Под централизованной генерацией понимается общий процесс выработки электроэнергии через крупные централизованные объекты, через линии электропередач к потребителю. Эти объекты обычно расположены далеко от потребителей и распределяют электроэнергию по высоковольтным линиям электропередачи на подстанцию, где она затем распределяется среди потребителей.
Основная концепция заключается в том, что невероятно большие станции производят электричество для большой группы людей. Подавляющее большинство электроэнергии, используемой в мире, вырабатывается централизованным производством.
Большая часть централизованного производства электроэнергии производится крупными электростанциями, работающими на ископаемом топливе, таком как уголь или природный газ. Также широко используются атомные и гидроэлектростанции.
Многие не согласны с использованием централизованной генерации, поскольку она часто зависит от выработки электроэнергии посредством процессов сжигания ископаемого топлива, которые вредны для окружающей среды.
Тепловая электростанция (фотография Siemens)
Централизованная генерация принципиально противоположна распределенной генерации.
Распределенная генерация — это мелкомасштабное производство электроэнергии для небольших групп потребителей. Это понятие также может включать независимое производство электроэнергии с помощью солнечной или ветровой энергии.
В последние годы популярность распределенной генерации возросла из-за ее склонности к использованию методов производства возобновляемой энергии, таких как ветер и солнечная энергия.
История
В 1880-х годах популярность электричества резко возросла с появлением лампы накаливания. Хотя до Томаса Эдисона было 22 признанных изобретателя лампочки, изобретение Эдисона стало самым успешным и популярным из всех. К концу 19 века развитие электрических технологий и инженерии привело к тому, что электричество стало частью повседневной жизни.
С внедрением многих электрических изобретений и их внедрением в повседневную жизнь спрос на электроэнергию в домах резко вырос. При таком росте спроса потенциал для получения прибыли увидели многие предприниматели, которые начали инвестировать в электрические системы, чтобы в конечном итоге создать первые коммунальные предприятия электроснабжения. Этот процесс в истории часто называют электрификацией.
Самое раннее распределение электроэнергии осуществлялось компаниями, работающими независимо друг от друга. Потребитель будет покупать электроэнергию у производителя, а производитель будет распределять ее через свою собственную энергосистему.
По мере совершенствования технологии росли производительность и эффективность производства электроэнергии.
Такие изобретения, как паровая турбина, оказали огромное влияние на эффективность выработки электроэнергии, а также на ее экономику.
Усовершенствования крупномасштабных генерирующих установок имели решающее значение для процесса централизованного производства электроэнергии, поскольку они станут жизненно важными для всей энергосистемы.
В середине 20 века многие коммунальные предприятия начали объединять свои распределительные сети из соображений экономии и эффективности.
Передача электроэнергии на большие расстояния с помощью линий электропередачи
Технологии
Централизованные источники энергии — это крупные тепловые электростанции, производящие огромное количество электроэнергии для большого числа потребителей. Это традиционный способ получения энергии.
Больщинство электростанций, используемых в централизованной генерации, являются тепловыми электростанциями, что означает, что они используют топливо для нагрева пара для производства сжатого газа, который, в свою очередь, вращает турбину и вырабатывает электроэнергию.
Этот процесс основан на нескольких формах технологий для производства широко распространенной электроэнергии, таких как природный уголь, газ и ядерные формы тепловой генерации.
Каменный уголь
Угольные электростанции производят пар, сжигая добытый из земли уголь. Этот пар под сильно высоким давлением попадает в турбину. Эти турбины подключены к генераторам, которые вращаются с высокой скоростью, вырабатывая электричество. После генерации пар снова охлаждается до воды, которая снова нагревается для производства электроэнергии.
Основные проблемы, связанные с использованием угля для производства электроэнергии, связаны с выбросами парниковых газов при сжигании угля и ограниченным количеством угля на земле, что заставляет многих согласиться с тем, что это не очень хороший способ производства электроэнергии.
Природный газ
Природный газ воспламеняется для создания сжатого газа, который используется для вращения турбин для выработки электроэнергии. В установках, работающих на природном газе, используется газовая турбина, в которую природный газ добавляется вместе с кислородом, который, в свою очередь, сгорает и расширяется через турбину, заставляя генератор вращаться.
Электростанции, работающие на природном газе, более эффективны, чем угольные электростанции, однако они способствуют изменению климата, но не так сильно, как угольные. Они не только производят углекислый газ в результате воспламенения природного газа, но и при добыче газа в атмосферу выделяется значительное количество метана.
Смотрите также: Как производится электроэнергия на тепловой электростанции (ТЭЦ)
Ядерная энергия
Атомные электростанции вырабатывают электричество в процессе ядерного деления. В настоящее время атомная энергетика производит 11% всей электроэнергии в мире.
Ядерные реакторы используют уран в качестве источника топлива для питания реакторов. Когда эти ядерные атомы расщепляются, образуется внезапный выброс энергии, который может быть преобразован в тепло. Этот процесс называется делением ядра.
Электрическая энергия вырабатывается за счет использования ядерного реактора, в котором тепло, выделяемое ядерным делением, используется для производства пара, который, в свою очередь, вращает турбины и приводит в действие генераторы. Хотя есть несколько типов ядерных реакторов, но все они принципиально используют этот процесс.
Подробно про этот вид электростанций смотрите здесь: Как работает атомная электростанция (АЭС)
Хотя ядерная энергия производит очень мало выбросов, несколько аварий на протяжении всей истории заставили многих задуматься о безопасности и рисках, связанных с этими станциями.
Аварии, такие как Чернобыльская катастрофа и ядерная катастрофа на японской электростанции Фукусима, заставили многих людей в мире с опасением относится к использованию в дальнейшем ядерной энергии и опасения эти не беспочвенны (смотрите: Уроки Чернобыля и безопасность ядерной энергетики).
Атомная электростанция
Использование централизованной генерации
Несмотря на то, что количество электроэнергии, необходимой в любое время, может варьироваться, базовая нагрузка представляет собой минимальное количество энергии, требуемое за один раз, это большая часть всей энергии, и она должна создаваться крупными электростанциями, способными обеспечить круглосуточную работу.
Только атомные, угольные, нефтяные, газовые и некоторые гидроэлектростанции могут надежно обеспечивать базовую нагрузку. Многие более экологичные методы в значительной степени зависят от переменных составляющих, таких как солнце и ветер, и поэтому их выходные данные слишком сильно различаются, чтобы поддерживать базовую нагрузку.
Подробно об этом смотрите здесь: Нагрузочные режимы энергосистем и оптимальное распределение нагрузки между электростанциями
Высокопромышленные районы, как правило, почти полностью снабжаются тепловыми электростанциями, такими как угольные или газовые, поскольку их огромная выходная мощность необходима для электроэнергетики в регионе.
Локальный эффект загрязнения также минимален, так как промышленные районы обычно удалены от пригородов.
Крупные тепловые электростанции производят подавляющее большинство электроэнергии для жилых районов, хотя и наблюдается рост возобновляемых источников энергии, они по-прежнему составляют лишь около 8% всей потребляемой электроэнергии.
Тем не менее, эти возобновляемые источники электроэнергии помогают при колебаниях спроса на электроэнергию, поскольку часто легко регулировать мощность, необходимую для удовлетворения потребностей энергосистемы.
Ветроэлектрическая электростанция
Общее количество потребляемой электроэнергии сильно зависит от таких факторов, как время суток, дата и погода. Когда спрос меняется, операторы должны изменять общую мощность электростанций.
Обычно это делается путем сотрудничества с другими электростанциями, что позволяет поддерживать равновесие в энергосистеме. Это усложняет работу всей энергосистемы, поскольку часто трудно регулировать выходную мощность крупных тепловых электростанций.
Несмотря на то, что запутанная и часто неэффективная, централизованная генерация является наиболее популярным способом производства и распределения энергии в мире.
Три основных аспекта централизованной генерации электроэнергии:
- генерация,
- передача,
- распределение.
Экологические проблемы
После японской ядерной катастрофы на Фукусиме в 2011 году власти Японии закрыли 54 атомные электростанции.
Фундаментальной проблемой, касающейся централизованной генерации и современных методов производства электроэнергии, используемых сегодня, является значительное негативное воздействие на окружающую среду, которое оказывают многие процессы генерации.
Такие процессы, как уголь и газ, не только выделяют углекислый газ при сгорании, но и их добыча из-под земли также влияет на окружающую среду.
На открытых угольных шахтах для добычи угля используются большие площади земли, что ограничивает потенциал продуктивного использования земли после выемки. При добыче природного газа в атмосферу выделяется большое количество метана, когда он извлекается из земли, что значительно увеличивает глобальные парниковые газы.
Хотя атомные электростанции не выделяют углекислый газ при производстве электроэнергии, существуют значительные риски, связанные с ядерными отходами, и проблемы безопасности, связанные с использованием ядерных источников.
Этот страх перед ядерной энергетикой проистекает из крупномасштабных ядерных катастроф, таких как Чернобыльская катастрофа и ядерная катастрофа на японской электростанции Фукусима. Обе трагедии привели к значительным человеческим жертвам и радиоактивному заражению больших территорий.
Централизованная генерация против распределенной генерации
Существует мнение, что централизованная генерация — это путь в прошлое, а распределенная генерация — это будущее производства электроэнергии.
Распределенная генерация (также называемая генерацией на месте или децентрализованной генерацией) — это термин, описывающий производство электроэнергии для использования на месте, а не передачу энергии по электрической сети от крупного централизованного объекта.
Распределенная генерация электроэнергии
По сути, распределенная генерация — это процесс мелкосерийного производства электроэнергии, часто отдельными лицами, имеющими собственный способ производства энергии, который они затем используют.
Распределенная энергия обычно описывается как использование экологически устойчивых методов, таких как солнечная или ветровая, в отличие от ядерной, газовой или угольной. Примером этого могут быть солнечные батареи в доме или небольшой местный производитель энергии.
Распределенная энергия обычно считается гораздо более благоприятной для окружающей среды. Она также не зависит от распределительных электросетей, которые часто могут быть ненадежными и оставлять многих без электричества.
За последние несколько лет значительно увеличилось использование распределенной генерации, поскольку многие правительства продвигают использование этой технологии посредством субсидий как способ сокращения выбросов парниковых газов.
Смотрите также по этой теме: Децентрализованная энергетика и ее перспективы