Производство электроэнергии. Тенденции развития и проблемы

• Линии электропередачи представляют собой металлический проводник, по которому проходит электрический ток. В настоящее время практически повсеместно используется переменный ток. Электроснабжение в подавляющем большинстве случаев — трёхфазное, поэтому линия электропередачи, как правило, состоит из трёх фаз, каждая из которых может включать в себя несколько проводов. Конструктивно линии электропередачи делятся на воздушные и кабельные.
• Воздушные линии (ВЛ) подвешены над поверхностью земли на безопасной высоте на специальных сооружениях, называемых опорами. Как правило, провод на воздушной линии не имеет поверхностной изоляции; изоляция имеется в местах крепления к опорам. На воздушных линиях имеются системы грозозащиты. Основным достоинством воздушных линий электропередачи является их относительная дешевизна по сравнению с кабельными. Также гораздо лучше ремонтопригодность (особенно в сравнении с бесколлекторными кабельными линиями): не требуется проводить земляные работы для замены провода, ничем не затруднён визуальный осмотр состояния линии. Однако, у воздушных ЛЭП имеется ряд недостатков:
• широкая полоса отчуждения: в окрестности ЛЭП запрещено ставить какие-либо сооружения и сажать деревья; при прохождении линии через лес, деревья по всей ширине полосы отчуждения вырубаются;
• незащищённость от внешнего воздействия, например, падения деревьев на линию и воровства проводов; несмотря на устройства грозозащиты, воздушные линии также страдают от ударов молнии. По причине уязвимости, на одной воздушной линии часто оборудуют две цепи: основную и резервную;
• эстетическая непривлекательность; это одна из причин практически повсеместного перехода на кабельный способ электропередачи в городской черте.
• Кабельные линии (КЛ) проводятся под землёй. Электрические кабели имеют различную конструкцию, однако можно выявить общие элементы. Сердцевиной кабеля являются три токопроводящие жилы (по числу фаз). Кабели имеют как внешнюю, так и междужильную изоляцию. Обычно в качестве изолятора выступает трансформаторное масло в жидком виде, или промасленная бумага. Токопроводящая сердцевина кабеля, как правило, защищается стальной бронёй. С внешней стороны кабель покрывается битумом. Бывают коллекторные и бесколлекторные кабельные линии. В первом случае кабель прокладывается в подземных бетонных каналах — коллекторах. Через определённые промежутки на линии оборудуются выходы на поверхность в виде люков — для удобства проникновения ремонтных бригад в коллектор. Бесколлекторные кабельные линии прокладываются непосредственно в грунте. Бесколлекторные линии существенно дешевле коллекторных при строительстве, однако их эксплуатация более затратна в связи с недоступностью кабеля. Главным достоинством кабельных линий электропередачи (по сравнению с воздушными) является отсутствие широкой полосы отчуждения. При условии достаточно глубокого заложения, различные сооружения (в том числе жилые) могут строиться непосредственно над коллекторной линией. В случае бесколлекторного заложения строительство возможно в непосредственной близости от линии. Кабельные линии не портят своим видом городской пейзаж, они гораздо лучше воздушных защищены от внешнего воздействия. К недостаткам кабельных линий электропередачи можно отнести высокую стоимость строительства и последующей эксплуатации: даже в случае бесколлекторной укладки сметная стоимость погонного метра кабельной линии в разы выше, чем стоимость воздушной линии того же класса напряжения. Кабельные линии менее доступны для визуального наблюдения их состояния (а в случае бесколлекторной укладки — вообще недоступны), что также является существенным эксплуатационным недостатком.

Динамика производства электроэнергии в России в 1992—2008 годах, в млрд кВт∙ч

История российской, да и пожалуй, мировой электроэнергетики, берет начало в 1891 году, когда выдающийся ученый Михаил Осипович Доливо-Добровольский осуществил практическую передачу электрической мощности около 220 кВт на расстояние 175 км. Результирующий КПД линии электропередачи, равный 77,4 %, оказался сенсационно высоким для такой сложной многоэлементной конструкции. Такого высокого КПД удалось достичь благодаря использованию трехфазного напряжения, изобретенного самим учёным.

В дореволюционной  России, мощность всех электростанций составляла лишь 1,1 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии равнялась 1,9 млрд кВт*ч. После революции, по предложению В. И. Ленина был развернут знаменитый план электрификации России ГОЭЛРО. Он предусматривал возведение 30 электростанций суммарной мощностью 1,5 млн кВт, что и было реализовано к 1931 году, а к 1935 году он был перевыполнен в 3 раза.

В 1940 году суммарная мощность советских электростанций составила 10,7 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии превысила 50 млрд кВт*ч, что в 25 раз превышало соответствующие показатели 1913 года. После перерыва, вызванного Великой Отечественной войной, электрификация СССР возобновилась, достигнув в 1950 году уровня выработки 90 млрд кВт*ч.

В 50-е годы XX века, в ход были пущены такие электростанции, как Цимлянская, Гюмушская, Верхне-Свирская, Мингечаурская и другие. С середины 60-х годов СССР занимал второе место в мире по выработке электроэнергии после США[3].

Возможность энергетики народного хозяйства упорно возрастает. Она возникает вследствие концентрации мощностей в линиях электропередачи и на электростанциях, централизации электроснабжения, экономному и комплексному применению энергетических ресурсов, использованию, а также разработке новейших источников энергии. 

Вопреки опережающему развитию энергетики формируется неплохое основание в прогрессе во всех сферах промышленности, транспорта, строительства, сельского хозяйства, и конечно  же в области роста культурного  уровня и достатка людей. Однако, растущая потребность в разных видах энергии призывает к реализации немалых мероприятий по увеличению эффективности работы энергетических установок и предприятий, а также поиску путей применения и образования новых источников энергии. 

Главы государств выказывают немалую заботу о своевременном вводе в действие больших энергетических объектов, более результативного использования наличествующих электростанций, ускорении сооружения линий электропередачи, а также бесперебойном обеспечении энергией населения страны и народного хозяйства. Для более рационального применения энергетических ресурсов понижают долю нефти как топлива, заменяя её углём и газом, невероятно стремительно развивается атомная энергетика, идёт поиск принципиально новейших источников энергии. 

В настоящее время в нашей стране и странах ближнего зарубежья достигли высокого уровня развития все сферы энергетики – ветроэнергетика, электроэнергетика, гидроэнергетика, теплоэнергетика, ядерная и атомная энергетика. Техники, инженеры, ученые, а также передовые рабочие ведут разработки и изучения новейших методов приобретения и применения энергии. На основе открытий в области ядерной физики родилась атомная энергетика. Появление новейшей, перспективной области народного хозяйства – ядерной энергетики – было ознаменовано в 1951 г. 27 июня запуском первой в мире атомной электростанции мощностью 5 тыс. кВт, возведенной в Обнинске. За истечением времени в разных странах было включено в действие более ста атомных электростанций совместной мощностью около 40 млн. кВт. Также начали действовать среди них Кольская и Ленинградская атомные электростанции, и другие. Затем велась постройка ещё ряда атомных электростанций. 

Благодаря использованию  атомной энергии, по мнению ведущих  специалистов, в перспективе будет  работать половина всех электростанций. К формированию новых типов реакторов на быстрых нейтронах привело развитие техники применения ядерного деления. В этих реакторах кроме производства электроэнергии, также исполняется воспроизводство ядерного горючего. Атомные электростанции делает более экономичными строительство реакторов на быстрых нейтронах. Ученых навели изучения свойств атомных ядер на открытие технологии приобретения ядерной энергии, в образе которого присутствует синтез лёгких элементов. 

К примеру, в  слиянии ядер изотопов водорода (трития и дейтерия) создастся ядро атома гелия и от этого выдается колоссальная энергия. Тем не менее, определенные трудности лежат на пути промышленного применения энергии ядерного синтеза: надобна высокая температура (до 100 млн. °С); необходимость реализовать управление процессом ядерного синтеза. Ученые разных стран занимаются этими проблемами. 

Ещё одно улучшение  процесса производства на тепловых электростанциях  электроэнергии определяется внесением  бинарных энергетических агрегатов. К примеру, теплота, выделяющаяся на момент сгорания топлива, в ртутно-водяных энергетических установках подаётся парам ртути, которые в свою очередь делают полезно-необходимую работу в ртутной турбине. Далее пары ртути определяются в конденсатор-испаритель и оставшуюся всю энергию дают пару, проводящему работу в пароводяной турбине. 

Наша страна достигла гигантских успехов в развитии гидроэнергетики. Следующие улучшения  гидроэнергетической техники сориентировано на разработку конструкций так сказать ещё более мощных гидротурбин, а также увеличение их полезного действия, целесообразное применение энергии воды и конечно уменьшение затрат на постройки гидротехнических сооружений. 

Немалая внимательность отводится комплексному применению гидроэнергетических ресурсов с итогом получения электроэнергии, исполнения работ по ирригации земель, в создании условий эффективности рыбоводства, с его увеличением, с обязательным использованием мер в охране окружающей среды. 

Перспективна  и работа над новыми гидроресурсами – энергии отливов и приливов. В ходе преобразования теплоты в механическую энергию, а после механической энергии в электрическую проходят немалые потери энергии. Вследствие чего более экономный перспективный путь получение электрической энергии производится путем прямого преобразования теплоты в электрическую энергию. Это воплощается в действительность в магнито-гидродинамических генераторах, термоэлектронных и термоэлектрических элементах. На момент высоких температур совершается ионизация газов, кое-какие газы в это время превращаются в плазму. Если же пропустить плазму при большой скорости в тесно-ограниченном канале внутри полюсов магнита, то на стенках противоположных каналу появится электрическое напряжение. Этим самым, получается магнито-гидродинамический генератор. Производятся мощные такие генераторы, но время их промышленного применения стоит рад решений проблем в создании не дорогих материалов, и выдачи сильных магнитных полей. Так же прогрессивны методы получения электроэнергии за счёт прямого преобразования энергии химических связей. Аккумуляторы и гальванические элементы, где осуществляется такое преобразование, используют давно. Тем не менее, их не применяют с целью энергетических установок, оттого, что они не обеспечивают необходимое непрерывное получение электроэнергии и располагают слишком ограниченным запасом хим-горючего. В этом отношении более прогрессивными являются топливные элементы как значимые части электрохимических генераторов. 

Электрическая энергия в топливном элементе образуется за счёт окислителя в присутствии катализатора и окислительно-восстановительной реакции топлива. К примеру, в качестве катализатора может быть серебро, платина, в качестве окислителя кислород, в качестве топлива водород; тогда выходит кислородно-водородный топливный элемент. Резерв химического горючего в кислородно-водородных топливных элементах постоянно пополняется: металлические пластины помещены в растворе электролита, пропускающие в свою очередь водород и кислород; реакция соединения водорода с кислородом происходит в этом растворе, впоследствии чего на пластинах появляется электрическое напряжение. 

Ученые продолжают работать над дальнейшим совершенствованием: сменой водорода природным газом, увеличением  мощности элементов. Применение полупроводниковых материалов в термоэлектрической технологии получения электроэнергии является перспективным в энергетических целях, преобразование солнечной энергии в электроэнергию. Поиск новых источников энергии продолжают осуществлять инженеры и ученые, более предоставляющих и эффективных методов её получения, употребления и передачи.

Перспективы развития электроэнергетики России

Масштабы  и темпы развития электроэнергетики страны в рыночных условиях в будут определяться особенностями развития экономики, эффективностью энергоиспользования и динамикой цен на энергоносители.

Прогнозируемый спрос  на электроэнергию с учетом энергосбережения к 2010 году оценивается величиной  порядка 930 млрд кВт-ч.

Установленная мощность электростанций России к 2010 году оценивается в 232 млн кВт, в том числе АЭС — 25 млн кВт, ГЭС и ГАЭС — около 50 млн кВт, а ТЭС — порядка 157 млн кВт.

Намечаемые  вводы генерирующих мощностей на электростанциях с учетом замены оборудования, выработавшего свой ресурс, в период 1999-2010 годов составят около 50 млн кВт. Обновление основных производственных фондов электростанций будет осуществляться прежде всего за счет технического перевооружения и реконструкции оборудования, стоимость которых на 30% ниже стоимости нового строительства. Экспортный потенциал электроэнергетики России составляет 40-50 млрд кВт-ч.

Существующая  энергетическая база страны при ее надлежащей работоспособности позволяет  обеспечить ожидаемую потребность  в электроэнергии в целом по России на период до 2010 года и реализовать  указанный экспортный потенциал.