Электростанции и их роль в системе энергообеспечения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Сердюкова А. Ф., Барабанщиков Д. А. Электростанции и их роль в системе энергообеспечения // Молодой ученый. — 2016. — №28. — С. 339-342. — URL https://moluch.ru/archive/132/36744/ (дата обращения: 14.08.2018).



В статье проанализированы различные электростанции в качестве источников энергообеспечения, показаны преимущества и недостатки традиционной и альтернативной энергетики. Показано, что крупные электростанции всё ещё ориентированы на традиционные источники энергии. Альтернативная энергетика уже играет важную роль для энергоснабжения малых децентрализованных потребителей.

Ключевые слова: электростанции, энергообеспечение, традиционная энергетика, альтернативные источники энергии

Опыт любого развитого государства свидетельствует о том, что благосостояние его народа напрямую зависит от потребляемой им энергии, поскольку энергия является основой, которая обеспечивает не только развитие экономики государства, но и комфорт проживания людей. Энергообеспечение является одним из факторов нормальной жизнедеятельности населения.

Развитие мировой энергетики до 2035 года будет прежде всего ориентироваться на удовлетворение потребностей растущего числа народонаселения, необходимость борьбы с изменениями климата, «глобальную охоту» за энергоресурсами. Главным драйвером противодействия климатическим изменениям является декарбонизация энергетики, которая стала одним из определяющих факторов формирования трендов развития мировой энергетики.

Электрическая энергия в силу своей универсальности и мобильности пользуется растущим спросом, и в последние годы в мировой энергетике накопилось немало сложных проблем, требующих эффективного и быстрого решения. Среди них первоочерёдной является проблема надёжного и качественного энергообеспечения.

Учёные сходятся в едином мнении, что следует ожидать «переворота» в мировой энергетике, который связан с инновационным скачком (внедрение технологии нуклеосинтеза в твёрдом теле («холодный ядерный синтез»), использование водорода, гелия и т. д.). Растущая конкуренция на мировых энергетических рынках открывает широкие возможности выбора источников и путей поставок первичных энергетических ресурсов, оптимизации энергетического микса.

Международное энергетическое агентство (МЭА) объявило наступление «золотой эры газа» — как наиболее экологически чистого из ископаемых видов топлива и такого, которое выполняет минимальную эмиссию СО2 и соответствует целям декарбонизации. В то же время, на фоне сравнительно высоких цен на углеводороды будет расти внимание к новым способам использования угля и ядерного топлива для получения электроэнергии и тепла. Особенно следует выделить роль возобновляемых видов энергии (ВИЭ), себестоимость производства которых стремительными темпами приближается к уровню себестоимости традиционных видов энергии и уже к 2020 году ВИЭ во многих развитых странах мира станут более конкурентными (без всякой государственной поддержки).

Цель работы состоит в том, чтобы определить место и роль электростанций в системе энергообеспечения в контексте мировых тенденций развития источников энергии.

При традиционном способе генерации и транспортировки электрической энергии используются мощные электростанции различных типов. Тепловая электроэнергетика требует меньших капиталовложений (в 2–3 раза) при больших текущих затратах на производство электроэнергии (в 1,5–2 раза) по сравнению с ядерной энергетикой. Стратегическое планирование баланса производства между этими типами генерации должно определяться не только экономическим, но и двумя другими аспектами безопасности. Относительно энергетического аспекта, нежелательным является дисбаланс в пользу любого типа генерации, который превышает 50 % от общего объёма производства. С экологической точки зрения, кроме общего недостатка — значительного уровня водопотребления, — оба типа имеют свои собственные основные принципиально необратимые недостатки: тепловая энергетика — существенные выбросы двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу, ядерная энергетика — наработка радиоактивных отходов (РАО). При этом последний недостаток может быть скомпенсирован надёжной локализацией РАО, что в условиях нормальной эксплуатации объектов предоставляет ядерной энергетике существенное преимущество по сравнению с тепловой [2]. В то же время, к основным недостаткам ядерной энергетики, хотя и принципиально отвратимым, относятся существенно более весомые последствия возможных аварий по сравнению с другими типами генерации.

Масштабные планы по строительству объектов ядерной энергетики (преимущественно в Китае, Индии, Южной Кореи и России) свидетельствуют о расширении её присутствия в мировой энергетике в обозримом будущем [3]. Следует отметить, что несмотря на определённые экологические риски, связанные с опасностью ядерной отрасли, она смогла занять соответствующую конкурентную позицию в энергетическом секторе, в большинстве случаев благодаря относительно положительным техническим и экологическим показателям. Необходимо отметить, что цена на ядерную энергию в меньшей степени зависит от внешних факторов по сравнению с углеводородными источниками, ядерная энергия является низкоуглеродистой и эффективной с точки зрения затрат. Развитие ядерной энергетики в мире стимулируется возможностью двойного использования ядерных материалов (для выработки энергии и оружия массового поражения). Однако, несмотря на очевидные объективные выгоды от использования и развития ядерной энергетики в целом, остаются и проблемы, в частности захоронения отходов (особенно высокоактивных и радиоактивных), которые затрудняют дальнейшее развитие этой сферы. Сегодня существуют пути решения этих проблем, однако в большинстве стран пока не достигнут консенсус по этому вопросу.

Несмотря на то, что львиную долю в общем объёме производства энергии занимают традиционные источники, с каждым годом увеличивается удельный вес альтернативной энергетики, так как рост населения (в первую очередь в Индии и Китае) и повышение уровня жизни ведут к росту спроса на энергоресурсы в долгосрочной перспективе.

Согласно прогнозам, при условии существенного повышения эффективности энергопотребления, мировой спрос на энергоресурсы в 2035р., по сравнению с 2015, увеличится на 37 %. Прогнозируемые темпы мирового потребления энергии будут несколько медленнее, что вызвано завершением этапа бурного роста спроса на энергию в странах Азии. Практически весь объём прогнозируемого роста спроса (96 %) придётся на страны, не входящие в ОЭСР, где энергопотребление в течение исследуемого периода будет расти на 2,2 % в год по сравнению с 0,1 % в странах ОЭСР, где с 2030 г. уровень потребления начнёт постепенно снижаться.Ископаемые виды топлива (нефть, природный газ и уголь) будут по-прежнему удовлетворять большую часть мировых потребностей в течение указанного периода — ни один другой источник энергии не сможет сравниться с ними по доступности, экономичности и масштабах производства, несмотря на то, что их доля снизится с 86 % в 2015г. до 81 % в 2035 г. Самым быстрорастущим ископаемым видом топлива в потреблении будет газ (+ 1,9 % роста в год), существенно снизятся темпы роста угля (с 2000г. рост был на уровне 3,8 % в год) — до + 0,8 %, нефть только незначительно опередит уголь (+ 0,9 % в год). К 2035 г. доли ископаемых видов топлива (угля, нефти и газа) сгруппируются вокруг отметки 28 %. В странах ОЭСР доли угля и нефти в общем потреблении энергии будут сокращаться большими темпами. Это падение компенсируется ростом долей ВИЭ и природного газа. Среди неископаемых видов топлива более всего будет расти доля ВИЭ (+ 6,3 % на год), опередив ядерную энергетику в начале 2020-х годов и гидроэнергетику на начало 2030-х годов. Доля ВИЭ в 2035р. в общемировом потреблении составит 8 % (в 2014 г. 3 %). По прогнозам специалистов Всемирного энергетического совета, общая установленная мощность электростанций в мире вырастет с 4000 ГВт в 2006 году до 10000 ГВт в 2030 г., при этом установленная мощность электростанций на основе ВИЭ увеличится вдвое [4].

Сегодня стоимость электроэнергии, производимой на мини- и микро-ГЭС ниже стоимости от традиционных источников. А стоимость электроэнергии, произведенной на ветровых электроустановках (ВЭУ), практически находится на уровне стоимости электроэнергии, выработанной на газотурбинных станциях с комбинированным циклом, которые имеют высокие показатели эффективности среди традиционных энергосистем. Тем не менее, энергия, произведённая на основе фотоэлементов солнечных станций, по себестоимости всё ещё превышает в 4–5 раз себестоимость энергии от традиционных источников. За счёт стремительного развития отрасли стоимость электроэнергии от ВИЭ может снизиться до стоимости от других источников в ближайшие 5–10 лет.

В условиях увеличения доли электроэнергии, вырабатываемой крупными базовыми тепловыми и атомными электростанциями, оптимальным дополнением к ним являются гидроэлектростанции как маневренные мощности.Высокий уровень использования возобновляемых гидроэнергетических ресурсов в развитых странах обусловлен преимуществами гидроэлектростанций (ГЭС). В связи с введением в объединённых энергосистемах крупных базисных ТЭС и АЭС резко возросла роль в обеспечении надёжного энергоснабжения высокоманевренных ГЭС и ГАЭС, покрывающих пиковую часть графика нагрузок и выполняющих функции аварийного и нагружающего резервов энергосистемы.Большой накопленный опыт, успехи в методах проектирования и расчётов, совершенствование конструкций плотин и технологий их строительства, которые обеспечили повышение надёжности и экономичности плотин, открыли новые возможности широкого использования гидроэнергетических ресурсов, позволили строить ГЭС с высокими плотинами и большими водохранилищами в различных природных условиях, включая сложные инженерно-геологические условия, высокую сейсмичность.

На рынке возобновляемых источников энергии перспективным сегментом является геотермальная энергия — энергия в форме тепла, которая аккумулирована в земной поверхности, и которая может быть добыта и использована на пользу человека. Основными её преимуществами по сравнению с другими альтернативными видами энергии является доступность практически в любой точке мира и постоянство источника тепла в земной коре. На современных ГеоЭС коэффициент использования мощности достигает 90 %, при эксплуатации таких электростанций не происходит эмиссия диоксида углерода в атмосферу [1, с. 136]. Но при таком способе добычи электрической энергии используются химические вещества, которые наносят колоссальный ущерб окружающей среде.

Геотермальная энергия сейчас масштабно используется более чем в 40 странах мира уже более 50 лет для обогрева и охлаждения жилья, в сельском хозяйстве, туризме, лечении, выработке электрической энергии и т. д. Ситуация меняется от страны к стране в зависимости от развития геотермальных технологий. Диапазон использования варьируется от выработки электроэнергии с использованием высокотемпературных сухих горных пород (Исландия, Италия, Греция, Турция), использованием гидротермальных ресурсов в осадочных бассейнах (Франция, Германия, Польша, Италия, Венгрия, Румыния и другие). В 2014 году в мире была построена первая в мире (Исландия) промышленная геотермальная электростанция, источником тепла для которой является магма Земли [6].

Перспективным видом электростанций являются приливные электростанции, которые используют энергию морских волн для генерации электроэнергии. Но коэффициент использования установленной мощности для них составляет 24–26 %, а пик выработки часто приходится на ночное время, когда сетевое потребление находится на минимуме. Для использования энергии приливов через устье реки строятся плотины, которые блокируют входящий и исходящий поток.В настоящее время, хотя и имеются надёжные технологии для использования энергии приливов, приливные электростанции стоят очень дорого, поэтому функционирует лишь одна основная приливная электрическая станция (находится в устье реки Ранс на северном побережье Франции и вырабатывает электроэнергии в 240 МВт).Теоретический потенциал приливной энергетики в России оценивается более чем в 100 ГВт.Использование приливной энергии может снизить потребность в ядерной энергии и связанные с ней радиационные риски. Однако, изменение приливных потоков может привести к негативным последствиям для водных экосистем и береговых линий, а также для навигации и отдыха.

В течение 2000–2015 гг. в странах ЕС наибольший рост установленной мощности электростанций продемонстрировали такие виды возобновляемой энергетики, как ветровая и солнечная — общая установленная мощность за 15 лет составила 116 и 88 ГВт соответственно. При этом наблюдается устойчивая тенденция к выведению из эксплуатации технологий традиционной энергетики с использованием ископаемого топлива. Наиболее быстрое развитие в мире наблюдается в области ветровой энергетики. Ветровые электростанции (ВЭС) — комплексы современного оборудования, состоящие из ветрогенератора мощностью от 100 Ватт до 10 МВат, контроллера заряда, комплекта аккумуляторных батарей и инвертора напряжения. ВЭС предназначены для преобразования чистой природной энергии ветра в электричество. На конец 2015 года установленная мощность ветроэлектрических станций (ВЭС) составила 432,2 ГВт. Лидерами в этой области являются Китай, США, Германия, Испания, Индия. Стремительно развивается ветроэнергетика во Франции — 9,2 ГВт установленной мощности, что соответствует около 7 % общей мощности электростанций в этой стране [5]. Что касается развития солнечных фотоэлектрических систем (ФЭС) в мире, то лидерами в этой области являются Германия — 38,2 ГВт; Китай — 28,1 ГВт; Япония — 23,3 ГВт; Италия — 18,5 ГВт; США — 18,3 ГВт. [7] Так, в Германии в июле 2014 с помощью фотоэлектрических систем было произведено столько же электроэнергии, сколько и на атомных электростанциях. Отдельно следует обратить внимание на Францию, традиционно «атомное» государство, в котором общая мощность ФЭС составляет 5,6 ГВт.

Основным путём поддержания уровня производства электроэнергии и его дальнейшего наращивания является использование традиционных типов генерации — тепловой, ядерной и гидроэнергетики. Объём использования возобновляемых источников энергии постоянно растёт, значительные средства тратятся на разработку новых технологий и технических средств их применения. Этому способствует экологическая чистота использования геотермальных, солнечных, ветровых, приливных и других электростанций по сравнению с тепловыми.

Литература:

  1. Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы // Выпуск 3. Материалы Научной сессии Института проблем геотермии, посвященной Дню российской науки. Махачкала. 7–8 февраля 2014г. / Под ред. д.т.н. А. Б. Алхасова — Махачкала: ИП Овчинников (АЛЕФ), 2014. — 158с.
  2. Будущее атомной энергетики. Междисциплинарное исследование Массачусетского технологического института / под. ред. Stephen Ansolabehere, John Deutch etc. // [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.seu.ru/programs/atomsafe/books/FAE1.pdf
  3. Всемирная ядерная ассоциация: официальный сайт. Режим доступа: http://www.world-nuclear.org/
  4. Всемирный энергетический совет: официальный сайт. Режим доступа: http://www.worldenergy.org/
  5. Глобальный совет по ветроэнегетике: официальный сайт. Режим доступа: http://www.gwec.net/
  6. Geothermal Energy News & Information — [Electronic resource]. Access denied: http://www.renewableenergyworld.com/geothermal-energy.html
  7. World Energy Outlook Special Report 2015: Energy and Climate Change — Executive Summary — [Electronic resource]. Access denied: https://www.iea.org/Textbase/npsum/WEO2015SUM.pdf
Основные термины (генерируются автоматически): ядерная энергетика, мировая энергетика, электрическая энергия, Китай, электростанция, Италия, ископаемый вид топлива, ядерная энергия, альтернативная энергетика, стоимость электроэнергии.


Ключевые слова

альтернативные источники энергии, электростанции, энергообеспечение, традиционная энергетика

Похожие статьи

Перспективы развития энергетики в России и в мире

В настоящее время темпы развития экономики выявляют основные проблемы развития мирового энергетического комплекса. Происходит постепенное завершение эры углеводородов, основные причины этого — дороговизна энергии...

Будущее ядерной энергетики | Статья в журнале...

ядерная энергетика, атомная энергетика, окружающая среда, реактор, АЭС, Япония, США, энергетическая безопасность, атомная энергия, ядерная безопасность.

Структура иобъем мирового потребления энергии

В каком состоянии находится мировая энергетика в настоящее время? Согласно исследованию МЭА, ископаемые виды топлива сохраняют доминирующие позиции в мировом потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов до 2020–2030 гг (рис.2, табл.1).

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых...

Факторы неизбежного развития атомной энергетики

атомная энергетика, окружающая среда, США, модульный газоохлаждаемый реактор, ядерная энергетика, время, длительный период времени, атомная энергия, углеводородное топливо, ядерное топливо.

Конкурентоспособность России на мировом рынке атомной...

атомная энергетика, атомная энергия, мировой рынок, природный уран, США, Россия, Китай, Казахстан, ядерная энергетика, обогащение урана.

Торий — лучший источник энергии

Вклад ядерной энергетики в суммарное потребление энергии составляет около 2.5 %, что немного больше, чем от «новых возобновляемых источников энергии» (ветер, солнечная энергия, биотопливо, геотермальная энергия...

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной экологический балл.

Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание

Ядерное топливо.

Ветроэнергетика в России и мире | Статья в журнале...

Альтернативой ископаемому топливу являются регенеративные источники энергии (ВИЭ), к которым, относятся: энергия ветра, солнечная

Последнее десятилетие мировой рынок ветровой энергетики развивался быстрее, чем любой другой вид возобновляемой энергетики.

Перспективы развития энергетики в России и в мире

В настоящее время темпы развития экономики выявляют основные проблемы развития мирового энергетического комплекса. Происходит постепенное завершение эры углеводородов, основные причины этого — дороговизна энергии...

Будущее ядерной энергетики | Статья в журнале...

ядерная энергетика, атомная энергетика, окружающая среда, реактор, АЭС, Япония, США, энергетическая безопасность, атомная энергия, ядерная безопасность.

Структура иобъем мирового потребления энергии

В каком состоянии находится мировая энергетика в настоящее время? Согласно исследованию МЭА, ископаемые виды топлива сохраняют доминирующие позиции в мировом потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов до 2020–2030 гг (рис.2, табл.1).

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых...

Факторы неизбежного развития атомной энергетики

атомная энергетика, окружающая среда, США, модульный газоохлаждаемый реактор, ядерная энергетика, время, длительный период времени, атомная энергия, углеводородное топливо, ядерное топливо.

Конкурентоспособность России на мировом рынке атомной...

атомная энергетика, атомная энергия, мировой рынок, природный уран, США, Россия, Китай, Казахстан, ядерная энергетика, обогащение урана.

Торий — лучший источник энергии

Вклад ядерной энергетики в суммарное потребление энергии составляет около 2.5 %, что немного больше, чем от «новых возобновляемых источников энергии» (ветер, солнечная энергия, биотопливо, геотермальная энергия...

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной экологический балл.

Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание

Ядерное топливо.

Ветроэнергетика в России и мире | Статья в журнале...

Альтернативой ископаемому топливу являются регенеративные источники энергии (ВИЭ), к которым, относятся: энергия ветра, солнечная

Последнее десятилетие мировой рынок ветровой энергетики развивался быстрее, чем любой другой вид возобновляемой энергетики.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Перспективы развития энергетики в России и в мире

В настоящее время темпы развития экономики выявляют основные проблемы развития мирового энергетического комплекса. Происходит постепенное завершение эры углеводородов, основные причины этого — дороговизна энергии...

Будущее ядерной энергетики | Статья в журнале...

ядерная энергетика, атомная энергетика, окружающая среда, реактор, АЭС, Япония, США, энергетическая безопасность, атомная энергия, ядерная безопасность.

Структура иобъем мирового потребления энергии

В каком состоянии находится мировая энергетика в настоящее время? Согласно исследованию МЭА, ископаемые виды топлива сохраняют доминирующие позиции в мировом потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов до 2020–2030 гг (рис.2, табл.1).

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых...

Факторы неизбежного развития атомной энергетики

атомная энергетика, окружающая среда, США, модульный газоохлаждаемый реактор, ядерная энергетика, время, длительный период времени, атомная энергия, углеводородное топливо, ядерное топливо.

Конкурентоспособность России на мировом рынке атомной...

атомная энергетика, атомная энергия, мировой рынок, природный уран, США, Россия, Китай, Казахстан, ядерная энергетика, обогащение урана.

Торий — лучший источник энергии

Вклад ядерной энергетики в суммарное потребление энергии составляет около 2.5 %, что немного больше, чем от «новых возобновляемых источников энергии» (ветер, солнечная энергия, биотопливо, геотермальная энергия...

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной экологический балл.

Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание

Ядерное топливо.

Ветроэнергетика в России и мире | Статья в журнале...

Альтернативой ископаемому топливу являются регенеративные источники энергии (ВИЭ), к которым, относятся: энергия ветра, солнечная

Последнее десятилетие мировой рынок ветровой энергетики развивался быстрее, чем любой другой вид возобновляемой энергетики.

Перспективы развития энергетики в России и в мире

В настоящее время темпы развития экономики выявляют основные проблемы развития мирового энергетического комплекса. Происходит постепенное завершение эры углеводородов, основные причины этого — дороговизна энергии...

Будущее ядерной энергетики | Статья в журнале...

ядерная энергетика, атомная энергетика, окружающая среда, реактор, АЭС, Япония, США, энергетическая безопасность, атомная энергия, ядерная безопасность.

Структура иобъем мирового потребления энергии

В каком состоянии находится мировая энергетика в настоящее время? Согласно исследованию МЭА, ископаемые виды топлива сохраняют доминирующие позиции в мировом потреблении первичных топливно-энергетических ресурсов до 2020–2030 гг (рис.2, табл.1).

Атомные электростанции | Статья в журнале «Молодой ученый»

Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых...

Факторы неизбежного развития атомной энергетики

атомная энергетика, окружающая среда, США, модульный газоохлаждаемый реактор, ядерная энергетика, время, длительный период времени, атомная энергия, углеводородное топливо, ядерное топливо.

Конкурентоспособность России на мировом рынке атомной...

атомная энергетика, атомная энергия, мировой рынок, природный уран, США, Россия, Китай, Казахстан, ядерная энергетика, обогащение урана.

Торий — лучший источник энергии

Вклад ядерной энергетики в суммарное потребление энергии составляет около 2.5 %, что немного больше, чем от «новых возобновляемых источников энергии» (ветер, солнечная энергия, биотопливо, геотермальная энергия...

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Ключевые слова: солнечная энергия, энергия ветра, энергия биомассы, гидроэнергия, геотермальная энергия, штрафной экологический балл.

Возобновляемые источники энергии всё шире применяются в энергетике и поэтому всё пристальнее внимание

Ядерное топливо.

Ветроэнергетика в России и мире | Статья в журнале...

Альтернативой ископаемому топливу являются регенеративные источники энергии (ВИЭ), к которым, относятся: энергия ветра, солнечная

Последнее десятилетие мировой рынок ветровой энергетики развивался быстрее, чем любой другой вид возобновляемой энергетики.

Задать вопрос