УРОК № 23. ЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ.

ПРЕЗЕНТАЦІЯ "ЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКИ"

ОІС ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

ВІДЕО ВІД НОВОЇ УКРАЇНСЬКОЇ ШКОЛИ

Значення електроенергетики. Без електроенергії не працювало б жод­не підприємство, не літали б літаки, зупинилися б автомобілі та потяги. Наші оселі, вулиці міст та сіл увечері поринали б у темряву. Без електро­енергії ми не змогли б слухати музику, дивитися телебачення, працювати на комп’ютері, користуватися мобільними телефонами. Нині найбільшими споживачами електроенергії є промисловість (65%), транспорт і сільське господарство (по 10%), будівництво, побут та інші сфери.

   Електроенергетика – виробництво важкої промисловості, що продукує електроенергію та передає її до споживача через лінії електропередачі (ЛЕП).

      Це капіталомістке виробництво, яке потребує великих вкладень коштів у його розвиток. Вона розвивається найбільш динамічно у всіх країнах світу, тому належить до «авангардної трійки» виробництв разом з маши­нобудуванням та хімічною промисловістю. Без її розвитку неможливий подальший науково-технічний прогрес у суспільстві. У багатьох країнах світу розвиток електроенергетики фінансується за рахунок державних ко­штів. В одних країнах основна частина електроенергетичних потужностей належить державі (зокрема, у Франції, Великій Британії, Італії), в інших – приватним компаніям (як у США та Японії). Є країни, де виробництво електроенергії контролюється змішаними компаніями за участі держави (наприклад, ФРН, Іспанія, Україна).

      Упродовж ХХ – початку ХХІ ст. споживання електроенергії на планеті зросло у 15 разів, а потреби в ній подвоюються кожні 12–14 років. У наш час важливим завданням є ощадливе ставлення до паливно-енергетичних ресурсів та електроенергії через проведення на державному та побутовому рівнях політики енергозбереження.

  Енергозбереження – комплекс заходів з раціонального використання та економних витрат палива та енергії.

      Енергозбереження стосується організаційних, правових, виробничих, наукових, економічних, технічних та інших напрямів. Це важлива дер­жавна задача зі збереження ресурсів, яка дасть змогу відкласти вичерпан­ня паливно-енергетичних ресурсів; країнам, що мають обмежені їх запаси, зменшити імпорт; зменшити собівартість продукції, що виробляється, і тим збільшити її конкурентоспроможність. Заощаджені на енергозбереженні кошти можна спрямувати на соці­альний розвиток, охорону природи, розвиток інфраструктури тощо. 

  У наш час електроенергія виробляється здебільшого за рахунок невідновлюваних джерел: переважно вугілля, нафтопродуктів (мазуту), природного газу. З відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) найбільше значення має гідроенергетика, що використовує енергію водного потоку річок. Щоправ­да, економічний гідропотенціал планети використовується лише на 17%. У Європі цей показник значно вищий – 80%. Почато використання дійсно невичерпних ресурсів: енергії Сонця, вітру, припливів, внутрішньої тепло­ти Землі, хвиль тощо. Електроенергію виробляють на електростанціях. До традиційних типів електростанцій належать теплові електростанції (ТЕС), гідравлічні (ГЕС) та атомні (АЕС).

   Теплові електростанції (ТЕС). За виробництвом електроенергії у біль­шості країн світу провідне місце посідає теплоенергетика. Перші ТЕС було побудовано наприкінці ХІХ ст. Принцип роботи ТЕС полягає у перетворен­ні теплової енергії в електричну. Під час спалювання енергоносіїв на ТЕС нагрівається котел з водою. Пара, що виробляється при цьому, обертає тур­біну, механічна енергія обертання якої переходить в електричну. ТЕС може ефективно працювати лише у безперервному режимі. У разі її зупинки кот­ли знову треба протягом 2–3 діб розігрівати для досягнення необхідних технічних параметрів пари.

  Існує кілька видів ТЕС: паро- та газотурбінні, дизельні, парогазові, які використовують різні види палива: вугілля, газ, мазут тощо. Частіше працю­ють паротурбінні ТЕС, що використовують тверде паливо, зазвичай вугілля.

   Залежно від технології виробництва електроенергії існують конденса­ційні електростанції (КЕС) та теплоелектроцентралі (ТЕЦ).

      Конденсаційні електростанції (КЕС) виробляють багато електроенергії. При цьому відпрацьована пара, пройшовши турбіну, охолоджується, конден­сується й знову надходить у котел. Часто споруджують дуже потужні КЕС (понад 2 млн кВт), застосовуючи концентрацію як просторову форму орга­нізації виробництва. Вони обслуговують великі території. Такі електростан­ції є ресурсозатратними та неекологічними. Найбільшої шкоди середовищу завдають електростанції, що працюють на вугіллі. За добу вони спалюють 10–20 тис. тонн твердого палива. Для перевезення такої кількості вугілля потрібно близько 1500 товарних вагонів. Під час спалювання вугілля у пові­тря викидається значна кількість сполук Сульфуру, що спричиняє при спо­лученні з парами води кислотні дощі, в також виділення вуглекислого газу.

    Найголовнішим чинником розміщення ТЕС є споживач. Оскільки електро­енергію транспортувати на великі відстані нерентабельно, ТЕС споруджують у великих промислових районах, де потреба в електроенергії є найбільшою. При цьому збагачене вугілля перевозять до електростанцій на чималі відстані. У країнах, які мають значні поклади вугілля, потужні ТЕС також орієн­туються на чинник сировини, тобто на місця цих розробок. Наприклад, на базі донецького вугілля працює ряд таких електростанцій. Найбільші ТЕС у Німеччині, США, Росії, Казахстані також працюють біля джерел сировини.

   Теплоелектроцентралі (ТЕЦ) є результатом комбінування, забезпечую­чи поєднання двох виробництв: електроенергії та гарячої води для опалення приміщень. Відпрацьована пара при цьому не охолоджується, а як відходи виробництва опалює приміщення холодної пори року. Оскільки гарячу воду транспортувати через її швидке охолодження на відстань більш ніж 20 км не можна, ТЕЦ будують у великих містах, орієнтуючись на чинник споживача.

  Гідравлічні електростанції (ГЕС). Гідроелектростанції використовують як джерело енергії рух потоку води, зазвичай у руслі річки. Хоч гідроенергію як механічну люди використовують здавна (згадайте водяні млини), для одержання електричної енергії річки почали використовувати лише у ХІХ ст. Під час зведення ГЕС, щоб створити напір води, будують з ґрунту або бетону греблю із засувками, яка перекриває річку. Перед греблею річка роз­ливається, утворюючи водосховище. У греблі монтують гідравлічні турбіни. Для того щоб запрацювала така електростан­ція, потік води має рушити крізь вузькі отвори в греблі й почати обертати гідро­турбіну, перетворюючи механічну роботу в електричну енергію. Для зупинення турбіни закривають засувки в греблі. Біля великих міст, де попит на елек­троенергію зростає (особливо зранку, увечері та вночі), для покриття пікових потреб поряд з ГЕС зводять додатково гідроакумулятивну електростанцію (ГАЕС). Вона являє собою два басейни на різних рівнях. У міжпіковий час станція працює в насосному режимі, перекачуючи воду з нижнього басейну до верхнього, акумулюючи водний по­тік. У години пік ГАЕС виробляє дорогу пікову електроенергію за рахунок водно­го потоку, що падає з верхнього басейну в нижній, обертаючи гідротурбіну. Гідроенергетика має певні переваги та великі перспективи розвитку у світі. Хоча ГЕС вирізняється тривалістю спорудження та високою собі­вартістю будівельних робіт, така станція є простою в експлуатації та дає достатньо дешеву електроенергію. Її собівартість у 4 рази менша, ніж на аналогічній за потужністю ТЕС. Будувати ГЕС найвигідніше на річках з ве­ликими падінням та похилом річища. ГЕС використовують невичерпне дже­рело енергії й водночас не забруднюють навколишнє середовище. Однак їх екологічність є суперечливою. Через створення водосховищ виникає низка проблем: затоплюються родючі землі, руйнуються береги, змінюється рівень ґрунтових вод, застоюється та цвіте вода, що приводить до загибелі риби. Попри усі переваги масштаби гідроенергетичного будівництва та частка ГЕС в енергопостачанні світу постійно зменшуються. Це пояснюється швид­шими темпами спорудження ТЕС, які меншою мірою залежать від прив’яз­ки до певної території. ГЕС же можна споруджувати лише на річках. 

  Атомні електростанції (АЕС). Атомна енергетика з’явилася у середині ХХ ст. внаслідок науково-технічної революції, яка дала змогу використову­вати енергію розпаду радіоактивних речовин у мирних цілях. Вона є неза­мінною для країн з обмеженими енергоресурсами. За сучасних технологій і дотримання норм безпеки АЕС відіграють значну роль в енергозабезпеченні високорозвинутих країн та деяких країн, що розвиваються.

  Принципи роботи АЕС і ТЕС подібні. Лише замість мінерального палива використовується ядерне. Сировиною для виробництва «елементів живлен­ня» для АЕС є збагачений Уран-235 або Плутоній-239. Атомна енергетика дуже потужна. 1 кг урану виділяє стільки само теплоти, як при спалюван­ні 2,5 тис. тонн кам’яного вугілля. Генератором енергії на АЕС є ядерний реактор – агрегат, у якому відбувається керована ядерна реакція. Величезна кількість теплоти, яка виділяється в ньому в результаті реакції радіоактив­ного розпаду, нагріває воду в котлах, утворюється пара, що обертає турбіну.

   Ядерне паливо легко транспортується, тому АЕС розташовують неза­лежно від сировинного чинника. Їх споруджують, орієнтуючись на споживача, у районах з дефіцитом паливних ресурсів. Оскільки АЕС дуже водо­місткі, їх споруджують біля джерел водопостачання, зазвичай біля річок. Багато води потрібно для охолодження водяної пари у конденсаторі для повторного її використання. Навколо АЕС створюють зону спостереження для моніторингу радіаційної ситуації. У радіусі 3 км навколо станції існує санітарно-захисна зона, у якій заборонено проживання людей та обмежено сільськогосподарську діяльність.

  Чорнобильська трагедія продемонструвала всьому світу небезпечність атомної енергетики за умов недосконалих технологій системи захисту під час виникнення аварійних ситуацій. Однак АЕС, на відміну від ТЕС, є екологічно чистим видом енергії в разі безаварійної роботи. Це пов’язано з тим, що ядерний розпад відбувається усередині реактора й не має безпосе­реднього зв’язку з навколишнім середовищем. Кожні 4 роки проводиться капітальний плановий ремонт енергоблоків, під час якого вивантажують з нього паливо, проводять діагностику, ремонт, заміну та модернізацію об­ладнання, випробовують корпус реактора на міцність.

  Проте й досі остаточно не вирішена проблеми утилізації радіоактивних відходів та консервації АЕС після закінчення терміну їх роботи. У деяких краї­нах створено підприємства з переробки та збереження радіоактивних відходів.

     Відновлювані джерела енергії. Вичерпність паливних мінеральних ре­сурсів, неекологічність ТЕС, небезпечність АЕС, обмеженість на певних те­риторіях гідроенергопотенціалу річок змусили людство замислитися над використанням відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Нині вони дають лише близько 5,8% світового виробництва електроенергії. Проте всі нові джерела енергії мають дві безперечні переваги: використовують невичерпні джерела енергії та є екологічно чистими.           

 Найчастіше використовуються вітрові електростанції (ВЕС). Вони перетворюють енергію вітру в механічну, теплову та електричну. Хоча енер­гія вітру в 10 разів перевищує енергопотенціал усіх річок планети, але здавна використовувалася лише мізерна її частина для роботи вітряків та вітрильників. Енергія вітру дуже розсіяна. Для спорудження ВЕС потрібні великі площі. Окрім того, ВЕС можна ставити лише там, де дмуть постійні вітри: біля моря або в горах. Через роботу вітрових установок виникає ві­брація, яка негативно впливає на довкілля.

  Геотермальні електростанції (ГеоЕС) – теплові електростанції, які перетворюють енергію внутрішньої теплоти Землі (гарячих джерел, гейзерів, пари) в електричну енергію. Розроблено два шляхи використання енергії надр: використання гарячої води для опалення приміщень (подібно до ТЕЦ) та відведення водяної пари для одержання електроенергії. ГеоЕС не можуть бути розміщені повсюдно. Вони прив’язані лише до сейсмічних поясів Землі.

   Сонячні електростанції (СЕС), або геліостанції, перетворюють енер­гію сонячної радіації в електричну. Сонячна енергія величезна: лише за півроку Сонце дає Землі енергію, еквівалентну всім запасам мінеральної сировини в надрах планети. Нині існують два види СЕС: термодинамічні та фотоелектричні. Перші перетворюють енергію Сонця в теплову, а по­тім в електричну подібно до ТЕС. Другі – через систему сонячних батарей енергію Сонця зразу перетворюють в електричну. Планується створення на орбіті нашої планети сонячних космічних електростанцій (СКЕС), які передаватимуть на Землю сонячну енергію. Однак потік сонячної енергії не є постійним, тому слід її акумулювати вдень для подальшого використання. Також перспективними для спорудження СКЕС є лише країни аридного (сухого й жаркого) клімату.

  Припливні електростанції (ПЕС) перетворюють енергію морських при­пливів у електричну. Цю енергію люди використовували здавна, але з по­явою парового двигуна про неї надовго забули. Енергія припливів у кілька разів більша, ніж в усіх річках планети разом. Щоправда людина вико­ристовує її мало. У припливно-відпливній зоні, як на річці, споруджується дамба з турбінами, які, обертаючись, виробляють енергію. Обмежує вико­ристання ПЕС висота припливної хвилі. Вона має бути не меншою від 10 м.

 Нині люди приборкують енергію хвиль, споруджуючи перші хвильові електростанції. Океанічні течії несуть у сотні разів більше води, ніж усі річки планети. Щоб їх використати для одержання енергії, потрібно збуду­вати електростанції посеред океану. Відроджується біоенергетика. Старий спосіб її використання – спалювання біомаси, новіший – переробка органіч­них решток на спирт або біогаз, що їх використовують як паливо.

  Виробнича інфраструктура. Для забезпечення нормальної роботи енер­гетики необхідна розгалужена виробнича інфраструктура. До неї нале­жать транспортні магістралі, електромережі та система водопостачання. Специфічним видом транспорту для обслуговування даного виробництва є трубопроводи. Транспортування електроенергії здійснюється за допомо­гою ліній електропередачі (ЛЕП). Електромережі розподіляють електро­ енергію між споживачами. Водо­ постачання забезпечує виробничий цикл на ТЕС та АЕС.

  Паливно-енергетичний баланс. Для розрахунків співвідношення витрат та надходження палива і енергії в країні застосовують паливно-енергетич­ний баланс (ПЕБ).

   Паливно-енергетичний баланс (ПЕБ) – це співвідношення між надходженням та витратами палива різних видів та електроенергії у країні протягом року. 

  Оскільки різні види палива мають неоднакову енергетичну цінність, ПЕБ обчислюють в одиницях умовного палива. За одиницю умовного палива (коефіцієнт 1) прийнято теплотворну здатність кам’яного вугілля, яка дорівнює 7000 ккал/кг, або 29 мДж/кг. Більш енергомістким є вугілля марки антрацит (коефіцієнт 1,2), а також нафта та природний газ (коефіцієнт 1,5). Менш калорійними, ніж кам’яне вугілля, є торф (0,5), буре вугілля (0,4), горючі сланці (0,3). Прибуткову частину ПЕБ становлять видобуток палива різних видів, виробництво електроенергії на ГЕС та АЕС (які не потребують витрат паливної сировини), імпорт різних видів палива та електроенергії, а також залишки палива на електроенергії з попереднього року. Витратну частину ПЕБ становлять потреби виробництва, ТЕС та АЕС, експорт па- лива та електроенергії, а також залишки палива та електроенергії на кінець року. В ідеальному разі прибуткова та витратна частини ПЕБ мають бути приблизно однаковими.