Зміст

15.1.1. Вклад вітчизняних учених у розвиток і вдосконалення джерел електроенергії 

15.1.2. Загальні відомості про електричні мережі та енергетичні системи 

15.1.3. Виробництво електроенергії 

15.1.3.1. Основні типи виробників електроенергії  

15.1.3.2. Теплові електростанції 

15.1.3.3. Атомні електростанції 

15.1.3.4. Гідроелектростанції

 

 

15.1.1. Вклад вітчизняних учених у розвиток і вдосконалення джерел електроенергії

Великий вклад у розвиток джерел електричної енергії та їх удосконалення зробив український учений Юрій Михайлович Мацевитий. Його наукові інтереси пов'язані з дослідженнями і розробкою найбільш відповідальних елементів конструкцій енергетичних машин, що працюють в екстремальних умовах (високі температури, тиски та ін.). Відзначився перед Україною Василь Михайлович Хрущов - відомий учений у галузі теплофізики і теплоенергетики, доктор технічних наук, професор. Успішною була діяльність міністра енергетики і палива Юрія Георгійовича Бочкарьова.

Заслуженою популярністю користується Орест Данилович Хвольсон. Багато уваги він приділяв молодим ученим. Коло його наукових інтересів було доволі широке. Він є автором одного з найкращих підручників із фізики «Курс фізики».

 

15.1.2. Загальні відомості про електричні мережі та енергетичні системи

На підприємствах із великим споживанням електроенергії (хімічні, металургійні заводи) живлення споживачів може здійснюватися при напрузі 660 В. Більшість підприємств використовує трифазні мережі 380/220 В. На деяких (старих) підприємствах застосовують систему 220/127 В.

Сучасна електроенергетична галузь забезпечує електроенергією усі сфери споживання (промисловість, комунальне господарство населених пунктів, сільське господарство, електрифікований транспорт тощо). Для енергетичного району електростанції об'єднують в енергетичні системи. Це необхідно для більш економічного використання обладнання та енергетичних ресурсів, а також для підвищення надійності електропостачання споживачів, оскільки при перенавантаженні або аварії на одній з електростанцій споживачі не відключаються, а починають отримувати електроенергію від інших станцій.

Сучасні електроенергетичні системи (EEC), включаючи Об'єднану енергетичну систему України (ОЕС), є складними утвореннями, що вимагають від держави спеціальних підходів до управління функціонуванням, проектування, планування розвитку тощо. EEC повинна забезпечувати стійке, надійне, економічне постачання електроенергії для всіх споживачів, розташованих на її

території. Ці вимоги посилюються важливістю електропостачання для економіки держави та її соціальної сфери.

Частину енергетичної системи, що включає трансформаторні підстанції (ТП) та лінії електропередачі (ЛЕП), називають електричною мережею. Таким чином, електрична мережа служить для передачі електричної енергії від місць виробництва до місць споживання та для розподілу її по групах та окремих споживачах.

Електричні мережі класифікують за різними ознаками. Залежно від напруги розрізняють мережі з напругою до 1000 та понад 1000 В.

За типом струму розрізняють електричні мережі постійного, однофазного та трифазного струмів.

Залежно від конструктивних особливостей бувають повітряні та кабельні мережі, а також мережі всередині будівель та об'єктів.

 

15.1.3. Виробництво електроенергії

15.1.3.1. Основні типи виробників електроенергії

Потужними виробниками електроенергії є:

• теплові електростанції (ТЕС);

• теплоелектроцентралі (ТЕЦ);

• гідроелектричні станції (ТЕС);

• атомні електростанції (АЕС).

До альтернативних виробників електроенергії можна віднести: вітрову електроенергетику, припливну (енергія морів та океанів), сонячні батареї тощо, але ці станції ще не відіграють вирішальної ролі в забезпеченні споживачів електроенергією.

Всі електричні станції, за умови їхньої роботи в єдиній мережі, об'єднані спільністю режиму роботи, безперервністю процесу виробництва, розподілу та споживання електроенергії.

 

15.1.3.2. Теплові електростанції

Тепловою електростанцією називають комплекс споруд і устаткування, у яких теплова енергія органічного палива перетворюється в електричну енергію, що передається в енергетичну систему або безпосередньо споживачам.

Перша теплова електростанція була побудована в Нью-Йорку в 1882 р.

На теплових електростанціях, які називаються теплоелектроцентралями (ТЕЦ), крім електричної енергії, виробляється ще й теплова, яка за допомогою теплотрас передається споживачам і розподіляється між ними. На рис. 15.1 зображено загальний вигляд Київської ТЕЦ-5. На станції використовується багато електротехнічного обладнання, а саме: електродвигуни, генератори, трансформатори, електроавтоматика та ін. Застосовуються також різноманітні електричні апарати для захисту від перевантаження, перенапруги, струмові, грозові та інші види захисту.

Первинним джерелом енергії на ТЕС є паливо (вугілля, газ, мазут, торф та ін.). Тепло, що утворюється в котлі при спалюванні палива, випаровує воду і нагріває пару (робоче тіло). Нагріта пара під високим тиском надходить у турбіну, яка обертає турбогенератор змінного струму. Електроенергія, вироблена турбогенератором, надходить у трансформатор, що підвищує напругу, потім у лінію електропередачі та понижуючий трансформатор, і далі в мережу, що живить споживачів електроенергії.

Для управління ТЕС та елементами її зв'язку з енергосистемою використовується центральний щит управління (ЦЩУ, див. рис. 15.2).

 

15.1.3.3. Атомні електростанції

Атомна електростанція (АЕС) - це теплова станція, у якій атомна (ядерна) енергія перетворюється на електричну. На рис. 15.3 зображено спрощену структуру АЕС.

Генератором енергії на АЕС є атомний реактор. Тепло, яке виділяється в реакторі в результаті ланцюгової реакції поділу ядер деяких важких елементів, як і на звичайних теплових електростанціях (ТЕС), перетворюється на електроенергію. На відміну від ТЕС, що працюють на органічному паливі, АЕС працює на ядерному пальному, в основному на урані. У процесі ланцюгової

реакції виділяється тепло, яке нагріває воду до 320 °С Потім вода в парогенераторі перетворюється на пару, пара обертає турбіну, яка й запускає в хід генератор, що виробляє електроенергію. Далі по технологічному ланцюжку слідують конденсатори і високовольтні лінії електропередач, що йдуть за межі майданчика станції.

Циркуляцію теплоносія на атомних електростанціях забезпечують насоси: головний, живильний і циркуляційний. Надлишки тепла АЕС направляються до градирні. На кожній АЕС є системи очищення теплоносія та засоби радіаційної безпеки.

Реакторна установка станції поміщається у велику бетонну вежу, яка в разі аварії утримує в собі всі продукти ядерної реакції. Ця вежа має герметичну оболонку, або герм озону.

Герметична оболонка має дві товсті бетонні стіни - оболонки. Зовнішня оболонка завтовшки 80 см забезпечує захист гермозони від зовнішніх впливів. Внутрішня оболонка має товщину 1 м 20 см. Із внутрішньої сторони вона викладена тонким листом спеціальної сталі, який служить додатковим захистом і в разі аварії не випустить вміст реактора за межі гермозони.

Коефіцієнт корисної дії станції становить 25-30 %.

 

15.1.3.4. Гідроелектростанції

У 1882 р. Томас Едісон відкрив одну з перших гідроелектростанцій у світі. Саме відтоді розпочалося активне освоєння цього виду відновлювальної енергетики.

Сьогодні гідроенергетика - одне з найдешевших відновлювальних джерел енергії у світі. Принцип роботи гідроелектростанції доволі простий. Для вироблення електроенергії потрібні лише два основних пристрої - турбіна й генератор. Для роботи будь-якої станції потрібен невеликий перепад висоти річища річки. Щоб його утворити, будують дамбу. Вона також слугує за водосховище, щоб гідроелектростанція могла працювати будь-коли. Унаслідок перепаду висоти вода стікає з дамби, потрапляє на лопаті турбіни й обертає їх. Слідом обертається й вал генератора, виробляючи електроенергію, яка електромережами надходить уже до споживачів.

Завдяки такому простому принципу роботи будівництво гідроелектростанції недороге.

Нині світова гідроенергетика активно розвивається: будуються нові малі та великі ГЕС, реконструюються старі. Частка гідроенергії в загальному обсязі світової електроенергії наразі становить близько 20 %.

В Україні гідроенергетика активно розвивається з початку XX ст. Найбільші гідроелектростанції в нашій країні розташовані на річках Дніпро й Дністер. Усі вони належать державі. Сумарна встановлена потужність гідроелектростанцій - 4,72 ГВт, або 9,1 % від загальної потужності електромережі України.

Перша й водночас найбільша в Україні гідроелектростанція - Дніпровська ГЕС у Запоріжжі. її встановлена потужність - близько 1,5 ГВт. Наразі активно ведуть роботи зі збільшення кількості державних ГЕС на Дністрі.

У китайській провінції Сичуань добудовується ГЕС «Байхетань» потужністю 13,86 ГВт. Вона має стати другою у світі за потужністю, але ненадовго, адже у Демократичній Республіці Конго вже зводять ГЕС «Гранд Інга» на 52 гідроагрегати, потужність якої становитиме рекордні 39 ГВт.

На рис. 15.4 наведено копію фотографії греблі однієї з ГЕС.

 

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020