Энергетика (топливный энергетический комплекс) - область экономики, которая охватывает ресурсы, добычу, преобразование и использование различных видов энергии.
Энергия в современном научном представлении понимается как общая мера всех форм движения материи. Различают тепловую, механическую, электрическую и другие формы движения материи.
Энергетику можно представить следующими взаимосвязанными блоками:
1. Природные энергетические ресурсы и добывающие предприятия;
2. Перерабатывающие предприятия и транспортировка готового топлива;
3. Выработка и передача электрической и тепловой энергии;
4. Потребители энергии, сырья и продукции.
Краткое содержание блоков:
1) Природные ресурсы делятся на:
-
возобновляемые (солнце, биомасса, гидроресурсы);
-
не возобновляемые (уголь, нефть);
2) Добывающие предприятия (шахты, рудники, газовые вышки);
3) Топливно-перерабатывающие предприятия (обогащение, перегонка, очистка топлива);
4) Транспортировка топлива (железная дорога, танкеры);
5) Выработка электрической и тепловой энергии (ТЭЦ, АЭС, ГЭС);
6) Передача электрической и тепловой энергии (электрические сети, рубопроводы);
7) Потребители энергии, тепла (силовые и промышленные процессы, отопление).
Основными формами, в которых применяется в настоящее время энергия, являются тепло и электричество. Отрасли энергетики, изучающие получение, преобразование, транспортировку и применение тепловой и электрической энергии называются, соответственно, теплоэнергетикой и электроэнергетикой.
Энергия водных потоков, использовавшаяся прежде непосредственно в форме механической энергии, в настоящее время преобразуется на гидроэлектростанциях в энергию электрическую. Отрасль энергетики, изучающая процессы преобразования водной энергии в электрическую, называется гидроэнергетикой.
Открытие путей к использованию энергии атомного ядра создало новую отрасль энергетики — атомную или ядерную энергетику. Энергия ядерных процессов преобразуется в тепловую и электрическую и в этих формах используется.
Вопросами использования энергии перемещающихся масс воздуха занимается ветроэнергетика. Энергия ветра используется в основном в механической форме. Вопросами использования энергии солнца занимается солнечная энергетика.
Каждая из отраслей энергетики как науки имеет свою теоретическую основу, базирующуюся на законах физических явлений в данной области.
Энергетика, как важнейшая сфера человеческой деятельности, требует весьма длительного времени для крупномасштабного развития.
Энергетика капиталоемкая отрасль. Мощность электростанций на Земле превышает миллиард киловатт.
Электроэнергетика была основной движущей силой растущей мировой экономики с начала двадцатого века до настоящего времени. Корреляция между потреблением и доступностью электроэнергии и уровнем жизни сильна, и она продолжает оставаться важнейшим элементом в развивающихся экономиках по всему миру.
В то время как мандат электроэнергетики в двадцатом веке заключался в обеспечении любого количества потребителей энергии, необходимого в любом месте, в любое время и по доступной цене, задача, которую мы вступаем во второе десятилетие двадцать первого века, становится гораздо более сложной, требуя не только надежного, но и более эффективного электроснабжения со все более разнообразными потребительскими требованиями.
Отчетливое понимание единства и эквивалентности разных форм энергии сложилось только к середине девятнадцатого столетия, когда уже был накоплен большой опыт преобразования одних форм энергии в другие:
-
создана паровая машина, преобразовывающая тепло в механическую энергию;
-
открыты первые источники электрической энергии — гальванические элементы, в которых осуществлялось непосредственное преобразование химической энергии в электрическую;
-
путем электролиза многократно осуществлено обратное преобразование — электрической энергии в химическую;
-
создан электрический двигатель, в котором электрическая энергия преобразовывалась в механическую;
-
открыто явление непосредственного преобразования электрической энергии в тепло.
В 1831 году открыт способ превращения механической энергии в электрическую. Естественным завершением огромного объема накопленных данных по преобразованию одних форм энергии в другие явилось открытие закона сохранения и превращения энергии — одного из основных законов физики.
Потребность в преобразованиях энергии вызывается тем, что в разных процессах необходима различная форма энергии.
Преобразования энергии не исчерпываются превращением одних ее форм в другие. Тепловая энергия применяется при разных значениях температуры теплоносителя (пар, газ, вода), электрическая — в виде переменного или постоянного тока и при разных уровнях напряжения.
Преобразования энергии осуществляются в разных машинах, аппаратах и устройствах, в целом составляющих техническую основу энергетики.
Так, в котельных установках химическая энергия топлив преобразуется в тепло, в паровой турбине это тепло, носителем которого является водяной пар, преобразуется в механическую энергию, которая затем в электрическом генераторе преобразуется в энергию электрическую.
На гидроэлектростанциях в гидротурбинах и электрогенераторах энергия водных потоков преобразуется в электрическую, в электрических двигателях электрическая энергия преобразуется в механическую и т. д.
Способы создания и использования разных машин, аппаратов, устройств, предназначенных для получения, преобразования, транспортировки и применения разных форм энергии, базируются на соответствующих разделах теоретических основ энергетики и составляют разделы таких технических наук, как теплотехника, электротехника, гидротехника, ветротехника.
Электроэнергетика - часть энергетики, занятая проблемами получения больших количеств электроэнергии, передача ее на расстояние и распределение между потребителями, развитие ее идет за счет электроэнергетических систем.
Электроэнергетическая система - это совокупность взаимосвязанных электрических станций, электрических и тепловых систем, а также потребителей электрической и тепловой энергии, объединяющиеся единством процесса производства, передачи и потребления электроэнергии.
Схема тепловой конденсационной электростанции
Электрическая система (электросистема, ЭС) - электрическая часть электроэнергетической системы.
Технологический процесс в энергосистеме
Технологический процесс – это процесс преобразования первичного энергетического ресурса (органического топлива, гидроэнергии, ядерного топлива) в конечную продукцию (электрическую энергию, тепловую энергию). Параметры и показатели технологического процесса определяют эффективность производства.
Схематично технологический процесс показан на рисунке, откуда видно, что имеется несколько этапов преобразования энергии.
Схема технологического процесса в энергосистеме: К – котел, Т – турбина, Г – генератор, Т – трансформатор, ЛЭП – линии электропередачи
В котле К энергия горения топлива преобразуется в тепловую. Котел – это парогенератор. В турбине тепловая энергия преобразуется в механическую. В генераторе механическая энергия преобразуется в электрическую. Напряжение электрической энергии в процессе ее передачи по ЛЭП от станции к потребителю трансформируется, что обеспечивает экономичность передачи.
Эффективность технологического процесса зависит от всех этих звеньев. Следовательно, имеется комплекс режимных задач, связанных с работой котлов, турбин ТЭС, турбин ГЭС, ядерных реакторов, электрического оборудования (генераторов, трансформаторов, ЛЭП и др.). Необходимо выбирать состав работающего оборудования, режим его загрузки и использования, соблюдать все ограничения.
Электроустановка - установка в которой производится, образуется или потребляется, распределяется электроэнергия. Может быть: открытая или закрытая (в помещении).
Электрическая станция - сложный технологический комплекс на котором энергия природного источника преобразуется в энергию электрического тока или тепла.
Необходимо отметить, что электростанции (особенно тепловые, работающие на угле) являются основными источниками загрязнения окружающей среды энергетикой.
Электроподстанция - электроустановка, предназначенная для преобразования электроэнергии одного напряжения в другую при той же частоте.
Электропередача (ЛЭП) - сооружение состоят из повышенных подстанций ЛЭП и понизительных подстанций (система проводов, кабелей, опор), предназначенных для передачи электроэнергии от источника к потребителю.
Электрические сети - совокупность ЛЭП и подстанций, т.е. устройства, соединяющие источник питания с потребителями энергии.