Виробництво електроенергії

Основні типи виробників електроенергії

Потужними виробниками електроенергії є:

• теплові електростанції (ТЕС);
• теплоелектроцентралі (ТЕЦ);
• гідроелектричні станції (ГЕС);
• атомні електростанції (АЕС).

До альтернативних виробників електроенергії можна віднести: вітрову електроенергетику, припливну (енергія морів та океанів), сонячні батареї тощо, але ці станції ще не відіграють вирішальної ролі в забезпеченні споживачів електроенергією.

Всі електричні станції, за умови їхньої роботи в єдиній мережі, об’єднані спільністю режиму роботи, безперервністю процесу виробництва, розподілу та споживання електроенергії.

Теплові електростанції

Тепловою електростанцією називають комплекс споруд і устаткування, у яких теплова енергія органічного палива перетворюється в електричну енергію, що передається в енергетичну систему або безпосередньо споживачам.

Перша теплова електростанція була побудована в Нью-Йорку в 1882 р.

На теплових електростанціях, які називаються теплоелектроцентралями (ТЕЦ), крім електричної енергії, виробляється ще й теплова, яка за допомогою теплотрас передається споживачам і розподіляється між ними. На рис. 15.1 зображено загальний вигляд Київської ТЕЦ-5. На станції використовується багато електротехнічного обладнання, а саме: електродвигуни, генератори, трансформатори, електроавтоматика та ін. Застосовуються також різноманітні електричні апарати для захисту від перевантаження, перенапруги, струмові, грозові та інші види захисту.

Первинним джерелом енергії на ТЕС є паливо (вугілля, газ, мазут, торф та ін.). Тепло, що утворюється в котлі при спалюванні палива, випаровує воду і нагріває пару (робоче тіло). Нагріта пара під високим тиском надходить у турбіну, яка обертає турбогенератор змінного струму. Електроенергія, вироблена турбогенератором, надходить у трансформатор, що підвищує напругу, потім у лінію електропередачі та понижуючий трансформатор, і далі в мережу, що живить споживачів електроенергії.

Для управління ТЕС та елементами її зв’язку з енергосистемою використовується центральний щит управління (ЦЩУ, див. рис. 15.2).

Атомні електростанції

Атомна електростанція (АЕС) – це теплова станція, у якій атомна (ядерна) енергія перетворюється на електричну. На рис. 15.3 зображено спрощену структуру АЕС.

Генератором енергії на АЕС є атомний реактор. Тепло, яке виділяється в реакторі в результаті ланцюгової реакції поділу ядер деяких важких елементів, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється на електроенергію. На відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному пальному, в основному на урані. У процесі ланцюгової реакції виділяється тепло, яке нагріває воду до 320 °С. Потім вода в парогенераторі перетворюється на пару, пара обертає турбіну, яка й запускає в хід генератор, що виробляє електроенергію. Далі по технологічному ланцюжку слідують конденсатори і високовольтні лінії електропередач, що йдуть за межі майданчика станції.

Циркуляцію теплоносія на атомних електростанціях забезпечують насоси: головний, живильний і циркуляційний. Надлишки тепла АЕС направляються до градирні. На кожній АЕС є системи очищення теплоносія та засоби радіаційної безпеки.

Реакторна установка станції поміщається у велику бетонну вежу, яка в разі аварії утримує в собі всі продукти ядерної реакції. Ця вежа має герметичну оболонку, або гермозону.

Герметична оболонка має дві товсті бетонні стіни – оболонки. Зовнішня оболонка завтовшки 80 см забезпечує захист гермозони від зовнішніх впливів. Внутрішня оболонка має товщину 1 м 20 см. Із внутрішньої сторони вона викладена тонким листом спеціальної сталі, який служить додатковим захистом і в разі аварії не випустить вміст реактора за межі гермозони.

Коефіцієнт корисної дії станції становить 25–30 %.

Гідроелектростанції

У 1882 р. Томас Едісон відкрив одну з перших гідроелектростанцій у світі. Саме відтоді розпочалося активне освоєння цього виду відновлювальної енергетики.

Сьогодні гідроенергетика – одне з найдешевших відновлювальних джерел енергії у світі. Принцип роботи гідроелектростанції доволі простий. Для вироблення електроенергії потрібні лише два основних пристрої – турбіна й генератор. Для роботи будь-якої станції потрібен невеликий перепад висоти річища річки. Щоб його утворити, будують дамбу. Вона також слугує за водо- сховище, щоб гідроелектростанція могла працювати будь-коли. Унаслідок перепаду висоти вода стікає з дамби, потрапляє на лопаті турбіни й обертає їх. Слідом обертається й вал генератора, виробляючи електроенергію, яка електромережами надходить уже до споживачів.

Завдяки такому простому принципу роботи будівництво гідроелектростанції недороге.

Нині світова гідроенергетика активно розвивається: будуються нові малі та великі ГЕС, реконструюються старі. Частка гідроенергії в загальному обсязі світової електроенергії наразі становить близько 20 %.

В Україні гідроенергетика активно розвивається з початку XX ст. Найбільші гідроелектростанції в нашій країні розташовані на річках Дніпро й Дністер. Усі вони належать державі. Сумарна встановлена потужність гідроелектростанцій – 4,72 ГВт, або 9,1 % від загальної потужності електромережі України.

Перша й водночас найбільша в Україні гідроелектростанція – Дніпровська ГЕС у Запоріжжі. Її встановлена потужність – близько 1,5 ГВт. Наразі активно ведуть роботи зі збільшення кількості державних ГЕС на Дністрі.

У китайській провінції Сичуань добудовується ГЕС «Байхетань» потужністю 13,86 ГВт. Вона має стати другою у світі за потужністю, але ненадовго, адже у Демократичній Республіці Конго вже зводять ГЕС «Гранд Інга» на 52 гідроагрегати, потужність якої становитиме рекордні 39 ГВт.

На рис. 15.4 наведено копію фотографії греблі однієї з ГЕС.