Производство электроэнергии - Википедия - Electricity generation

Турбогенератор

Схема электроэнергетической системы, системы генерации красным цветом

Производство электроэнергии это процесс создания электроэнергия из источников первичная энергия. За коммунальные услуги в электроэнергетика, это этап, предшествующий его Доставка (коробка передач, распределение и т. д.) конечным пользователям или их место хранения (используя, например, гидроаккумулятор метод).

Электричество не доступно в природе в свободном доступе, поэтому его необходимо «производить» (то есть преобразовывать другие формы энергии в электричество). Производство осуществляется в энергостанции (также называемые «электростанции»). Электроэнергия чаще всего вырабатывается на электростанции электромеханический генераторы, в первую очередь за счет тепловые двигатели подпитывается горение или же ядерное деление но и другими способами, такими как кинетическая энергия текущей воды и ветра. Другие источники энергии включают солнечную фотогальваника и геотермальная энергия.

История

Производство электроэнергии в мире, 1980-2013 гг.

Динамо-машины и двигатель установлены в компании Edison General Electric, Нью-Йорк, 1895 г.

Фундаментальные принципы производства электроэнергии были открыты в 1820-х - начале 1830-х годов британским ученым. Майкл Фарадей. Его метод, который используется до сих пор, заключается в том, что электричество генерируется движением проволочной петли, или Диск Фарадея, между полюсами магнит. Центральные электростанции стали экономически практичными с развитием переменный ток (AC) передача энергии с использованием мощности трансформаторы для передачи мощности при высоком напряжении и с низкими потерями.

Коммерческое производство электроэнергии началось в 1873 году.^{[нужна цитата ]} с соединением динамо-машины с гидротурбиной. Механическое производство электроэнергии начало Вторая промышленная революция и сделал возможным несколько изобретений с использованием электричества, при этом основные участники Томас Альва Эдисон и Никола Тесла. Раньше единственным способом производства электричества были химические реакции или использование аккумуляторных элементов, и единственное практическое использование электричества было для телеграф.

Производство электроэнергии на центральных электростанциях началось в 1882 году, когда паровой двигатель за рулем динамо-машины Станция Pearl Street произвел Постоянный ток это включило общественное освещение Жемчужная улица, Нью-Йорк. Новая технология была быстро принята во многих городах по всему миру, которые приспособили свои газовые уличные фонари к использованию электроэнергии. Вскоре электрическое освещение будет использоваться в общественных зданиях, на предприятиях и для питания общественного транспорта, такого как трамваи и поезда.

Первые электростанции использовали гидроэнергию или уголь.^[1] Сегодня используются самые разные источники энергии, такие как каменный уголь, ядерный, натуральный газ, гидроэлектростанция, ветер, и масло, а также солнечная энергия, приливная сила, и геотермальный источники.

Способы генерации

Существует несколько фундаментальных методов преобразования других форм энергии в электрическую. Производство в масштабе коммунальных предприятий достигается вращающимися электрогенераторами или фотоэлектрический системы. Небольшая часть электроэнергии, распределяемой коммунальными предприятиями, обеспечивается батареями. Другие формы производства электроэнергии, используемые в нишевых приложениях, включают трибоэлектрический эффект, то пьезоэлектрический эффект, то термоэлектрический эффект, и бетавольтаика.

Генераторы

Ветряные турбины обычно обеспечивают производство электроэнергии в сочетании с другими методами производства энергии.

Электрические генераторы преобразовать кинетическая энергия в электричество. Это наиболее распространенная форма производства электроэнергии, основанная на Закон Фарадея. Это можно увидеть экспериментально, вращая магнит в замкнутых контурах из проводящего материала (например, медной проволоки). Практически все коммерческое производство электроэнергии производится с использованием электромагнитной индукции, в которой механическая энергия заставляет генератор вращаться:

Электрохимия

Большие плотины, такие как Плотина Гувера, может предоставить большое количество гидроэлектростанция мощность; он имеет 2,07 ГВт возможности.

Электрохимия прямое преобразование химическая энергия в электричество, как в аккумулятор. Электрохимическое производство электроэнергии важно для портативных и мобильных приложений. В настоящее время большая часть электрохимической энергии поступает от батарей.^[3] Первичные клетки, например, обычные цинк-угольные батареи, действуют как источники питания напрямую, но вторичные клетки (т.е. аккумуляторные батареи) используются для место хранения системы, а не системы первичной генерации. Открытые электрохимические системы, известные как топливные элементы, могут использоваться для получения энергии либо из природного топлива, либо из синтезированного топлива. Осмотическая сила возможность в местах слияния соленой и пресной воды.

Фотоэлектрический эффект

В фотоэлектрический эффект это преобразование света в электрическую энергию, как в солнечные батареи. Фотоэлектрические панели преобразовывать солнечный свет непосредственно в электричество постоянного тока. Инверторы мощности затем при необходимости можно преобразовать его в электричество переменного тока. Хотя солнечный свет бесплатный и обильный, солнечная энергия электричество по-прежнему обычно дороже производить, чем крупномасштабная механическая выработка электроэнергии из-за стоимости панелей. Снижается стоимость кремниевых солнечных элементов с низким КПД, и теперь коммерчески доступны многопереходные элементы с эффективностью преобразования, близкой к 30%. В экспериментальных системах продемонстрирована эффективность более 40%.^[4] До недавнего времени фотоэлектрические элементы чаще всего использовались на удаленных объектах, где нет доступа к коммерческой электросети, или в качестве дополнительного источника электроэнергии для отдельных домов и предприятий. Последние достижения в области эффективности производства и фотоэлектрических технологий в сочетании с субсидиями, обусловленными экологическими проблемами, резко ускорили внедрение солнечных панелей. Установленная мощность растет на 40% в год за счет увеличения в Германии, Японии, США, Китае и Индии.

Экономика

Выбор режимов производства электроэнергии и их экономическая жизнеспособность варьируются в зависимости от спроса и региона. Экономика во всем мире значительно различается, в результате широко распространенные цены продажи жилья, например цена в Исландии составляет 5,54 цента за кВтч, а в некоторых островных государствах - 40 центов за кВтч. Гидроэлектростанции, атомная электростанция, тепловые электростанции и возобновляемые источники имеют свои плюсы и минусы, и выбор основан на требованиях к местной мощности и колебаниях спроса. Все электрические сети имеют различные нагрузки, но дневной минимум - это базовая нагрузка, часто обеспечиваемая установками, которые работают непрерывно. Базовую нагрузку могут обеспечивать атомные, угольные, нефтяные, газовые и некоторые гидроэлектростанции. Если затраты на строительство скважин для природного газа ниже 10 долларов за МВтч, производство электроэнергии из природного газа дешевле, чем выработка энергии путем сжигания угля.^[5]

Тепловая энергия может быть экономичным в районах с высокой промышленной плотностью, так как высокий спрос не может быть удовлетворен за счет местных возобновляемых источников. Влияние локального загрязнения также сводится к минимуму, поскольку предприятия обычно расположены вдали от жилых районов. Эти электростанции также могут выдерживать колебания нагрузки и потребления за счет добавления большего количества блоков или временного снижения производства некоторых блоков. Атомные электростанции могут производить огромное количество энергии из одного блока. Тем не мение, бедствия в Японии вызывают обеспокоенность по поводу безопасности ядерной энергетики, а капитальные затраты на атомные станции очень высоки. Гидроэлектростанции расположены в районах, где потенциальная энергия падающей воды может быть использована для перемещения турбин и выработки электроэнергии. Это не может быть экономически жизнеспособным единственным источником производства, где способность удерживать поток воды ограничена, а нагрузка слишком сильно меняется в течение годового производственного цикла.

Благодаря достижениям в технологиях и массовому производству возобновляемые источники, помимо гидроэлектроэнергии (солнечная энергия, энергия ветра, приливная энергия и т. Д.), Испытали снижение себестоимости производства, и сейчас энергия во многих случаях становится такой же дорогой или менее дорогой, чем ископаемое топливо.^[6] Многие правительства по всему миру предоставляют субсидии, чтобы компенсировать более высокую стоимость любого нового производства электроэнергии, а также для установки Возобновляемая энергия системы экономически целесообразны.

Генераторное оборудование

Большой генератор со снятым ротором

Электрические генераторы были известны в простых формах с момента открытия электромагнитная индукция в 1830-х гг. В общем, некоторые формы первичного двигателя, такие как двигатель или турбины, описанные выше, приводят вращающееся магнитное поле мимо неподвижных катушек проволоки, тем самым превращая механическую энергию в электричество.^[7] Единственное промышленное производство электроэнергии, в котором не используются генераторы, - это солнечные фотоэлектрические системы.

Турбины

Большие плотины, такие как Плотина Три ущелья в Китае может предоставить большое количество гидроэлектростанция мощность; он имеет 22,5 ГВт возможности.

Почти вся коммерческая электроэнергия на Земле вырабатывается турбина, приводимые в движение ветром, водой, паром или горящим газом. Турбина приводит в действие генератор, преобразуя его механическую энергию в электрическую за счет электромагнитной индукции. Есть много разных методов развития механической энергии, в том числе тепловые двигатели, гидро-, ветровая и приливная энергия. Большая часть производства электроэнергии приводится в движение тепловые двигатели. Горение ископаемое топливо поставляет большую часть энергии этим двигателям, причем значительную часть приходится на ядерное деление и некоторые из возобновляемые источники. Современный паровая турбина (изобретен Сэр Чарльз Парсонс в 1884 г.) в настоящее время составляет около 80% электроэнергия в мире с использованием различных источников тепла. Типы турбин включают:

• Пар
  • Вода кипятится каменный уголь сгорел в тепловая электростанция. Таким образом вырабатывается около 41% всей электроэнергии.^[8]
  • Ядерное деление тепло, созданное в ядерный реактор создает пар. Таким образом вырабатывается менее 15% электроэнергии.
  • Возобновляемая энергия. Пар вырабатывается биомасса, солнечная тепловая энергия, или же геотермальная энергия.
• Природный газ: турбины работают непосредственно от газов, образующихся при сгорании. Комбинированный цикл приводятся в действие как паром, так и природным газом. Они вырабатывают электроэнергию, сжигая природный газ в газовая турбина и использовать остаточное тепло для производства пара. Не менее 20% мировой электроэнергии вырабатывается за счет природного газа.
• Энергия воды улавливается водяная турбина от движения воды - от падающей воды, приливов и отливов или тепловых течений океана (см. преобразование тепловой энергии океана ). В настоящее время гидроэлектростанции обеспечивают примерно 16% мировой электроэнергии.
• В мельница был очень ранним ветряная турбина. В солнечная восходящая башня ветер создается искусственно. До 2010 года менее 2% мировой электроэнергии производилось за счет ветра.

Хотя турбины наиболее распространены в коммерческом производстве электроэнергии, генераторы меньшего размера могут питаться от бензин или же дизельные двигатели. Они могут использоваться для резервной генерации или в качестве основного источника энергии в изолированных деревнях.

Производство

Этот раздел должен быть обновлено. Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. (Март 2015 г.)

Общее валовое производство электроэнергии в мире в 2016 году составило 25 082 ТВтч. Источниками электроэнергии были уголь и торф 38,3%, природный газ 23,1%, гидроэлектроэнергия 16,6%, атомная энергия 10,4%, нефть 3,7%, солнечная / ветровая / геотермальная / геотермальная / приливная / прочие 5,6%, биомасса и отходы 2,3%.^[9]

источник данных IEA / OECD

Энергетический поток электростанции

Общая энергия, потребленная на всех электростанциях для производства электроэнергии, составила 51 158 тераватт-часы (4,398,768 килотонны нефтяного эквивалента ), что составило 36% от общего объема по первичным источникам энергии (ОППЭ) в 2008 году. Выработка электроэнергии (валовая) составила 20 185 ТВтч (1 735 579 тыс. тнэ), КПД составил 39%, а остальная часть 61% была произведена за счет тепла. Небольшая часть, 1688 ТВтч (145 141 тыс. Тнэ), или около 3% от общего количества введенного тепла, была использована на теплоэлектростанциях, производящих когенерацию. Собственное потребление электроэнергии и потери при передаче электроэнергии составили 3369 ТВтч (289681 тыс. Тнэ). Сумма, поставленная конечному потребителю, составила 16809 ТВтч (1445285 тыс. совместное поколение (ТЭЦ) заводы.^[10]

Исторические итоги производства электроэнергии

Обратите внимание, что вертикальные оси этих двух диаграмм имеют разный масштаб.

^{[нужна цитата ][нужна цитата ]}

Производство по странам

Соединенные Штаты долгое время были крупнейшим производителем и потребителем электроэнергии, с мировой долей в 2005 году не менее 25%, за которой следовали Китай, Япония, Россия и Индия. В 2011 году Китай обогнал Соединенные Штаты и стал крупнейшим производителем электроэнергии.

Список стран с источниками электроэнергии 2005 г.

Этот раздел должен быть обновлено. Обновите эту статью, чтобы отразить недавние события или новую доступную информацию. (Декабрь 2019 г.)

Источником данных о ценностях (произведенной электроэнергии) является МЭА / ОЭСР.^[11]По данным CIA World Factbook 2009, перечисленные страны входят в двадцатку лучших по численности населения или в двадцатку лучших по ВВП (ППС) и Саудовская Аравия.^[12]

Солнечные фотоэлектрические * является Фотогальваника Био другое * = 198 ТВт-ч (биомасса) + 69 ТВт-ч (отходы) + 4 ТВт-ч (прочие)

Проблемы окружающей среды

Различия между странами, производящими электроэнергию, влияют на заботу об окружающей среде. Во Франции только 10% электроэнергии вырабатывается из ископаемого топлива, в США - 70%, а в Китае - 80%.^[11] Чистота электричества зависит от его источника. Большинство ученых согласны с тем, что выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов от производства электроэнергии на основе ископаемого топлива составляют значительную часть мировых выбросов парниковых газов; в Соединенных Штатах на производство электроэнергии приходится почти 40% выбросов, что является крупнейшим из всех источников. Транспортные выбросы почти не отстают, составляя около одной трети производства США углекислый газ.^[13]В Соединенных Штатах на сжигание ископаемого топлива для производства электроэнергии приходится 65% всех выбросов диоксид серы, основной компонент кислотных дождей.^[14] Производство электроэнергии является четвертым по величине комбинированным источником NOx, монооксид углерода, и твердые частицы в США.^[15]В июле 2011 года парламент Великобритании внес предложение о том, что «уровни выбросов (углерода) от ядерной энергетики были примерно в три раза ниже на киловатт-час чем солнечные, в четыре раза ниже, чем у чистого угля и в 36 раз ниже, чем у обычного угля ».^[16]

Смотрите также

Рекомендации