1.1. Значення, особливості, технологічна структура та паливна база електроенергетики
Електроенергію можна уподібнити повітрю, який рідко помічають, але без якого неможливе життя. Якщо припиняється подача електроенергії, ви виявляєте, що найпростіші, щодня відчувають зручності раптом стають недоступними, а кошти, що замінювали їх ще 100 років тому, вже давно вийшли з ужитку. Галузі економіки, які не використовують стаціонарних джерел електроенергії та непрацюючі в єдиній енергосистемі, в сучасній економіці швидше виняток - наприклад, автомобільний, водний і авіаційний транспорт, рослинництво в сільському господарстві або геологорозвідка. Але і в цих галузях використовуються технологічні процеси, що вимагають джерел електроенергії. Без електроенергії виробництво більшості продуктів було б неможливо або обходилося б в десятки разів дорожче.
В якомусь сенсі електроенергія - стрижень сучасної техніко-економічної цивілізації. Ще порівняно недавно, років 150 тому, електроенергія була відсутня в економічному житті. Провідним джерелом енергії виступала жива сила людини і тварин. Тільки в XVI столітті почалося використання енергії руху води в промислових цілях (т. Зв. «Вододействующіе заводи»), а в XVIII в. з'явилася парова машина, в середині XIX ст. - двигун внутрішнього згоряння. Винахід в XIX в. технологій генерації електричної енергії створило можливість для широкого поширення електромеханізмів, різко підвищило продуктивність праці на багатьох виробничих операціях. Однак обладнання по генерації енергії доводилося розміщувати поруч з пристроями, її споживають, оскільки зручних і економічних технологій для передачі енергії не було.
Технічною революцією, яка змінила обличчя економіки всіх країн, став винахід технології трансформації електроенергії за напругою і силою струму, передачі її на великі відстані. Це зробило розміщення виробництва енергії, інших товарів та послуг в значній мірі незалежним один від одного і забезпечило зростання ефективності економіки.
Створення в ХХ ст. національних і регіональних електроенергетичних систем закріпило перехід до індустріальної стадії розвитку світової економіки. Економічне зростання в основному базувався на екстенсивних факторах: розширенні ресурсної бази та збільшенні зайнятості. Майже до останньої третини XX ст. технічний прогрес і зростання виробництва супроводжувалися збільшенням споживання енергії, зростанням енергоозброєності праці.
Електроенергетика - базова інфраструктурна галузь, в якій реалізуються процеси виробництва, передачі, розподілу електроенергії. Вона має зв'язки з усіма секторами економіки, забезпечуючи їх зробленими електрикою і теплом і отримуючи від деяких з них ресурси для свого функціонування (рис. 1.1.1).
Машини та обладнання
Мал. 1.1.1. Електроенергетика в сучасній економіці
Особливості електроенергетики як галузі обумовлюються специфікою її основного продукту - електроенергії, а також характером процесів її виробництва і споживання.
Електроенергія за своїми властивостями подібна послузі: час виробництва збігається з часом споживання. Однак ця подібність не є невід'ємним фізичним властивістю електроенергії - ситуація зміниться, якщо з'являться ефективні технології зберігання електроенергії в значних масштабах. Поки це в основному акумулятори різних типів, а також гідроакумулюючі станції.
Електроенергетика повинна бути готова до вироблення, передачі та постачання електроенергії в момент появи попиту, в тому числі в піковому обсязі, маючи в своєму розпорядженні для цього необхідними резервними потужностями і запасом палива. Чим більше максимальне (хоча і короткочасне) значення попиту, тим більше повинні бути потужності, щоб забезпечити готовність до надання послуги.
Неможливість зберігання електроенергії в промислових масштабах зумовлює технологічну єдність всього процесу виробництва, передачі та споживання електроенергії. Ймовірно, це єдина галузь в сучасній економіці, де безперервність виробництва продукції повинна супроводжуватися таким же безперервним її споживанням. Через цю особливість в електроенергетиці існують жорсткі технічні вимоги до кожного етапу технологічного циклу виробництва, передачі та споживання продукту, в тому числі по частоті електричного струму і напруги.
Принциповою особливістю електричної енергії як продукту, що відрізняє її від всіх інших видів товарів і послуг, є те, що її споживач може вплинути на стійкість роботи виробника. Остання обставина, зі зрозумілих причин, може мати велике число абсолютно несподіваних наслідків.
Очевидно, потреби економіки і суспільства в електричній енергії істотно залежать від погодних факторів, від часу доби, від технологічних режимів різних виробничих процесів в галузях-споживачах, від особливостей домашніх господарств і навіть від програми телепередач. Відмінності між максимальним і мінімальним рівнями споживання визначає потребу в так званих резервних потужностях, які включаються тільки тоді, коли рівень споживання досягає певного значення.
Економічні показники виробництва електроенергії залежать від типу електростанції і виду технологічного палива, від ступеня її завантаження і режиму роботи. За інших рівних умов в найбільшою мірою затребується електроенергія тих станцій, які генерують її в потрібний час і в потрібному обсязі з найменшими витратами.
З урахуванням всіх цих особливостей в електроенергетиці необхідно і доцільно об'єднання пристроїв, які виробляють енергію - генераторів, в єдину енергетичну систему. що забезпечує скорочення сумарних витрат виробництва і зменшує потребу в резервуванні виробничих потужностей. Ці ж властивості обумовлюють наявність в галузі системного оператора, який виконує координуючі функції. Він регулює графік і обсяг як виробництва, так і споживання електроенергії. Рішення системного оператора приймаються на підставі ринкових сигналів від виробників про можливості і вартості виробництва електроенергії, від споживачів - про попит на неї в певні часові інтервали. В кінцевому рахунку системний оператор повинен забезпечити надійну і безпечну роботу енергосистеми, ефективне задоволення попиту на електроенергію. Його діяльність відбивається на виробничих і фінансових результатах всіх учасників ринку електроенергії, а також на їх інвестиційних рішеннях.
Велика частина виробництва електроенергії в світі здійснюється на електричних станціях трьох типів:
· На теплових електростанціях (ТЕС), де теплова енергія. утворюється при спалюванні органічного палива (вугілля, газ, мазут, торф, сланці і т. д.), використовується для обертання турбін, що приводять у рух електрогенератор, перетворюючись, таким чином, в електроенергію. Досвід продемонстрував ефективність одночасного виробництва тепла та електроенергії на ТЕЦ, що призвело до поширення в ряді країн централізованого теплопостачання;
· На гідроелектростанціях (ГЕС), де в електроенергію перетворюється механічна енергія потоку води за допомогою гідравлічних турбін, що обертають електрогенератори;
· На атомних електростанції (АЕС), де в електроенергію перетворюється теплова енергія, отримана при ланцюгової ядерної реакції радіоактивних елементів в реакторі.
Три типу електростанцій визначають склад використовуваних в електроенергетиці енергоресурсів. Їх прийнято поділяти на первинні та вторинні, поновлювані і непоновлювані.
Первинні енергоносії - це сировинні матеріали в їхньому природному стані до проведення будь-якої технологічної обробки, наприклад кам'яне вугілля, нафта, природний газ і уранова руда. У розмовній мові ці матеріали називають просто «первинною енергією». Сонячне випромінювання, вітер, водні ресурси - все це теж первинна енергія.
Вторинна енергія - це продукт переробки, «облагородження» первинної енергії, наприклад електрику, бензин, мазут. Та енергія, яка потрапляє безпосереднього споживача, іменується кінцевої енергією. Найчастіше це вторинна енергія - електрику або мазут, але іноді кінцева енергія буває і первинної, наприклад дрова, сонячне випромінювання або природний газ.
Деякі види ресурсів можуть відносно швидко відновлюватися в природі, і вони називаються відновлюваними: дрова, очерет, торф та інші види біопалива, гідропотенціал річок. Ресурси, що не володіють такою якістю, називаються невідновлюваних: вугілля, сира нафта, природний газ, нафтоносний сланець, ядерне паливо, здебільшого вони є корисними копалинами. Енергія сонця, вітру, морських припливів відноситься до невичерпних поновлюваних енергетичних ресурсів.
В даний час найбільш поширеним видом технологічного палива в світовій електроенергетиці виступає вугілля. Це пояснюється відносною дешевизною і широкою поширеністю запасів даного виду палива. Однак транспортування вугілля на значні відстані веде до великих витрат, що в багатьох випадках робить нерентабельним цей вид палива для електростанцій, що знаходяться на значній відстані від місць видобутку вугілля. При виробництві енергії з використанням вугілля високий рівень викиду в атмосферу забруднюючих речовин, що завдає істотної шкоди навколишньому середовищу. В останні десятиліття ХХ століття з'явилися технології, що дозволяють використовувати вугілля для виробництва електроенергії з більшою ефективністю і меншим забрудненням навколишнього середовища в порівнянні з тим, як це відбувалося в перших двох третинах ХХ ст.
Значне зростання використання газу в світовій електроенергетиці за останні роки пояснюється істотним зростанням його видобутку, появою високоефективних технологій виробництва електроенергії, заснованих на застосуванні даного виду палива, а також посиленням політики з охорони навколишнього середовища. Використання газу при виробництві електроенергії дозволяє скоротити викид в атмосферу шкідливих речовин, в першу чергу вуглекислого газу.
Дедалі більшого поширення набуває виробництво електроенергії за рахунок використання урану. Це паливо має колосальну ефективністю в порівнянні з іншими сировинними джерелами енергії. Однак використання урану і інших радіоактивних речовин пов'язане з ризиком масштабного забруднення навколишнього середовища у разі аварії, а також надзвичайно високою капіталоємністю зведення АЕС та утилізації відпрацьованого палива. Крім того, стримуючим фактором для розвитку цього виду енергетики є складність технології виробництва атомної енергії. Поки деякі країни можуть забезпечити підготовку наукових і технічних фахівців, здатних розробити технології і забезпечити кваліфіковану експлуатацію АЕС.
Зберігають високу значимість в структурі джерел електроенергії гідроресурси, хоча їх частка дещо скоротилася за останні десятиліття. Важливість даного джерела електроенергії полягає в його возобновляемости і відносній дешевизні. Однак зведення гідростанцій пов'язане з необоротним впливом на навколишнє середовище, так як зазвичай потребує затоплення значних територій при створенні водосховищ. Крім того, нерівномірність розподілу водойм на планеті і залежність водних ресурсів від кліматичних умов обмежують їх гідроенергетичний потенціал.
Істотне скорочення використання нафти і нафтопродуктів для виробництва електроенергії за останні тридцять років пояснюється як зростанням вартості даного виду палива, високою ефективністю його застосування в інших галузях, так і дорожнечею його транспортування на значні відстані, а також зростанням вимог до екологічної безпеки.
В останні десятиліття різко зросла увага до поновлюваних джерел енергії. Зокрема, активно розробляються технології використання енергії сонця і вітру. Потенціал даних джерел енергії величезний. Однак, на сьогоднішній день виробництво електроенергії в промислових масштабах з сонячної енергії в більшості випадків виявляється менш ефективним, ніж її виробництво з традиційних видів ресурсів. Що стосується енергії вітру, то тут ситуація дещо інша. У розвинених країнах, особливо під впливом екологічних рухів, перетворення енергії вітру в електричну зросла вельми значно. Не можна не згадати також геотермальну енергію, яка може мати серйозне значення для деяких держав або окремих регіонів: Ісландія, Нова Зеландія, Росія (Камчатка, Ставропольський край. Краснодарський край. Калінінградська область). Однак поки що всі ці види електрогенерації успішно розвиваються в тих країнах, де виробництво і (або) споживання електроенергії на основі відновлюваних ресурсів дотується державою.
В кінці XX - початку XXI різко зріс інтерес до біоенергетичним ресурсів. В окремих країнах (наприклад, в Бразилії) виробництво електроенергії на біопаливі зайняло помітне місце в енергетичному балансі. У США балу прийнята спеціальна програма субсидування біопалива. Однак, в даний час різко зросли сумніви в перспективах розвитку даного напрямку в електроенергетиці. З одного боку, виявилося, що при виробництві біопалива дуже неефективно використовуються такі природні ресурси, як земля і вода; з іншого - відведення великих площ орної землі під виробництво біопалива вніс свій внесок в подвоєння цін на продовольче зерно. Все це в доступній для огляду перспективі робить вельми проблематичним широке використання біопалива в електроенергетиці.
1.2. Російська електроенергетика і її місце в світі
Росія володіє значними запасами природних енергоресурсів, що створює можливість для довгострокового зростання виробництва електроенергії відповідно до пред'являються економікою зростаючим попитом. У російській економіці представлені всі основні види енергоресурсів (див. Рис. 1.2.1).
Мал. 1.2.1. Структура виробництва первинних енергоресурсів в російській економіці (розрахунок Інституту енергетичних досліджень РАН за даними Росстата)
Структура споживання паливних ресурсів для перетворення в інші види енергії в російській економіці (% до сумарного споживання)
Примітка. Джерело - Росстат
У цей період відбулися певні зрушення в структурі генерації: від 73 до 66,6% скоротилася частка виробництва електроенергії на ТЕС, частка ГЕС в результаті досягла доперестроечного рівня 15,7%, а частка АЕС зросла від 11,2 до 17,7%.
Охарактеризовані вище зрушення в структурі виробництва і співвідношеннях цін в рр. привели до істотного зростання електроємна ВВП.
В даний час серед найбільших споживачів електроенергії - кольорова металургія, паливна промисловість. Чорна металургія. За даними Інституту економіки перехідного періоду (рис. 1.2.3), близько 37% спожитої промисловістю електроенергії припадає на частку металургійного комплексу і 33,0% - на паливно-енергетичний комплекс. Відповідно динаміка і ефективність використання електроенергії в цих двох комплексах доминирующе впливає на характер електроємна промисловості та економіки в цілому.
У масштабі світової економіки російська електроенергетика має унікальні особливості:
· Найбільша територія єдиної енергосистеми (8 часових поясів);
· На одиницю встановленої потужності електростанцій Росія має в своєму розпорядженні найбільшою протяжністю електричних мереж високої напруги: 2,05 км / МВт проти 0,75-0,8 км / МВт в США і Європі.
Конфігурація електричних мереж і спільна робота електростанцій єдиної енергетичної системи Російської Федерації в синхронному режимі дозволяють в значній мірі реалізувати переваги щодо найбільш ефективного використання генеруючих потужностей, економічній витраті палива і забезпечення надійності електропостачання.
Примітка. джерело -IЕA
Маючи потужну паливну базу і займаючи гідне місце в світі за встановленою потужністю і виробленні електроенергії, російська економіка програє багатьом розвиненим країнам за таким важливим показником, як електроємність ВВП. Для Росії цей показник (табл. 1.2.13) становить 0,59 кВт. ч на долар ВВП за паритетом купівельної спроможності, що істотно нижче, ніж в економіках розвинених країн.
Електроємність ВВП, кВтг / ВВП (ППП)
Споживання електроенергії на душу населення, тис. КВтг / рік