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.
Еще есть атомная энергетика, где в качестве источника электроэнергии используется ядерная энергия, выделяемая при делении атомов. Подробно рассмотрен этот тип не будет, т.к. в России все атомные электростанции (АЭС) принадлежат государственной корпорации «Росатом», акции которой не котируются на Московской бирже.
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:
Источник
«Способы получения электроэнергии»
Информационно – познавательный проект
по теме: «Способы получения электроэнергии»
Автор проекта: Купаев Владислав,
обучающийся 4а класса
Наставник проекта: Купаева И. Н.,
Теоретическая часть. Способы получения электроэнергии 4
Тепловые электростанции 4
1.3. Атомная электростанция 5
1.4. Альтернативные источники энергии 6
1.4.1. Солнечные батареи 6
1.4.2. Ветрогенераторы 7
2. Практическая часть. 10
2.1. Электростанции в городе Магнитогорске 10
2.2 Альтернативные способы получения электроэнергии в городе Магнитогорске 12
Список литературы 14
Невозможно представить жизнь современного человека без бытовых приборов, компьютеров, гаджетов и других электроприборов. Любое отключение электроэнергии доставляет массу неудобств. В последнее время много говорят о способах экономии электроэнергии, об использовании новых энергосберегающих лампочек для освещения. Моя семья проживает в небольшом промышленном городе Магнитогорске. Меня заинтересовало, где и как вырабатывается электроэнергия, которую мы используем?
Проблема: какие способы получения электроэнергии существуют в мире в настоящее время, и какие из них используются в моем городе.
Цель: Изучить способы получения электроэнергии.
Изучить источники информации о способах получения электроэнергии.
Выяснить способы получения электроэнергии, их преимущества и недостатки.
Выяснить способы получения электроэнергии в городе Магнитогорске.
Оформить газету о способах получения электроэнергии.
Ценность моей работы заключается в том, что я узнаю больше про пути получения электроэнергии, в том числе в городе Магнитогорске и смогу поделиться этой информацией со сверстниками.
Теоретическая часть. Способы получения электроэнергии
Тепловая электростанция (ТЭС) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию в результате преобразования тепловой энергии, выделяющейся при сжигании органического топлива. Первые ТЭС появились в конце XIX века и получили преимущественное распространение в середине 70-х гг. XX века. Около 75% всей электроэнергии России производится на ТЭС.
Преимущества:
1. Используемое топливо достаточно дешево.
2. Требуют меньших капиталовложений по сравнению с другими электростанциями.
3. Могут быть построены в любом месте независимо от наличия топлива. Топливо может транспортироваться к месту расположения электростанции железнодорожным или автомобильным транспортом.
4. Занимают меньшую площадь по сравнению с гидроэлектростанциями.
5. Стоимость выработки электроэнергии меньше, чем у дизельных электростанций.
Недостатки:
1. Загрязняют атмосферу, выбрасывая в воздух большое количество дыма и копоти.
2. Более высокие эксплуатационные расходы по сравнению с гидроэлектростанциями.
Гидроэлектростанции (ГЭС) — электростанция, в качестве источника энергии использующая энергию водного потока. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Принцип работы ГЭС. Работа гидроэлектростанции достаточно проста. Возведенные гидротехнические сооружения обеспечивают стабильный напор воды, который поступает на лопасти турбины. Напор приводит турбину в движение, в результате чего она вращает генераторы. Последние и вырабатывают электроэнергию, которую затем по линиям высоковольтных передач доставляют потребителю.
Работа ГЭС не сопровождается выделением газа и углекислоты, окислов азота и серы, пылевых загрязнителей и других вредных отходов, не загрязняет почву.
Вода — возобновляемый источник энергии.
Производительность ГЭС легко контролировать, изменяя скорость водяного потока (объем воды, подводимый к турбинам).
Водохранилища, сооружаемые для гидростанций, можно использовать в качестве зон отдыха, порой вокруг них складывается поистине захватывающий пейзаж.
Вода в искусственных водохранилищах, как правило, чистая, так как примеси осаждаются на дне. Эту воду можно использовать для питья, мытья и ирригации.
Большие водохранилища затопляют значительные участки земли, которые могли бы использоваться с другими целями.
Разрушение или авария плотины большой ГЭС практически неминуемо вызывает катастрофическое наводнение ниже по течению реки.
Сооружение ГЭС неэффективно в равнинных районах.
Протяженная засуха снижает и может даже прервать производство электроэнергии.
Уровень воды в искусственных водохранилищах постоянно и резко меняется. На их берегах строить загородные дома не стоит!
Плотина снижает уровень растворенного в воде кислорода, поскольку нормальное течение реки практически останавливается. Это может привести к гибели рыбы и поставить под угрозу растительную жизнь в самом водохранилище и вокруг него.
Плотина может нарушить нерестовый цикл рыбы. С этой проблемой можно бороться, сооружая рыбоходы и рыбоподъемники в плотине или перемещая рыбу в места нереста с помощью ловушек и сетей. Однако это приводит к удорожанию строительства и эксплуатации ГЭС.
1.3. Атомная электростанция
Атомная электростанция АЭС — комплекс технических сооружений, предназначенных для выработки электрической энергии путем использования энергии, выделяемой при контролируемой ядерной реакции. В качестве распространенного топлива для атомных электростанций применяется уран. Реакция деления осуществляется в основном блоке атомной электростанции – ядерном реакторе.
Преимущества атомной энергетики:
1. Остается атомная энергетика. Благодаря особенностям ядерных реакций затраты топлива очень и очень невелики. Это основное преимущество атомной энергетики.
2. Второе преимущество – это экологическая чистота. Выбросы от АЭС, хотя в это и трудно поверить, практически безвредны в отличие от ТЭС. Например, электростанции, работающие на угле, выбрасывают в атмосферу гораздо больше радионуклидов, чем АЭС, не говоря уже о выбросах углекислого газа и прочих канцерогенов
Недостатки атомной энергетики:
1. Сложность утилизации радиоактивных отходов.
2. Опасность аварий. Множество различных исследований ведется во многих странах в сторону решения этих проблем. Современные АЭС очень надежны, а отходы в наше время утилизируют максимально эффективно.
Однако проблемы атомной энергетики существуют и не могут касаться только одного государства или группы людей. Это дело всего человечества и решать его надо сообща. Стоит вспомнить только аварию на японской АЭС во время цунами. Потому что, то самое завтра, когда мы окажемся без нефти и газа, может наступить уже в прямом смысле слова завтра и подготовиться к нему надо сегодня, прямо сейчас.
1.4.Альтернативные источники энергии
1.4.1. Солнечные батареи
Индустрия солнечных батарей постоянно расширяется. По оценкам специалистов мощность такого среднестатистического источника электроэнергии каждый год увеличивается в три раза. Это свидетельствует о развитии данной области.
1. Солнце — экологически чистый источник энергии, который не загрязняет окружающую среду. Эксплуатация солнечных панелей не приводит к выбросам парниковых газов или образованию отходов.
2. Солнечная энергия неисчерпаема, в отличие от традиционных видов топлива. Стоит отметить, что в России запасов нефти хватит больше чем на 50 лет, газа — более чем на 100 лет, а угля еще на 500 лет. Но не во всем мире так. Для сравнения, в Великобритании нефть кончится через 5,2 года, газ — через 3 года, уголь — через 4,5 года. Во Франции и того хуже — все это вместе истощится меньше чем через год. А вот, Германия, напротив, может прожить еще 250 лет на угле, но только два года на газе и меньше года на нефти.
3. Солнечные батареи после установки требуют минимального обслуживания и производят энергию без участия человека.
4. Среди других достоинств батарей на солнечной энергии стоит отметить длительный срок службы. Он составляет — 25 лет и более без ухудшения эксплуатационных характеристик.
5. Использование солнечной энергии субсидируется государством. Например, во Франции за установку батареи дома возмещается до 60% от стоимости.
1. Солнечная энергетика не выдерживает конкуренции, когда дело доходит до серьезных объемов производства электроэнергии. Действительно, определенные виды энергий, например ядерная, могут быть гораздо более выгодными в финансовом отношении.
2. Производство энергии может оказаться нерегулярным из-за погодных условий.
3. Для производства достаточного количества электроэнергии необходимо устанавливать большие площади солнечных батарей.
Солнечная энергетика открыта уже довольно давно, но ее долго не рассматривали в качестве источника энергии из–за дороговизны. Развитие технологий привело к снижению цен, и солнечные панели стали серьезным конкурентом для традиционных источников энергии.
Энергия ветра может быть преобразована в электричество и для этого используют ветрогенераторы. Турбины данного типа имеют привлекательный внешний вид и обладают достаточно высокой эффективностью. Большинство моделей не требуют управления человеком и служат на протяжении долгого времени. Разделяют горизонтальные и вертикальные турбины. Горизонтальные устройства оснащены флюгером и системой слежения. У вертикальных устройств нет необходимости ориентации на ветер и они отличаются большей надёжностью.
1. Используется полностью возобновляемый источник энергии.. Источник принципиально неисчерпаем.
2. В процессе работы ветряной электростанции полностью отсутствуют вредные выбросы.
3. Ветряная турбина и основные рабочие части таких генераторов расположены на значительной высоте над землей, поэтому окружающее пространство может быть с успехом использовано для хозяйственных нужд.
4. Применение ветрогенераторов особенно оправдано для изолированных территорий.
5. После введения в эксплуатацию ветряной электростанции, стоимость киловатт-часа генерируемой таким образом электроэнергии значительно снижается.
6. Техническое обслуживание в процессе эксплуатации минимально.
Зависимость от внешних условий в конкретный момент. Ветер может быть сильным, или его может не быть вообще. Для обеспечения непрерывной подачи электроэнергии потребителю в таких непостоянных условиях, необходима система хранения электроэнергии значительной емкости и инфраструктура для передачи этой энергии.
Сооружение ветровой установки требует материальных затрат.
Некоторые эксперты считают, что ветряки искажают природный ландшафт, что их вид нарушает естественную природную эстетику. Поэтому крупным фирмам приходится прибегать к помощи профессионалов по дизайну и ландшафтной архитектуре.
Ветряные установки производят аэродинамический шум, который может причинить дискомфорт людям. По этой причине в некоторых странах Европы принят закон, по которому расстояние от ветряка до жилых домов не должно быть меньше 300 метров, а уровень шума не должен превышать 45 дБ днем и 35 дБ ночью.
Есть небольшая вероятность столкновения птицы с лопастью ветряка.
Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и может многосторонне использоваться как топливо в домашнем хозяйстве и в среднем и мелком предпринимательстве для приготовления пищи, производства электроэнергии, отопления жилых и производственных помещений. В качестве исходного сырья используются отходы крупного рогатого скота, птицеводства, отходы спиртовых и ацетонобутиловых заводов, биомасса различных видов растений. Переработанная биомасса используется для удобрения полей и производства компоста. Таким образом, создается система замкнутого цикла: растения — корма (пищевые продукты) — отходы — растения. Такая система обеспечивает сельское хозяйство удобрением и кормами, производство — сырьем и энергией. При этом не загрязняется окружающая среда, уменьшается использование минеральных источников энергии и выделение газов, вызывающих парниковый эффект.
В настоящее время во многих странах создаются также специальные обустроенные хранилища твердых бытовых отходов городов с целью извлечения из них биогаза для производства электрической и тепловой энергии.
Это один из наиболее доступных видов альтернативного топлива (в частности для фермеров), так как сырьевая база для его производства всегда в наличии и всегда под рукой.
Биогаз можно производить из самых разных органических отходов, а это значит, что биогаз можно производить в любом регионе или стране мира, вне зависимости от климатических условий или рельефа. Кроме того, производство биогаза решает проблемы, связанные с утилизацией мусора. Это означает, что есть реальные перспективы решения весьма важной проблемы, которая уже давно заботит многих учёных, политиков и простых людей во всём мире.
В процессе производства биогаза получаются на выходе органические удобрения, которые являются идеальным удобрением для почвы.
Относительно простая по конструкции и не дорогая по цене биогазовая установка.
Данный вид биотоплива является доступным, в основном, жителям сельских районов и владельцам ферм.
Сам процесс производства биогаза является достаточно взрывоопасным производством. Кроме того, для производства биогаза можно использовать любое органическое сырье, поэтому многие фермеры специально выращивают масляные зерновые культуры для производства биогаза, тем самым истощая землю и не используя полученный урожай по его прямому назначению.
Преимущества и недостатки разных способов получения электроэнергии можно представить в виде таблицы:
Способ получения электроэнергии
2. Практическая часть.
2.1. Электростанции в городе Магнитогорске
Теплоэлектроцентраль Магнитогорского металлургического комбината
В городе Магнитогорске находится Теплоэлектроцентраль Магнитогорского металлургического комбината (ТЭЦ ОАО ММК). Главной задачей ТЭЦ является бесперебойное снабжение электроэнергией промышленных объектов ОАО «ММК», а также обеспечение паром, технической водой турбокомпрессоров кислородного цеха и левобережную часть города, часть правого берега.
История строительства ТЭЦ
В решении Совета Министров СССР от 2 июня 1948 года записано: «Для покрытия возросших тепловых и электрических нагрузок ММК и его района в Магнитогорске должна быть сооружена новая мощная теплоэлектроцентраль».
12 февраля 1952 года трест «Магнитострой» приступил к бетонированию фундаментов под колонны главного корпуса теплоэлектроцентрали. 25 февраля 1954 года на новой ТЭЦ был пущен в эксплуатацию первый энергетический паровой котел производительностью 170 т пара в час и турбогенератор мощностью 50 МВт. Первый этап строительства ТЭЦ завершился в 1957 году. К тому времени также были введены в работу котлоагрегаты № 2-4, турбогенераторы № 2 и №3.
С лета 1963 по декабрь 1966 года пущены в эксплуатацию турбогенератор № 4, котлоагрегаты № 5 и №6, пиковый водогрейный котел № 1. Завершено строительство второй очереди ТЭЦ. В 1965 году на котлы ТЭЦ был принят природный газ. Началось сокращение сжигания каменного угля и уменьшение выбросов золы в атмосферу.
К 1970 году на ТЭЦ работали уже восемь котлоагрегатов общей паропроизводительностью 1960 т в час и шесть турбогенераторов. Установленная электрическая мощность ТЭЦ составила 300 МВт, а тепловая — по отпуску тепла с горячей водой — 760 Гкал/ час. В те годы ТЭЦ ММК была самой современной и мощной электростанцией в составе министерства черной металлургии СССР.
Влияние ТЭЦ на окружающую среду
Дело в том, что при сжигании газа, как и при сжигании мазута, в атмосферу попадает окись серы, а по количеству выбросов оксидов азота при сжигании газ почти не уступает мазуту.
Наиболее высокую биологическую активность имеет диоксид азота, он оказывает сильное раздражающее действие на слизистую оболочку глаз и дыхательные пути. В районах расположения ТЭЦ, наряду с возрастанием доли углекислого газа, уменьшается доля кислорода в атмосфере, так как большое количество кислорода расходуется при сжигании топлива. Окись серы, попадающая с выбросами в атмосферу, наносит большой ущерб животному и растительному миру, она разрушает хлорофилл, имеющийся в растениях, повреждает листья и хвою. Окись углерода, попадая в организм человека и животных, соединяется с гемоглобином крови, в результате чего в организме возникает недостаток кислорода, и, как следствие, происходят различные нарушения нервной системы.
Оксид азота снижает прозрачность атмосферы и способствует образованию смога. Ускоряет распространение и увеличивает площадь загрязнения вредными веществами такое явление, как туман. Вредные вещества при взаимодействии с туманом образуют устойчивое сильнозагрязнённое мелкодисперсное облако — смог, имеющий наибольшую плотность у поверхности земли.
Кроме того, ТЭЦ загрязняют водоёмы, сбрасывая в них тёплую воду, в результате чего происходит цепная реакция, водоём зарастает водорослями, в нём нарушается кислородный баланс, что в свою очередь несёт угрозу жизни всем его обитателям.
Загрязняют окружающую среду и сточные производственные воды ТЭЦ, содержащие нефтепродукты. Эти воды станция сбрасывает после химических промывок оборудования, поверхностей нагрева паровых котлов и систем гидрозолоудаления.
Газотурбинная электростанция ТЭЦ Магнитогорская
ГТ ТЭЦ Магнитогорская обеспечивает резерв системы теплоснабжения города. Вводена в эксплуатацию 2010. Мощность электроэнергии: 18 МВт; теплоэнергии 80 Гкал/ч. Это современная высокотехнологичная установка, генерирующая электричество и тепловую энергию. Основу газотурбинной электростанции составляют один или несколько газотурбинных двигателей — силовых агрегатов, механически связанных с электрогенератором и объединенных системой управления в единый энергетический комплекс.
В энергоблоке ГТ ТЭЦ Магнитогорская была применена технология магнитного подшипника — ротор турбины и генератор вращаются в состоянии левитации — без контакта.
Преимущества магнитного подшипника:
1. не требует смазки;
2. экологически безопасен;
3. низкий уровень вибраций;
4. встроенная система контроля и мониторинга состояния;
5. отсутствие контакта между кольцами (нет трения = нет износа).
Надежность работы ГТ ТЭЦ подтверждена 13 летним опытом эксплуатации в любых климатических условиях.
Недостатками ГТ ТЭЦ можно считать то, что по соотношению вырабатываемой электрической энергии к тепловой она, как правило, проигрывает другим типам станций; высокая шумность, следовательно возникает необходимость шумоизоляции; сжигание газа влечет загрязнение атмосферы, которое мы уже рассматривали.
Альтернативные способы получения электроэнергии в
В результате проведенной работы я выяснил, что из всего многообразия альтернативных способов в нашем городе используются солнечные батареи в частном секторе в очень небольшом количестве. Остальные способы не используются.
Источник
