§ 12. Производство электрической энергии

Электроэнергия, потребляемая в жилых домах, учреждениях и на заводах, вырабатывается в основном на электростанциях трёх типов: тепловых электростанциях (ТЭС), гидроэлектростанциях (ГЭС) и атомных электростанциях (АЭС). В России в 2006 году на ТЭС выработано около 70 % электроэнергии, остальные 30 %  производятся на АЭС и ГЭС практически в равных долях.

На ТЭС сжигают ископаемое топливо (уголь, газ, мазут), чтобы в парогенераторах получить водяной пар, разогретый до 600 ^оС и сжатый до давления около 30 МПа. Из парогенератора высокоскоростные струи пара поступают в паровую турбину и вращают её. С валом турбины соединён ротор генератора переменного тока, который, вращаясь, становится источником электроэнергии. Таким образом, на ТЭС внутренняя энергия топлива сначала превращают в механическую энергию пара, а потом эту механическую энергию преобразуют в электрическую с помощью генератора переменного тока.

КПД у ТЭС – отношение внутренней энергии сожжённого топлива к полученной электроэнергии – составляет не более 40%. Происходит это из-за того, что значительная часть внутренней энергии, освободившейся при горении топлива, уносится вместе с газами через трубу в атмосферу. Кроме того, большая часть потерь энергии связана с тем, что не удаётся целиком использовать внутреннюю энергию разогретого пара в турбине, т.е. охладить его там до окружающей температуры. Однако в большинстве крупных ТЭС, находящихся вблизи городов, внутреннюю энергию пара, покинувшего турбину, используют для подогрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения помещений. В этих случаях КПД может увеличиваться до 80%. Чтобы ограничить потребление воды в ТЭС, находящихся вдалеке от рек и водоёмов, необходимо весь отработанный пар, выходящий из турбин охлаждать и конденсировать в воду. Для этого служат огромные сооружения (градирни), где поднимающийся воздух постепенно охлаждает трубы, по которым движется отработанный пар.

На АЭС электроэнергия вырабатывается так же, как и на обычных ТЭС – с помощью генераторов переменного тока, приводимых во вращение паровыми турбинами. Но пар здесь получается за счет выделения энергии, происходящей при делении атомных ядер изотопов урана или плутония в ходе управляемой цепной реакции, протекающей в ядерном реакторе.

ГЭС преобразуют кинетическую энергию падающей воды в механическую энергию вращения гидравлической турбины, которая вращает ротор генератора переменного тока. Поэтому, чем выше плотина ГЭС и больше масса воды, падающей на лопатки турбин в единицу времени, тем больше мощность электроэнергии, которую она производит. Некоторые ГЭС оборудуются насосами и электромоторами, которые в часы малых нагрузок (например, ночью), потребляя электроэнергию, перекачивают воду из нижнего водоема в верхний, а в часы повышенных нагрузок использует запасенную воду для выработки пиковой энергии. Такие ГЭС называют гидроаккумулирующими.

ТЭС, АЭС и ГЭС оказывают вредное воздействие на окружающую среду. ТЭС загрязняют воздух продуктами сгорания топлива и заметно повышают его температуру. АЭС тоже увеличивают температуру воздуха, и, кроме того, их работа сопряжена с риском радиоактивного заражения окружающей среды. Работа ГЭС не сопровождается выбросами вредных веществ и повышением температуры воздуха, однако, их сооружение приводит к затоплению огромных территорий. Чтобы производить больше электроэнергии и при этом не наносить ущерба окружающей среде, необходимо использовать, так называемые, альтернативные виды энергии - солнечную энергию, энергию ветра, энергию термоядерного синтеза, энергию волн и приливов.

Вопросы для повторения:

·        Как работают ТЭС и ГЭС?

·        Использование каких источников энергии не наносит вреда окружающей среде?

 

 

Рис. 12. (а) – фото ТЭС, где 1 обозначает её здание, 2 – дымовые трубы, а 3 - градирни; (б) - схематическое изображение ГЭС, где 1 обозначает плотину, 2 и 3 верхний и нижний водоёмы, соответственно, 4 – гидротурбину с генератором, а 5 – провода линий электропередач.