Energi er et område med menneskelig økonomisk aktivitet, et sæt af store naturlige og kunstige delsystemer, der tjener til at transformere, distribuere og bruge energiressourcer af enhver art. Dens formål er at sikre produktionen af energi ved at omdanne primær, naturlig energi til sekundær, for eksempel til elektrisk eller termisk energi. I dette tilfælde sker energiproduktion oftest i flere faser:
Elkraftindustrien er et delsystem af energiindustrien, der dækker produktionen af elektricitet på kraftværker og dens levering til forbrugerne gennem en krafttransmissionsledning. Dens centrale elementer er kraftværker, som normalt klassificeres efter den anvendte type primærenergi og typen af omformere, der bruges til dette. Det skal bemærkes, at overvægten af en eller anden type kraftværker i en bestemt stat primært afhænger af tilgængeligheden af passende ressourcer. Elkraftindustrien er normalt opdelt i traditionel og ikke-traditionel . I 2019 blev 26,8% af det globale elforbrug dækket fra vedvarende energikilder , sammen med atomkraft - 37,1%. [2]
| År | kul afbrænding | Forbrænding af naturgas |
vandkraftværk | Atomkraftværk | Oliebrænding | Andet | I alt om året |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1973 | 38,3 % | 12,1 % | 20,9 % | 3,3 % | 24,8 % | 0,6 % | 6.131 TWh |
| 2019 | 36,7 % | 23,5 % | 16,0 % | 10,3 % | 2,8 % | 10,7 % | 27.044 TWh |
Et karakteristisk træk ved den traditionelle elkraftindustri er dens lange og gode beherskelse, den har bestået en lang test under en række forskellige driftsforhold.
Hovedandelen af elektricitet over hele verden opnås netop på traditionelle kraftværker, deres enhed [6] elektrisk effekt overstiger meget ofte 1000 MW . Traditionel elkraftindustri er opdelt i flere områder [7] .
Termisk energiI denne industri produceres elektricitet på termiske kraftværker ( TPP'er ), der bruger den kemiske energi fra fossile brændstoffer til dette. De er opdelt i:
Termisk kraftteknik på global skala er fremherskende blandt traditionelle typer, 46% af verdens elektricitet er produceret på basis af kul , 18% på basis af gas , omkring 3% mere - på grund af forbrænding af biomasse bruges olie til 0,2 %. I alt leverer termiske stationer omkring 2/3 af den samlede produktion af alle kraftværker i verden [9] [10]
For 2013 var den gennemsnitlige virkningsgrad for termiske kraftværker 34 %, mens de mest effektive kulkraftværker havde en virkningsgrad på 46 %, og de mest effektive gasfyrede kraftværker - 61 % [11] .
Energiindustrien i lande i verden som Polen og Sydafrika er næsten udelukkende baseret på brugen af kul, og Holland er baseret på gas . Andelen af termisk energiteknik er meget høj i Kina , Australien og Mexico .
VandkraftI denne industri produceres elektricitet på vandkraftværker ( HPP ), der bruger vandstrømmens energi til dette .
Vandkraft er dominerende i en række lande - i Norge og Brasilien foregår al elproduktion på dem. Listen over lande, hvor andelen af vandkraftproduktion overstiger 70% , omfatter flere dusin.
AtomkraftEn industri, hvor elektricitet produceres i atomkraftværker ( NPP'er ) ved hjælp af energi fra en kontrolleret fissionskædereaktion , oftest uran og plutonium .
Med hensyn til andelen af atomkraftværker i produktionen af elektricitet udmærker Frankrig sig [12] , omkring 70 %. Det er også fremherskende i Belgien , Republikken Korea og nogle andre lande. Verdens førende inden for produktion af elektricitet på atomkraftværker er USA , Frankrig og Japan [13] [14] .
De fleste områder med alternativ energi er baseret på ret traditionelle principper, men den primære energi i dem er enten kilder af lokal betydning, såsom vind, geotermisk energi, eller kilder, der er under udvikling, såsom brændselsceller eller kilder, der kan bruges i fremtid, såsom termonuklear energi . De karakteristiske egenskaber ved alternativ energi er dens miljømæssige renhed , ekstremt høje anlægsomkostninger ( for eksempel for et solenergianlæg med en kapacitet på 1000 MW er det nødvendigt at dække et areal på omkring 4 km² med meget dyre spejle ) og lav enhedseffekt [1] .
Retninger for alternativ energi [7] :
Det er også muligt at udpege et vigtigt begreb på grund af dets massekarakter - småskala energi , dette udtryk er i øjeblikket ikke almindeligt accepteret, sammen med det bruges termerne lokal energi , distribueret energi , autonom energi osv. [15] . Oftest er dette navnet på kraftværker med en kapacitet på op til 30 MW med enheder med en enhedskapacitet på op til 10 MW. Disse omfatter både de miljøvenlige energityper, der er anført ovenfor, og små fossile brændselskraftværker, såsom dieselkraftværker (blandt små kraftværker er de det store flertal, for eksempel i Rusland - omkring 96% [16] ), gasstempelkraftværker , gasturbineanlæg med lille effekt på diesel og gasbrændstof [17] .
Ifølge BP -data var andelen af alternative vedvarende energikilder (uden vandkraftværker ) i 2019 10,8 % af den globale elproduktion , hvilket for første gang oversteg kerneenergi i denne indikator [5] . I 2019 var den samlede installerede kapacitet af al vindenergi i verden 651 GW . [18] I 2019 udgjorde mængden af elektrisk energi produceret af alle vindmøller i verden 1430 terawatt-timer (5,3 % af al elektrisk energi produceret af menneskeheden). [19] [18] I 2019 var den samlede installerede kapacitet af alle solpaneler i drift på Jorden 635 GW . [20] I 2019 producerede solpaneler i drift på Jorden 2,7 % af verdens elektricitet. [21]
Fra 2020 er den samlede globale installerede kapacitet for vedvarende energi (inklusive vandkraft) 2838 GW [22] (vandkraft giver produktion på op til 41% af vedvarende energi og op til 16,8% af al elektricitet i verden, installeret vandkraftkapacitet når 1170 GW) [22] , og den samlede globale installerede vedvarende energikapacitet (eksklusive vandkraft) er 1.668 GW. For 2020 når den samlede globale installerede kapacitet af solenergi 760 GW. [22] .
Den samlede globale installerede vindkraftkapacitet (for 2020) når 743 GW, hvilket svarer til årlige kulstofemissioner i hele Sydamerika eller mere end 1,1 milliarder tons CO2 om året. [23] [22] . Den samlede globale installerede kapacitet for bioenergi (for 2020) når 145 GW. [22] ; den samlede globale installerede kapacitet for geotermisk energi er 14,1 GW [22] .
Elektrisk netværk - et sæt transformerstationer , koblingsanlæg og kraftledninger, der forbinder dem , designet til transmission og distribution af elektrisk energi [24] . Det elektriske netværk sikrer output af kraft fra kraftværker , dets transmission over en afstand, transformation af elektriske parametre ( spænding , strøm ) på transformerstationer og dets distribution over territoriet til direkte forbrugere af elektricitet.
De elektriske netværk af moderne elsystemer er flertrins , det vil sige, at elektricitet gennemgår et stort antal transformationer på vej fra elektricitetskilder til dets forbrugere. Moderne elektriske netværk er også kendetegnet ved multi-mode , - dette er en række forskellige belastninger af netværkselementer i løbet af dagen og hele året, såvel som en række tilstande, der opstår, når forskellige netværkselementer bringes ud til planlagte reparationer og under deres nødstop. Disse og andre karakteristiske træk ved moderne elektriske netværk gør deres strukturer og konfigurationer meget komplekse og forskellige [25] .
En moderne persons liv er forbundet med den udbredte brug af ikke kun elektrisk, men også termisk energi . For at en person kan føle sig godt tilpas hjemme, på arbejde, på ethvert offentligt sted, skal alle rum opvarmes og forsynes med varmt vand til husholdningsformål. Da dette er direkte relateret til menneskers sundhed, er passende temperaturforhold i forskellige typer lokaler i udviklede lande reguleret af sanitære regler og standarder [26] . Sådanne forhold kan kun realiseres i de fleste lande i verden [27] med en konstant tilførsel af en vis mængde varme til opvarmningsobjektet ( varmemodtager ), hvilket afhænger af udetemperaturen, hvortil varmt vand oftest bruges med en sluttemperatur for forbrugere på omkring 80-90 °C. _ Også for forskellige teknologiske processer i industrielle virksomheder kan den såkaldte industriel damp med et tryk på 1-3 MPa være påkrævet . I det generelle tilfælde er forsyningen af ethvert objekt med varme leveret af et system bestående af:
Et karakteristisk træk ved fjernvarme er tilstedeværelsen af et omfattende varmenetværk, hvorfra adskillige forbrugere ( fabrikker , bygninger , boliger osv.) fødes. Til fjernvarme anvendes to typer kilder:
Varmeforsyningssystemet kaldes decentraliseret , hvis varmekilden og kølepladen praktisk taget er kombineret, det vil sige, at varmenettet enten er meget lille eller fraværende. En sådan varmeforsyning kan være individuel, når der bruges separate varmeanordninger i hvert rum, for eksempel elektriske, eller lokale, for eksempel bygningsopvarmning ved hjælp af sit eget lille kedelhus. Typisk overstiger varmeeffekten af sådanne kedelhuse ikke 1 Gcal / h (1.163 MW). Effekten af varmekilder til individuel varmeforsyning er normalt ret lille og bestemmes af deres ejeres behov. Typer af decentral opvarmning:
Et varmenetværk er en kompleks konstruktions- og konstruktionsstruktur, der tjener til at transportere varme ved hjælp af et kølemiddel, vand eller damp fra en kilde, kraftvarme eller kedelhus til varmeforbrugere.
Fra samlere af direkte netvand ved hjælp af hovedvarmeledninger tilføres varmt vand til bygder. Hovedvarmerørledningerne har grene, hvortil ledningerne er forbundet til varmepunkterne , hvor der er varmevekslerudstyr med regulatorer , der giver forsyningen af varme- og varmtvandsforbrugere. For at øge pålideligheden af varmeforsyningen er varmeledningerne til nabovarmeværker og kedelhuse forbundet med jumpere med afspærringsventiler , som gør det muligt at sikre uafbrudt varmeforsyning selv i tilfælde af ulykker og reparationer af individuelle sektioner af varmenetværk og varmeforsyningskilder . Således er varmenetværket i enhver by et komplekst sæt af varmerørledninger, varmekilder og dens forbrugere [1] .
Da de fleste af de traditionelle kraftværker og varmeforsyningskilder genererer energi fra ikke-vedvarende ressourcer, er spørgsmålene om udvinding, forarbejdning og levering af brændstof ekstremt vigtige i energisektoren. Traditionel energi bruger to grundlæggende forskellige typer brændstof.
Afhængigt af aggregeringstilstanden er organisk brændstof opdelt i gasformige , flydende og faste, hver af dem er igen opdelt i naturlige og kunstige. Andelen af sådant brændsel i verdens energibalance var i 2000 omkring 65 %, hvoraf 39 % var kul, 16 % naturgas, 9 % flydende brændsel (2000). I 2010 var andelen af fossile brændstoffer ifølge BP 87 %, inklusive: olie 33,6 %, kul 29,6 % gas 23,8 % [28] , i betragtning af traditionel biomasse 8,5 % [29] .
GasformigNaturligt brændstof er naturgas , kunstig:
Det naturlige brændstof er olie , produkterne fra dets destillation kaldes kunstige:
Naturlige brændstoffer er:
Kunstige faste brændstoffer er:
Brugen af nukleart brændsel i stedet for organisk brændsel er den vigtigste og grundlæggende forskel mellem atomkraftværker og termiske kraftværker. Atombrændsel fås fra naturligt uran , som udvindes:
Til brug på atomkraftværker er uranberigelse påkrævet , derfor sendes det efter udvinding til et berigelsesanlæg, efter forarbejdning sendes 90% af biproduktet forarmet uran til opbevaring, og 10% beriges til flere procent (3-5 % for kraftreaktorer ) . Beriget urandioxid sendes til et særligt anlæg, hvor der fremstilles cylindriske pellets af det [30] , som placeres i lukkede zirkoniumrør på næsten 4 m lange brændselsstave ( brændselselementer ). For at lette brugen kombineres flere hundrede brændstofstænger til brændstofsamlinger, brændstofsamlinger [1] [31] .
Energisystem ( energisystem ) - i generel forstand et sæt af energiressourcer af alle typer, samt metoder og midler til deres produktion, transformation, distribution og anvendelse, som sikrer forbrugernes forsyning med alle typer energi. Energisystemet omfatter systemer med elektrisk kraft, olie- og gasforsyning , kulindustri , atomenergi og andre. Normalt kombineres alle disse systemer på tværs af landet til et enkelt energisystem , på tværs af flere regioner - til forenede energisystemer . Kombinationen af individuelle energiforsyningssystemer til et enkelt system kaldes også det intersektorielle brændstof- og energikompleks (FEC), det skyldes primært udskifteligheden af forskellige typer energi og energiressourcer [32] .
Ofte forstås elsystemet i en snævrere forstand som et sæt af kraftværker, elektriske og termiske netværk, der er indbyrdes forbundet og forbundet ved hjælp af almindelige former for kontinuerlige produktionsprocesser til omdannelse, transmission og distribution af elektrisk og termisk energi, hvilket tillader centraliseret kontrol med et sådant system [33] . I den moderne verden forsynes forbrugerne med elektricitet fra kraftværker, der kan være placeret i nærheden af forbrugerne eller kan være placeret i betydelige afstande fra dem. I begge tilfælde foregår transmissionen af elektricitet gennem elledninger. Men i tilfælde af fjerntliggende forbrugere fra kraftværket, skal transmissionen udføres ved en øget spænding, og der skal bygges step-up og step-down transformerstationer mellem dem. Gennem disse transformerstationer, ved hjælp af elektriske ledninger, er kraftværkerne forbundet med hinanden til parallel drift for en fælles belastning, også gennem termiske punkter ved hjælp af varmerør, kun på meget kortere afstande [34] forbinder de kraftvarme og kedelhuse . Helheden af alle disse elementer kaldes energisystemet , med en sådan kombination er der betydelige tekniske og økonomiske fordele:
Sådanne enorme fordele ved brugen af energisystemer førte til, at i 1974 kun mindre end 3% af den samlede mængde elektricitet i verden blev genereret af selvstændige kraftværker. Siden da er kraften i energisystemer løbende steget, og kraftfulde integrerede systemer er blevet skabt ud fra mindre [25] [35] .
| Energi | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| struktur efter produkter og brancher | |||||||||||||||||||||||||||
| Elindustri : elektricitet |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Varmeforsyning : varmeenergi |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Brændstofindustri : brændstof _ |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Lovende energi : |
| ||||||||||||||||||||||||||
| Portal: Energi | |||||||||||||||||||||||||||