Энергетика. Определение. Две области современной энергетики

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

РЕФЕРАТ

 

Энергетика. Определение. Две области современной энергетики

 

 

 

 

 

МИНСК 2013

 

 

 

Энергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов.  Её целью является обеспечение производства энергии путём преобразования первичной, природной, энергии во вторичную, например в электрическую или тепловую энергию [1,2].

При этом производство энергии  чаще всего происходит в несколько  стадий:

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

Выделяют четыре направления энергетики:

1. традиционная энергетика на органическом топливе (уголь, газ, нефть, нефтепродукты);
2. гидроэнергетика;
3. атомная энергетика;
4. возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Кроме того, в энергетике пользуются следующими понятиями: большая  и малая энергетика; альтернативные источники энергии; централизованная энергетика и автономные источники  энергии; нетрадиционная энергетика; нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ).

Электроэнергетика — это подсистема энергетики, охватывающая производство электроэнергии на электростанциях и её доставку потребителям по линии электропередачи.

 Центральными её элементами  являются электростанции, которые  принято классифицировать по  виду используемой первичной  энергии и виду применяемых  для этого преобразователей. Необходимо  отметить, что преобладание того  или иного вида электростанций  в определённом государстве зависит в первую очередь от наличия соответствующих ресурсов. Электроэнергетику принято делить на традиционную и нетрадиционную.

Традиционная электроэнергетика

Традиционная энергетика - это совокупность технических устройств, использующих хорошо освоенные в технологическом отношении энергетические источники и способы преобразования получаемой от них энергии, в первую очередь электрическую. [1, 4]

Технические устройства, составляющие традиционную энергетику, - это, во-первых, тепловые электростанции (ТЭС), работающие на минеральных - твердых, жидких и газообразных органических топливах (уголь, нефть, газ и др.); атомные электростанции (АЭС), работающие на ядерных топливах ( уран, плутоний), получаемых из сырьевых минералов; гидравлические электростанции (ГЭС), использующие возобновляемые гидравлические энергетические ресурсы.

 Эти электростанции являются  базовыми в современной энергетике, составляют так называемую большую энергетику.

Их отличительные особенности:

• значительная единичная мощность;
• работа в общей электросети (возможна работа и в тепловой сети);
• единый стандарт на качество вырабатываемой электроэнергии.

 Во-вторых, в традиционную энергетику  входят автономные газотурбинные,  дизельные и другие установки,  использующие ископаемые органические  топлива, и автономные гидравлические  установки. Эти установки составляют малую энергетику. [4]

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

1. Тепловая энергетика

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

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

Теплоэнергетика в мировом масштабе преобладает среди традиционных видов. На базе нефти вырабатывается 39 % всей электроэнергии мира, на базе угля — 27 %, газа — 24 %, то есть всего 90 % от общей выработки всех электростанций мира [5].

 Энергетика таких стран мира, как Польша и ЮАР практически полностью основана на использовании угля, а Нидерландов — газа. Очень велика доля теплоэнергетики в Китае, Австралии, Мексике [8].

Традиционная электроэнергетика  уже несколько сотен лет хорошо освоена и проверенна в различных условиях эксплуатации. Львиную долю электроэнергии в мире производят на традиционных теплоэлектростанциях (ТЭС).

Основополагающим оборудованием  ТЭС являются такие составляющие как котел, турбина и генератор. При сжигании топлива в котле  выделяется теплоэнергия, которая преобразуется в водяной пар. Энергия водяного пара в свою очередь поступает в турбину, которая вращаясь, превращается в механическую энергию. Генератор же эту энергию вращения преобразует в электрическую. Теплоэнергия при этом может также использоваться для нужд потребителя.

Теплоэлектростанции имеют  как свои плюсы, так и минусы.

Положительные факторы:

- относительно свободное  месторасположение, связанное с  месторасположением ресурсов топлива;

- способность производить  электроэнергию не зависимо от  сезонных колебаний.

Отрицательные факторы:

- ТЭС обладает низким  КПД, если точнее, то всего около  32% энергии природных ресурсов  преобразуется в электрическую;

- топливные ресурсы ограничены;

- негативное влияние на  окружающую среду.

 

 

 

2. Гидравлическая  энергетика

В гидравлической энергетике электроэнергия производится на гидроэлектростанциях (ГЭС), которые преобразуют энергию  водного потока  в электрическую.   

ГЭС производят одну из самых  дешевых видов электроэнергии, но имеют довольно-таки большую себестоимость  строительства. Именно ГЭС позволили  СССР в первые 10-летия своего становления совершить огромный скачок в промышленности. Главный недостаток ГЭС - это сезонность их работы, которая очень неудобна для промышленности.

Существует три  вида ГЭС:

1. Гидроэлектростанции

Cтроительство гидротехнических сооружений позволило преобразовать природные водные ресурсы реки в искусственные гидроэнергетические ресурсы, которые, преобразуясь в турбине, затем превращаются в механическую энергию, которая в свою очередь используется в генераторе, превращаясь в электроэнергию.

2. Приливные станции

 

Здесь используется вода морей. Благодаря приливам и отливам  уровень морей меняется. При этом волна иногда достигает 13-ти метров. Между этими уровнями создается  разница и так создается напор  воды. Но приливная волна часто  изменяется, в следствии этого меняется как напор, так и мощность станций. Основным недостатком их является вынужденный режим: такие станции дают мощность не тогда, когда это необходимо потребителю, а в зависимости от природных условий, а именно: от приливов и отливов уровня воды. Стоит отметить также большую стоимость сооружения таких станций.

 

3. Гидроаккумулирующие электростанции

 Построены, используя  цикличность перемещения одного  и того же количества воды  между различными уровнями бассейнов.  Когда ночью потребность в  электроэнергии незначительна, вода  циркулируется из нижнего бассейна в верхний, при этом используя излишки энергии, производимой ночью. В дневное время, когда резко увеличивается потребление электроэнергии, вода сбрасывается из верхнего водохранилища вниз через турбины, при этом преобразуясь в электроэнергию. На основании такого подхода ГАЭС позволяют снижать пиковые нагрузки.

 

Следует отметить, что ГЭС  очень эффективны, так как используют возобновляемые ресурсы и относительно просты в управлении, а  их КПД  достигает более 80%. Поэтому их электроэнергия самая дешевая. Однако строительство  ГЭС долгосрочное и требует вливания больших капиталовложений и, что  немаловажно, наносит ущерб фауне водоемов. 

3. Ядерная энергетика

В ядерной энергетике электроэнергия производится на атомных станциях (АЭС). Такого вида станции используют для выработки энергии цепную ядерную реакцию урана.

Преимущества АЭС перед другими видами электростанций:

- не загрязняют окружающую  среду (за исключением форс-мажоров)

- не требуют привязанности к источнику сырья

- размещаются практически  везде

Недостатки АЭС перед другими видами электростанций:

- опасность АЭС при  всевозможных форс-мажорных обстоятельствах:  аварий в результате землетрясений,  ураганов и т. п.

- старые модели блоков потенциально опасны радиационным заражением территорий из-за перегрева реактора

- трудности в захоронении радиоактивных отходов

По выработке электроэнергии на АЭС лидирующее положение занимает Франция (80%). В США, Бельгии, Японии и  Республике Корея также велика их доля [5].

 

Нетрадиционная электроэнергетика

Большинство направлений  нетрадиционной электроэнергетики  основаны на вполне традиционных принципах, но первичной энергией в них служат либо источники локального значения, например ветряные, геотермальные, либо источники находящиеся в стадии освоения, например топливные элементы или источники, которые могут найти применение в перспективе, например термоядерная энергетика.

 Характерными чертами  нетрадиционной энергетики являются  их экологическая чистота, чрезвычайно большие затраты на капитальное строительство (например для солнечной электростанции мощностью        1000 Мвт требуется покрыть весьма дорогостоящими зеркалами площадь        около 4-х км²) и малая единичная мощность [2].

  Направления нетрадиционной энергетики:

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

Также можно выделить важное из-за своей массовости понятие — малая энергетика, этот термин не является в настоящее время общепринятым, наряду с ним употребляются термины локальная энергетика, распределённая энергетика, автономная энергетика и др. [8].

Чаще всего так называют электростанции мощностью до 30 МВт  с агрегатами единичной мощностью  до 10 МВт. К ним можно отнести как экологичные виды энергетики, перечисленные выше, так и малые электростанции на органическом топливе, такие как дизельные электростанции (среди малых электростанций их подавляющее большинство, например в России — примерно 96 %^[), газопоршневые электростанции, газотурбинные установки малой мощности на дизельном и газовом топливе [3].

Понятие нетрадиционная энергетика включает:

 

1. Возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, ветровая, биомасса, геотермальная, низкопотенциальное тепло земли, воды, воздуха, гидравлическая, включая мини - ГЭС, приливы, волны). Подчеркнем, что большие ГЭС обычно не включаются в возобновляемые источники энергии.

 

2. Вторичные возобновляемые источники энергии (твердые бытовые отходы - ТБО, тепло промышленных и бытовых стоков, тепло и газ вентиляции).

Из вторичных возобновляемых источников энергии особое внимание обратим  на горючие твердые бытовые отходы (ТБО). Бытовые и другие отходы - это  одна из крупных экологических проблем  современного общества. Особенность  ТБО заключается в том, что  их можно использовать для получения тепловой электрической энергии. Наибольшее количество ТБО производят США - 250 млн тонн в год. При этом 10% отходов сжигаются, и вырабатывается тепловая и электрическая энергия. Количество мусоросжигательных заводов США составляет 125 единиц (1993 год). В Японии функционируют 1800 мусоросжигательных установок, на которых сжигается 72% бытовых отходов. В ряде стран приняты национальные программы по переработке отходов и получению из них значительного количества тепловой и электрической энергии. Россия производит 60 млн тонн ТБО в год, но действует всего около 5 мусоросжигательных заводов, и только 2 из них построены на современном уровне с использованием импортного оборудования [1, 3, 7].