ОСНОВНІ СПОЖИВАЧІ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ В ЄВРОПІ

Мал. 1. Турбінний зал ГЕС. Турбіною називають двигун із лопатями, який надає руху валу генератора під тиском пари або води.

Мал. 2. Сучасна ТЕС, яка працює на спалюванні природного газу.

2. Типи електростанцій, основні чинники їх розміщення

Електростанціями називають промислові підприємства, які виробляють електроенергію. На більшості з них електричний струм отримують за допомогою електрогенераторів. Залежно від того, який саме вид енергії використовується для приведення в рух валу генератора, електростанції відносять до того чи іншого типу (мал. 1).

Сьогодні у світі найбільше електроенергії виробляють три основні типи електростанцій — теплові, гідравлічні та атомні. Проте все більшу частку електроенергії, особливо в розвинених країнах, дають три інші типи станцій — вітрові, сонячні та геотермальні.

Теплові електростанції (ТЕС) спалюють паливо, нагрівають воду, перетворюючи її на пару, яку під тиском подають на газові турбіни. Як паливо використовують низькосортне вугілля, торф, мазут, природний газ (мал. 2), біогаз.

Теплові електростанції поділяють на конденсаційні та теплоелектроцентралі (ТЕЦ). На конденсаційних ТЕС відпрацьована водяна пара конденсується й надходить у водосховища-охолоджувачі. Звідти вода знову подається в котел для нагрівання. Конденсаційні ТЕС виробляють лише електроенергію. ТЕЦ виробляють одночасно електричну й теплову енергію (гарячу воду або пару), яку по трубах направляють для обігріву житлових будинків, підприємств. Максимальний радіус використання теплової енергії ТЕЦ становить близько 35 км.

Зазвичай великі ТЕС розміщують у районах видобутку палива, поблизу річок, що дають воду для охолодження. Це економічно вигідно, оскільки перевозити паливо в кілька разів дорожче, ніж передавати електроенергію лініями електропередач. ТЕЦ, як правило, розміщують у великих містах та поблизу скупчення енергомістких підприємств (чинник споживача).

Гідравлічні електростанції (ГЕС) дають найдешевшу енергію, якщо вони споруджені на гірських річках або рівнинних із глибоко врізаною вузькою річковою долиною (мал. 3). Однак якщо вони споруджені на рівнинних річках, то перед ГЕС здебільшого затоплюють великі площі сільськогосподарських земель та поселень. У такому випадку втрати можуть перевищувати вартість виробленої енергії.

Невеликі ГЕС часто використовують як пікові, тобто такі, які можна ввести в робочий режим у період найбільшого споживання енергії, а вночі (коли найменше споживання) — вивести. Щоб краще використати гідроенергію, інколи поблизу ГЕС будують гідроакумуляційні електростанції (ГАЕС). Суть цього комплексу полягає в тому, що в період малих навантажень на енергосистему електроенергія витрачається на роботу насосів, які перекачують воду на певну висоту в спеціальну штучну водойму (мал. 4). Під час найбільших (пікових) навантажень вода з неї випускається та крутить додаткові турбіни ГАЕС.

Атомні електростанції (АЕС) отримують електроенергію так само, як і теплові, але воду до кипіння в них нагріває атомний реактор. Головним чинником розміщення нових АЕС є орієнтація на споживача, оскільки ядерне паливо, наприклад вагою близько 40 т, може забезпечити роботу одного ядерного реактора впродовж 1 — 1,5 року. Отже, транспортні витрати є незначними порівняно з доставкою вугілля на ТЕС.

Мал. 3. Схема використання гідроенергії на ГЕС.

Мал. 4. Верхня водойма Київської ГАЕС.

Мал. 5. Сонячна електростанція.

Вітрова електростанція (ВЕС) являє собою групу великих вітряків, які перетворюють енергію вітру на обертальну силу валу електрогенератора. Здебільшого їх розміщують на підвітряних підвищених ділянках місцевості, подалі від поселень.

Сонячні електростанції (СЕС) акумулюють сонячну енергію та різними способами перетворюють її на електричну. Найчастіше на СЕС сонячне світло перетворюється безпосередньо на електричний струм за допомогою фотоефекту (мал. 5). На деяких СЕС діє система дзеркал і лінз, що збирають сонячне світло з великої площі в тонкий промінь, який нагріває воду до кипіння. Водяна пара надає руху електрогенератору, який виробляє струм.

Геотермальна електростанція (ГеоТЕС) — вид електростанцій, який для виробництва електроенергії використовує гарячу воду природних гарячих джерел, гейзерів.

3. Паливно-енергетичний баланс

Паливно-енергетичний баланс — система показників, яка відображає кількісну рівність між надходженням і витратою енергетичних ресурсів, їх розподіл між окремими споживачами. Прибуткова частина енергетичного балансу охоплює всі види первинних енергоресурсів: мінеральне та органічне паливо, кінетичну енергію водних потоків, припливів і відпливів, вітру, Сонця, геотермальних джерел та ін. Витратна частина енергетичного балансу характеризує структуру й напрямки використання всіх видів енергетичних ресурсів і енергії. Оскільки складові частини енергетичного балансу розраховують у різних одиницях вимірювання (вугілля, торф, нафту, сланці — у тоннах, природний газ — у кубічних метрах), то для визначення частки кожного ресурсу їх виражають в одиницях умовного палива. Одна одиниця умовного палива (о. у. п.) відповідає теплоті, яка виділяється при згорянні 1 кг вугілля середньої якості, і становить 29,3 МДж, або 7000 кал.

Для перерахунку кожного виду енергетичного ресурсу в одиниці умовного палива визначені відповідні коефіцієнти. Так, для нафти він становить 1,5 (тобто 1 кг цього паливного ресурсу дає 10 500 кал тепла, або в 1,5 разу більше, ніж можна було б отримати при спалюванні вугілля середньої якості), газ (1 м3) — 1,49, антрацит — 1,2, буре вугілля — 0,5, торф, сланці — 0,4. Для інших видів енергії (атомної, гідравлічної, вітрової, сонячної), які не використовують паливні мінеральні ресурси, при розрахунку балансу використовують коефіцієнт для 1 КВт • год виробленої електроенергії. Він становить 344,5. У 2014 р. світове споживання енергії, яка була отримана від первинних енергетичних ресурсів, розподілялося таким чином: нафта — 31,2 %, вугілля — 28,6 %, природний газ — 21,5 %, атомна енергія — 4,9 %, ГЕС та інші джерела енергії — 13,8 % (мал. 6). На саму гідроенергію припадало 6,3 %, а до інших джерел належать сонячна енергія, енергія вітру, геотермальна, біопалива та органічних відходів.

Однак структура прибуткової частини паливно-енергетичного балансу впродовж XX—XXI ст. зазнала значних змін (мал. 7). Так, до середини XX ст. основним енергетичним ресурсом було вугілля, тобто панував так званий вугільний етап у світовому енергоспоживанні.

Мал. 6. Структура споживання первинних енергетичних ресурсів у світі.

Мал. 7. Зміни у структурі споживання первинних енергетичних ресурсів у світі за даними на 2014 р. та прогнозом на 2040 р.

У 1960-ті рр. вугільний етап змінив нафтогазовий етап споживання палива та енергії. Це було пов’язано з активним запровадженням двигунів внутрішнього згорання на всіх видах транспортних засобів. Визначальний вплив мав швидкий розвиток автомобільного транспорту, який потребував бензину, дизельного палива тощо. Нафта і газ знайшли також своє використання як паливо в житловому господарстві, промисловості, як сировина для хімічного виробництва. Поширенню цих видів енергоресурсів сприяло й удосконалення технологій їх переробки та транспортування.

Після нафтової кризи 1973 р., під час якої ціни на сиру нафту зросли в 14 разів, розвинені країни почали активно запроваджувати енергозберігаючі технології. Це призвело до помітного скорочення темпів приросту обсягів світового споживання палива. Одночасно відбувалося переорієнтування в енергоспоживанні на газ, знову на вугілля, а також на відновлювані види енергії. Тому вчені зауважують, що нафтогазовий етап із середини 1970-х рр. треба вважати перехідним. Адже прогнозують, що впродовж найближчих 60 років має відбутися поступовий перехід від використання переважно вичерпних мінеральних ресурсів до енергетики, що ґрунтується насамперед на невичерпних або вичерпних відновлюваних природних ресурсах. На таких ресурсах уже сьогодні базуються атомна енергетика, гідроенергетика, геотермальна енергетика, припливні, вітрові, сонячні електростанції. Учені також вивчають перспективи використання колосальної енергії термоядерного синтезу.

Сучасна структура енергоспоживання різних груп країн змінюється по-різному. У розвинених країнах частка нафти в загальному споживанні первинних енергоресурсів зростала до 1980 р., а потім почала дещо знижуватися (вона складала близько 42 % у 2010—2015 рр.). Частка споживання вугілля знизилася із 74 % у 1950 р. до 29 % у 2015 р., а газу — зросла за той самий період до 21,3 %. Це пояснюється тим, що природний газ менше забруднює довкілля, а тому придатний для використання в побуті, на ТЕС, підприємствах, які забезпечують житлові квартали міст теплом і гарячою водою.

Щодо витратної частини паливно-енергетичного балансу світу, то сьогодні на промисловість припадає 28 % загального обсягу спожитої енергії, на транспорт — 27 %, житлове господарство та інші напрямки сфери послуг — 36 %, функціонування первинного сектору — 9 %.

ЧИ ВІДОМО ВАМ, ЩО...

Глобальний попит на енергію, згідно з оцінками Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), протягом 2015—2040 рр. виросте на 37 %. У той самий час зростання кількості населення та економіки буде менш енергомістким, ніж раніше. За останніми прогнозами, зростання глобального попиту на енергію помітно сповільниться — із понад 2 % за рік в останні два десятиліття до 1 % за рік після 2025 р.