У наш час електроенергія виробляється здебільшого за рахунок невідновлюваних джерел: переважно вугілля, нафтопродуктів (мазуту), природного газу. З відновлюваних джерел енергії (ВДЕ) найбільше значення має гідроенергетика, що використовує енергію водного потоку річок. Щоправда, економічний гідропотенціал планети використовується лише на 17%. У Європі цей показник значно вищий - 80 %. Почато використання дійсно невичерпних ресурсів: енергії Сонця, вітру, припливів, внутрішньої теплоти Землі, хвиль тощо.

Електроенергію виробляють на електростанціях. До традиційних типів електростанцій належать теплові електростанції (ТЕС), гідравлічні (ГЕС) та атомні (АЕС).

Теплові електростанції (ТЕС). За виробництвом електроенергії у більшості країн світу провідне місце посідає теплоенергетика. Перші ТЕС було побудовано наприкінці XIX ст. Принцип роботи ТЕС полягає у перетворенні теплової енергії в електричну. Під час спалювання енергоносіїв на ТЕС нагрівається котел з водою. Пара, що виробляється при цьому, обертає турбіну, механічна енергія обертання якої переходить в електричну. ТЕС може ефективно працювати лише у безперервному режимі. У разі її зупинки котли знову треба протягом 2-3 діб розігрівати для досягнення необхідних технічних параметрів пари.

Існує кілька видів ТЕС: паро- та газотурбінні, дизельні, парогазові, які використовують різні види палива: вугілля, газ, мазут тощо. Частіше працюють паротурбінні ТЕС, що використовують тверде паливо, зазвичай вугілля.

Залежно від технології виробництва електроенергії існують конденсаційні електростанції (КЕС) та теплоелектроцентралі (ТЕЦ).

Конденсаційні електростанції (КЕС) виробляють багато електроенергії. При цьому відпрацьована пара, пройшовши турбіну, охолоджується, конденсується й знову надходить у котел. Часто споруджують дуже потужні КЕС (понад 2 млн кВт), застосовуючи концентрацію як просторову форму організації виробництва. Вони обслуговують великі території. Такі електростанції є ресурсозатратними та неекологічними. Найбільшої шкоди середовищу завдають електростанції, що працюють на вугіллі. За добу вони спалюють 10-20 тис. тонн твердого палива. Для перевезення такої кількості вугілля потрібно близько 1500 товарних вагонів. Під час спалювання вугілля у повітря викидається значна кількість сполук Сульфуру, що спричиняє при сполученні з парами води кислотні дощі, в також виділення вуглекислого газу.

Найголовнішим чинником розміщення ТЕС є споживач. Оскільки електроенергію транспортувати на великі відстані нерентабельно, ТЕС споруджують у великих промислових районах, де потреба в електроенергії є найбільшою. При цьому збагачене вугілля перевозять до електростанцій на чималі відстані.

У країнах, які мають значні поклади вугілля, потужні ТЕС також орієнтуються на чинник сировини, тобто на місця цих розробок. Наприклад, на базі донецького вугілля працює ряд таких електростанцій. Найбільші ТЕС у Німеччині, США, Росії, Казахстані також працюють біля джерел сировини.

Мал. 82. Гребля гідроелекторстанції

Мал. 83. Гідроакумулятивна станція: 1 - споживання, 2 - резервуар

Теплоелектроцентралі (ТЕЦ) є результатом комбінування, забезпечуючи поєднання двох виробництв: електроенергії та гарячої води для опалення приміщень. Відпрацьована пара при цьому не охолоджується, а як відходи виробництва опалює приміщення холодної пори року. Оскільки гарячу воду транспортувати через її швидке охолодження на відстань більш ніж 20 км не можна, ТЕЦ будують у великих містах, орієнтуючись на чинник споживача.

Гідравлічні електростанції (ГЕС). Гідроелектростанції використовують як джерело енергії рух потоку води, зазвичай у руслі річки. Хоч гідроенергію як механічну люди використовують здавна (згадайте водяні млини), для одержання електричної енергії річки почали використовувати лише у XIX ст.

Під час зведення ГЕС, щоб створити напір води, будують з ґрунту або бетону греблю із засувками, яка перекриває річку (мал. 82). Перед греблею річка розливається, утворюючи водосховище. У греблі монтують гідравлічні турбіни. Для того щоб запрацювала така електростанція, потік води має рушити крізь вузькі отвори в греблі й почати обертати гідротурбіну, перетворюючи механічну роботу в електричну енергію. Для зупинення турбіни закривають засувки в греблі.

Біля великих міст, де попит на електроенергію зростає (особливо зранку, увечері та вночі), для покриття пікових потреб поряд з ГЕС зводять додатково гідроакумулятивну електростанцію (ГАЕС) (мал. 83). Вона являє собою два басейни на різних рівнях. У міжпіковий час станція працює в насосному режимі, перекачуючи воду з нижнього басейну до верхнього, акумулюючи водний потік. У години пік ГАЕС виробляє дорогу пікову електроенергію за рахунок водного потоку, що падає з верхнього басейну в нижній, обертаючи гідротурбіну.

Гідроенергетика має певні переваги та великі перспективи розвитку у світі. Хоча ГЕС вирізняється тривалістю спорудження та високою собівартістю будівельних робіт, така станція є простою в експлуатації та дає достатньо дешеву електроенергію. Її собівартість у 4 рази менша, ніж на аналогічній за потужністю ТЕС. Будувати ГЕС найвигідніше на річках з великими падінням та похилом річища. ГЕС використовують невичерпне джерело енергії й водночас не забруднюють навколишнє середовище. Однак їх екологічність є суперечливою. Через створення водосховищ виникає низка проблем: затоплюються родючі землі, руйнуються береги, змінюється рівень ґрунтових вод, застоюється та цвіте вода, що приводить до загибелі риби.

Попри усі переваги масштаби гідроенергетичного будівництва та частка ГЕС в енергопостачанні світу постійно зменшуються. Це пояснюється швидшими темпами спорудження ТЕС, які меншою мірою залежать від прив’язки до певної території. ГЕС же можна споруджувати лише на річках.

Атомні електростанції (АЕС). Атомна енергетика з’явилася у середині XX ст. внаслідок науково-технічної революції, яка дала змогу використовувати енергію розпаду радіоактивних речовин у мирних цілях. Вона є незамінною для країн з обмеженими енергоресурсами. За сучасних технологій і дотримання норм безпеки АЕС відіграють значну роль в енергозабезпеченні високорозвинутих країн та деяких країн, що розвиваються.

Принципи роботи АЕС і ТЕС подібні. Лише замість мінерального палива використовується ядерне. Сировиною для виробництва «елементів живлення» для АЕС є збагачений Уран-235 або Плутоній-239. Атомна енергетика дуже потужна. 1 кг урану виділяє стільки само теплоти, як при спалюванні 2,5 тис. тонн кам’яного вугілля. Генератором енергії на АЕС є ядерний реактор - агрегат, у якому відбувається керована ядерна реакція. Величезна кількість теплоти, яка виділяється в ньому в результаті реакції радіоактивного розпаду, нагріває воду в котлах, утворюється пара, що обертає турбіну.

Ядерне паливо легко транспортується, тому АЕС розташовують незалежно від сировинного чинника. їх споруджують, орієнтуючись на споживача, у районах з дефіцитом паливних ресурсів. Оскільки АЕС дуже водомісткі, їх споруджують біля джерел водопостачання, зазвичай біля річок. Багато води потрібно для охолодження водяної пари у конденсаторі для повторного її використання. Навколо АЕС створюють зону спостереження для моніторингу радіаційної ситуації. У радіусі 3 км навколо станції існує санітарно-захисна зона, у якій заборонено проживання людей та обмежено сільськогосподарську діяльність.

Чорнобильська трагедія продемонструвала всьому світу небезпечність атомної енергетики за умов недосконалих технологій системи захисту під час виникнення аварійних ситуацій. Однак АЕС, на відміну від ТЕС, є екологічно чистим видом енергії в разі безаварійної роботи. Це пов’язано з тим, що ядерний розпад відбувається усередині реактора й не має безпосереднього зв’язку з навколишнім середовищем. Кожні 4 роки проводиться капітальний плановий ремонт енергоблоків, під час якого вивантажують з нього паливо, проводять діагностику, ремонт, заміну та модернізацію обладнання, випробовують корпус реактора на міцність.

Проте й досі остаточно не вирішена проблеми утилізації радіоактивних відходів та консервації АЕС після закінчення терміну їх роботи. У деяких країнах створено підприємства з переробки та збереження радіоактивних відходів.

Відновлювані джерела енергії. Вичерпність паливних мінеральних ресурсів, неекологічність ТЕС, небезпечність АЕС, обмеженість на певних територіях гідроенергопотенціалу річок змусили людство замислитися над використанням відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Нині вони дають лише близько 5,8% світового виробництва електроенергії. Проте всі нові джерела енергії мають дві безперечні переваги: використовують невичерпні джерела енергії та є екологічно чистими.

Найчастіше використовуються вітрові електростанції (ВЕС). Вони перетворюють енергію вітру в механічну, теплову та електричну. Хоча енергія вітру в 10 разів перевищує енергопотенціал усіх річок планети, але здавна використовувалася лише мізерна її частина для роботи вітряків та вітрильників. Енергія вітру дуже розсіяна. Для спорудження ВЕС потрібні великі площі. Окрім того, ВЕС можна ставити лише там, де дмуть постійні вітри: біля моря або в горах. Через роботу вітрових установок виникає вібрація, яка негативно впливає на довкілля.

Геотермальні електростанції (ГеоЕС) - теплові електростанції, які перетворюють енергію внутрішньої теплоти Землі (гарячих джерел, гейзерів, пари) в електричну енергію. Розроблено два шляхи використання енергії надр: використання гарячої води для опалення приміщень (подібно до ТЕЦ) та відведення водяної пари для одержання електроенергії. ГеоЕС не можуть бути розміщені повсюдно. Вони прив’язані лише до сейсмічних поясів Землі.

Сонячні електростанції (СЕС), або геліостанції, перетворюють енергію сонячної радіації в електричну. Сонячна енергія величезна: лише за півроку Сонце дає Землі енергію, еквівалентну всім запасам мінеральної сировини в надрах планети. Нині існують два види СЕС: термодинамічні та фотоелектричні. Перші перетворюють енергію Сонця в теплову, а потім в електричну подібно до ТЕС. Другі - через систему сонячних батарей енергію Сонця зразу перетворюють в електричну. Планується створення на орбіті нашої планети сонячних космічних електростанцій (СКЕС), які передаватимуть на Землю сонячну енергію. Однак потік сонячної енергії не є постійним, тому слід її акумулювати вдень для подальшого використання. Також перспективними для спорудження СКЕС є лише країни аридного (сухого й жаркого) клімату.

Припливні електростанції (ПЕС) перетворюють енергію морських припливів у електричну. Цю енергію люди використовували здавна, але з появою парового двигуна про неї надовго забули. Енергія припливів у кілька разів більша, ніж в усіх річках планети разом. Щоправда людина використовує її мало. У припливно-відпливній зоні, як на річці, споруджується дамба з турбінами, які, обертаючись, виробляють енергію. Обмежує використання ПЕС висота припливної хвилі. Вона має бути не меншою від 10 м.

Нині люди приборкують енергію хвиль, споруджуючи перші хвильові електростанції. Океанічні течії несуть у сотні разів більше води, ніж усі річки планети. Щоб їх використати для одержання енергії, потрібно збудувати електростанції посеред океану. Відроджується біоенергетика. Старий спосіб її використання - спалювання біомаси, новіший - переробка органічних решток на спирт або біогаз, що їх використовують як паливо.

Виробнича інфраструктура. Для забезпечення нормальної роботи енергетики необхідна розгалужена виробнича інфраструктура. До неї належать транспортні магістралі, електромережі та система водопостачання. Специфічним видом транспорту для обслуговування даного виробництва є трубопроводи. Транспортування електроенергії здійснюється за допомогою ліній електропередачі (ЛЕП). Електромережі розподіляють електроенергію між споживачами. Водопостачання забезпечує виробничий цикл на ТЕС та АЕС.

Паливно-енергетичний баланс. Для розрахунків співвідношення витрат та надходження палива і енергії в країні застосовують паливно-енергетичний баланс (ПЕБ).

Паливно-енергетичний баланс (ПЕБ) - це співвідношення між надходженням та витратами палива різних видів та електроенергії у країні протягом року.