Как вырабатывается электричество в россии
Основные способы генерации электроэнергии в России
Чтобы более точно прогнозировать производственные показатели, выручку и себестоимость генерирующих компаний для их последующего фундаментального анализа, необходимо понимать как производится электроэнергия и какие факторы влияют на ее выработку.
Производство электроэнергии
Невозобновляемые источники энергии:
Возобновляемые источники энергии:
Электрическая энергия, по большей части, образуется за счет механической энергии от вращения турбины. Отличия лишь в том, за счет чего приводится в движение эта турбина.
Производство электроэнергии можно разделить по способам получения на 2 основных типа: из невозобновляемых источников энергии (использование в качестве топлива такого сырья как природный газ, уголь, мазут или дизельное топливо) и из возобновляемых источников энергии, где в качестве ресурсов используется энергия воды, ветра, солнца и пр.
Тепловая генерация
К производству электроэнергии из невозобновляемых источников относится тепловая генерация. Электричество производится на тепловых электростанциях (ТЭС), которые бывают двух типов: конденсационные (КЭС) и теплофикационные (ТЭЦ). Принцип работы одинаковый, а отличие лишь в том, что КЭС производят в основном электроэнергию, а ТЭЦ еще и тепловую энергию, используемую для отопления и горячего водоснабжения. КЭС называют ГРЭС — государственная районная электростанция, которые часто можно спутать с ГЭС — гидроэлектростанция, о них будет рассказано другой части статьи.
На данный момент тепловая генерация — это самый популярный способ производства энергии основными генерирующими компаниями, которые торгуются на Московской бирже («Интер РАО», «РусГидро», «Юнипро», «Мосэнерго», «ОГК-2», «ТГК-1», «Энел Россия»).
На картинке представлена схема работы компании «Мосэнерго»:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/
В тепловой генерации, как следует из названия, приводит в движение турбину тепловая энергия в виде пара, которая образуется в результате сжигания органического топлива.
Более детальная схема работы ТЭЦ «Мосэнерго» представлена на картинке:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/tpp-operation-sheme/
Еще более наглядно узнать про принцип работы ТЭЦ можно в коротком познавательном видео:
Все больше компаний, акции которых торгуются на Московской бирже, на своих ТЭС переходят на газ, как более экологически чистое топливо, постепенно отказываясь от угля и прочих видов топлива. Это важно, т.к. львиную долю в себестоимости генерирующих компаний составляет топливообеспечение, которое формируется в зависимости от цен, в основном, на газ.
Если ТЭЦ производят электроэнергию и тепло, то котельные производят только тепловую энергию, которая направляется потребителям для отопления помещений и обеспечения горячего водоснабжения.
Принцип работы котельной «Мосэнерго» представлен на рисунке:
https://mosenergo.gazprom.ru/about/business-model/boiler-operation-sheme/
Котельные существенно уступают в энергоэффективности ТЭЦ, которые вырабатывают еще и электроэнергию. Поэтому компании, у которых еще есть котельные постепенно от них отказываются, перенаправляя нагрузку на ТЭЦ, что позволяет повысить эффективность работы и экономит топливо.
Перейдем к рассмотрению производства электроэнергии благодаря возобновляемым источникам энергии. Так называемая «зеленая» энергия образуется за счет постоянно восстанавливающихся или неиссякаемым по человеческим меркам ресурсов. Это может быть поток воды, ветер, солнечный свет или тепловая энергия недр Земли.
Гидрогенерация
На гидроэлектростанциях (ГЭС) вращает турбину поток воды. Обычно строится плотина, которая перекрывает реку. В месте перекрытия образуется водохранилище. В плотине есть специальные водозаборные отверстия, через которые вода по трубам поступает к турбине, вращает ее и продолжает свой путь обратно в русло реки, расположенное ниже уровня водохранилища. Вращающаяся турбина приводит в движение генератор, который, непосредственно, и вырабатывает электроэнергию. Таким образом энергия водного потока преобразуется в электрическую.
Схема работы гидроэлектростанции (ГЭС):
https://www.kp.ru/best/krsk/metalenergy/
На динамику выработки электроэнергии ГЭС влияет уровень воды в водохранилищах. Чем он выше, тем больше выработка.
Из достоинств стоит отметить дешевизну электроэнергии по сравнению с тепловой генерацией.
В России явным лидером в гидрогенерации является «РусГидро».
Ветряная генерация
На ветряных электростанциях (ВЭС) в движение турбину приводит ветер. Ветряная электростанция представляет собой ветропарк, который состоит из нескольких ветрогенераторов. Принцип работы простой: ветер вращает лопасти, которые соединены с генератором, производящим электроэнергию. Необходимая скорость ветра для размещения ветряной электростанции составляет от 4,5 м/с. Так как скорость ветра возрастает с повышением высоты, то ВЭС стараются строить на возвышенности, а сами ветрогенераторы высотой 30-60 метров.
Схема работы ветрогенератора:
http://tdap.ru/press/news/podshipniki-dlya-vetrogeneratorov/
На российском рынке на ветряную генерацию делает ставку и активно развивает данное направление «Энел Россия».
Следующие виды генерации электроэнергии не используются в российской энергетике широко.
Солнечная генерация
Солнечные электростанции (СЭС) состоят из большого количества солнечных батарей, которые чаще всего представляют собой фотоэлемент, являющийся полупроводниковым устройством, преобразующим солнечную энергию в электрическую.
Отличительной особенностью от других видов генераций, является иной принцип преобразования энергии без использования турбин. Из недостатков следует отметить зависимость от погодных условий и времени суток, сезонность в средних и высоких широтах, необходимость использования довольно большой площади.
В России солнечную генерацию использует «РусГидро».
Геотермальная генерация
На геотермальных электростанциях (ГеоТЭС) электрическая энергия вырабатывается за счет тепловой энергии из недр Земли. Принцип работы аналогичен тепловым электростанциям, но нет необходимости в сжигании топлива, т.к. тепло уже имеется в виде пара или горячей воды, благодаря гейзерам.
В России ГеоТЭС расположены в Камчатском крае и принадлежат ПАО «Камчатскэнерго», которое входит в группу «РусГидро».
Ниже представлена сводная таблица с разбивкой установленных мощностей основных генерирующих компаний, представленных на Московской бирже, по видам производства энергии:
Производство электроэнергии в России. Производство, передача и использование электроэнергии
Как получают электроэнергию
Производство электроэнергии осуществляется из других ее видов при помощи специальных устройств. Например, из кинетической. Для этого применяют генератор – прибор, преобразующий механическую работу в электрическую энергию.
Основные виды электростанций
Все эти факторы снижают перспективность такого способа выработки.
К сожалению, темпы развития ограничены серьезными затратами и длительными сроками строительства ГЭС, связанными с их удаленностью от больших городов и магистралей, сезонным режимом рек и трудными условиям работы.
Использование атомной энергии
В настоящее время запасы урана на планете значительно больше, чем минерального горючего, а воздействие АЭС на окружающую природу минимально при условии безаварийной работы.
Что такое электрический генератор
Производство и передача электроэнергии осуществимы благодаря электрогенератору. Это устройство преобразования любых видов энергии (тепловой, механической, химической) в электрическую. Принцип его действия построен на процессе электромагнитной индукции. ЭДС индуктируется в проводнике, который движется в магнитном поле, пересекает его силовые магнитные линии. Таким образом, проводник может служить источником электроэнергии.
Понятие трансформатора
Трансформатор – электромагнитное статическое устройство, предназначенное для преобразования одной системы тока в другую (вторичную) при помощи электромагнитной индукции.
Первые трансформаторы в 1876 г. были предложены П. Н. Яблочковым. В 1885 г. венгерскими учеными разработаны промышленные однофазные приборы. В 1889-1891 гг. изобретен трехфазный трансформатор.
Простейший однофазный трансформатор состоит из стального сердечника и пары обмоток. Применяются они для распределения и передачи электроэнергии, ведь генераторы электростанций вырабатывают ее при напряжении от 6 до 24 кВт. Передавать ее выгодно при больших значениях (от 110 до 750 кВт). Для этого на электростанциях устанавливают повышающие трансформаторы.
Как используется электроэнергия
Ее львиная доля идет на снабжение электричеством предприятий промышленности. Производство потребляет до 70% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Эта цифра значительно разнится для отдельных регионов в зависимости от климатических условий и уровня индустриального развития.
Как происходит передача электроэнергии
Вырабатывается электроэнергия мощными агрегатами гигантских электростанций, а потребителями ее служат относительно небольшие приёмники, разбросанные по обширной территории.
Существует тенденция концентрировать мощности, связанная с тем, что с их увеличением уменьшаются относительные затраты возведения электростанций, а следовательно, и себестоимость получаемого киловатт-часа.
Единый энергокомплекс
На принятие решения о размещении крупной электростанции влияет ряд факторов. Это вид и количество имеющихся в наличии ресурсов, доступность транспортировки, климатические условия, включенность в единую энергосистему и т. д. Чаще всего электростанции строятся вдали от крупных очагов потребления энергии. Эффективность ее передачи на немалые расстояния влияет на успешную работу единого энергетического комплекса огромной территории.
Что такое ЛЭП
Электростанции, расположенные неподалеку друг от друга, объединяются в единую энергосистему именно при помощи ЛЭП. Производство электроэнергии в России и ее передача ведутся путем централизованной энергетической сети, в которую входит огромное количество электростанций. Единое управление системой гарантирует постоянную подачу потребителям электроэнергии.
Немного истории
Как формировалась единая электрическая сеть в нашей стране? Попробуем заглянуть в прошлое.
До 1917 года производство электроэнергии в России велось недостаточными темпами. Страна отставала от развитых соседей, что отрицательно сказывалось на экономике и обороноспособности.
После Октябрьской революции проект электрификации России разрабатывался Государственной комиссией по электрификации России (сокращенно ГОЭЛРО), возглавляемой Г. М. Кржижановским. С ней сотрудничали более 200 ученых и инженеров. Контроль осуществлялся лично В. И. Лениным.
Знаменитый план ГОЭРЛО
Начиная с 1947 года СССР стал первым в Европе и вторым в мире производителем электроэнергии. Именно благодаря плану ГОЭЛРО была сформирована в кратчайшие сроки вся отечественная экономика. Производство и потребление электроэнергии в стране вышло на качественно новый уровень.
Выполнение намеченного стало возможным благодаря сочетанию сразу нескольких важных факторов: высокого уровня научных кадров страны, сохранившегося с дореволюционных времен материального потенциала России, централизации политической и экономической власти, свойству российского народа верить «верхам» и воплощать провозглашаемые идеи.
План доказал эффективность советской системы централизованной власти и государственного управления.
Результаты плана
В 1935 году принятая программа была выполнена и перевыполнена. Построено 40 электростанций вместо запланированных 30, введено мощностей почти втрое больше, чем предусматривалось по плану. Возведено 13 электроцентралей мощностью по 100 тыс. кВт каждая. Общая мощность российских ГЭС составила около 700 000 кВт.
В эти годы были возведены крупнейшие объекты стратегического значения, такие как всемирно известная Днепровская ГЭС. По суммарным показателям Единая советская энергосистема превзошла аналогичные системы самых развитых стран Нового и Старого Света. Производство электроэнергии по странам Европы в те годы значительно отставало от показателей СССР.
Развитие села
Если до революции в деревнях России электричества практически не существовало (небольшие электростанции, устанавливаемые крупными землевладельцами не в счет), то с реализацией плана ГОЭЛРО благодаря использованию электроэнергии сельское хозяйство получило новый толчок к развитию. На мельницах, лесопилках, зерноочистительных машинах появились электродвигатели, что способствовало модернизации отрасли.
Помимо того, электричество прочно вошло в быт горожан и селян, в буквальном смысле вырвав «темную Россию» из мрака.
Электроэнергетика России
Отрасль, которая отвечает за производство, передачу, сбыт и распределение электричества представляет собой крупнейшую систему электроэнергетики России. Согласно статистике, на начало 2019 года энергосистема страны включала в себя электростанции, мощность которых превышала 250 тысяч МВт.
Единая энергосистема страны включает в себя несколько подсистем. В них входят энергосистемы Урала, Юга, Сибири, Средней Волги, Центра, Северо-Запада, ОЭС, а также ряда удалённых территорий. Энергорайоны Камчатки, Магаданской области, Якутии и других регионов также оснащены всеми необходимыми станциями, обеспечивающие поставку электричества потребителям.
Вместе с энергосистемой нашей страны работали страны ближнего зарубежья, а также энергосистемы Китая и Финляндии. Кроме того, благодаря наличию специальных генераторов в Мурманской области, стало возможным экспортировать электричество в Норвегию. Двадцать миллиардов кВт ч было эскпортировано из России в 2018 году. Импорт электричества при этом составил четыре миллиарда кВт ч.
Тепловая энергетика
Тепловые электростанции, работающие на природном газе, обеспечивают бесперебойную работу электроэнергетической отрасли страны. Согласно полученным данным, на начало 2019 года в ЕЭС России функционировали тепловые электростанции, чья мощь превышала 160 тысяч МВт. Это занимает две трети от мощности всех электростанции России. Помимо электричество тепловая энергетика работает на выдачу потребителям тепла и горячей воды.
Тепловая энергетика помимо электричества обеспечивает население горячей водой и теплом. Работу теплоэлектростанций эксплуатируют компании «Газпром энергохолдинг», «Интер РАО», ПАО «Т Плюс».
Гидроэнергетика
Объекты данной отрасли существуют для того, чтобы удешевить работу электроэнергетики и повысить её надёжность. Высокая манёвренность позволяет ГЭС брать на себя существенную часть графика нагрузок, благодаря чему атомные и тепловые электростанции работают в экономичных режимах.
Согласно данным 2018 года в России работали 99 гидроэлектростанций, а также ещё три гидроаккумулирующие электростанции. Общая мощность всех объектов составляла 51,7 ГВт. При этом для работы отрасли российская электроэнергетика тратит 20% от всей мощности. Среди компаний, эксплуатирующих мощности российских ГЭС – «РусГидро» и «ЕвроСибЭнерго».
Атомная энергетика
На сегодняшний день в стране работает одиннадцать атомных электростанций. Предприятия курируются компанией АО «Концерн Росэнергоатом». Мощность объектов составляет почти тридцать тысяч МВт. Десять из них входят в состав ЕЭС, и одна функционирует обособленно из-за территориальной удалённости – в Чукотском АО. На непрерывную работу данной отрасли приходится десятая часть от всей мощности электроэнергетики России.
Возобновляемая энергетика
Отрасль представлена работой следующих систем: ветровой, солнечной, а также геотермальной энергетикой. Кроме того, она включает в себя экспериментальную Кислогубскую электростанцию, а также станции на основе биотоплива и биогаза. Выработка электроэнергии объектами данной отрасли невелика. В 2018 году она составила всего 0,1 % от общей выработки (1,4 миллиардов кВт ч). Мощность всех подобных электростанций составляет чуть больше 1000 МВт. Чтобы простимулировать возобновляемую энергетику к развитию, государство проводит ряд мероприятий, в том числе конкурсные отборы электростанций.
Солнечная энергетика
Работа данной отрасли позволяет получать электричество с помощью солнечной энергии. Для этого созданы специальные солнечные электростанции, однако пока их работа не даёт получить существенную отдачу. На начало 2019 года в ЕЭС страны солнечные электростанции вырабатывали мощностью объемом чуть более 800 МВт, что составляет лишь 0,3% от мощности всех российских электростанций.
Ветроэнергетика
Первые ветряки для сельского хозяйства и ветро-электрические станции появились в стране в 1920-х годах. В те годы первые «пилотные» установки освещали около двухсот дворов или заставляли работать мельницу. В начале 1930-х годов в Курске была возведена ветроэлектростанция Уфимцева, оснащённая инерционным аккумулятором. Чуть позже в Балаклаве заработала подобная электростанция мощностью 100 киловатт. На сегодняшний день подобные станции функционируют в малонаселённых деревнях, где затруднительно получить электричество другим способом. Согласно данным начала 2018 года, мощность ветроэнергетики составила чуть больше 100 МВт (менее одного процента) от общей мощности всей энергосистемы страны.
Геотермальная энергетика
Ещё один альтернативный способ получения электричества – геотермальная энергетика. Основана на использовании энергии недр Земли. Электричество производится на специальных геотермальных станциях. Всего таких объектов в России три, их мощность составляет 74 МВт и находятся они на Камчатке. В 2018 году они произвели 427 миллионов квТ ч электричества.
В России энергетическая программа предусматривает строительство на европейской территории страны новых ГРЭС, АЭС и ТЭС. Уже сейчас ведутся работы по модернизации существующих сетей электростанций. В восточных регионах планируется разработка топливных месторождений. Кроме того, активно обсуждается широкое использование восстанавливаемых источников энергии. На производствах предлагается внедрять энергосберегающие технологии. Строительство новых заводов и предприятий, потребляющих электричество в больших масштабах, осуществляется вблизи крупнейших энергетических станций.
География
План урока:
Объёмы производства электроэнергии
Современный энергетический комплекс России по объему производства и экспорта электроэнергии занимает 4 место в мире. Эта одна из базовых областей, которая обеспечивает государство энергетическими ресурсами. В отрасли энергетики занято более 2 млн. человек.
Единица измерения объема электроэнергии – Вт(ватт) и КВт (киловатт). В промышленных масштабах используют МВт (мегаватт) – 1 млн. ватт, ГВт (гигаватт) – 1 млрд. ватт.
Энергосистема включает в себя сотни электрических станций, работающих на различных видах топлива.
Типы электростанций
Электростанция – это огромный энергетический комплекс, в состав которого входят установки, оборудование, аппаратура, используемые для получения, преобразования и транспортировки электроэнергии. Все составляющие расположены в специальных зданиях, строениях и компактно размещены на общей территории.
На сегодняшний день на территории современной России функционирует 846 крупных электростанций. Их общая мощность рассчитана на выработку 250 ГВт электрической энергии.
В зависимости от источника энергии выделяют следующие типы электростанций.
Тепловые электростанции (ТЭС)
ТЭС – преобладающий тип электростанций. На их долю приходится 2/3 от всего объема производства электроэнергии в стране. Их расположение по России зависит от экономического потенциала региона (шт.):
Кроме того 25 ТЭС функционируют на Сахалине, Камчатке, Чукотке, территории децентрализованного электроснабжения. На расположение ТЭС влияет сырьевой и потребительский фактор. На потребителя ориентированы Рязанская, Костромская, Конаковская, Заинская, Рефтинская, Троицкая ТЭС. На базе сырья функционируют Назаровская, Сургутская, Березовская, Харанорская, Гусиноозерская, Ирша-Бородинская ТЭС.
Существует несколько типов тепловых электростанций:
Для ТЭС характерно много недостатков:
В России сформирована централизованная система теплоснабжения. Интересно, что источником тепловой энергии служат сами же ТЭС и большие котельные. На их долю приходится 92,4% производства от всей потребляемой тепловой энергии.
В качестве сырья для ТЭС используют:
Сейчас тепловая энергетика в России находится на стадии усовершенствования. Старое оборудование, которое износило себя за несколько десятилетий, заменяется более современным. Устанавливаются новые энергоблоки с производительностью до 800 МВт.
В Российской Федерации крупнейшими тепловыми электростанциями являются:
Гидроэлектростанции (ГЭС)
ГЭС – это второй по значимости тип электростанций в России. Для работы используется энергия воды, которая преобразуется в электрический ток. Вода – это возобновляемый ресурс, а для управления станцией не нужно большого количества людей.
В нашей стране большая часть ГЭС сосредоточена в Сибири и на Востоке. Реки там имеют мощный энергетический потенциал.
Электричество, получаемое на ГЭС, считается самым дешевым. Его стоимость в 5-6 раз меньше того, которое вырабатывают на ТЭС. Чтобы запустить гидроэлектростанцию, потребуется не более 5 минут. Однако и у ГЭС тоже есть свои недостатки:
Крупнейшие гидроэлектростанции России:
Атомные электростанции (АЭС)
АЭС – один из 3 основных типов электростанций в России. На их долю приходится около 19% всей производимой электроэнергии в стране. На таких станциях атомная энергия преобразуется в электрическую. В качестве топлива используется уран.
Основные недостатки атомных электростанций:
На данный момент в России функционирует 11 атомных электростанций, состоящих из 38 энергоблоков общей мощностью 30,3 ГВт. Самая первая АЭС была запущена в 1954 году в Обнинске, в 2002 году ее полностью остановили. На базе Обнинской АЭС планируется создание музея.
На территории России построили единственную в мире плавучую атомную теплоэлектростанцию – ПАТЭС. Она состоит из береговой инфраструктуры и плавучего энергоблока «Академик Ломоносов».
АЭС в Российской Федерации помогают в борьбе с глобальным потеплением. Благодаря им ежегодно предотвращается выброс в атмосферу 210 млн. тонн углекислого газа.
Нетрадиционные источники энергии
Альтернативные (нетрадиционные) источники энергии – процессы и вещества, существующие в природном пространстве, с помощью которых можно получать необходимую энергию. Простыми словами – это возобновляемые источники энергии. К ним относят:
Использование альтернативных источников энергии позволяет снизить зависимость человека от невозобновляемых ресурсов. Кроме того такие источники положительно сказываются на экологии окружающей среды.
Итак, давайте посмотрим, какие же альтернативные источники энергии используются в нашей стране:
Энергетические системы (ОЭС)
Вся энергосистема России состоит из единой энергетической системы (ЕЭС) и территориально изолированных энергосистем.
ЕЭС включает 71 региональную энергосистему, которые образуют 7 объединенных энергетических систем (ОЭС):
Все системы соединяются высоковольтными линиями передачи электроэнергии с напряжением 220-750 кВ и более. Они функционируют в синхронном режиме. По данным на 2020 год мощность всех электростанций страны составила 246 342, 45 МВт.
Преимущества единой энергетической системы России:
Управление энергетической системой осуществляется филиалами АО «СО ЕЭС».Вместе с ЕЭС нашей страны функционируют энергосистемы Белоруссии, Казахстана, Украины, Азербайджана, Литвы, Грузии, Латвии, Эстонии, Монголии. Через казахскую энергосистему параллельно с российской ЕЭС работают системы Киргизии и Узбекистана. А через украинскую энергосистему осуществляется связь с системой Молдавии.
К числу основных технологически территориальных изолированных энергетических систем относят:
Влияние отрасли на окружающую среду
Каждый тип электростанций оказывает на окружающую среду разное воздействие. Больше всего вреда наносят ТЭС. В результате использования топлива в качестве ресурса в атмосферу выбрасываются небольшие элементы золы. Чтобы уменьшить выбросы вредных частичек, начали производить фильтры с высоким уровнем очистки (95-99%). Но полноценно этим решить проблему не удалось. На многих станциях, работающих на угле, фильтры находятся в плохом состоянии и выполняют свои функции всего на 80%.
Для строительства ГЭС требуется затопление больших территорий – создание водохранилищ. Большая часть такого водного объекта – мелководье. Вода в них сильно прогревается, создаются условия для размножения и роста водорослей. Требуется регулярная чистка воды, что приводит к затоплению еще больших площадей. Берега часто обваливаются, поэтому вблизи водохранилищ местность заболачивается.
Самый большой вред от АЭС приносит его горючее, поэтому для безопасности важно его надежно изолировать. Чтобы решить задачу, топливо распределяется по брикетам. Их изготавливают из материалов, которые задерживают долю продуктов деления радиоактивных веществ. Такие брикеты помещают в тепловыделяющие отделения из сплава циркония. Если происходит утечка радиоактивных элементов, они попадут в охлаждающий реактор, способный выдержать высокое давление.
Чтобы уменьшить негативное влияние электроэнергетики на окружающую среду, разрабатывается комплекс мер:
Перспективы развития электроэнергетики
Отрасль электроэнергетики регулярно требует от государства действий, направленных на ее будущее развитие. Программа развития электроэнергетики должна способствовать выходу на новый уровень, обеспечивать национальную безопасность и соответствовать социально-экономическому статусу страны.
Чтобы достичь поставленных задач, предусмотрены следующие меры:
Цели и перспективы развития электроэнергетики в России:
Развитие современной электроэнергетики России активно продолжается. Строятся и вводятся в эксплуатацию усовершенствованные новые электростанции. В стране проводят реформы для преобразования отрасли. Государство выделяет субсидии для реконструкции и модернизации действующих станций.