной: вначале было много ветреных, а затем солнечных дней.

Результат не заставил себя долго ждать: за шестимесячный период  в Германии возобновляемые источники (ВИЭ) впервые выработали больше энергии, чем угольные и атомные электростанции. Доля электроэнергии, произведенной из энергии солнца, ветра, биомассы и воды, составила 47,3%.

Акция протеста против угольной электростанции в Липпендорфе

На уголь и АЭС пришлось 43,4%, еще 9,3% электроэнергии было получено из газа, а остальные 0,4 процента — из других источников, в том числе, нефти. Такие данные в июле предоставил Институт солнечно-энергетических систем Общества имени Фраунгофера (Fraunhofer ISE).

Доля угля в энергобалансе ФРГ резко снижается

Сотрудник аналитического центра Agora Energiewende Фабиан Хайн (Fabian Hein), впрочем, подчеркивает, что такая ситуация сложилась лишь на данный момент и о долгосрочной тенденции пока говорить преждевременно. Первая половина 2019 года оказалась особо ветреной: в результате объемы электроэнергии, выработанной ветряками, выросли примерно на 20% по сравнению с тем же периодом 2018 года. Генерация электроэнергии с использованием солнечных батарей увеличилась на 6%, а на газовых ТЭС — на 10%.

Производство электроэнергии на угольных ТЭС обходится все дороже

Доля атомной энергетики в общем энергобалансе страны практически не изменилась, а угля — снизилась. По сравнению с первым полугодием 2018 года, из каменного угля произвели на 30%, а из бурого — на 20% меньше электроэнергии.

И это вполне объяснимо. Из-за растущих цен на эмиссионные квоты генерация электроэнергии из угля обходится концернам все дороже. Газовые электростанции также выбрасывают в атмосферу CO2, однако в меньших объемах, и работают более эффективно.

Выгодные газовые электростанции

Как сырье газ, как правило, дороже угля. Однако в первой половине 2019 года цены на газ в регионе были низкими, поэтому часть электростанций, работающих на голубом топливе, оказались более прибыльными. 29 июня 2019 года цена на газ на голландской торговой площадке TTF составляла около 10 евро за мегаватт-час, а годом ранее — почти 20 евро.

Как поясняют в Федеральном объединении предприятий энерго- и водоснабжения (BDEW), одной из причин падения цен стала сравнительно теплая зима, поэтому в хранилищах осталось еще много газа. Кроме того, в Европе появились несколько новых терминалов для приема сжиженного природного газа (СПГ).

При этом рост объемов электроэнергии, вырабатываемой из энергии солнца и ветра, и снижение мощности угольных электростанций привели к сокращению выбросов углекислого газа. По данным BDEW, в первой половине 2019 года этот показатель был примерно на 15% ниже, чем за аналогичный период 2018 года.

Несмотря на это, в объединении подчеркивают, что к 2030 году в Германии планируют довести долю «зеленого электричества» в энергобалансе до 65%. Этой цели можно будет достичь лишь при условии, что переход на альтернативные источники энергии будет осуществляться ускоренными темпами, уверены в BDEW.

______________

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | Youtube | Telegram

Смотрите также:

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дисен-ам-Аммерзе (Бавария) • На прошлой июльской неделе мы опубликовали этот снимок из Баварии в нашей рубрике «Кадр за кадром» — причем, руководствуясь чисто эстетическими соображениями: не смогли пройти мимо столь живописного ландшафта. Публикация этого пейзажа с солнечными батареями вызвала оживленное обсуждение в соцсетях — о пользе и вреде возобновляемых источников энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лемвердер (Нижней Саксония) • Поэтому сегодня продолжим тему солнечных панелей и ветряков на немецких просторах. На возобновляемые источники в Германии уже приходится более 40 процентов всего объема вырабатываемой электроэнергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ульм (Баден-Вюртемберг) • При этом официальная немецкая статистика в этих данных учитывает энергию ветра, солнца, воды, а также получаемую разными путями из биомассы и органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Якобсдорф (Бранденбург) • В 2018 году на наземные (оншорные) и морские (офшорные) ветроэнергетические установки и парки в Германии пришлась почти половина всего объема произведенной возобновляемой энергии — 41 % и 8 % соответственно.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Пайц (Бранденбург) • Доля солнечных электростанций в этом возобновляемом энергетическом «коктейле» достигла 20 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Юнде (Нижняя Саксония) • Ровно столько же, то есть 20 % пришлось на использование биомассы в качестве альтернативного источника электрической энергии. Еще три процента дает использование органической части домашних отходов.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Хаймбах (Северный Рейн — Вестфалия) • Оставшиеся семь процентов возобновляемой энергии приходятся на ГЭС. Возможности для строительства гидроэлектростанций в Германии ограничены, но используются эти ресурсы уже очень давно. Эту электростанцию в регионе Айфель построили в 1905 году. Оснащенная современными турбинами, она исправно работает до сих пор.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Халлиг Хооге (Шлезвиг-Гольштейн) • Для полноты картины приведем расклад по всем источникам в Германии за 2018 год: АЭС — 13,3 %, бурый уголь — 24,1 %, каменный уголь — 14,0 %, природный газ — 7,4 %, ГЭС — 3,2 %, ветер — 20,2%, солнце — 8,5 %, биомасса — 8,3 %.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Гарцвайлер (Северный Рейн — Вестфалия) • В 2038 году в Германии намерены полностью отказаться от сжигания бурого угля для получения электроэнергии. Последний атомный реактор, согласно решению федерального правительства, должны вывести из эксплуатации в 2022 году. В прошлом году на АЭС и бурый уголь пришлось более 37 %, которые необходимо будет чем-то замещать.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • По данным на конец 2018 года в Германии насчитывалось более 29 тысяч наземных ветроэнергетических турбин. В прибрежных морских водах Германии расположено еще около 1350 ветряков, однако более четырех десятков из них еще не были подключены в энергетическую сеть.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Северное море (Шлезвиг-Гольштейн) • Серьезную проблему представляет необходимость строительства новых энергетических трасс для транспортировки энергии из северных регионов, где ветер дует чаще и сильнее (здесь много таких турбин), к потребителям в западные и южные части Германии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Лебус (Бранденбург) • Эти планы вызывают протесты жителей в тех густонаселенных регионах, по которым линии электропередач должны проходить. В некоторых местах люди требуют убирать высоковольтные ЛЭП под землю.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Рюген (Мекленбург — Передняя Померания) • Планы установки новых ветроэнергетических турбин в разных регионах все чаще наталкиваются в Германии на сопротивление со стороны населения. Соответствующие судебные иски часто имеют успех, что уже заметно сказывается на годовых показателях роста отрасли — тем более, что подходящие места становится находить все труднее.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Вормс (Рейнланд-Пфальц) • Согласно данным службы Deutsche WindGuard, в 2018 году в Германии было введено в эксплуатацию всего 743 новых ветряка. При этом предыдущий 2017 год оказался рекордным в истории развития этого вида возобновляемой энергии в ФРГ: почти 1849 новых установок.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Дассов (Мекленбург — Передняя Померания) • Всего в Германии сейчас насчитывается около тысячи гражданских инициатив, выступающих против строительства новых ветряков. Их сторонники считают, что эти установки разрушают жизненное пространство птиц и летучих мышей, уродуют ландшафты, а инфразвук и прочий постоянный шум этих установок вредит здоровью людей, живущих по соседству.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Восточная Фризия (Нижняя Саксония) • Эти инициативы требуют, в частности, в качестве альтернативы рассматривать газовые и паровые электростанции, повышать эффективность угольных станций, а также пересмотреть решение парламента и правительства Германии об отказе от атомной энергии.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Зауэрланд (Северный Рейн — Вестфалия) • Представители отрасли обычно указывают на недоказанность негативного влияния инфразвука на здоровье. Что касается гибели птиц из-за ветровых установок, специалисты называют разные цифры, максимум — до 200 тысяч в год в целом по Германии. Для сравнения: в результате столкновений со стеклами окон и фасадов погибает около 18 миллионов птиц в год.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Сиверсдорф (Бранденбург) • Летучих мышей гибнет более 100 тысяч в год (по некоторым оценкам, втрое больше) — не только от столкновений с лопастями, но и из-за травм, получаемых в результате завихрений воздуха, когда они пролетают рядом. Много гибнет во время сезонной миграции. Эксперты требуют учитывать эти факторы — в частности, отключать ветряки в часы особой активности летучих мышей.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Бедбург-Хау (Северный Рейн — Вестфалия) • Правила выбора мест для ветряков регулируются земельными законами. Например, в Северном Рейне — Вестфалии минимальное расстояние до жилых построек составляет 1500 метров, в Тюрингии — 750 метров. В Баварии это расстояние вычисляется по формуле «Высота установки х 10», то есть, например, два километра между жилыми зданиями и двухсотметровым ветряком.

• Альтернативные ландшафты Германии

  Ренцов (Мекленбург — Передняя Померания) • Дискуссии о развитии возобновляемых источников энергии часто ведутся в Германии эмоционально и будут продолжаться в обозримом будущем. Чтобы повысить готовность населения видеть в окрестностях такие установки, предлагается, в частности, отчислять дополнительную часть доходов конкретным регионам на различные нужные и полезные для местных жителей проекты.

  Автор: Максим Нелюбин

Тепловая энергия, потребление, использование теплоэнергии

1. Как используется теплоэнергия

Тепловая энергия – одна из форм энергии, которая образуется в результате движения частиц, составляющих предмет.

Сегодня в мире используются различные способы получения тепловой энергии:

• Сжигание органических расходных материалов
• Использование тепла грунта
• Использование солнечной теплоэнергии
• Получение тепла в результате естественных химических реакций
• Использование биореакторов

В случае со сжиганием органических материалов, тепловая энергии – один из продуктов процесса горения. Теплоэнергия, полученная таким образом, может преобразовываться в электроэнергию на специальных теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и теплоэлектростанциях (ТЭС). Чаще всего в качестве расходного материала используется уголь или газ. Также могут использоваться в данных целях различные биомассы. Нефть практически не используется для получения тепловой энергии и преобразования её в электрическую. Традиционные способы получения теплоэнергии хоть и являются наиболее распространёнными, всё же активно критикуются в современном обществе. В основе критики находятся постулаты о необходимости бережного отношения к природе и недопустимости иссякания природных ресурсов.

Использование тепла непосредственно Земли – достаточно экологичный способ добычи теплоэнергии. Геотермальные источники бывают двух типов:

• Естественные
• Искусственные

В процессе получения теплоэнергии используются паровые турбины и иные тепловые машины.

Получение тепла от солнечных лучей не стало популярным в глобальных масштабах. Тем не менее, работы в данном направлении продолжают вестись, и инженеры активно сотрудничают с архитекторами и экологами при создании энергопроизводящих домов и иных сооружений.

Получение тепла в результате естественных химических реакций (гниение, брожение и пр.), а также получение тепловой энергии с помощью биореакторов тоже пока не получили значительной популярности в мире. Количество теплоты, получаемой в результате такого производства, крайне мало в сравнении с другими способами получения теплоэнергии.

Источником тепловой энергии является специальная энергоустановка. Для увеличения тепловой энергии может различным образом использоваться сила трения.

«Жизненный цикл» тепловой энергии выглядит следующим образом:

1. производство
2. передача
3. потребление

В случае, если тепловая энергия не перерабатывается в электрическую, она используется для следующих нужд:

• Отопление жилых и нежилых помещений
• Горячее водоснабжение

Единицей измерения теплоэнергии является гигакалория (Гкал).

Для расчёта тепловой энергии, используемой для нужд отопления, используется следующая формула:

Q = V * ( T1 – T2 ) / 1000

Q – количество теплоэнергии

V – количество использованной горячей воды (в кубах)

Т1 – температура горячей воды

Т2 – температура холодной воды

В Беларуси основным способом получения теплоэнергии является сжигание природных ископаемых, там не менее, ведутся активные работы по экологизации данной отрасли энергетики. Что касается использования геотермальных ресурсов, то потенциал Беларуси в данной области достаточно низок – термальные воды расположены глубоко, из температура недостаточно высока, зато высок уровень минерализации. Использование солнечных батарей в промышленных масштабах не представляется эффективной методикой из-за особенностей климата Беларуси и относительно небольшого количества солнечных дней в году.

Сравнительная характеристика различных способов производства электроэнергии (часть первая)

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

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

          Кардинал Х. Шверк  (Швейцария) .

Введение.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гидроэнергетика.

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

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

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

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

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

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

Энергия ветра.

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

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

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

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

Солнечная энергия.

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

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

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

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

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

Геотермальная энергия

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

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

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

Тепловые электростанции.

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

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

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

Парниковый эффект.

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

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

Основные показатели  стран, развивающих теплоэнергетику

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

Приливные электростанции.

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

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

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

Солнечные космические электростанции.

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

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

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

Обеспечение всеобщего доступа к недорогим, надежным, устойчивым и современным источникам энергии для всех — Устойчивое развитие

Цель 7: Обеспечение всеобщего доступа к недорогим, надежным, устойчивым и современным источникам энергии для всех

Мир идет по пути прогресса в достижении цели 7, и есть обнадеживающие признаки того, что энергия становится все более устойчивой и широкодоступной. Стал ускоряться процесс обеспечения доступа к электричеству в более бедных странах, продолжает улучшаться энергоэффективность, а сектор электроэнергетики добивается впечатляющих успехов в области возобновляемых источников энергии.

Тем не менее необходимо уделять более пристальное внимание расширению доступа к чистым и безопасным видам топлива и технологиям в целях приготовления пищи для 3 миллиардов человек, расширению использования возобновляемых источников энергии за пределами сектора электроэнергетики и повышению уровня электрификации в странах Африки к югу от Сахары.

В Отчете о прогрессе в области энергетики представлена глобальная информационная панель для фиксирования прогресса в области обеспечения доступа к энергии, энергоэффективности и возобновляемых источников энергии. В ней оценивается прогресс, достигнутый каждой из стран в этих трех ключевых областях, и дается представление о том, насколько далеко мы еще от достижения задач, поставленных в рамках целей в области устойчивого развития на период до 2030 года.

Ответные меры в связи с COVID-19

Отсутствие доступа к энергии может помешать усилиям по сдерживанию COVID-19 во многих частях мира. Энергетические услуги играют ключевую роль в предотвращении болезней и борьбе с пандемиями – начиная от обеспечения медицинских учреждений электропитанием и снабжения чистой водой для необходимой гигиены и заканчивая предоставлением услуг в области связи и информационных технологий в целях обеспечения связи между людьми при сохранении социальной дистанции.

Восемьсот сорок миллионов человек – преимущественно в странах Африки к югу от Сахары – живут без доступа к электричеству, а еще сотни миллионов имеют лишь крайне ограниченный или ненадежный доступ к электричеству. По оценкам, только 28% медицинских учреждений имеют надежный доступ к электричеству в странах Африки к югу от Сахары, однако энергия крайне необходима для того, чтобы люди могли оставаться на связи дома, и для эксплуатации жизнеобеспечивающего оборудования в больницах.

Отсутствие доступа к электроэнергии у больниц и местных общин может увеличить масштабы гуманитарной катастрофы и значительно замедлить восстановление глобальной экономики.

Специальный представитель Генерального секретаря ООН по инициативе «Устойчивая энергетика для всех» объяснила, почему доступ к энергии имеет значение во время чрезвычайной ситуации в связи с коронавирусом, и наметила три способа реагирования на чрезвычайную ситуацию в связи с COVID-19:

1. уделение приоритетного внимания энергетическим решениям в целях обеспечения электроcнабжения для медицинских клиник и служб первой помощи;
2. обеспечение связи для уязвимых потребителей; и
3. увеличение надежного, бесперебойного и достаточного производства энергии для подготовки к более устойчивому восстановлению экономики.

Узнайте больше о роли энергетики для ответных мер в связи с COVID-19.

Современные способы получения электрической энергии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ 
РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологии важнейших 
отраслей промышленности

РЕФЕРАТ

На тему:

СОВРЕМЕННЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ВЫПОЛНИЛА:

Студентка ФМк,                                                                            
Д. И. Кирейчук

1 курс, ДМЦ

Проверила                                                                                      
М.В. Михадюк

МИНСК 2012

Содержание

Введение………………….…………………………………………………………………………………..3

1. История возникновения 
электроэнергетики………….…………………………………….4

2. Традиционные способы 
получения электроэнергии…………………………………….5

2.1 Тепловые электростанции…….………………………………………………………………5

2.2 Гидроэлектростанции………..……………………… …………………………………………6

2.2 Атомные электростанции……..………………………………………………………………7

3. Нетрадиционные способы 
получения электроэнергии…………………………………8

3.1 Ветровая энергия…………..…………………………………………………………………….8

3.2 Энергия солнца……………………………………………………………………………………9

3.3 Геотермальная энергия…………………………………………………………………………9

3.4 Морская энергия……………………………………………………………………………………9

3.5 Космическая энергия….. ………………………………………………………………………10

3.6 Водородная энергия……………………………………………………………………………10

Заключение………………..………………………………………………………………………………..11

Список использованных источников………………..…………………………………………..12

Введение

Возрастающие с каждым
годом выработка и потребление 
энергии в мире  создают все 
необходимые условия для ускорения 
научно-технического прогресса, который 
позволяет улучшать благосостояние
людей планеты. Но вместе с тем возрастающие
объемы потребления энергии требуют все
больших объемов углеводородного сырья,
запасы которого не безграничны. Электроэнергетика
является важнейшей отраслью экономики
любой страны, поскольку ее продукция
(электрическая энергия) относится к универсальному
виду энергии. Ее легко можно передавать
на значительные расстояния, делить на
большое количество потребителей. Без
электрической энергии невозможно осуществить
многие технологические процессы, как
невозможно представить нашу повседневную
жизнь без отопления, транспорта, телевизора,
компьютера, которые также потребляют
электроэнергию. Потребность человечества
в электроэнергии растет с каждым годом. Вместе с тем запасы традиционных
природных топлив (нефти, угля, газа) ограничены.
Ограничены также и запасы ядерного топлива.
Поэтому на сегодняшний день важно найти
выгодные  источники  электроэнергии, причем выгодные не только с
точки зрения  дешевизны топлива, но
и с точки зрения простоты конструкций,
эксплуатации, дешевизны материалов, необходимых
для постройки станции, долговечности
станций.

Цель работы – ознакомиться
с современными способами получения 
электроэнергии, как традиционными,
так и не традиционными, а также 
рассмотреть, какие именно способы 
получения электроэнергии наиболее
широко распространены в пределах Республики
Беларусь.

1. История возникновение
электроэнергетики

Прежде чем приступить
к раскрытию основного вопроса,
я бы хотела уделить некоторое 
внимание историческому процессу становления 
электрической энергии как энергоресурса,
проследить тот путь, по которому прошла
электроэнергетика за столь непродолжительный 
период времени.

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 большей 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, вследствие чего объем производства
электроэнергии  ежегодно возрастает.
Так в 1890 году показатель мирового производства
электроэнергии был на отметке всего лишь
9 млрд кВт·ч, в то время как в 2007 году этот
показатель значительно увеличился до
19,9 трлн кВт·ч.

2. Традиционные 
способы получения электроэнергии

2.1 Тепловые электростанции

Тепловая электрическая
станция (ТЭС) – электростанция, вырабатывающая
электрическую энергию в результате преобразования
тепловой энергии, выделяющейся при сжигании
органического топлива. В Республике Беларусь
более 95% энергии вырабатывается на ТЭС.

По назначению тепловые электростанции
делятся на два типа:

• конденсационные тепловые электростанции (КЭС),предназначенные для выработки только электрической энергии;
• теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется совместное производство электрической и тепловой энергии.

На рис. 2.1 представлена схема
тепловой электростанции.

Как видно из схемы, основное
оборудование ТЭС – котел-парогенератор,
турбина, генератор,  конденсатор пара
и циркуляционный насос.

В котле парогенератора при 
сжигании топлива выделяется тепловая
энергия, которая преобразуется 
в энергию водяного пара. В турбине 
энергия водяного пара превращается
в механическую энергию вращения.
Генератор превращает механическую
энергию вращения в электрическую.
Таким образом, процесс производства электроэнергии
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 превращается в электрическую.
Схема ТЭЦ отличается тем, что по ней, помимо
электрической энергии, вырабатывается
и тепловая путем отвода части пара и нагрева
с его помощью воды, подаваемой в тепловые
магистрали.

В качестве топлива чаще
всего используются уголь, сланцы, природный 
газ и мазут. Однако использование 
природного газа и особенно мазута
в перспективе должно сокращаться,
так как это слишком ценные
вещества, чтобы их использовать в 
качестве котельного топлива.

Коэффициент полезного действия
(КПД) ТЭС находится в пределах 36—39%. Это
означает, что 64—61% топлива используется
«впустую», загрязняя окружающую среду
тепловыми выбросами в атмосферу. КПД
ТЭЦ примерно в 2 раза выше, чем КПД ТЭС
(60—70%), поэтому использование ТЭЦ является
существенным фактором энергосбережения.

Тепловые электростанции
Беларуси:

• Лукомльская ГРЭС – расположена в городе Новолукомль, установленная мощность станции — 2459,5 МВт, что составляет более 30 % от установленной мощности всей энергосистемы Беларуси;
• Минская ТЭЦ-3 – расположена в юго-восточной части Минска, установленная электрическая мощность составляет 542 МВт;
• Минская ТЭЦ-5 – располагается в посёлке Дружный (Минская область), установленная электрическая мощность – 330 МВт;
• Мозырская ТЭЦ – расположена в 17 км от города Мозыря, установленная электрическая мощность составляет 195 МВт;
• Светлогорская ТЭЦ – расположена в городе Светлогорске, установленная мощность – 155 МВт.

2.2 Гидроэлектростанции

Гидроэлектростанция (ГЭС) представляет собой комплекс
гидротехнических сооружений и энергетического
оборудования, посредством которых энергия
водных потоков или расположенных на относительно
более высоких уровнях водоемов преобразуется
в электрическую энергию.

Технологический процесс 
получения электроэнергии на ГЭС 
включает:

• создание разных уровней воды в верхнем и нижнем бьефах;
• превращение энергии потока воды в энергию вращения вала гидравлической турбины;
• превращение гидрогенератором энергии вращения в энергию электрического тока.

При этом неизбежно некоторое
затопление долины реки. В случае сооружения
двух плотин на том же участке реки площадь
затопления уменьшается. На равнинных
реках наибольшая экономически допустимая
площадь затопления ограничивает высоту
плотины. Русловые и приплотинные ГЭС
строят и на равнинных многоводных реках
и на горных реках, в узких сжатых долинах.

Несмотря на снижение доли
ГЭС в общей выработке, абсолютные
значения производства электроэнергии
и мощности ГЭС непрерывно растут вследствие
строительства новых крупных электростанций.
В 1969 в мире насчитывалось свыше 50 действующих
и строящихся ГЭС единичной мощностью
1000 Мвт и выше, причём 16 из них — на территории
бывшего Советского Союза.

Важнейшая особенность гидроэнергетических 
ресурсов по сравнению с топливно-энергетическими 
ресурсами — их непрерывная возобновляемость.
Отсутствие потребности в топливе для
ГЭС определяет низкую себестоимость
вырабатываемой на ГЭС электроэнергии.

На данный момент крупнейшей
в Беларуси гидроэлектростанцией является
Гродненская ГЭС, введенная в эксплуатацию
в сентябре 2012 года и расположенная недалеко
от Гродно на реке Неман. Ее мощность составляет
17 МВт. Второй по величине ГЭС в Беларуси
является Солигорская гидроэлектростанция,
ее мощность составляет 150 кВт.

2.3 Атомные электростанции

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой
атомная (ядерная) энергия преобразуется
в электрическую. Генератором энергии
на АЭС является атомный реактор. Тепло,
которое выделяется в реакторе в результате
цепной реакции деления ядер некоторых
тяжёлых элементов, затем так же, как и
на обычных тепловых электростанциях
(ТЭС), преобразуется в электроэнергию.
В отличие от ТЭС, работающих на органическом
топливе, АЭС работает на ядерном горючем. Установлено, что мировые энергетические
ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний
и др.)  существенно превышают энергоресурсы
природных запасов органического топлива
(нефть, уголь, природный газ и др.). 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.

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 тепло (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.

Для предохранения персонала 
АЭС от радиационного облучения 
реактор окружают биологической защитой,
основным материалом для которой служат
бетон, вода, песок. Оборудование реакторного
контура должно быть полностью герметичным.
Предусматривается система контроля мест
возможной утечки теплоносителя, принимают
меры, чтобы появление не плотностей и
разрывов контура не приводило к радиоактивным
выбросам и загрязнению помещений АЭС
и окружающей местности.

Как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям

Ни для кого не секрет, что электричество в наш дом попадает от электростанций, являющихся основными источниками электроэнергии. Однако между нами (потребителями) и станцией может быть сотни километров и через все это дальнее расстояние ток должен каким-то образом передаваться с максимальным КПД. В этой статье мы, собственно, и рассмотрим, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям.

Маршрут транспортировки электричества

Итак, как мы уже сказали, начальной точкой является электрическая станция, которая, собственно, и генерирует электроэнергию. На сегодняшний день основными видами электростанций являются гидро- (ГЭС), тепло- (ТЭС) и атомные (АЭС). Помимо этого бывают солнечные, ветровые и геотермальные эл. станции.

Далее от источника электричество передается к потребителям, которые могут находиться на дальних расстояниях. Чтобы осуществить передачу электроэнергии, нужно повысить напряжение с помощью повышающих трансформаторов (напряжение могут повысить вплоть до 1150 кВ, в зависимости от расстояния).

Почему электроэнергия передается при повышенном напряжении? Все очень просто. Вспомним формулу электрической мощности — P=UI, тогда если передавать энергию к потребителю, то чем выше напряжение на линии электропередач — тем меньше ток в проводах, при той же потребляемой мощности. Благодаря этому можно строить ЛЭП с большим напряжением, уменьшив сечение проводов, по сравнению с ЛЭП с низшим напряжением. Значит и сократятся расходы на строительство — чем тоньше провода, тем они дешевле.

Соответственно от станции электричество передается на повышающий трансформатор (при необходимости), а после этого с помощью ЛЭП осуществляется передача электроэнергии на ЦРП (центрально распределительные подстанции). Последние, в свою очередь, находятся в городах или в близком расстоянии от них. На ЦРП происходит понижение напряжения до 220 или же 110 кВ, откуда электроэнергия передается к подстанциям.

Далее напряжение еще раз понижают (уже до 6-10 кВ) и происходит распределение электрической энергии по трансформаторным пунктам, именуемым также ТП. К трансформаторным пунктам электричество может передаваться не по ЛЭП, а подземной кабельной линией, т.к. в городских условиях это будет более целесообразно. Дело в том, что стоимость полосы отчуждения в городах достаточно высокая и более выгодно будет прокопать траншею и заложить кабель в ней, нежели занимать место на поверхности.

От трансформаторных пунктов электроэнергия передается к многоэтажным домам, постройкам частного сектора, гаражному кооперативу и т. д. Обращаем ваше внимание на то, что на ТП напряжение еще раз понижается, уже до привычных нам 0,4 кВ (сеть 380 вольт).

Если кратко рассмотреть маршрут передачи электроэнергии от источника к потребителям, то он выглядит следующим образом: электростанция (к примеру, 10 кВ) – повышающая трансформаторная подстанция (от 110 до 1150 кв) – ЛЭП – понижающая трансформаторная подстанция – ТП (10-0,4 кВ) – жилые дома.

Вот таким способом электричество передается по проводам в наш дом. Как вы видите, схема передачи и распределения электроэнергии к потребителям не слишком сложная, все зависит от того, насколько большое расстояние.

Наглядно увидеть, как электрическая энергия поступает в города и доходит до жилого сектора, вы можете на картинке ниже:

Более подробно об этом вопросе рассказывают эксперты:

Как электричество поступает от источника к потребителю

Что еще важно знать

Также хотелось пару слов сказать о моментах, которые пересекаются с этим вопросом. Во-первых, уже достаточно долго проводятся исследования на тему того, как осуществить передачу электроэнергии без проводов. Существует множество идей, но самым перспективным на сегодняшний день решением является использование беспроводной технологии WI-Fi. Учёные из Вашингтонского университета выяснили, что этот способ вполне реален и приступили к более подробному исследованию вопроса.

Во-вторых, на сегодняшний день по ЛЭП передается переменный ток, а не постоянный. Это связано с тем, что преобразовательные устройства, которые сначала выпрямляют ток на входе, а потом снова делают его переменным на выходе, имеют достаточно высокую стоимость, что экономически не целесообразно. Однако все же пропускная способность линий электропередач постоянного тока в 2 раза выше, что также заставляет думать над тем, как ее более выгодно осуществить.

Вот мы и рассмотрели схему передачи электричества от источника к дому. Надеемся, вам стало понятно, как передается электроэнергия на расстоянии к потребителям и почему для этого используют высокое напряжение.

Будет интересно прочитать:

Генерация электроэнергии — Канадская ассоциация электроэнергетики

Генерация электроэнергии — Канадская ассоциация электроэнергетики
Перейти к содержанию

Генерация является одним из 3 ключевых компонентов, составляющих нашу национальную электроэнергетику:

• Генерация (производство электроэнергии)
• Передача (передача электроэнергии по высоковольтным линиям от электростанций к населенным пунктам)
• Распределение (доставка электроэнергии индивидуальным потребителям)

Канада занимает 4-е место в мире по экспорту электроэнергии, которую она производит.

Как вырабатывается электричество

Электричество вырабатывается при использовании механической энергии для вращения турбины.

Механическая энергия для вращения турбины может поступать из различных источников, включая падающую воду, ветер или пар, образующийся в результате ядерной реакции или сжигания ископаемого топлива.

Источники производства электроэнергии

Для производства электроэнергии в Канаде мы используем:

Гидроэнергетика

Гидроэнергетика использует энергию текущей воды для производства электроэнергии.Это чистый и возобновляемый ресурс, из которого Канада производит большую часть своей электроэнергии.

Канада является третьим по величине производителем гидроэлектроэнергии в мире. Благодаря гибким возможностям хранения и эксплуатационной гибкости мы можем постоянно полагаться на гидроэлектростанции.

Видео любезно предоставлено Student Energy:

Атомная энергия

Атомная энергия возникает в результате процесса ядерного деления, при котором выделяется тепло, которое используется для производства пара, который вращает турбины для выработки электроэнергии.

Видео предоставлено Student Energy:

Уголь

Уголь — распространенный и недорогой источник энергии с долгой историей. Она обеспечивает 40% мировой электроэнергии.

Видео предоставлено Student Energy:

Природный газ

Природный газ, ископаемое топливо, найденное в подземных резервуарах, выделяет примерно половину выбросов углерода по сравнению с углем, когда он используется для производства электроэнергии.

Видео предоставлено Student Energy:

Биомасса

При сжигании органических материалов образуется пар высокого давления, который приводит в действие турбогенератор для выработки электроэнергии. Извлеченный пар из электростанции также может быть использован.

Видео предоставлено Student Energy:

Ветер

Турбины улавливают кинетическую энергию ветра и преобразуют ее в электричество. Количество энергии определяется скоростью ветра.

В Онтарио находится крупнейший рынок ветроэнергетики в Канаде с 2465 ветряными турбинами и установленной мощностью 4781 МВт. (CANWEA)

Ветер является возобновляемым источником энергии, который оказывает относительно небольшое воздействие на окружающую среду, за исключением эстетических проблем и проблем с шумом. Успешное развитие технологии накопления энергии окажет значительное влияние на способность нашей электросети включать прерывистые поставки электроэнергии, такие как энергия ветра.

Видео любезно предоставлено Student Energy:

Когенерация

Когенерация — это когда отработанное тепло от производства электроэнергии утилизируется и используется для таких целей, как отопление и охлаждение помещений, нагревание воды и тепло в промышленных процессах.

• По данным Канадского центра данных и анализа конечного использования промышленной энергии, в 2012 году в Канаде насчитывалось 200 когенерационных установок с рабочей мощностью 6,5 ГВт.
• На Альберту и Онтарио приходится 67% когенерационных мощностей Канады. На канадские коммунальные предприятия приходится наибольшая мощность когенерации — 45% по классификации системного оператора. Далее следует производство бумаги с долей 23%.

Солнечная энергия

Две технологии используют солнечную энергию.Солнечная фотогальваника преобразует солнечный свет в электричество постоянного тока с помощью полупроводников, в то время как солнечная тепловая энергия использует солнечное тепло.

Видео предоставлено Student Energy:

Приливы

Приливная энергия создается, когда приливы вращают подводные турбины. Полученная энергия преобразуется в электричество. Первая в Северной Америке приливная турбина, подключенная к сети, находится в Новой Шотландии.

Видео предоставлено Student Energy:

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия использует внутреннее тепло земной коры для производства электроэнергии.Геотермальная генерация сосредоточена в вулканически и тектонически активных регионах.

Видео любезно предоставлено Student Energy:

Выбор основного источника

Процесс производства электроэнергии сильно зависит от ресурсов, доступных для производства механической энергии.

Например:

• В Квебеке и Британской Колумбии много рек, необходимых для выработки гидроэлектроэнергии
• В Саскачеване с равнинным ландшафтом и отсутствием крупных рек много угля
• Альберта богата нефтью и природным газом
• Онтарио сделал значительные инвестиции в атомную

Экономическую и экологическую

Электроэнергетическая система Канады уже является относительно чистой и низкоуглеродной.Ожидается, что доля возобновляемых источников энергии в структуре производства электроэнергии увеличится до 12% к 2035 году благодаря постоянному развитию технологий, снижению себестоимости производства возобновляемых источников энергии и нашим коллективным усилиям по защите окружающей среды.

Как производится электричество | Эндеса

А ветер? От куда это?

Возможно, мы никогда не думали об этом. Солнце оказывает ряд воздействий на наш мир, и одним из них является ветер. Между 1% и 2% солнечной радиации , поглощаемой планетой, в конечном итоге превращается в ветер. Это связано с тем, что земная кора передает воздуху большее количество солнечной энергии, заставляя его нагреваться, становиться менее объемным и расширяться. В то же время самый холодный и тяжелый воздух, поступающий с морей, рек и океанов, приходит в движение, чтобы занять место, оставленное теплым воздухом. Эти колебания производят движущийся воздух, а ветер есть не что иное, как движущийся воздух.

Каждая масса воздуха, которая перемещается из областей с высоким атмосферным давлением в области с более низким давлением со скоростями, пропорциональными перепадам давления между обеими областями (чем больше разница, тем сильнее дует ветер), считается ветром.

А солнце? Как он превращается в электричество?

Энергия солнца исходит из солнечного света и тепла. Для их преобразования в энергию необходимы полупроводниковые металлические листы: фотоэлектрических элементов .

Эти элементы покрыты прозрачным стеклом, пропускающим излучение и сводящим к минимуму потери тепла, и имеют один или несколько слоев полупроводникового материала. Благодаря этим элементам они могут управлять всей этой солнечной энергией.

Все чаще мы можем видеть солнечные батареи на крышах домов и зданий. Эти панели полностью сформированы этими фотогальваническими элементами.

Говорят, что установка стоит дорого, но данные показывают, что покупка окупается , с экономией около 30% от потребления, что в долгосрочной перспективе (25 лет) означает оплату от 20 000 евро до евро. На 30 000 меньше, что делает его очень ценным в среднесрочной и долгосрочной перспективе. Еще одним преимуществом является то, что они не требуют особого ухода.

А как работает солнечная панель?

В основном через солнечные лучи. Они состоят из фотонов , которые достигают фотогальванических элементов пластины, создавая электрическое поле между ними и, таким образом, электрическую цепь. Чем интенсивнее свет, тем сильнее поток электричества.

Фотогальванические элементы отвечают за преобразование солнечного света в электричество в форме постоянного тока с градуировкой от 380 до 800 вольт. Полученный результат можно улучшить с помощью инвертора, который отвечает за преобразование этой энергии в переменный ток , который мы используем в наших домах.

Наконец, этот переменный ток проходит через счетчик, который измеряет его количество и подает в общую электрическую сеть.

нанесено на карту: как США производят электроэнергию

ИНФОГРАФИКА | 10 октября 2017. 17:22

Нанесено на карту: как США производят электроэнергию

Электросистему США часто называют самой большой машиной в мире.Он также невероятно разнообразен, отражая политические предпочтения, потребности и доступные природные ресурсы каждого государства.

Компания

Carbon Brief нанесла электростанции страны на интерактивную карту (выше), чтобы показать, как и где вырабатывается электроэнергия в США.

Несколько ключевых сообщений можно почерпнуть из карты и связанных интерактивных данных ниже:

• В последнее десятилетие система электроснабжения США быстро менялась.
• Это отражает не только федеральную политику, но и технологии, географию, рынки и мандаты штатов.
• Среднестатистической угольной электростанции в США 40 лет, и она работает вдвое меньше времени. Около 15% из них старше 50 лет при среднем пенсионном возрасте 52 года.
• Запланированные новые электростанции будут почти исключительно газовыми, ветровыми или солнечными.

Чтение карты

Обеспечение электроэнергией жилых домов, бизнеса и промышленности страны — это практически исключительно сложная задача. На данный момент электроэнергия либо дорога, либо неудобна для хранения, а это означает, что спрос и предложение должны быть сбалансированы в режиме реального времени.Также легче производить электроэнергию рядом с домом, чем транспортировать ее на большие расстояния.

Способ производства электроэнергии в основном зависит от доступных видов топлива и технологий. Марш прогресса означает, что это сочетание меняется, но природные ресурсы и географическое положение остаются неизменными. Более того, штаты США обладают широкими полномочиями влиять на электроэнергетические системы в пределах своих границ.

Нанесение на карту системы электроснабжения США дает наглядное подтверждение важности этих факторов.Почему солнечная энергия так распространена, например, в Северной Каролине? Или уголь в Западной Вирджинии?

Вы можете использовать интерактивную карту Carbon Brief, приведенную выше, для просмотра всех электростанций в США и их относительных мощностей по выработке электроэнергии, которые пропорциональны размеру пузырей. Динамическая диаграмма на боковой панели обобщает структуру структуры мощностей. (Подробнее о том, как была создана карта, см. в примечаниях ниже.)

Глоссарий

Коэффициент нагрузки: Мера средней мощности электростанции по отношению к ее установленной мощности.Это зависит от технических и экономических факторов. Для отдельных газовых, угольных или атомных электростанций коэффициент нагрузки теоретически может превышать 90%. Однако средние показатели по всему флоту Великобритании намного ниже. Диапазон средних коэффициентов загрузки по флоту в 2010-2014 гг. составлял 28-62% по газу, 40-57% по углю и 65-74% по атому. Диапазон ставок для флота возобновляемых источников энергии в Великобритании составлял 10-11% для солнечной энергии, 22-28% для наземной и 30-38% для оффшорной ветроэнергетики. Новые ветряные электростанции, как правило, имеют более крупные турбины, особенно в открытом море, и ожидается, что их коэффициент нагрузки достигнет 48%.

Коэффициент нагрузки: Мера средней мощности электростанции по отношению к ее установленной мощности. Это зависит от технических и экономических факторов. Для отдельных газовых, угольных или атомных электростанций коэффициент загрузки… Подробнее

Важно отметить, что карта и соответствующие диаграммы ниже основаны на мощности по выработке электроэнергии. Электроэнергия, вырабатываемая каждый год каждым блоком, варьируется в зависимости от его коэффициента нагрузки. Коэффициент нагрузки ветра в США составляет около 35%, а солнечной — около 27%.Это более низкие коэффициенты нагрузки, чем для ядерной энергетики, около 90%. Уголь и газ теоретически могут иметь одинаково высокие коэффициенты нагрузки, но на практике оба они составляют около 50% в США. (См. ниже цифры по выработке электроэнергии.)

Вернувшись к карте, вы можете оставить ночной фон по умолчанию или переключиться на дневные спутниковые изображения, чтобы увидеть электростанции крупным планом и в контексте их окружения. Ночной вид со спутника показывает сетку по отношению к городам, которые освещают ночное небо.Также есть фон в оттенках серого, если вы предпочитаете простые карты.

Вы также можете отфильтровать вид карты, чтобы увеличить масштаб каждого штата, от Алабамы до Вайоминга, или сосредоточиться на каждом типе топлива по очереди. Существует фильтр для «высокоуглеродистых» источников, включая уголь, нефть и газ. Вы найдете ядерные и возобновляемые источники энергии в разделе «низкоуглеродный».

Угольные заводы преобладают в горнодобывающих районах бассейна Паудер-Ривер и Аппалачей. Газ почти вездесущ, но особенно распространен вблизи крупных газовых месторождений, таких как Мексиканский залив.Ядерная промышленность сосредоточена в густонаселенных восточных и среднезападных штатах.

Одна из географических странностей заключается в том, что крупные тепловые электростанции часто располагаются вдоль государственных границ. Это потому, что им нужна вода для охлаждения, взятая из рек, которые обозначают границы штатов.

Огромные плотины обеспечивают большую часть электроэнергии на северо-западе Тихого океана. Ветер сконцентрирован в центральной части Великих равнин, в то время как солнечная энергия расцвела там, где государственная политика поддерживает ее принятие. Между тем отдаленные жители Аляски и Гавайев часто полагаются на нефть, которую легко транспортировать и хранить.

Эпоха возобновляемых источников энергии

Эта картина не статична, она сильно изменилась за последнее десятилетие. Тысячи старых единиц были выведены из эксплуатации из-за старости, поскольку рынки потрясены революцией сланцевого газа и взволнованы изменением государственной и федеральной политики.

По мере того, как сотни старых угольных и нефтяных установок были выведены из эксплуатации, ветряные и солнечные технологии достигли совершеннолетия, и по всей стране возникли тысячи площадок. Тем не менее, уголь, наряду с расширяющимся газовым парком, по-прежнему обеспечивает большую часть электроэнергии в стране.

Углерод Краткий анализ данных Управления энергетической информации США (EIA) показывает, что 501 угольная установка была закрыта за последние 10 лет, а 45 открылись. (Каждая электростанция может состоять из нескольких блоков, которые могут использовать разные виды топлива).

Всего количество единиц угля сократилось на 35% (черные линии на графиках ниже). Поскольку старые электростанции были меньше, мощность угля снизилась только на 11% (36 гигаватт, ГВт). Аналогичная история с нефтью, где 757 единиц выведены из эксплуатации, 385 открыты, а чистая мощность упала на 21% (11 ГВт).

Несмотря на эти списания, средний нефтяной или угольный блок остается старым, а это означает, что многие другие должны закрыться просто потому, что они старые. Ниже это рассматривается более подробно.

Слева: количество электростанций в США с разбивкой по видам топлива 10 лет назад и сегодня. Справа: электрогенерирующие мощности 10 лет назад и сегодня. Наведите указатель мыши на точки данных, чтобы увидеть чистое изменение количества единиц и емкости. Источник: Углеродный краткий анализ данных EIA США. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Напротив, 878 в основном небольших газовых установок, выведенных из эксплуатации с 2007 года, были заменены 978 более крупными установками. Это означает, что чистая мощность по газу увеличилась на 9% (44 ГВт).

Между тем, ветряная и солнечная энергия пережила беспрецедентный рост, добавив более 3000 единиц и увеличив чистую мощность в семь раз до 122 ГВт, тем самым затмив атомную, гидроэнергетическую и нефтяную.

Вы можете увидеть, как электросеть США выглядела 10 лет назад — в начале 2008 года — на анимированном графике ниже. Обратите внимание, в частности, на относительное отсутствие ветра и солнца по сравнению с сегодняшним днем.

Электрические мощности США 10 лет назад и сегодня. Розамунд Пирс для Carbon Brief

Игра с генерацией газа

Общий объем производства электроэнергии достиг пика в 2007 г. и составил 4 165 тераватт-часов (ТВтч), а затем снизился после финансового кризиса. Он остается ниже пикового уровня 2007 года, несмотря на экономический рост и рост населения, во многом благодаря повышению энергоэффективности.

Как и мощность, структура производства электроэнергии также сильно изменилась за последние 10 лет.Производство угля достигло своего пика в 2007 году, а затем за десятилетие упало на 38% (см. диаграмму ниже). В 2016 году он был заменен газом в качестве основного источника электроэнергии в США впервые.

Газ продолжил свой рост, начавшийся задолго до сланцевой революции конца 2000-х годов. (Это обсуждается более подробно ниже). Выработка электроэнергии на мазуте сократилась на две трети за 10 лет, а совокупная выработка всех трех ископаемых видов топлива теперь на 14% ниже пикового уровня 2007 года.

Между тем, ветряная и солнечная энергия обогнала гидроэнергетику и стала четвертым по величине источником электроэнергии в США, производя почти в четыре раза больше энергии, чем десять лет назад.Ядерная энергетика остается стабильной и по-прежнему производит немного больше электроэнергии, чем все возобновляемые источники энергии вместе взятые.

Производство электроэнергии в США по видам топлива в 1960-2017 гг. (верхняя панель) и доли выработки за тот же период (нижняя панель). Источник: анализ Carbon Brief и ОВОС США. Дополнительные сведения см. в примечаниях ниже. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts.

Доля ископаемых видов топлива в структуре производства электроэнергии в США снизилась на 9 процентных пунктов за 10 лет до 64%, что является низким показателем для современной эпохи. На низкоуглеродные источники приходится 36%, а доля возобновляемых источников энергии удваивается до 17%.

(Обратите внимание, что хотя доля низкоуглеродных источников энергии находится на рекордно высоком уровне, доля возобновляемых источников энергии остается немного ниже уровня 1960 года. Это связано с ростом общего спроса на электроэнергию.)

Энергоэффективность, переход с угля на газ и возобновляемые источники энергии вместе объясняют три четверти 14-процентного снижения общих выбросов CO2 в США с 2005 года, согласно предыдущему анализу, проведенному Carbon Brief. Хотя на производство электроэнергии приходится менее трети общих выбросов в США, в других секторах, таких как теплоэнергетика и транспорт, сокращение выбросов CO2 было минимальным.

Этот анализ также показал, что выбросы CO2 в секторе электроэнергетики в 2016 году были на 46% ниже, чем они были бы, если бы структура потребления электроэнергии на душу населения и структура топливного баланса остались прежними.

В результате краткосрочные изменения, ожидаемые в электроэнергетическом секторе США, в значительной степени определят прогресс страны в выполнении ее невыполненных обязательств по Парижскому соглашению об изменении климата.

Флагманский план президента Обамы по чистой энергии должен был укрепить и расширить траекторию прошлого десятилетия.Теперь ему грозит отмена администрации Трампа.

И это несмотря на то, что США находятся на пути к достижению основной национальной цели плана по сокращению выбросов на 32% по сравнению с уровнем 2005 года к 2030 году, по мнению аналитиков Rhodium Group. По данным New York Times, усилия по отмене могут занять месяцы и могут закончиться в Верховном суде.

Старый королевский уголь

В этом контексте стоит более внимательно изучить характер генерирующего парка США и то, что это может означать для будущего — с Планом чистой энергии или альтернативой команды Трампа или без нее.

Сегодня средней угольной электростанции в США 40 лет, и она работает только половину времени. Это старо, особенно когда средний возраст выхода на пенсию для угольных предприятий составляет 52 года. Около 44 ГВт угольных мощностей в США имеют возраст не менее 50 лет, что эквивалентно 15% от общего числа работающих сегодня. Еще 109 ГВт (38%) — это как минимум 40 лет, а 86% — старше 30 лет.

Это говорит о том, что многие другие закрытия угольных предприятий неизбежны, независимо от рыночных условий или государственной политики.

(Министерство энергетики США пытается заставить части США, в которых действуют конкурентные рынки электроэнергии, субсидировать угольную и атомную генерацию.Это «взорвет» оптовые рынки электроэнергии, говорят эксперты Utility Dive, и, по мнению консервативного аналитического центра R Street Institute, «несовместимо с разумной рыночной экономикой». Это позволило бы даже самым старым угольным установкам получать гарантированную норму прибыли на инвестиции, необходимые для того, чтобы оставаться открытыми. Подобно шагу по отмене Плана чистой энергии, эта попытка, вероятно, займет много месяцев и столкнется с юридическими препятствиями).

Распределение угольных и других электростанций по возрасту отражено в диаграммах ниже, которые показывают количество новых мощностей, строящихся или выводимых каждый год.Диаграммы охватывают почти 60 лет до 1960 года, хотя обратите внимание, что данные о выходе на пенсию доступны только до 2002 года.

Электрогенерирующие мощности США с разбивкой по топливу и по году открытия. Мощности, которые все еще работают сегодня, показаны сплошным цветом, тогда как закрытые и запланированные мощности затемнены. Вертикальная шкала одинакова на всех диаграммах, что позволяет напрямую сравнивать относительные мощности в ГВт. Обратите внимание, что мощность не равна генерации. Источник: ОВОС США, Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) и анализ Carbon Brief.Дополнительные сведения см. в примечаниях ниже. Диаграмма Carbon Brief с использованием Highcharts

Глядя на верхнюю панель для угля выше, вы можете видеть, что большинство самых старых электростанций, построенных в 1960-х годах или раньше, сейчас выведены из эксплуатации. Эти единицы показаны серым цветом.

Вы также можете понять, почему ситуация с углем ухудшилась с 2007 года, когда средний возраст угольной установки составлял 34 года, потому что было построено меньше новых угольных электростанций, чем выведено из эксплуатации. Тем не менее, наблюдается заметный скачок новых угольных мощностей, приходящийся на 2010 год.Как это произошло?

В начале 2000-х, после избрания Джорджа Буша-младшего, возник всплеск интереса к строительству новых угольных электростанций. Это было основано на нескольких драйверах, которые держат уроки на будущее.

Во-первых, ожидалось, что администрация будет медленно или вообще не будет заниматься ужесточением природоохранного законодательства. Фактически были приняты новые правила. Во-вторых, преобладающее мнение в то время заключалось в том, что сильный экономический рост приводит к значительному увеличению спроса на электроэнергию.

Это, в сочетании с выводом из эксплуатации старых электростанций, означало, что потребуются новые мощности, поэтому было запланировано около 240 новых угольных электростанций. Лишь несколько из них были когда-либо построены.

Как показано на приведенной выше диаграмме, ожидаемая волна изъятия угля действительно наступила, отчасти в ответ на старость, отчасти из-за новых правил, в частности Стандарта по ртути и токсичным веществам в воздухе (MATS), вступившего в силу в 2015 году.

Однако, вопреки ожиданиям, растущий спрос не оправдался.Одна из причин этого заключается в том, что 30 штатов внедрили свои собственные цели, политику или стандарты в области энергоэффективности. (Это смесь обязательных и добровольных целей).

Начало 2000-х: ожидалось, что спрос на электроэнергию в США вырастет примерно на 20% в течение десятилетия. Этого не произошло. https://t.co/9ayLVzykbe pic.twitter.com/ZAhHxsgah3

— Саймон Эванс (@DrSimEvans) 7 сентября 2017 г.

Более того, сланцевая революция привела к падению цен на газ (наряду с оптовыми ценами на электроэнергию), а возобновляемые источники энергии росли быстрее, чем ожидалось, что привело к сокращению доли угля и прибылей на перенасыщенном рынке.

Сегодня несколько новых угольных электростанций теоретически находятся в стадии разработки (см. диаграмму вверху и карту планируемых новых мощностей внизу).

Блок мощностью 320 МВт на электростанции Two Elk в Вайоминге, согласно данным EIA, находится в стадии строительства и должен быть открыт в 2020 году. Строительство было остановлено на два десятилетия, была построена только бетонная площадка, а разрешение на него было отозвано.

Разработчик признал себя виновным в мошенничестве на сумму более 8 миллионов долларов из федеральных фондов стимулирования, предназначенных для исследований по улавливанию и хранению углерода, но потраченных на другие расходы, по сообщениям местных СМИ.

Между тем, электростанция мощностью 850 МВт в штате Джорджия, также работавшая в течение многих лет, пропустила сроки начала строительства, установленные ее разрешением. Его планировали открыть в 2022 году, но до сих пор не строят.

Обе схемы «сталкиваются с большими трудностями», сообщает Climatewire в статье, посвященной тому, будут ли США когда-либо строить еще одну крупную угольную электростанцию.

Никакого ядерного возрождения

Возвращаясь к приведенной выше диаграмме мощностей, также становится ясно, почему атомная энергетика в США будет сокращаться, поскольку почти все действующие в настоящее время реакторы построены в 1970-х и 1980-х годах.

Расширение ядерной энергетики в этот период было отмечено новыми правилами безопасности, которые замедлили строительство и повысили затраты, когда они были введены после Три-Майл-Айленда (1979 г.) и Чернобыля (1986 г.).

Ярким примером этого является атомная электростанция «Бар 2» мощностью 1200 МВт в Теннесси, строительство которой началось в 1973 году. Более 40 лет спустя она открылась в октябре 2016 года, после еще одной задержки, связанной с соблюдением новых правил безопасности, введенных после аварии на Фукусиме в 2011 году. стихийное бедствие.

В стадии строительства остаются две атомные электростанции общей мощностью 4400 МВт (бледно-розовые на диаграмме выше).Однако после банкротства Westinghouse, фирмы, которая строила реакторы, завод VC Summer в Южной Каролине был закрыт в процессе строительства. Завод Vogtle в Джорджии, также находящийся под угрозой, получил новые гарантии по федеральному кредиту на сумму 3,7 миллиарда долларов.

Эти проблемы отражают более широкие проблемы, стоящие перед мировой атомной промышленностью, которая, за пределами контролируемых государством рынков в Китае и Южной Корее, изо всех сил пытается построить новые реакторы в срок и в рамках бюджета. EDF, которая строит новый завод Hinkley C в Великобритании, столкнулась с задержками и перерасходом средств на схемах во Франции и Финляндии.

Между тем, 99 ядерным реакторам в США в среднем 36 лет. Хотя 84 из них договорились о продлении срока службы, что позволяет им работать до 60 лет, многие из них могут закрыться задолго до этого из-за тех же неблагоприятных рыночных условий, которые наносят ущерб угольным электростанциям.

Их рентабельность снизилась из-за низких оптовых цен на электроэнергию, главным образом из-за дешевого природного газа, в то время как их эксплуатационные расходы могут быть относительно высокими, особенно для площадок с одним реактором. За последние пять лет в США закрылись пять атомных электростанций, и еще несколько планируют это сделать.

План субсидирования Министерства энергетики, если он будет успешно реализован, также может сохранить открытыми ядерные мощности. В качестве альтернативы, больше штатов могли бы принять кредиты с нулевым уровнем выбросов, введенные Нью-Йорком и Иллинойсом, чтобы держать атомные станции открытыми и помочь в достижении целей штата по климату.

Растущие боли для газа

Для газовых электростанций разброс по возрасту и мощности на приведенной выше диаграмме отражает долгую историю добычи на суше в США, а также ряд всплесков роста, вызванных изменениями на рынках и технологиях.

Широко доступный газ использовался для выработки электроэнергии в США на протяжении десятилетий. Это отличается от энергосистемы Великобритании, где газ стал доступен только после развития промышленности Северного моря.

В 1960-х годах простые и относительно неэффективные паровые турбины составляли большую часть новых газовых мощностей. В 1970-х годах начали строить газовые установки с комбинированным циклом, использующие отработанное тепло для повышения эффективности. Вы можете увидеть своего рода «s-образную кривую» внедрения технологий на диаграмме ниже.

Однако строительство новых газовых мощностей прекратилось после ближневосточных нефтяных потрясений в конце 1970-х годов, когда цены на газ выросли, пики нефти (и газа) вырисовывались большими, и были введены правила резервирования газа для наиболее выгодных видов использования, а не включая производство электроэнергии.

Газовая энергетика в некотором роде вернулась в конце 1980-х годов, когда ее использование было дерегулировано, и были построены небольшие электростанции с комбинированным циклом и пиковые газовые электростанции. Но в 2000 году произошло нечто примечательное. В течение пяти лет в США было построено около 216 ГВт электростанций, работающих на газе, две трети из которых были крупными установками с комбинированным циклом.

Новые технологии сформировали газовые мощности в США pic. twitter.com/7lAxuSyo8I

— Саймон Эванс (@DrSimEvans) 10 октября 2017 г.

Этот всплеск новых газовых мощностей был вызван появлением новых участников на нерегулируемых рынках электроэнергии, которые получили широкое распространение в конце 1990-х и начале 2000-х годов.Газовые заводы относительно дешевы в строительстве и обеспечивают быструю окупаемость. (Скандал с Enron в Калифорнии — еще один симптом этого периода).

Эти новые участники также гнались за новым спросом на электроэнергию, который, как отмечалось выше, оказался иллюзорным. Что еще хуже, низкие цены на газ сменились повышением, которое росло в течение 2008 года и вывело многих из них из бизнеса. Это также означало, что образование газа росло очень медленно.

Когда цены упали, в связи с глобальным финансовым кризисом и революцией сланцевого газа, эта огромная и недоиспользуемая мощность производства газа была готова и ждала, чтобы отобрать долю рынка у угля.

Сегодня баланс между выработкой газа и угля зависит от цен на газ, поэтому в первой половине 2017 года выработка угля выросла, а газа упала. Однако, в отличие от предыдущих циклов, обилие месторождений сланцевого газа в США и их короткие циклы крышка в этом ценовом диапазоне.

С точки зрения климата переход от угля к газу был неоднозначным благом. Хотя это помогло сократить выбросы CO2 в энергетическом секторе, это может быть в некоторой степени компенсировано утечками метана во время производства и транспортировки.Это также обязывает США продолжать использовать ископаемое топливо.

Действительно, львиная доля запланированных новых энергетических мощностей в США приходится на газ, как показано на карте ниже.

Из 114 ГВт запланированной коммунальной мощности, указанной EIA, 63% приходится на газ, 10% на солнечную и 20% на ветровую энергию. Четверть газовых проектов находится в Техасе и еще пятая часть в Пенсильвании. Обратите внимание, что это исключает маломасштабные проекты мощностью менее 1 МВт и поэтому, вероятно, занижает солнечную энергию, как обсуждается ниже.

Портфели возобновляемых источников энергии

В развитии мощностей возобновляемых источников энергии в США было несколько этапов, показанных на приведенной выше диаграмме голубыми (гидро), зелеными (ветер) и желтыми (солнечными) столбцами.

1960-е и 1970-е годы стали кульминацией так называемого периода «больших плотин», когда на крупных реках США были построены огромные сооружения. (Плотина Гранд-Кули мощностью 6,5 ГВт в штате Вашингтон, а не знаменитая плотина Гувера мощностью 1 ГВт в Аризоне, имеет на сегодняшний день самую большую мощность среди всех одиночных электростанций в США).

После нефтяного кризиса 1970-х годов федеральное правительство начало предлагать налоговые льготы для ветроэнергетики. Это вызвало «ветряной порыв» и строительство ветряных электростанций, таких как Альтамонт-Пасс в Калифорнии.

(В какой-то момент в этом районе находились тысячи 100-киловаттных турбин, и она стала полем битвы за пути миграции и гибель птиц, связанных с турбинами. Старые турбины, которые отключались в определенное время года для защиты находящихся под угрозой исчезновения птиц, сейчас демонтируются. и заменены меньшим количеством современных устройств мощностью не менее 2000 киловатт каждое. Эти турбинные башни расположены более широко, а их лопасти вращаются медленнее. Первоначальные исследования показывают, что это снижает смертность птиц).

Позже штаты начали принимать Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии (RPS), требующие, чтобы коммунальные предприятия получали фиксированное количество или долю электроэнергии, которую они поставляют, из возобновляемых источников энергии. Удивительно, но именно Айова ввела первый ПСР, приняв в 1983 году Закон об альтернативном производстве энергии.

К 2000 году 12 штатов внедрили RPS, и это начало проявляться в заметном росте строящихся новых ветровых мощностей.

Калифорния не принимала RPS до 2002 года, хотя теперь у нее есть одна из самых амбициозных целей — 50% возобновляемой электроэнергии к 2030 году.Попытка принять стандарт 100% к 2045 году провалилась в сенате Калифорнии в сентябре. Это означает, что Гавайи сохраняют самые высокие амбиции с целью достижения 100% к 2045 году. Всего 29 из 50 штатов США приняли RPS (см. карту ниже).

Стандарты портфеля возобновляемых источников энергии в США. Источник: База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности (DSIRE).

На федеральном уровне налоговые льготы для ветровой и солнечной энергии оказали заметное влияние на уровень внедрения. Например, в 2013 году срок действия налоговых льгот на ветроэнергетику временно истек, и количество установок упало на 92%.Для ветра эти налоговые льготы теперь со временем будут уменьшаться.

Ряд других государственных и федеральных правил влияет на использование возобновляемых источников энергии. К ним относятся правила «чистого учета», вступившие в силу в конце 1990-х годов, согласно которым коммунальные предприятия должны были покупать электроэнергию у домов с солнечными панелями по розничной цене на электроэнергию.

Net Metering, наряду с инновационными схемами финансирования, представленными такими компаниями, как Solar City, поддержали широкое и растущее распространение домашних солнечных систем на крыше. Другое, более эзотерическое правило, привело к принятию солнечной энергии в Северной Каролине, несмотря на относительно низкий уровень инсоляции.

Вдобавок ко всему этому резко упала стоимость энергии ветра и солнца. В 2011 году Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL) поставила цель сделать солнечную энергию конкурентоспособной по стоимости к 2020 году. В сентябре она объявила, что ее цель была достигнута на три года раньше, после снижения затрат на 30% за один год.

По данным Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, затраты на ветер также резко снизились. По данным Bloomberg New Energy Finance, лучшие наземные ветровые электростанции теперь дешевле газа в расчете на мегаватт-час новой генерации, а в начале 2020-х годов к ним присоединится солнечная энергия.

Взгляд в будущее

Нынешняя администрация надеется сдержать волну перемен, захлестнувшую карту электроэнергетических мощностей США. Но изменения, которые уже произошли за последнее десятилетие, были вызваны многими факторами, только одним из которых является федеральное правительство.

государства обладают широкими полномочиями влиять на структуру производства электроэнергии в пределах своих границ, и многие из них объединились в Климатический альянс США, стремясь достичь целей США в области климата, несмотря на Трампа.

Примечательно, что угольные электростанции страны устарели и стареют. Их средний возраст 40 лет (при 44 ГВт старше 50 лет) указывает на большие изменения в будущем. EIA перечисляет 20 ГВт угля, которые планируется вывести из эксплуатации, в то время как другие, такие как экологическая неправительственная организация CoalSwarm, оценивают цифру в 48 ГВт к 2030 году.

Как заявил Bloomberg в июне один из руководителей энергетического сектора: «Администрация не может превратить 70-летнюю угольную электростанцию ​​в 20-летнюю угольную электростанцию». Более того, администрация Трампа может потерпеть неудачу в своих попытках повернуть время вспять в системе электроснабжения.

Его шаг по отмене Плана чистой энергии сталкивается с «юридическим и нормативным процессом, который будет длиться много лет, вероятно, дольше, чем первый срок Трампа», — объясняет Дэвид Робертс в Vox в статье, в которой усилия сравниваются с продолжающейся отменой системы здравоохранения. фиаско.

Даже в случае успеха это может быть отменено последующим администрированием. Для коммунальных предприятий, решающих, куда вложить свои деньги в течение следующих нескольких десятилетий, эта неопределенность вряд ли будет благоприятна для инвестиций в уголь, который сталкивается с наибольшими рисками из-за климатического законодательства.

Это помогает объяснить, почему 35 % запланированных новых мощностей приходится на низкоуглеродное топливо, а еще 63 % — на газ.

Примечания

Карта основана на данных, опубликованных Управлением энергетической информации США в июле 2017 года и содержащих данные по май 2017 года. Эти данные включают только электростанции с общей мощностью 1 мегаватт (МВт) или выше, в том числе те, где расположено несколько меньших блоков. на одном сайте.

Данные охватывают в общей сложности 1183 гигаватт (ГВт), из которых 26 ГВт в настоящее время не используются или используются только для резервного копирования.Это «паспортная мощность» растений. EIA также перечисляет «чистую летнюю» и «чистую зимнюю» мощность, которые учитывают доступность растений в эти сезоны.

EIA перечисляет заводы с использованием подробного набора кодов источников энергии. Они были объединены, например, «уголь» включает битуминозный уголь, лигнит, синтетическое топливо, полубитуминозный уголь и отходы угля (BIT, LIG, SC, SUB и WC).

Для карты агрегаты агрегировались, если у них был общий «идентификатор завода» и один и тот же тип технологии. Например, на карте есть три кружка для завода Барри в Алабаме: один для угля, один для газового комбинированного цикла и один для пикового газа

.

Для сайтов с несколькими подразделениями емкость представляет собой общую сумму, а «год открытия» — это диапазон от первого до последнего открытого узла.

Размеры пузырьков лишь примерно пропорциональны мощности установки в МВт. Существует восемь размеров пузырьков, каждый из которых представляет диапазон мощностей, с пороговыми значениями, при которых емкость удваивается. Это означает, что нет прямой зависимости между площадью или диаметром пузырьков и вместимостью площадки.

В дополнение к конкретным объектам мощностью более 1 МВт на карте показана общая мощность малых солнечных электростанций в каждом штате, взятая из второго набора данных EIA. Опять же, эти данные актуальны на май 2017 года.Общая мощность для каждого штата показана с центром в географическом центре штата. Обратите внимание, что эти мелкомасштабные солнечные цифры являются оценочными.

Карта планируемой мощности включает все объекты, перечисленные в данных ОВОС. При этом не учитываются небольшие объекты мощностью менее 1 МВт, что будет особенно важно для солнечной энергетики. Это также исключает несколько объектов, которые перечислены без данных о местоположении, включая 450 МВт ветра, 260 МВт газа и 1,2 МВт гидроэнергии.

Карта пропускной способности на начало 2008 г. представляет собой набор данных, объединяющих действующие в настоящее время и выведенные из эксплуатации сайты, которые уже были открыты на тот момент. Он исключает объекты мощностью менее 1 МВт, как и карта выбывших мощностей, которая основана на тех же данных EIA.

Данные о выработке электроэнергии взяты из Ежегодного обзора энергетики EIA за 2012 г. для данных до 2007 г. и Ежемесячного отчета по электроэнергии за сентябрь 2017 г. для данных по июль 2017 г. Обратите внимание, что до 1989 г. данные не включают выработку независимыми производителями электроэнергии, коммерческими и промышленными объектами. Это создает разрыв во временном ряду, особенно для других видов топлива, кроме угля и атомной энергии.

Данные о поколениях, показанные как 2017, охватывают самые последние 12 месяцев до июля 2017 года на момент написания.«Прочие» включают небиоразлагаемые бытовые отходы, отработанные шины и отработанные газы, образующиеся в промышленных процессах. «Нефть» включает нефтяные жидкости и нефтяной кокс.

Sharelines из этой истории

7 основных источников электричества, о которых вы должны знать

Сама мысль о мире без электричества кажется невозможной. Это один из величайших даров, которые наука дала человечеству.Почти все в нашем мире сегодня зависит от электроэнергии.

Ожидается, что электрическая зависимость со временем будет только расти. Оценки показывают, что в 2018 году мировой спрос на электроэнергию вырос до 23 000 ТВтч, и это число, вероятно, будет увеличиваться с каждым годом. Этот стремительный рост спроса отвечает за половину роста потребностей в энергии и занимает 20% долю в общем потреблении энергии во всем мире.

СВЯЗАННЫЕ: 3+ РАЗЛИЧНЫХ ТИПА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ, КОТОРЫЕ ВЫРАБАТЫВАЮТ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ ДЛЯ НАС

Эти статистические данные ясно показывают, что электричество является генератором будущего.Тем не менее, как мы можем генерировать такое ошеломляющее количество электроэнергии для удовлетворения постоянно растущих потребностей? Давайте узнаем!

Определение электричества

Электричество можно определить как форму энергии, которая вырабатывается в результате потока электронов из положительных и отрицательных точек внутри проводника. Мы рассматриваем электричество как вторичный источник энергии.

Это связано с тем, что он не поставляется в виде готового продукта, а должен быть получен из первичных источников, таких как ветер, солнечный свет, уголь, природный газ, ядерные реакции деления и гидроэнергетика.

Вот несколько основных способов, с помощью которых мы можем производить электричество, и как это можно сделать!

1. Электричество при трении

Первые наблюдения над электрическими явлениями были сделаны в Древней Греции. Это произошло, когда философ Фалес Милетский (640-546 гг. до н.э.) обнаружил, что, когда янтарные бруски трутся о загорелую кожу, они приобретают привлекательные свойства, которыми раньше не обладали.

Это тот же эксперимент, который теперь можно провести, протирая пластиковый брусок тканью.Приближая его к мелким бумажкам, он притягивает их, как это свойственно наэлектризованным телам.

Все мы знакомы с эффектами статического электричества. Некоторые люди более восприимчивы к влиянию статического электричества, чем другие. Некоторые пользователи автомобилей ощущают его воздействие при использовании ключа или прикосновении к номерному знаку автомобиля.

Мы создаем статическое электричество, когда трём ручку одеждой. То же самое происходит, когда мы натираем кусок стекла шелком или янтарь шерстью.

Поэтому понятия заряда и подвижности необходимы при изучении электричества, а без них электрический ток не мог бы существовать.

2. Электричество за счет химического действия

Все батареи состоят из электролита (который может быть жидким, твердым или полутвердым), положительного электрода и отрицательного электрода. Электролит является ионным проводником.

Один из электродов производит электроны, а другой электрод их принимает.Когда электроды подключены к питаемой цепи, они производят электрический ток.

Батареи, в которых химическое вещество не может вернуться в свою первоначальную форму после преобразования химической энергии в электрическую, называются первичными или гальваническими батареями.

Вторичные батареи или аккумуляторы являются обратимыми. В этих типах батарей химическое вещество, которое вступает в реакцию в электродах для производства электроэнергии, может быть восстановлено путем пропускания через него электрического тока в направлении, противоположном нормальной работе батареи.

3. Электричество под действием света

По мере того, как солнечный свет становится более интенсивным, напряжение, генерируемое между двумя слоями фотогальванического элемента, увеличивается. Но как работает фотоэлектрический элемент?

При отсутствии света система не вырабатывает энергию. Когда солнечный свет попадает на пластину, клетка начинает функционировать. Фотоны солнечного света взаимодействуют с доступными электронами и увеличивают их энергетические уровни.

Таким образом электричество вырабатывается за счет солнечной энергии.

4. Тепловое электричество за счет теплового воздействия

Тепловая электростанция – это тип установки, в которой турбина, приводимая в действие паром под давлением, используется для перемещения оси электрогенераторов. Обычные тепловые электростанции и атомные тепловые электростанции используют энергию, содержащуюся в паре под давлением.

Самый простой пример — подключить чайник с кипящей водой к крыльчатке, которая, в свою очередь, связана с генератором. Струя пара из котла приводит в движение ротор.

Следовательно, мы можем получить пар разными способами, например, сжигая уголь, нефть, газ, городские отходы или используя большое количество тепла, выделяемого в результате ядерных реакций деления. Вы даже можете производить пар, концентрируя солнечную энергию.

Не будет ошибкой сказать, что тепловая энергия является одним из самых распространенных способов получения электроэнергии.

5. Электричество за счет магнетизма

В 1819 году датский физик Ганс Христиан Эрстед сделал выдающееся открытие, заметив, что магнитную стрелку можно отклонить под действием электрического тока.Это открытие, показавшее связь между электричеством и магнетизмом, было сделано французским ученым Андре Мари Ампером.

Ампер изучал силы между проводами, по которым циркулирует электрический ток. Точно так же французский физик Доминик Франсуа Араго, как известно, намагнитил железо, поместив его рядом с кабелем, по которому течет ток.

После этого, в 1831 году, британский ученый Майкл Фарадей обнаружил, что движение магнита вблизи кабеля индуцирует в нем электрический ток.Этот эффект был противоположен обнаруженному Эрстедом.

Таким образом, Эрстед продемонстрировал, что электрический ток может создавать магнитное поле. С другой стороны, Фарадей продемонстрировал, что мы можем использовать магнитное поле для создания электрического тока. Оба открытия являются новаторскими.

В этом контексте полное смешение теорий магнетизма и электричества произошло благодаря британскому физику Джеймсу Клерку Максвеллу. Максвелл предсказал существование электромагнитных волн и определил свет как электромагнитное явление.

Очевидно, что потребовалось много ученых и исследователей, чтобы сделать вывод, что электричество также может быть получено с помощью магнетизма.

6. Электроэнергия, вырабатываемая давлением

Давление, оказываемое подземными водными потоками, представляет собой процесс, используемый на больших кораблях в качестве альтернативы основной системе энергии. В плотинах электричество вырабатывается путем выпуска контролируемого потока воды под высоким давлением через принудительный водовод.

Вода приводит в действие турбины, которые приводят в движение генераторы и, таким образом, производят электрический ток. Затем этот высокий ток низкого напряжения проходит через усилитель напряжения, который преобразует его в электричество.

7. Гидравлическое электричество за счет действия воды

Из всех способов получения энергии, перечисленных выше, магнитная энергия чаще всего используется для производства электроэнергии в больших количествах. Его получение основано на том, что при перемещении проводника в присутствии магнита в проводнике происходит упорядоченное движение электронов.

Это происходит вследствие действия сил притяжения и отталкивания, вызванных магнитным полем.Работа генераторов переменного тока, двигателей и динамо-машин основана на этой форме производства электроэнергии.

Примечательно, что гидроэнергетика вырабатывает около 9% электроэнергии в США. Кроме того, он является возобновляемым и может быть произведен с очень небольшим количеством выбросов.

СВЯЗАННЫЕ: 21 ТОП-ПЛОТИНА В МИРЕ, КОТОРЫЕ ПРОИЗВОДЯТ САМОЕ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Производство электроэнергии имеет богатую историю и еще более светлое будущее. Согласно прогнозам Института энергетических исследований, ископаемое топливо сохранит свой статус ведущего источника производства электроэнергии в США до 2040 года.

Наши источники энергии, электричество — Национальные академии

Электричество

Электричество нельзя добывать из земли, как уголь . Поэтому его называют вторичным источником энергии, что означает, что он получен из первичных источников, включая уголь, природный газ, реакции ядерного деления, солнечный свет, ветер и гидроэнергию. Наиболее прямое использование первичной энергии ограничивается производством тепла и движения. Электричество, напротив, чрезвычайно универсально, с широким спектром сложных применений.Электричество играет настолько важную роль в современной американской жизни, что его спрос и предложение часто исследуются отдельно от первичных источников, используемых для его производства.

Управление энергетической информации США (EIA) прогнозирует увеличение производства электроэнергии в США на 11% в период с 2015 по 2040 год, или около 0,4% в год. На практике это означает соответствующее увеличение спроса на уголь и газ, по крайней мере, в ближайшем будущем.Электростанции в настоящее время потребляют почти две пятых энергии США из всех источников, включая около 91% американского угля и 35% природного газа, а также биомассу и свалочный газ. При сжигании этих видов топлива образуется большое количество парниковых газов (ПГ) и других загрязняющих веществ.

Производство электроэнергии с использованием возобновляемых источников является сложной задачей, но некоторый прогресс уже достигнут. Согласно прогнозам EIA, к 2040 году доля общей энергии, используемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, достигнет 28%.Однако интеграция энергии из многих из этих возобновляемых источников, вероятно, потребует расширения и улучшения системы электропередачи, например, добавления дополнительных линий электропередач.

По прогнозам, к 2040 году доля общего объема энергии, используемой электростанциями из таких источников, как солнечная, ветровая и геотермальная, вырастет примерно до 28%.

Постоянные усилия и ускоренное развертывание новых технологий и эффективных возобновляемых источников энергии могли бы обеспечивать больший процент U.С. потребности в электроэнергии. Конечный результат будет зависеть от выбора потребителей, политики правительства США и рыночных цен на существующие и альтернативные источники энергии.

Ядерная энергетика не производит парниковых газов в процессе производства электроэнергии и в настоящее время производит 20% электроэнергии в Америке. Однако EIA прогнозирует, что общее производство электроэнергии на атомной энергетике останется неизменным в течение следующих 25 лет. Усилия по увеличению мощности сталкиваются с тремя большими, хотя и не непреодолимыми препятствиями: высокими капитальными затратами, связанными со строительством новых атомных электростанций; сопротивление со стороны групп граждан, выступающих против ядерной энергетики и хранения радиоактивных материалов; и вопросы международной безопасности.(Как подготовка топлива для ядерных реакторов, так и утилизация топлива для ядерных реакторов после его использования создают возможности для производства материалов, которые можно использовать в ядерном оружии и которые обычно недоступны другими способами. )

Доставка электроэнергии потребителям может быть такой же сложной задачей, как и ее создание. Генерирующие станции обычно строятся вдали от центров нагрузки, потому что их легче найти и меньше людей беспокоит наличие инфраструктуры. Электроэнергия поставляется сложной высоковольтной системой передачи и распределения («сетью»), которая состоит из более чем 19 000 электрогенераторов с более чем 1 миллионом мегаватт генерирующей мощности, подключенных к более чем 450 000 миль линий электропередачи.Он развивался шаг за шагом на протяжении десятилетий, в последние годы подвергался все большему стрессу, и растет беспокойство по поводу его уязвимости. Большинству американцев известно, что массовые отключения электроэнергии вызывают широкомасштабные сбои: например, в августе 2003 г. в результате одного события было отключено электричество примерно для 50 миллионов потребителей от Огайо до Нью-Йорка и Канады, при этом ущерб оценивается примерно в 6 миллиардов долларов. Но немногие из нас знают, что даже в относительно спокойные периоды перебои в подаче электроэнергии обходятся американцам не менее чем в 150 миллиардов долларов в год — около 500 долларов на каждого мужчину, женщину и ребенка, — по данным U. S.С. Министерство энергетики (DOE).

Модернизация сети США до уровня «умной сети», то есть системы, в которой компоненты системы доставки контролируются и координируются с помощью компьютеризированного удаленного сбора данных и автоматизированных операций, представляет собой значительные инвестиции, но принесет многочисленные преимущества. Новые технологии и оборудование повысят надежность, что приведет к меньшему количеству отказов системы и более быстрому восстановлению подачи электроэнергии в случае отключения электроэнергии. Модернизированная сеть может способствовать увеличению зависимости от возобновляемых и прерывистых ресурсов при условии разработки жизнеспособных методов хранения.А современная сеть позволила бы создать оптовые рынки энергии, лучшие цены для потребителей и более распределенную систему производства электроэнергии.

Роль воды в производстве электроэнергии

1. Активизировать предварительные знания учащихся о пресной воде.

Попросите учащихся описать, что такое пресная вода. Примите все ответы и создайте рабочее определение пресной воды.Объясните, что учащиеся посмотрят короткий видеоролик о пресной воде. Предоставьте им следующие основные вопросы для видео: Почему важна пресная вода? Как мы используем пресную воду? Какие опасения вызывает наше использование пресной воды? Покажите видео National Geographic «Зачем заботиться о воде?» и обсудите видео, используя основные вопросы.

2. Предложите учащимся предсказать и определить районы с нехваткой воды.

Разделите учащихся на небольшие группы, каждая из которых имеет доступ к компьютеру, и направьте их в MapMaker Interactive.Начав с базовой карты мира, попросите учащихся изучить информацию, доступную на интерактивной карте, и скорректировать карту, чтобы показать информацию, которая, по их мнению, может повлиять на доступность пресной воды, например, количество осадков и климатические зоны. Попросите группы предсказать, какие районы мира могут столкнуться с нехваткой пресной воды, стрессом или уязвимостью, и используйте инструменты рисования в MapMaker Interactive, чтобы указать свои прогнозы. Попросите группы представить свои прогнозы классу и кратко объяснить их обоснование.Спроецируйте предоставленную карту наличия пресной воды и попросите каждую группу сравнить области нехватки, стресса и уязвимости со своими прогнозами. Предложите учащимся определить, где Соединенные Штаты находятся на шкале.

3. Познакомить учащихся с ролью воды в производстве электроэнергии.

Перейдите на предоставленную веб-страницу USGS Total Water Use in the United States и отобразите график Total Water Use by Category of Use (обратите внимание, что вам нужно будет прокрутить вниз, чтобы увидеть этот график).Предложите учащимся определить самые большие категории потребления воды и сколько воды они используют ежедневно. Укажите использование воды для добычи полезных ископаемых, которая также необходима для производства электроэнергии из ископаемого топлива. Ознакомьтесь с информацией об использовании воды при производстве электроэнергии, расположенной под графиком. Подчеркните, что орошение является более значительным водопотреблением, несмотря на то, что больше воды используется для производства электроэнергии, потому что большая часть воды, используемой на теплоэлектростанциях, возвращается в свой источник.Напишите на доске термины использование и потребление . Попросите учащихся дать определение этим терминам и объяснить, чем они отличаются. Попросите учащихся привести примеры каждого из них из их повседневной жизни, чтобы проиллюстрировать разницу; например, использование тряпки для уборки пролитого молока по сравнению с потреблением бумажного полотенца для его уборки. Попросите учащихся поделиться идеями о том, как вода используется для производства электроэнергии. Укажите, что вода используется по-разному в зависимости от энергоресурса, используемого для производства электроэнергии.Объясните, что в случае ископаемого топлива вода используется как для добычи энергетических ресурсов, так и для преобразования этих ресурсов в электричество. Объясните, что учащиеся прочитают о том, как вода используется для выработки электроэнергии из нескольких видов энергоресурсов.

4. Предложите учащимся прочитать раздаточный материал «Роль воды в производстве электроэнергии».

Раздайте материалы для чтения и рабочий лист «График использования воды для производства электроэнергии». Предложите учащимся прочитать раздаточный материал и сделать заметки, используя рабочий лист.Когда студенты закончат, обсудите чтение в классе. Попросите разных учащихся обобщить роль воды в преобразовании различных энергетических ресурсов в электричество. Поощряйте студентов задавать любые вопросы, которые могут возникнуть у них о процессах, описанных в тексте. Затем попросите учащихся назвать:

.

• энергетические ресурсы, потребляющие больше всего воды для выработки электроэнергии
• энергетические ресурсы, которые используют наибольшее и наименьшее количество воды для производства электроэнергии

Наконец, попросите учащихся подумать о воде, которая используется, а затем возвращается в озеро, реку или водохранилище. Спросите: Какие проблемы могут быть вызваны этим процессом, несмотря на то, что большая часть воды возвращается в источник?

5. Разделите учащихся на шесть групп и представьте им сценарии задач.

Распределение сценариев использования воды для производства электроэнергии и Рубрики использования воды для производства электроэнергии. Просмотрите сценарии вместе с учащимися и объясните, что каждая группа будет исследовать один из этих сценариев и давать рекомендации о том, подходят ли энергетические ресурсы для региона, исходя из наличия воды/потребностей в энергетических ресурсах.Просмотрите конкретные требования к проекту, перечисленные в раздаточном материале «Сценарии использования воды для производства электроэнергии», и просмотрите рубрику вместе с учащимися. Дайте группам время изучить свои сценарии, используя предоставленные ссылки, и разработать свои рекомендации.

6. Пусть каждая группа представит свои рекомендации классу.

Пусть каждая группа присутствует, и после каждой презентации дайте учащимся время, чтобы задать вопросы выступающим. После того, как все группы представили, обсудите упражнение в классе.Спросите: Как увеличение потребления энергии во всем мире может повлиять на снабжение пресной водой? Какие шаги можно предпринять для защиты запасов пресной воды по мере увеличения потребления энергии?

7. Оценить понимание учащимися роли воды в производстве электроэнергии .

Пусть каждый учащийся выберет два источника энергии и напишет краткое сравнение роли воды в производстве электроэнергии из этих двух ресурсов.

Solar 101: Как работает солнечная энергия (шаг за шагом)

Вы когда-нибудь смотрели на солнечные панели на крышах и задумывались, что они делают и как? Что ж, эти высокотехнологичные пространства из мерцающего стекла на самом деле являются лишь одним из компонентов сложной сети, которая использует возобновляемую энергию солнца для подачи электричества в дом внутри.

Давайте пошагово рассмотрим, как работает солнечная энергия.

Как солнечные батареи производят электричество?

ШАГ 1. Солнечный свет активирует панели.

Стоечная солнечная система

Каждая отдельная панель состоит из слоя кремниевых ячеек, металлического каркаса, стеклянного корпуса, окруженного специальной пленкой, и проводки. Для максимального эффекта панели группируются в «массивы» (упорядоченная серия) и размещаются на крышах или на больших открытых площадках. Солнечные элементы, которые также называются фотогальваническими элементами , поглощают солнечный свет в дневное время.

ЭТАП 2. Клетки производят электрический ток.

Слиток кремния и пластина

Внутри каждого солнечного элемента находится тонкая полупроводниковая пластина, состоящая из двух слоев кремния. Один слой заряжен положительно, а другой отрицательно, образуя электрическое поле. Когда световая энергия солнца попадает на фотогальванический солнечный элемент, он заряжает элемент и заставляет электроны «освобождаться» от атомов внутри полупроводниковой пластины. Эти свободные электроны приводятся в движение электрическим полем, окружающим пластину, и это движение создает электрический ток.

ЭТАП 3: Преобразование электрической энергии.

Солнечный инвертор. Изображение предоставлено SMA Solar Technology AG

.

Теперь у вас есть солнечные панели, которые эффективно преобразуют солнечный свет в электричество, но вырабатываемое электричество называется электричеством постоянного тока (или постоянного тока), а не тем типом электричества, которым питается большинство домов, а электричеством переменного тока (или переменного тока). К счастью, электричество постоянного тока можно легко превратить в электричество переменного тока с помощью устройства, называемого инвертором.В современных солнечных системах эти инверторы могут быть сконфигурированы как один инвертор для всей системы или как отдельные микроинверторы, прикрепленные за панелями.

ШАГ 4. Преобразованное электричество питает ваш дом.

Солнечный микроинвертор

Когда солнечная энергия преобразуется из постоянного тока в переменный ток, она проходит через ваш электрический щит и распределяется по дому для питания ваших приборов. Он работает точно так же, как электроэнергия, вырабатываемая через сеть вашей электроэнергетической компанией, поэтому в доме ничего не нужно менять.Поскольку вы по-прежнему подключены к своей традиционной энергетической компании, вы можете автоматически получать дополнительную электроэнергию, чтобы компенсировать нехватку солнечной энергии из сети.

ШАГ 5. Счетчик полезной нагрузки измеряет использование.

Умный электросчетчик

В пасмурные дни и ночью ваша солнечная черепица или панели могут не улавливать достаточно солнечного света для использования в качестве энергии; и наоборот, в середине дня, когда никого нет дома, они могут собирать избыточную энергию — больше, чем вам нужно для работы вашего дома. Вот почему счетчик используется для измерения электричества, протекающего в обоих направлениях — в ваш дом и из вашего дома. Ваша коммунальная компания часто предоставляет кредиты на любую избыточную энергию, которую вы отправляете обратно в сеть. Это известно как Net Metering .

Заключение

Теперь, когда вы знаете основы солнечной энергии, вы можете удивиться тому, как современная фотоэлектрическая технология может использовать огромную энергию солнца для обеспечения работы дома. Это может быть не ракетостроение, но это определенно человеческая изобретательность в лучшем виде.

Заинтересованы в солнечной кровле для вашего дома? Ознакомьтесь с нашими продуктами для солнечной энергетики или найдите сертифицированного специалиста по установке солнечных батарей в вашем регионе.

.