План урока:

Объёмы производства электроэнергии

Типы электростанций

Нетрадиционные источники энергии

Энергетические системы

Влияние отрасли на окружающую среду

Перспективы развития электроэнергетики

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.):

• Центр – 74;
• Средняя Волга – 36;
• Урал – 98;
• Северо-Запад – 41;
• Юг – 20;
• Крым – 10;
• Сибирь – 53;
• Восток – 19.

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:

• государственные районные электростанции;
• газотурбинные;
• теплоэлектроцентрали (ТЭЦ);
• утилизационные электростанции;
• парогазовые;
• конденсаторные.

Для ТЭС характерно много недостатков:

• для обслуживания данного типа электростанций в России требуется большое количество трудовых кадров;
• ресурсы, которые нужны для работы ТЭС, исчерпаемы и невозобновимы;
• ТЭС очень сложно регулируются. На их остановку и запуск тратится много времени;
• такие электростанции считаются одним из самых масштабных загрязнителей воздуха. При сгорании топлива в атмосферу попадает множество вредных веществ.

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:

• природный газ – 73%;
• уголь – 23,9%;
• мазут – 3%;
• торф – 1%.

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:

• Сургутская ГРЭС-2 - мощность 5600 МВт. Энергоблоки работают на попутном газе – это тот ресурс, который при добыче газа нужно было бы утилизировать;

• Рефтинская ГРЭС – мощность 3800 МВт. В качестве ресурса используется каменный уголь;

• Костромская ГРЭС – мощность 3600 МВт. Топливом служит природный газ, как резервный вариант может быть использован мазут;

• Сургутская ГРЭС-1 – мощность 3268 МВт. Электроэнергия вырабатывается на попутном (40%) и природном (60%) газе;

• Пермская ГРЭС – мощность 3260 МВт. Работает на природном газе;

• Рязанская ГРЭС – мощность 3130 МВт. Первоначально в качестве топлива использовали каменный уголь, но после модернизации энергоблоки перевели на природный газ.

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:

• строительство требует больших капиталовложений;
• станции привязаны к определенному месту с хорошими гидроресурсами;
• чтобы построить одну ГЭС, требуется затопление больших территорий. Часто это происходит в ущерб сельскохозяйственной деятельности, рыбной ловли, экологическому равновесию;
• в полную мощь станции могут работать только при максимальном уровне подъема воды, это длится не круглый год.

На мощных российских реках строят каскады из ГЭС. Самые известные - Ангаро-Енисейский каскад (включает Красноярскую, Братскую, Усть-Илимскую и Саяно-Шушенскую ГЭС) и Волжский каскад (включает Угличскую, Рыбинскую, Саратовскую, Иваньковскую, Волжскую ГЭС).

Крупнейшие гидроэлектростанции России:

• Саяно-Шушенская – самая крупная ГЭС страны, мощность 6400 МВт. Находится на реке Енисей, около города Саяногорска. Ее арочно-гравитационная плотина занимает 7 место в мире среди самых высоких плотин;

• Красноярская ГЭС – мощность 6000 МВт. Станция расположена на реке Енисей, в 27 км от Красноярска. Ее изображение можно увидеть на бумажной 10-рублевой купюре;

• Братская ГЭС – мощность 4500 МВт. Находится на реке Ангара, около города Братск в Иркутской области;

• Усть-Илимская ГЭС – расположена около города Усть-Илимск на Ангаре. Установленная мощность 3840 МВт;

• Волжская ГЭС – ее можно увидеть севернее Волгограда на реке Волга. Ее мощность составляет 2592,5 МВт.

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.

• не нуждаются в поставках больших запасов топлива, 1 кг урана заменяет 2,5 тонны угля;
• АЭС удобно строить в труднодоступных регионах и электродефицитных местах;
• при безаварийном функционировании практически не оказывают негативного воздействия на окружающую среду.

Основные недостатки атомных электростанций:

• тяжелые последствия в результате аварий на реакторах. Яркий пример станции в Чернобыле и Фукусиме;
• проблема утилизации отходов. До сих пор не разработали никаких технологий, которые бы помогли в решении данного вопроса;
• плохая регуляция станций. Чтобы остановить и запустить АЭС требуется несколько недель.

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.

АЭС России:

• Балаковская;
• Белоярская;
• Билибинская;
• Калининская;
• Кольская;
• Курская;
• Ленинградская;
• Нововоронежская;
• Ростовская;
• Смоленская.

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:

• солнечную энергию;
• ветровую энергию;
• биоэнергетику;
• геотермальную энергию;
• энергию атмосферного электричества;
• энергию морей и океанов;
• грозовую энергетику.

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:

• Солнечные электростанции – в последнее время все больше распространяются среди населения. Энергию получают благодаря специальным фотоэлементам, которые устанавливают на отдельных объектах или гелиостанциях. Солнечные батареи, в качестве источника энергии, стали использовать для освещения улиц, работы светофоров. Эффективность солнечных электростанций зависит от погодных условий, для их работы важно большое количество солнечных дней. В России лучшими районами для строительства станций являются Краснодарский край, Крым, Восточная Сибирь, Магаданская область. На сегодня мощность всех солнечных станций превышает 400 МВт. Одни из крупнейших -Орская (Оренбургская обл.), Бурибаевская (Республика Башкортостан). Более 10 электростанций мощностью 20 МВт функционируют в Крыму.

• Ветряные электростанции – они работают благодаря установке ветряков-преобразователей. Для их строительства требуются значительные площади. Для большей эффективности ветряки устанавливают в 10-12 км от побережья морей, в степи. В России лучшие районы – крайний север, побережья морей в северной, восточной и юго-западной части страны.В промышленных масштабах электроэнергия вырабатывается на Зеленоградской (Калининградская обл.), Останинской (Крым), Тарханкутской (Крым) и Сакской (Крым) ветровых установках. В перспективе создание еще 22 ветряных электростанций общей мощностью 2500 МВТ.

• Геотермальный – еще один нетрадиционный источник получения энергии. Используется тепло, выделяемое земной корой. В Российской Федерации получить его можно на Дальнем Востоке, Кавказе, в Краснодарском и Ставропольском крае. В этих регионах температура геотермальных вод достигает +125 градусов. В стране функционирует 5 геотермальных электрических станций – Паужетская, Мутновская и Верхне-Мунтовская на Камчатке, Менделеевская на острове Кунашир и Океанская на острове Итуруп.

• Гидроэнергетика – это самый распространенный вид нетрадиционных источников энергии в России. Кроме строительства гидростанций на реках, в стране используется энергия приливов. В Мурманской области функционирует Кислогубская приливная электростанция. Сейчас разрабатываются проекты строительства таких станций в Белом и Охотском морях.

• Биотопливо – использование этого нетрадиционного источника энергии в данный момент не распространено. Но благодаря развитию лесной и деревообрабатывающей промышленности, он может стать перспективой ближайшего будущего. В последнее время в стране строятся заводы по переработке отходов древесины. Из них производят топливные брикеты и пеллеты (гранулы). Они служат топливом для различных котлов, в процессе чего вырабатывается тепловая и электрическая энергия. Отходы сельскохозяйственных культур – источники жидкого топлива и биогаза.

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):

• Востока;
• Урала;
• Сибири;
• Юга;
• Средней Волги;
• Северо-Запада;
• Центра.

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:

• снижение суммарного максимума нагрузки ЕЭС Российской Федерации на 5 ГВт;
• применение высокоэффективного крупноблочного оборудования;
• уменьшение потребности электрических станций в мощности на 10-12 ГВт;
• оптимизация распределения нагрузки между электростанциями, что позволило сократить расход топлива.

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:

• Камчатский край;
• Магаданскую область;
• Северную часть республики Саха (Якутию);
• Сахалинскую область;
• Чукотский автономный округ;
• Таймырский автономный округ.

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:

• Усовершенствование очистного оборудования.
• С целью уменьшения количества поступления в атмосферу соединений серы, ее будут извлекать из топлива до начала горения различными методиками.
• Введение новых технологий, базирующихся на использовании автоматизированного компьютерного оборудования.
• Активное использование альтернативных источников энергии, которые практически безопасны для окружающей среды.

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:

• рост эффективности, качества и надежности электроснабжения;
• активное использование альтернативных источников энергии;
• производство и потребление водорода. Планируется, что в будущем Российская Федерация должна стать одним из лидеров по водородной энергетике;
• создание более простых технологий для присоединения к сетям.

Цели и перспективы развития электроэнергетики в России:

• надежное и своевременное снабжение экономики и населения электроэнергией;
• сохранение и способствование развитию единой энергетической системы (ЕЭС), обеспечение ее взаимодействия с другими энергосистемами на Евразийском континенте;
• применение современных технологий для повышения эффективности работы энергосистемы;
• уменьшение негативного воздействия электроэнергетики на окружающую среду.

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.