Генерация это что в энергетике
Генерация электроэнергии
Для генерации электроэнергии используют:
Электрический генератор — электрическую машину, в которой механическая работа преобразуется в электрическую энергию.
солнечную батарею или фотоэлемент — электронный прибор, который преобразует энергию электромагнитного излучения, в основном светового диапазона, в электрическую энергию.
Химические источники тока — преобразование части химической энергии в электрическую, посредством химической реакции (см. также Топливный элемент, Гальванический элемент).
Радиоизотопные источники электроэнергии;
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Использование эне́ргии является основой развития человеческого общества и позволяет ему изменять окружающую среду. Общественные формы использования энергии являются решающими для воспроизводства его результатов. В индустриальном и постиндустриальном обществах разработка энергетических ресурсов необходима для сельского хозяйства, транспорта, переработки отходов, развития информационных технологий и телекоммуникаций и других отраслей экономики, развитие которых означает достижение высокого уровня общественного.
Под концепцией энергетического поворота (от нем. Energiewende) понимается взятый правительством Германии курс на постепенный отказ от использования ископаемого углеводородного топлива и ядерной энергетики и почти полный переход на её возобновляемые источники. В рамках данной концепции к 2020 году планировалось увеличить долю электроэнергии, получаемую из альтернативных источников, до 35%, а к 2030, 2040 и 2050 до 50, 65 и 80% соответственно.. По данным на начало 2019 года, на долю «чистой» энергетики.
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:
Энергетика-генерация часть 1
В этой части мы поговорим о том, что такое электрогенерация и теплогенерация, на чем зарабатывают компании, что такое мощность, и почему за нее платят, кто покупает и платит за энергию (и электро, и тепловую), как транспортируется энергия (через сети).
Сектор электрогенерации большой по количеству компаний на нашем рынке. Компании генерации, как правило, очень стабильны и достаточно предсказуемы по результатам, но при этом многие инвесторы не знают, как зарабатываются деньги в этой отрасли, и в чем состоит деятельность компаний.
Начнем с первого вопроса, который часто непонятен человеку, незнакомому с сектором. У генерирующих компаний есть выручка за электроэнергию, теплоэнергию и мощность – что это по сути?
Разберу на понятном примере – вашего дома.
Электроэнергия – самая понятная часть. Это то, что у нас у всех дома подается в розетку, когда вы включаете какой-то прибор. Генерирующие компании производят энергию (про способы генерации расскажу в следующей части) и поставляют ее в сеть.
Мощность – возможность включить в розетку прибор. То есть электроэнергия не расходуется, пока вы прибор не включили, но при этом если включите, в розетке будет электроэнергия. Вы за эту мощность не платите, как это работает разберем ниже.
Теперь посмотрим, кто платит генерирующим компаниям за все это.
Клиенты генерирующих компаний – юридические лица. Это заводы и компании-посредники между розничным потребителем и генерацией. Они оплачивают все три пункта.
С электроэнергией и теплоэнергией все просто – есть объем поставки энергии и цена энергии в руб*КВт/ч (Киловатт-час – кол-во энергии, которое потребляется устройством мощностью 1 киловатт в течение часа).
С мощностью интереснее – генерирующая компания получает деньги просто за то, что теоретически может поставить потребителю кол-во энергии, равное мощности, которую он оплачивает. Оплата идет по ставкам руб*МВТ/мес – потребитель оплачивает существующие мощности компании, но не саму энергию – она оплачивается отдельно. Это нужно для бесперебойных поставок в пиковые часы нагрузки.
Как идет поток денег в энергетике?
Генерирующая компания получает деньги за энергию и мощность от сбытовых компаний, при этом поставляют энергию они в магистральную сеть. Сети между собой передают деньги и энергию (из магистральных сетей энергия продается более мелким единицам – распределительным сетям (МРСК), а от них уже потребителям).
Схема потоков энергии и ее оплаты
При этом потребители не платят напрямую сетевым компаниям – они платят энергосбыту, а энергосбыт из этих платежей оплачивает саму энергию (платежи генерирующим компаниям) и доставку этой энергии (платежи распределительным компаниям).
Как транспортируется электроэнергия?
Транспортом электроэнергии занимаются не генерирующие компании – это задача сетевых компаний. Они прокладывают ЛЭП (линии электропередач) и строят подстанции для передачи энергии от производителя к потребителям.
Непосредственно от генератора энергия идет в повышающий трансформатор (который повышает напряжение, чтобы передавать энергию на дальние расстояния), а оттуда энергия через ЛЭП идет на центральные подстанции, из которых провода расходятся по городу (с системой из понижающих напряжение трансформаторов и низковольтной линией электропередач). Чаще всего в городе провода прокладываются под землей.
Что касается тепловой энергии – вода нагревается в процессе генерации, либо отдельно ради теплоэнергии – в котельных.
Температура воды в котле достигает 100+ градусов и не испаряется – благодаря высокому давлению. Затем вода по трубам теплосетевой компании движется по городу и достигает тепловых пунктов (также туда проходит холодная вода из водоканала). В тепловых пунктах холодная вода подогревается теплоносителем (поступившим кипятком) и направляется в ближайшие здания в краны, а теплоноситель – в трубы.
Схема передачи теплоэнергии
Итак, в этой части мы рассмотрели азы отрасли – разобрались с понятиями. В следующей части поговорим о том, какие бывают способы генерации энергии.
Как осуществляется производство (генерация) электрической энергии?
Производство (Генерация) электроэнергии — это процесс преобразования различных видов энергии в электрическую на индустриальных объектах, называемых электрическими станциями. В настоящее время существуют следующие виды генерации:
Теплофикационные (теплоэлектроцентрали, ТЭЦ ). Теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции;
Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;
Гелиоэнергетика — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;
Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;
Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;
Стоит также отметить альтернативные виды гидроэнергетики : приливную и волновую энергетику. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.
Генерация электрической энергии и виды электростанций
Генерация электроэнергии — это процесс преобразования различных видов энергии(механической, химической, тепловой, оптической) в электрическую на электростанциях. В настоящее время существуют следующие виды генерации:
1. Тепловая электроэнергия.
В данном случае в электрическую энергию преобразуется тепловая энергия сгорания органических топлив. К тепловой электроэнергетике относятся тепловые электростанции (ТЭС), которые бывают двух основных видов:
b. Теплофикационные (теплофикацией называется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии на одной и той же станции);
КЭС и ТЭЦ имеют схожие технологические процессы. В обоих случаях имеется котёл, в котором сжигается топливо и за счёт выделяемого тепла нагревается пар под давлением. Далее нагретый пар подаётся в паровую турбину, где его тепловая энергия преобразуется в энергию вращения. Вал турбины вращает ротор электрогенератора — таким образом энергия вращения преобразуется в электрическую энергию, которая подаётся в сеть. Принципиальным отличием ТЭЦ от КЭС является то, что часть нагретого в котле пара уходит на нужды теплоснабжения;
Тепловые электростанции (ТЭС). В России около 700 крупных и средних ТЭС. Они производят до 70% электроэнергии. ТЭС используют органическое топливо – уголь, нефть, газ, мазут, сланцы, торф. Тепловые электростанции ориентированы на потребителя и одновременно находятся у источников топливных ресурсов. Электростанции, работающие на мазуте, располагаются преимущественно в центрах нефтеперерабатывающей промышленности. Крупными тепловыми электростанциями являются Березовская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, работающие на углях Канско-Ачинского бассейна, Сургутская ГРЭС-1 и ГРЭС-2, Уренгойская ГРЭС – на газе. (Самой крупной ТЭС в мире является Сургутская ГРЭС-2 (4800 МВт), работающая на природном газе)
Преимущества тепловых электростанций: относительно свободное размещение, связанное с широким распространением топливных ресурсов в России; способность вырабатывать электроэнергию без сезонных колебаний (в отличие от ГЭС). К Недостаткам относятся: использование невозобновимых топливных ресурсов; низкий КПД; крайне неблагоприятное воздействие на окружающую среду (тепловые электростанции всего мира выбрасывают в атмосферу ежегодно 200–250 млн. т золы и около 60 млн. т сернистого ангидрида; кроме того они поглощают огромное количество кислорода).
К ней относятся атомные электростанции (АЭС). На практике ядерную энергетику часто считают подвидом тепловой электроэнергетики, т. к., в целом, принцип выработки электроэнергии на АЭС тот же, что и на ТЭС. Только в данном случае тепловая энергия выделятся не при сжигании топлива, а при делении атомных ядер в ядерном реакторе. Дальше схема производства электроэнергии ничем принципиально не отличается от ТЭС: пар нагревается в реакторе, поступает в паровую турбину и т. д. Из-за некоторых конструктивных особенностей АЭС нерентабельно использовать в комбинированной выработке, хотя отдельные эксперименты в этом направлении проводились;
АЭС используют транспортабельное топливо и ориентируются на потребителей, расположенных в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом или в местах, где выявленные ресурсы минерального топлива ограничены. Кроме этого, атомная электроэнергетика относится к отраслям исключительно высокой наукоемкости.
На сегодняшний день в России эксплуатируются 10 атомных электростанций (в общей сложности 32 энергоблока установленной мощностью 24,2 ГВт), которые вырабатывают около 16% всего производимого электричества. При этом в Европейской части России доля атомной энергетики достигает 30%, а на Северо-западе — 37%.
К ней относятся гидроэлектростанции (ГЭС). В гидроэнергетике в электрическую энергию преобразуется кинетическая энергия течения воды. Для этого при помощи плотин на реках искусственно создаётся перепад уровней водяной поверхности. Вода под действием силы тяжести переливается из верхнего бьефа в нижний по специальным протокам, в которых расположены водяные турбины, лопасти которых раскручиваются водяным потоком. Турбина же вращает ротор электрогенератора. Особой разновидностью ГЭС являются гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Их нельзя считать генерирующими мощностями в чистом виде, т. к. они потребляют практически столько же электроэнергии, сколько вырабатывают, однако такие станции очень эффективно справляются с разгрузкой сети в пиковые часы;
Гидроэнергетика обеспечивает 19% всей мировой электроэнергии, а установленная гидроэнергетическая мощность составляет 715 ГВт. По установленной мощности гидроагрегатов и по выработке Россия занимает пятое место в мире после Китая, Канады, Бразилии, США, при этом по обеспеченности гидроэнергетическими ресурсами Россия находится на втором, после КНР, месте в мире. Полная мощность ГЭС реализуется лишь в теплые месяцы и только в многоводные годы. Гидроэлектростанции являются весьма эффективным источником энергии, поскольку используют возобновимые ресурсы, они просты в управлении и имеют высокий КПД – более 80%. В результате производимая на ГЭС энергия – самая дешевая.
Самые крупные ГЭС в нашей стране входят в состав Ангаро-Енисейского каскада: Саяно-Шушенская (6.4 млн. кВт), Красноярская (6.0 млн квт), Иркутская (4.0 млн. квт), Братская (4.5 млн. квт), Усть-Илимская (4.3 млн. квт), сооружается Богучанксая ГЭС (4 млн. квт). В европейской части страны создан крупнейший Волжско-Камский каскад ГЭС, в состав которого входят Иваньковская, Угличская, Рыбинская, Воткинская, Городецкая, Чебоксарская, две Волжские (возле Самары и Волгограда), Саратовская. Средняя мощность этих ГЭС около 2.4 млн. квт.
К достоинствам ГЭС относится: использование неисчерпаемых ресурсов; просты в запуске и управлении; имеют высокий КПД; производят самую дешевую электроэнергию; улучшают условия судоходства на реках; облегчают условия орошения близлежащих сельскохозяйственных угодий. К недостаткам ГЭС относятся: требуют больших капиталовложений на строительство; их возведение на равнинах связано со значительными потерями земель, причем лучших – пойменных, отличающихся высоким плодородием; при сооружении водохранилищ неизбежным является переселение жителей из затапливаемых населенных пунктов, что требует очень больших расходов; выработка электроэнергии зависит от климатических условий и меняется по сезонам
4. Альтернативная энергетика.
К ней относятся способы генерации электроэнергии, имеющие ряд достоинств по сравнению с «традиционными», но по разным причинам не получившие достаточного распространения. Основными видами альтернативной энергетики являются:
§ Ветроэнергетика — использование кинетической энергии ветра для получения электроэнергии;
§ Гелиоэнергетика — получение электрической энергии из энергии солнечных лучей;
Общими недостатками ветро- и гелиоэнергетики являются относительная маломощность генераторов при их дороговизне. Также в обоих случаях обязательно нужны аккумулирующие мощности на ночное (для гелиоэнергетики) и безветренное (для ветроэнергетики) время;
§ Геотермальная энергетика — использование естественного тепла Земли для выработки электрической энергии.
§ Водородная энергетика — использование водорода в качестве энергетического топлива. Такой вид производства энергии имеет большие перспективы: водород имеет очень высокий КПД сгорания, его ресурс практически не ограничен, сжигание водорода абсолютно экологически чисто (продуктом сгорания в атмосфере кислорода является дистиллированная вода). Однако в полной мере удовлетворить потребности человечества водородная энергетика на данный момент не в состоянии из-за дороговизны производства чистого водорода и технических проблем его транспортировки в больших количествах;
Стоит также отметить виды гидроэнергетики: приливную и волновую энергетику. В этих случаях используется естественная кинетическая энергия морских приливов и ветровых волн соответственно. Распространению этих видов электроэнергетики мешает необходимость совпадения слишком многих факторов при проектировании электростанции: необходимо не просто морское побережье, но такое побережье, на котором приливы (и волнение моря соответственно) были бы достаточно сильны и постоянны. Например, побережье Чёрного моря не годится для строительства приливных электростанций, так как перепады уровня воды Чёрном море в прилив и отлив минимальны.
2. Основы современной энергетики. – М.изд.дом МЭИ, 2008
3. Топливо и энергетика России. Статистический сборник. – М.финансы и статистика, 2006